EXEMPLE DE DESCRIPTION

L'énergie solaire provient des réactions thermonucléaires qui se produisent au sein du soleil, provoquant l'émission d'un rayonnement électromagnétique de très forte puissance, se présentant sensiblement comme un « corps noir » à 5 800 K.

Hors atmosphère, le rayonnement reçu par la terre varie selon la période de l'année entre 1 350 et 1 450 W/m2. Il est ensuite partiellement réfléchi et absorbé par l'atmosphère, de telle sorte que le rayonnement reçu au sol comporte une part directe et une part diffuse, le total variant entre 200 W/m2 (ciel couvert), et environ 1 000 W/m2 (au zénith par ciel clair). L'énergie reçue par une surface donnée dépend donc des conditions climatiques du lieu ainsi que de son inclinaison et de son orientation. Des atlas du rayonnement solaire au sol sont publiés par les services météorologiques nationaux ou internationaux, sous forme de cartes et de tableaux, sur support papier ou informatique.

La section "Simulation de systèmes à énergie solaire" de la rubrique "Guides Méthodologiques" fournit des méthodologies de calcul permettant d'estimer la ressource solaire.

La conversion directe du rayonnement solaire se fait de trois manières principales :

• sous forme thermique ;

• par effet photoélectrique ;

• par photosynthèse.

La conversion thermique de l'énergie solaire consiste à intercepter les photons incidents sur un matériau absorbant, dont la température s'échauffe.

Plusieurs modes de captation sont envisageables :

• l'habitat solaire passif : pour les applications au chauffage et à la climatisation des locaux, il est possible de concevoir l'architecture des bâtiments de telle sorte qu'ils optimisent naturellement ou « passivement » l'utilisation de la ressource solaire, sans faire appel à des fluides caloporteurs autres que l'air et à des dispositifs annexes de captation et de stockage. L'intérêt de la conception solaire passive des bâtiments est qu'elle peut conduire à des économies de chauffage substantielles avec des surcoûts faibles ;

• les capteurs plans utilisent généralement l'effet de serre pour limiter les déperditions thermiques de l'absorbeur. En effet, le verre est transparent pour le rayonnement visible, et laisse donc passer l'énergie solaire incidente, mais opaque pour le rayonnement infrarouge, ce qui a pour effet de piéger les calories absorbées. Selon les technologies employées, les températures de fonctionnement des capteurs plans varient de 40 °C à 120 °C (capteurs sous vide). La figure ci-dessous montre la vue en coupe d'un capteur plan. L'absorbeur est composé d'une plaque métallique sur laquelle sont soudées des canalisations dans lesquelles circule le fluide caloporteur. Les déperditions thermiques vers la face avant du capteur sont réduites par un ou plusieurs vitrages (2 sur la figure) et celles vers l'arrière par un isolant ;

• les capteurs à concentration : pour atteindre des températures supérieures à environ 120 °C, il est nécessaire de concentrer les rayons solaires par des jeux appropriés d'éléments réfléchissants (miroirs) ou de lentilles (généralement de Fresnel). La contrainte principale, outre le coût plus élevé des dispositifs, est le système de poursuite destiné à suivre le soleil dans sa course. Toute une série de concentrateurs a été proposée et développée ;

• la conversion thermodynamique de l'énergie solaire permet d'obtenir de l'électricité à partir d'un moteur thermique dont la source chaude reçoit sa chaleur de capteurs, généralement à concentration. Toutefois, les coûts de cette filière et les difficultés technologiques rencontrées limitent aujourd'hui son champ d'application.