Définition
L’énergie solaire est à l’origine de toutes les énergies.

• Une partie du rayonnement réchauffe inégalement l’atmosphère au-dessus des terres et des mers, cela crée des zones de basse et haute pression qui mettent en mouvement des masses d’air. C’est l’énergie éolienne.
• Les étendues d’eau réchauffées par le soleil dégagent de la vapeur d’eau qui retombe sous forme de précipitations. Les cours d’eau grossissent et entraînent, par gravité, roues et turbines. C’est l’énergie hydraulique.
• La photosynthèse permet la croissance. C’est l’énergie biomasse.  

L’énergie photovoltaïque
Les cellules solaires photovoltaïques sont des semi-conducteurs capables de convertir directement la lumière en électricité.
Actuellement, la technologie photovoltaïque est en pleine croissance. Toutefois, les prix des panneaux solaires sont toujours très élevés. En effet, la complexité de fabrication et les rendements de production trop faibles entraînent des coûts élevés qui freinent le volume des ventes.

• Le principe de fonctionnement

Une cellule photovoltaïque est composée d’un matériau semi-conducteur qui absorbe l’énergie lumineuse et la transforme directement en courant électrique.

• Le semi-conducteur

C’est un matériau dont la concentration en charge libre est très faible par rapport aux métaux. Pour qu’un électron lié à son atome devienne libre dans un semi-conducteur, et participe à la conduction du courant, il faut lui fournir une énergie minimum pour qu’il puisse atteindre les niveaux énergétiques supérieurs.
Fonctionnement: le rayonnement arrive sur la cellule solaire, une partie est réfléchie, une autre est absorbée et le reste passe au travers de l’épaisseur de la cellule.

• Les panneaux solaires

La cellule individuelle, unité de base d’un système photovoltaïque, ne produit qu’une faible puissance électrique. C’est donc pour produire plus de puissance que les cellules sont assemblées en un panneau.
La plupart des panneaux commercialisés sont composés de 36 cellules, en silicium cristallin, connectées en série pour des applications en 12Volt.

Note: la connexion de panneaux solaires pour obtenir une puissance encore plus grande est très fréquente, on parlera alors de champ photovoltaïque.
Le générateur qui permet à une telle installation de fonctionner est composé d’un ensemble de panneaux et d’un groupe de composants qui adapte l’électricité produite aux récepteurs.

Les avantages	Les inconvénients
Une haute fiabilité. L’infrastructure ne comporte pas de pièces mobiles, elle est donc appropriée aux régions isolées.	La fabrication d’un panneau solaire nécessite d’importants investissements.
Le caractère modulaire des panneaux solaires permet un montage simple et adaptable.	Le rendement réel de conversion d’un module  est faible.
Le coût de fonctionnement est très faible car les entretiens sont réduits.	La batterie de stockage coûte également très cher, mais elle est indispensable au fonctionnement de l’infrastructure.
L’installation fonctionne sans combustible.
Le produit fini est non polluant, silencieux et ne perturbe pas l’environnement.

L’énergie solaire thermique
L’énergie thermique permet de récupérer la chaleur du rayonnement solaire au sein d’un liquide (le plus souvent de l’eau) par la mise en place de capteurs solaires.
Cette installation peut assurer la production d’eau chaude sanitaire et le chauffage des habitations.

• Composition d’un capteur thermique
• Un corps opaque qui absorbe le rayonnement solaire.
• Un système de refroidissement par fluide caloporteur.
• Un isolant thermique.
• Une couverture transparente sur la face avant qui assure l’effet de serre.
• Un coffrage étanche à l’eau et un support mécanique.
• Les types de capteurs thermiques et leur fonctionnement
• Les capteurs à concentration: ils sont très peu utilisés car pour fonctionner ils ont besoin d’un rayonnement solaire direct. Or, en Belgique, il y a en moyenne entre 1.500 et 1.700 heures d’ensoleillement, ce qui n’est pas suffisant.
• Les capteurs plans: ils sont composés d’un absorbeur et d’un système de refroidissement par fluide caloporteur.

L’absorbeur a pour rôle d’absorber le rayonnement, de le transformer en chaleur et de  transmettre cette chaleur au fluide caloporteur.
Le système de refroidissement est très fragile. Il est composé de tuyaux qui doivent être placés de manière précise et à égale distance.

• Le stockage d’énergie

L’énergie peut être stockée de plusieurs façons:

• Le stockage sous forme de chaleur sensible: une matière est portée à une température plus élevée chaque fois qu’il se produit un excédent de chaleur, et elle est refroidie lorsque c’est nécessaire. Ce système nécessite un réservoir et une surface d’échange.
• Le stockage basé sur la chaleur latente d’un changement de phase du matériau de stockage: il peut se faire à l’aide d’une matière qui passe d’une phase à une autre. Ce qui exige un grand apport de chaleur dans un sens et une transformation inverse qui libère une grande quantité de chaleur.
• Le stockage chimique: un élément est décomposé sous l’effet de la chaleur. Ensuite, les produits de la réaction sont séparés et stockés.  

Les avantages	Les limites
La technologie est adaptable à toutes les régions.	La production d’énergie varie selon le climat. Il est donc indispensable de stocker.
Les techniques et les matériaux utilisés sont identiques à ceux employés dans le secteur traditionnel du chauffage.	L’énergie solaire thermique est une énergie diffuse. La puissance disponible par unité de surface est donc limitée.
La production d’énergie s’adapte en fonction de vos besoins.	La batterie de stockage coûte également très cher, mais elle est indispensable au fonctionnement de l’infrastructure.
Les frais d’entretien sont très faibles.

Chauffer l’eau de la maison
Pour chauffer l’eau grâce à un panneau solaire installé sur le toit de la maison, il est nécessaire de placer une petite pompe qui force l’écoulement d’un liquide à travers ce panneau.
Le liquide circule dans un circuit, et une fois réchauffé, il passe dans un serpentin inclus dans le chauffe-eau de la maison.
Le chauffe-eau d’une maison équipée de panneaux solaires est souvent biénergie car il est composé d’une résistance qui permet de chauffer l’eau lorsque le ciel est trop chargé ou que les rayons du soleil ne sont pas assez puissants.
Note: une habitation ayant recours à l’énergie solaire doit également être composée de sondes qui vérifient que le liquide est plus chaud que l’eau du chauffe-eau avant d’activer la circulation.

Produire de l’électricité
L’utilisation de panneaux solaires composés de cellules photovoltaïques permet de produire de l’électricité assez simplement. Les panneaux sont installés sur le toit et reliés à un chargeur-régulateur qui vérifie le chargement de la batterie. Ce régulateur a un rôle très important car il déconnecte le panneau solaire de la batterie lorsqu’elle est chargée à pleine capacité.

Quelle est la capacité de production d’un panneau solaire?
Un panneau permet de produire de l’électricité en 12 Volts. Vous devez donc vous équiper d’appareils fonctionnant en 12 Volts ou installer un convertisseur. Celui-ci vous permettra de transformer le 12 Volts en 110 ou 220 au moment de l’utilisation des appareils conventionnels.

Note:
La technologie ne cesse d’améliorer le rendement des panneaux solaires. L’efficacité augmente et le coût diminue…