- L’énergie solaire
Chapitre
4 : Énergie solaire et habitat
- Caractéristiques du rayonnement solaire reçu sur terre
L’énergie
solaire arrive à la surface de la Terre sous la forme d’un
rayonnement électromagnétique dont les longueurs d’onde vont de
l’ultraviolet à l’infrarouge, avec un maximum situé dans le
visible.
Une
grande partie du rayonnement est renvoyée ou absorbée par
l’atmosphère : les rayonnements suffisamment énergétiques
pouvant être utilisés sont les UV proches, le visible et le proche
IR.
- Solutions dans l’habitat
- Des panneaux solaires thermiques permettent la conversion en énergie thermique pour produire l’eau chaude sanitaire
- Des panneaux photovoltaïques permettent la conversion en énergie électrique en délivrant un courant continu quand ils sont éclairés.
- Conversion thermique par panneau solaire thermique
Un
fluide caloporteur (mélange eau+glycol) s’échauffe : ce
fluide circule dans un absorbeur peint en noir placé sous un
vitrage(ce qui ajoute l’effet de serre).
Le
fluide restitue la chaleur emmagasinée directement ou via un
échangeur pour le chauffage ou l’eau chaude.
Le
rendement de la plupart des panneaux solaires thermiques utilisés
dans de bonnes conditions varie entre 60 et 100 %.
- Conversion électrique ( photovoltaïque)
3.1
Caractéristiques des panneaux photovoltaïques
Les
panneaux photovoltaïques sont constitués de cellules
photovoltaïques ( ou photopiles) réalisées en matériau
semi-conducteur ( silicium en général).
Une
cellule photovoltaïque fournit un courant et une tension continus :
l’énergie de rayonnement est transformée en énergie électrique.
L’énergie
électrique est transmise à un onduleur qui convertit la tension
continue en une tension alternative de caractéristiques 230V,50Hz,
directement utilisée ou réinjectée sur le réseau EDF.
Caractéristique
courant-tension d’une cellule photovoltaïque ( TP8) :
-
Le courant produit dépend de l’éclairement
-
Sur un large domaine, la cellule photovoltaïque se comporte comme
un générateur de courant.
-
Il existe une puissance maximale appelée puissance crête.
Le
rendement d'un panneau photovoltaïque est définie par :
η
= Pc / Pl
|
η
sans unité
|
|
Pc
(puissance crête) en W
|
|
Pl
(puissance lumineuse) en W
|
3.2
Interprétation de la conversion photovoltaïque
La
lumière peut être considérée à la fois comme une onde
électromagnétique (caractérisée par sa fréquence et sa longueur
d'onde) et comme un flux de particules non chargées et de masses
nulles : Les photons.
Chaque
photon transporte une énergie E donnée par la relation suivante :
E
= h * ν = h*( c / ͘λ )
|
E
énergie en J
|
|
h
constante de Planck 6,62*10^-34 J.s
|
|
ν la fréquence en Hz
|
|
c
vitesse de la lumière 3,0*10^8 m/s
|
|
λ
la longueur d'onde en m
|
Le
joule étant une énergie très grande pour un photon on utilise
l'électronvolt (eV) : 1 eV = 1,6*10^-19J.
Un
photon absorbé par une cellule photovoltaïque fournit de l'énergie
à un électron qui est arraché à son atome, cela génère un
courant électrique.
Pour
le silicium, l'énergie d'un photon doit être supérieur à 1,12eV
pour arracher un électron ; on peut alors vérifier que le
silicium produit un courant électrique s'il est éclairé par une
onde lumineuse dont la longueur d'onde est inférieur à 1,1µm
(proche des IR) ; il convient donc pour capter la lumière
solaire arrivant à la surface de la Terre.
Plus
le panneau photovoltaïque reçoit de photons d'énergie suffisante,
plus l'intensité et la puissance électrique sont importantes.
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