Energia solara

L'energia solara es la partida de l'energia electromagnetica venent del solelh e passant per l’atmosfèra, qu'absorba una partida de l'energia, e venent a la superfícia de la Tèrra.

Sus Tèrra, l'energia solara es a l'origina del cicle de l'aiga, del vent e de la fotosintèsi realizada pel regne vegetal, que depend lo regne animal via las cadenas alimentàrias. Lo Solelh es a l'origina de gaireben totas las energias sus Tèrra levat l'energia nucleara e de la geotermia prigonda.

Las fonts d'enregias eissidas indirèctament de l'energia solara son per exemple: l'energia idraulica, derivada de l'energia cinetica de l'aiga que lo cicle depend del Solelh, l'energia marèamotritz eissida subretot de l'efièch de las fòrças de gravitacion de la Luna e mai fèblament d'aquesta del Solelh e dependent d'autres paramètres coma que la geografia costièra. I a tanben l'energia eoliana venent de l'energia cinetica del vent ligat al caufament, e a l'evaporacion de l'aiga, menats pel Solelh, la rotacion de la Tèrra e l'efièch Coriolis, l'energia idroliana e l'energia de las èrsas ligadas als movements dels oceans e de las aigas, la lenha e l'energia de la biomassa e tanben la geotermia de fòrça bassa temperatura, venent de la sisas superficialas del sol caufadas pel Solelh. Se pòt apondre las energias fossilas venent de matèrias organicas creadas per fotosintèsi (carbon, petròli, gas natural…) que s'apond l'energia bioquimica de la matèria organica viventa.

aqueste article tracta de l'energia producha per l'òme en captant lo rait emés pel Solelh, subretot jos forma electrica o termica. Es una de las formas màger d'energias renovelablas.

Reparticion de l'energia solara mejana recebuda al sol.

Mapa de la radiacion solara en Euròpa.

Istoric

L'utilizacion de l'energia solara data l'Antiquitat. Per exemple, los Grècs alucavan la flama olimpica mercé a un sistèma de miralhs concentrant los rais del Solelh.

Sègle XVII

Lo començament de las aplicacions practicas apareguèt al sègle XVII.

Lo francés Salomon de Caus bastís en 1615 una pompa solara, mercé a l'utilizacion d'aire caufat per la radiacion solaira.

François Villette, optician al palais de Versalhas, concep un miralh de bronze d'un mètre de diamètre, amb que fasiá de mòstras de fusion d'objèctes.

Sègle XVIII

En 1747, Georges-Louis de Buffon experimenta un miralh que concentra la lutz del solelh en un punt focal. Capita a far fondre un tròç d'argent (atenh mai de 1 044 1 044 °C).

Dins las annadas 1780, H. B. de Saussure inventa un instrument de mesura li permetent d'estudiar los efièchs calorifics dels rais del solelh que nomena « elio termomètre »; aqueste instrument utiliza l'efièch de sèrra obtengut per un veiral plaçat al dessús d'un absorbaire dins una caissa isolada; crea tal un captor solar termic bassa temperatura.

a la fin del sègle XVIII, mercé a una lentilha de liquid que concentra los rais solars, Antoine Lavoisier bastís un forn solar qu'atenh la temperatura de 1 800 1 800 °C.

Sègle XIX

La conversion de la lutz en electricitat, nomenada efièch fotovoltaïc, es descobèrta per Edmond Becquerel en 1839, mas caldrà atenher près d'un sègle per que los scientifics aprigondisson e expleitan aqueste fenomèn de la fisica.

En 1875, Werner von Siemens expausa davant l'Acadèmia de las Sciéncia de Berlin un article sus l'efièch fotovoltaïc dins los semiconductors.

Sègle XX

En 1913, William Coblentz pausa lo primièr brevèt per una cellula solara que malaürosament jamai capitarà a foncionar.

En 1916, Robert Millikan es lo primièr a produire d'electricitat amb una cellula solara, mas pendent las quaranta annadas seguentas, pas degun ferà gaire pas de progrès en energia solara que las cellulas fotovoltaïcas an un tròp bas rendiment per transformar la lutz del solelh en energia. Lo fenomèn demora encara una escobèrta anecdotica.

Pendent l'annada 1954, tres cercaires americans (Chapin, Pearson e Prince) realizan una cellula fotovoltaïca de « naut rendiment » (9 %) e los Laboratòri Bell bastisson lo primièr panèl solae mas èra tròp carestiós per èsser produch en seria. Es la conquèsta espaciala que farà vertadièrament progressar l'energia solara; lo panèl solar e lo sol mejan non-nuclear de provesir de satellits en energia, mai l'energia solara es una font d'energia constanta pels satellits en orbita. En efièch, es en 1958 que se lança lo primièr satellit foncionant amb l'energia fotovoltaïca. L'industria espaciala investirà fòrça moneda dins lo desvelopament dels panèls solars. Es la primièra utilizacion importanta de la tecnologia solara fotovoltaïca.

Pendent las annadas 1970 e 1980, d'esfòrces son realizats per reduire los costs de biais que l'energia fotovoltaïca siá tanben utilisabla per d'aplicacions terrèstras. L'energia solara coneisserà un segond vam pendent lo primièr tust petrolièr dins las annadas 1970. Alara que lo cost del petròli aumenta de biais espectacular, los panèls solars fotovoltaïcs començan a èsser utilizat pel primièr còp dins d'ostals. En efièch, en 1973, lo primièr ostal provesit per de cellulas fotovoltaïcas es bastit a l'universitat del Delaware e en 1983, la primièra veitura alimentada per energia fotovoltaïca percors una distància de 4 000 km en Austràlia. Dempuèi los panèls solars se desvolopèron lentament. Pendent longtemps, èran considerats coma de fonts d'energias naturalas. L'energia solara torna en plen vam que se previa un manca de petròli, se preocupa del caufament de la planèta e lo cost de l'energia es nautissim.

L'energia solara ven una prioritat per sempre mai de païses. De centralas solaras se bastisson pel mond entièr. Las entrepresas tanben investisson. Las entrepresas d'electricitat e los govèrns donan de subvencions per encoratjar los proprietaris a investir dins l'energia solara per lor ostal. En 1995, de programas de teulats fotovoltaïcs ligats al ret foguèron lançats, al Japon e en Alemanha, e se generalizan dempuèi 2001.

De tipes novèls de panèls solars son desvolopats; de panèl fòrça prims (4 mm d'épaisseur) e flexibles, de pinturas solaras. L'objectiu es de reduire plan fortament lo còst de l'energia solara.

Sègle XXI

En novembre de 2015 una « Aliança internacionala per l'energia solara » (o ISA per « International solar alliance » foguèt creada. Lo projècte foguèt portat per Narendra Modi (Primièr ministre indian). Aquesta aliança deu reünir los Estats dispausant d'importantas fonts solars per coordonar melhor lo desvelopament de lor expleitacion (termica fotovoltaïca) via d'accions de formacion, d'estandardizacion de materials, de partatge d'experiéncias, coentrepresas...). La ceremonia de lançament se debanèt a la COP21 de París.

Fonts solaras

Un eliostat de la centrala solara THEMIS.

Centrala solara en Califòrnia (SEGS - Kramer Junction).

L'energia solara ven de la fusion nucleara que se debana al centre del Solelh. Se propaga dins lo Sistèma solar e dins l'Univèrs subretot jos la forma d'un radiacion electromagnetica de fotons e de radiacion infraroja.

L'energia solara recdebuda en un punt de la tèrra depend de:

• l'energia solara mandada pel Solelh e arribant al vesinat immediat de la Tèrra (fluctuacions decenalas, sasonièras, e pontualas);
• la nebulositat (nívols, nèbla, etc.), que varia fòrça d'un luòc a un autre. Aquesta es fòrta a fòrça fòrta dins las regions oceanicas temperadas e subpolars atal coma dins las regions equatorialas alara qu'es fèble a fòrça fèble dins las regions aridas subtropicalas o polaras;
• la latitud, la sason e l'ora, qu'influisson sus la nautor del Solelh e donc sus l'energia recebuda al sol per unitat de superfícia, e tanben sus la nebulositat en foncion del clima local.

Globalament la Tèrra recep en permanéncia una poténcia de 170 milions de gigawatt (es a dire 170 milions de miliards o 1,7× 10¹⁷ jolas per segonda), que 122 son absorbats alara que lo rèste es rebatuti. L'energia totala absorbada sus una annada es donc de 33850 zètajolas (10× 10²¹ jolas, ZJ); per comparason, la fotosintèsi capta 3 ZJ, lo vent conten 2,2 ZJ, e l'ensemble dels usatges umans de l'energia, 0,5 ZJ amb 0,06 ZJ jos forma d'electricitat.

Lo flus maxim d'energia solara recebut al sol terrèstre s'encontra jols tropics secs (o arids), es a dire dins los desèrts cauds ont las condicions meteorologicas e geograficas son optimalas: bassa latitud, vast espaci, ensolelhament de contunh, cèl clar, granda secad de l'aire. Lo Sahara, lo desèrt caud mai grand del mond, es la region de la Tèrra que recep mai la calor e la lutz del Solelh. La durada de l'insolacion mejana i es mai nauta (fins a 4 300 h/an es a dire entre 97 e 98 % del jorn), e tanben l'irradiacion solara mejana i es mai granda, amb mai de 280 W/m² en mejana sus l'annada nuèchs compresas.

Aquesta que son relativament prèp de zonas de consomacion importantas dins los païses desvelopats dispausant de la tecnica que cal per captar l'energia solara, fan de realizacion sempre mai importantas, coma dins lo desèrt dels Mojaves (Califòrnia e Arizòna) ont son installadas las mai grandas centralas solaras termodinamicas del mond, coma la centrala solara SEGS d'una poténcia totala de 354 MW e aquesta de Solana d'una poténcia de 280 MW.

Tecnicas per utilizar l'energia solara

Las tecnicas per captar dirèctament una partida d'aquesta energia son disponiblas e son de contunh melhoradas. Se pòt destriar lo solar passiu, lo solar fotovoltaïc e lo solar termic.

Solar passiu

La mai anciana e de segur la mai importanta, quitament s'es discrèta, utilizacion de l'energia solara consistís a beneficiar de l'apòrt dirècte de la radiacion solara, es a dire l'energia solara passiva. Per qu'un bastit beneficia al mens dels rais del Solelh, se deu prene compte de l'energia solara pendent la concepcion arquitecturala (faciada doblas, superfícia veirada orientada cap al Sud, etc.). L'isolacion termica ten un ròtle important per optimizar la proporcion de l'apòrt solar passiu dins lo caufatge e l'enlusiment d'un bastit.

Dins un ostal solar passiu, l'apòrt solar permet de far d'estalvis importants. L'abitat passiu designa un bastit que las depensas d'energia de caufatge son reduchas a unes 80 % al respècte d'un ostal nòu bastit segon las nòrmas alemandas d'isolacion termica de 1995, nòrmes ja fòrça exigentas. L'energia solaira passiva permet donc de caufar, tot o partida, d'un bastit per un cost proporcional gaireben nul, utilizant las condicions d'un site e de son a l'entorn, segon los principis de l'Arquitectura bioclimatica.

Solar termic

Lo forn solar d'Odeillo.

L'energie solara termica consistís a utilizar la calor eissida de la radiacion solara. Aquesta radiacion se pren de tres biaises:

• en usatge dirèct de la calor: caufa-l'aiga, caufatge solar amb los forns solars, cosinièras e secairas solaras per exemple;
• en usatge indirècte, la calor utilizada per un autre usatge: rafresquiment solar, centralas solaras termodinamicas, etc.

Energia solara per coire los aliments

Apareguda dins las annadas 1970, la cosina solara consistís a preparar de plats mejans d'un cosedor o d'un forn solar. Los pichons forns solars permeton de las temperaturas de coseson de l'òrdre de 150 150 °C, las parabòlas solaras permeton de far los mèsmes plats qu'una cosinièra classica de gas o electrica.

L'utilizacion de l'energia solara per la coseson d'aliments, al delà d'èsser gratuita e abondanta sus de zonas geograficas, permet tanben de reduire la deforestacion dins de païses o la cosina amb fusta e carbon es la nòrma. Permet atal la diminucion de las emissions de dioxid de carbòni} dins l'atmosfèra, d'unas 4 tonas de CO₂ per an per una familha africana cosinant amb la fusta per exemple.

• Différents types de cuisinières et fours solaires
• 
  Còca dins un forn solar Global Sun Oven.
• 
  Forn solar parabolic Alsol 1.4.
• 
  Coisinièra solara.
• 
  Forn solar dels camps (nauts-plan tibetans).

Solar mecanic

Concernís los aparelhs que transforman una radiacion (calor) solara en movement mecanic que pòt, o servir dirèctament, amb un motor Stirling per exemple, o èsser transformada en electricitat (Lo punt comun a totas las tecnicas es la concentracion de l'energia solara via de concentrators solars (eliostat, miralh,Modèl:Etc.).

Solar termodinamic

La centrala solara Thémis.

Lo solar termodinamic es una tecnica solara qu'utiliza lo solar termic per produire:

• D'electricitat, sul mème principi qu'una centrala electrica classica (produccion de vapor de nauta pression qu'es enseguida turbinada).
• Un trabalh mecanic transformant un liquid en gas o caufant dirèctament una partiada del motor coma dins lo motor Stirling.

Centralas solaras termodinamicas

Una centrala solara termodinamica de concentracion es un sistèma que concentra los rais del solelh mejan de miralhs per caufar un fluid caloportaire permetant de produire d'electricitat mercé a una turbina que mòu un generator d'electricitat.

Motor Stirling

En Espanha, a la Plataforma Solar de Almería, motor Stirling installada al fogal d'un miralh parabolic.

De motors Stirling utilizant l'energia solara coma font cauda foguèron concebuts, es lo cas per exemple del motor « Stirling SOLO V160 » de la « Plataforma Solar de Almería », una primièra installacion datant de 1992 primièrament compausada de tres unitats parabolicas de 7,5 m diamètre en mesura de reculhir fins a 40 kWth d'energia al mejan del motor r podava generar fins a 9 kW en zona focala. Lo projècte foguèt seguit per una unitat parabolica de 8,5 m, le motor podent generar 10 kWe.

Solar fotovoltaïc

Mapa de radiacion solara en France.

A l'escala de las vilas, de cadastres solars establits amb de modèls 3D permetent d'optimizar lo posicionament dels panèls solars.

Lo tèrme « fotovoltaïc » pòt designar lo fenomèn fisic o la tecnica associada. L'energia solara fotovoltaïca es l'electricitat producha per transformacion d'una partida de la radiacion solara per una cellula fotovoltaïca. De cellulas son ligadas entre elas dins un modul solar fotovoltaïc. De moduls son amassats per formar una installacion solara per un particular o dins una centrala solara fotovoltaïca. L'installacion solara pòt satisfar, après transformacion en corrent alternatiu mercé a un ondulaire, un besonh local (en associacion amb un mejan de sèrva) o èsser injectada dins un ret de distribucion electrica (la sèrva essent alara pas necessària).

La recerca

La recerca mondiala actuala dins lo solar pòrta subretot sus la melhoracion dels sistèmas (melhor rendiment) e una bassa dels costs dels equipaments.

Dins l'espaci, l'energia dels fotons venent del solelh, lo vent solar, pòt èsser utilizada per exemple per propulsar una vela solara.

Solar Impulse I

Solar impulse I

Set annadas de calculs, de simulacions, de construccion e de tèst foguèron necessaris als 80 engenhaires e tecnicians de l'equipa Solar Impulse per realizar lo primièr prototipe, que beneficia d'una multitud de novelas tecnicas, per exemple dins lo domèni de la captura e de sèrva de l'energia solara e dins aqueste dels materials d'estructura e d’equipament.

Aspècte economic

Part de la producction d'energia primària produita pel solari (donnadas BP 2018).

Une lavandariá automatica en Califòrnia foncionant mercé a l'energia solara.

Sul long tèrme, lo cost del carbon, del gas natural e del petròli aumenta amb l'agotament de la font. Lo solar pòrta una font virtualament inepuisabla d'energia e la comission europèa per las energias renovelablas prevei que l'energia solara representarà una proporcion de 20 % dins las energias renovelablas, aquestas devent provesir 20 % de l'energia en 2020 e 50 % en 2040.

Los sistèmas de produccion d'energia solara an un cost proporcional gaireben nul: I a pas de combustible, sonque de costs (entreten, gardiennatge, reparacion...) que dependon fòrça pauc de la produccion. Cal pasmens prene en compte de costs d'investiment, fòrça mai naut que per las tecnicas fossilas o las autras renovelablas (eoliana, idraulica…).

L'usatge de captors termics permet de produire d'aiga cauda sanitària de fèble cost. Un còp l'installacion realizada, l'entreten es fòrça pauc caretiós e permet de far d'economias substancialas de combustible fossil o d'electricitat.

Pasmens, per la produccion d'electricitat, lo cost de l'installacion es important (pel solar termodinamic) o fòrça naut (pel fotovoltaïc), e aquesta tecnicas son pas encara maduras per una generalizacion. Fòrça païses an donc realizat de sistèmas d'incitacion financièra (jos forma de detaxacion, de subvencions, o de tarifs avantatjoses per la crompa de l'energia producha).

L'usatge de sistèmas de produccion d'energia solara se justifica tanben dins las situacions ont es fòrça carstiós de transportar de combustibles (fossils) o de procedar a un racordament al ret electric, coma per d'aparelhs isolats (balisas marinas, orodators), o dins de zonas isoladas o pauc pobladas.

Ordinator provesit per de panèls solars.

Nòtas e referéncias

Annèxes

Bibliografia

• L'énergie solaire après Fukushima, la nouvelle donne, Louis BoisgibaultModèl:Page h', Medicilline, octobre 2011.
• Le Soleil au service de l'homme Congrès international UNESCO, juillet 1973
• L'Énergie solaire, conférence internationale de Nice, 1977
• Héliothermique. Le gisement solaire. Méthodes et calculs, Pierre-Henri Communay, Groupe de Recherche et d'Édition, Toulouse, 2002, 530 p., 16x24 cm ISBN: 2-8413-9036-5.
• Julien LABBÉ (2006), L’Hydrogène électrolytique comme moyen de stockage d'électricité pour systèmes photovoltaïques isolés ; thèse de doctorat spécialité “Énergétique” ; École des mines de Paris, le 21 décembre 2006
• Le solaire a rendez-vous avec la ville, CNRS, 2015.