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Energie renouvelable
[1] Entre 2006 et 2007, l’UE a produit +5,7% d’électricité renouvelable, en particulier grâce à l’essor de l’éolien et de la biomasse.
En Europe, la part des renouvelables dans la consommation d’énergie primaire totale atteint 7,53% en 2007 [2] pour un objectif de 12% en 2010. En France [3], 6,88% de l’énergie consommée est d’origine renouvelable.
En France [4], la part des énergies renouvelables dans la consommation brute d’électricité est de 13.16% (objectif 21% en 2010). La moyenne européenne est de 15%. En savoir plus.
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Energie solaire
Le flux lumineux en provenance du soleil a une puissance énergétique de 1368 W/m2 mais cette énergie dépend de l’endroit où on se trouve, de l’inclinaison de la surface du sol par rapport aux rayons (la latitude) et des conditions atmosphériques. Ainsi, dans les meilleures conditions on peut atteindre au sol une énergie de 1000W/m2. Sur une année, environ 20% en moyenne du flux lumineux solaire arrive au sol.
Dans les déserts on peut obtenir une énergie de l’ordre de 6 kWh/m2/jour, alors qu’elle sera de 1kWh/m2/jour dans les zones polaires (2 à 4 kWh en Europe).
Il existe aujourd’hui deux technologies permettant de transformer l’énergie solaire pour les besoins humains : le solaire photovoltaïque pour la production d’électricité et le solaire thermique pour la production de chaleur.
Le solaire photovoltaïque
Cette technologie emploie des panneaux contenant des matériaux semi-conducteurs (en général le silicium). Les rayons lumineux génèrent au contact du semi-conducteur un courant électrique. Il faut 10 m2 de panneaux pour obtenir une puissance de 1 kW (permettant de produire1500 kWh/an). Pour un système complet de génération, on interconnecte plusieurs modules photovoltaïques (qui forment un panneau), une structure rigide de support, le câblage, une batterie et un régulateur de charge (pour le stockage de l’énergie).
À cause de prix de production beaucoup plus élevés que l’énergie fossile (un facteur 10 existe aujourd’hui), les applications actuelles du solaire photovoltaïque concernent surtout des sites décentralisés et des utilisations ne demandant pas une puissance trop importante (de l’ordre de 1 kWh/jour) : éclairage, pompage d’eau, production de froid, etc. Voici la structure de coût d’une installation photovoltaïque :
| Composant du système | Structure de coût en année 1 | Structure de coût au bout de 20 ans | Durée de vie |
|---|---|---|---|
| Module | 67% | 33% | 30 ans |
| Batterie | 14% | 48% | 5 ans |
| Autres | 19% | 19% | - |
Néanmoins le développement du photovoltaïque dans le monde et les avancées technologiques permettent d’augmenter les rendements et de réduire les coûts : le prix moyen du Watt photovoltaïque (dit ‘Watt crête’) installé est passé de 12 à 15 € en 1980 à 5 € en 2000. Par ailleurs, si l’investissement initial pour l’installation est raisonnable, la fréquence de renouvellement des batteries en particulier génère des coûts de maintenance significatifs.
L’utilisation de cellules photovoltaïques pour la production d’électricité ne génère pas de nuisance, mais le cycle de vie des panneaux pose problème : il faut 5 ans de vie à une cellule pour produire autant d’énergie que ce qui a été nécessaire à sa fabrication. Par ailleurs, la gestion rigoureuse du recyclage en fin de vie est nécessaire puisque le silicium est une matière toxique.
Le solaire thermique
Le principe du solaire thermique est de transformer l’énergie du soleil en chaleur, pour les besoins humains directs (chauffage, eau chaude, cuisson…) ou dans une seconde étape en électricité (solaire thermique haute température).
Le solaire thermique basse température : La chaleur à basse température peut être obtenue à partir du soleil en captant son rayonnement sur des surfaces planes (capteurs solaires). Dans ces capteurs plans circule soit de l’air, soit directement l’eau à réchauffer ou un liquide "caloporteur" qui transférera sa chaleur à l’eau par un échangeur. Le fluide caloporteur est dirigé vers un ballon - soit par une pompe, soit grâce à l’effet de thermosiphon (tout fluide chauffé monte) - où il cède sa chaleur : le ballon peut donc être placé au-dessus du capteur.
Il existe par ailleurs des systèmes plus développés d’utilisation du solaire thermique, couplés à d’autres sources électriques. On parle alors de SSC : systèmes solaires combinés pour le chauffage et l’eau chaude, à travers le stockage de la chaleur dans un ballon, ou directement à travers le passage dans les radiateurs ou des tuyaux enfouis sous le plancher. Cette technologie est particulièrement adaptée pour les pays du Nord où l’ensoleillement n’est pas suffisant et les besoins en chauffage importants, notamment en hiver.
Le solaire thermique haute température : sur le même principe de fonctionnement que toutes les centrales électriques, l’objectif est de produire de l’électricité à partir de vapeur ou de gaz chauffé à très haute température et dont l’énergie est transformée en énergie mécanique puis en courant électrique grâce à des turbines ou des pistons et un générateur électrique. Afin d’obtenir ces hautes températures avec le rayonnement solaire, il est nécessaire d’avoir une très forte concentration des rayons, ce qui n’est possible que dans des pays où le rayonnement direct du soleil dépasse les 1900 kWh/m2/an. Il existe un certain nombre de grandes centrales électriques solaires, notamment en Californie.
Pour de telles centrales, quatre techniques existent, dont certaines peuvent générer des températures allant jusqu’à 1000 °C au point focal des rayons : les collecteurs paraboliques, les collecteurs cylindro-paraboliques, les centrales à tour et les fours solaires.