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Panneaux solaires

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Si le soleil n'existait pas, la Terre serait une pierre froide perdue dans un vaste espace. Depuis cinq milliards d'années, il a constamment brillé et on pense qu'il n'a pas atteint
la moitié de sa vie. Il s'agit donc d'une source d'énergie garantie pour les 6 milliards d'années à venir.

La surface de la Terre n'atteint qu'une partie de l'énergie produite par le soleil, mais comme énergie renouvelable, l'énergie solaire a quelques caractéristiques qui la rendent très intéressante pour son utilisation: d'une part, elle est une source inépuisable d'énergie gratuite et, d'autre part, elle a une grande qualité énergétique, puisque la concentration du rayonnement solaire permet d'atteindre des températures allant jusqu'à 3.000 ºC, et enfin, le système de pollution ne présente pas un avantage environnemental lent.

Cependant, l'énergie solaire présente des défauts ou des obstacles qui deviennent de grands problèmes: Il n'atteint pas la Terre en permanence, mais subit des cycles nocturnes, diurnes et saisonniers, ainsi que des conditions atmosphériques variables (nuages, brouillards, etc.). ). D'autre part, avant utilisation et/ou stockage, il est nécessaire de réaliser une transformation à un autre type d'énergie (thermique, électrique). En ce sens, la transformation et l'accumulation d'énergie électrique nécessitent des batteries qui, étant de plomb/acide, de gel ou de nickel/cadmium, sont polluantes. Troisièmement, même si l'énergie solaire est gratuite, la technologie pour son utilisation est très coûteuse. Cependant, la famine de ce type d'énergie est relative. Comparé aux prix actuels des sources d'énergie traditionnelles, il est cher, mais le prix réel de ces dernières serait beaucoup plus élevé si l'on tenait compte de leurs coûts environnementaux (traitement des déchets nucléaires, effet de serre et pluie acide, par exemple).

Enfin, même si la production d'énergie photovoltaïque est un processus très propre, les produits utilisés dans la fabrication de cellules sont toxiques et leur transformation en déchets après avoir épuisé la vie des cellules photovoltaïques (environ 30 ans) peut causer des problèmes s'ils ne sont pas gérés correctement. Cependant, il faut garder à l'esprit que la plupart des matériaux toxiques contenant les cellules sont recyclables. D'autre part, l'utilisation de grandes surfaces dans le cas des grandes centrales a également été un sujet de préoccupation, même si elle est comparée à l'espace occupé par l'unité d'énergie électrique produite par les centrales électriques traditionnelles, on peut dire qu'elles ont besoin d'une surface similaire.

En ce qui concerne le rendement de la conversion énergétique, celle-ci est très faible (environ 20%), donc penser que beaucoup d'énergie solaire sera utilisée à court terme est optimiste. On estime que 10% de l'énergie totale consommée dans les pays développés dans quelques décennies sera solaire. En revanche, dans les pays en développement et avec de forts vents, peu affirment que ce pourcentage sera beaucoup plus élevé.

Utilisation de l'énergie solaire

Il existe deux façons d'utiliser l'énergie solaire directement et activement. D'une part, il peut être utilisé pour chauffer un fluide à l'aide de collecteurs appropriés. D'autre part, les cellules photovoltaïques permettent de transformer directement l'énergie solaire en énergie électrique. Les deux processus n'ont rien à voir tant dans le domaine technologique que dans l'application.

Utilisation thermique de l'énergie solaire

Ce système de chauffage n'est pas exclusif aux territoires chauds et, par exemple, au Canada, l'industrie du chauffage à eau solaire est devenue ces dernières années une industrie hautement compétitive. Des installations exemplaires existent également au Pays basque.

Le système d'eau chaude solaire peut être installé dans n'importe quelle maison (voir figure 1) et obtenir 75% de l'eau chaude de cette source. Il peut également être utilisé dans les salles de sport, les piscines et l'industrie, ainsi que dans les systèmes de chauffage des bâtiments. Des systèmes à basse température sont utilisés dans les maisons, les salles de sport et les piscines. Dans les processus industriels, les systèmes les plus courants sont ceux qui atteignent une température entre 80ºC et 250ºC. Le principe de fonctionnement est très simple : les plaques thermiques captent l'énergie du Soleil et l'eau qui circule dans les tubes sous la plaque chauffe. Comme nous l'avons déjà dit, l'eau chaude est parfois obtenue pour l'utilisation et dans d'autres cas le liquide à faible point d'évaporation devient gaz pour produire de l'énergie électrique (voir figure 2). Dans l'application de production d'électricité par vapeur, les températures à atteindre sont supérieures.

Curieusement, un autre domaine d'application de la chaleur solaire est celui du refroidissement. Et c'est que pour obtenir le froid, il faut une source de chaleur, qui est ce que les panneaux solaires placés sur le toit offrent. Les pays arabes sont, entre autres, quelques-uns de ceux qui ont commencé à utiliser ce système efficacement.

Énergie photovoltaïque

Le système de production d'énergie électrique à partir des radiations solaires est basé sur la capacité des cellules photovoltaïques à transformer l'énergie des rayons solaires en courant électrique. L'unité de production de base est la cellule photovoltaïque, formée de couches de matériel semi-conducteur qui fournissent et captent des électrons (voir figure 3).

L'ensemble des cellules photovoltaïques forme le panneau solaire. On l'appelle aussi module et c'est l'unité de base qui est installée pour produire de l'énergie. Vous pouvez les joindre autant de fois que vous le souhaitez.

Le semi-conducteur formant la cellule photovoltaïque est généralement en silicium, mais d'autres matériaux sont actuellement utilisés. En raison des rayons solaires, certains des électrons du conducteur sont expulsés de la structure cristalline. Il ne faut pas les laisser revenir en arrière, mais pour qu'ils reviennent aux orifices de la région chargés positivement qu'ils ont laissé vides, il faut créer un chemin extérieur, par exemple, avec un fil métallique qui relie les deux régions. Les électrons se déplaceront le long du filetage générant du courant électrique.

Le silicium monocristallin est le semi-conducteur le plus utilisé aujourd'hui, car il est le plus efficace (rendement autour de 23%), mais il a un coût de production élevé. Les chercheurs ont donc dû chercher de nouvelles voies. D'une part, on trouve le silicium polycristallin, plus économique mais de moindre performance (15-17%). Les couches minces de silicium amorphe (0,001-0,002 mm) sont la troisième option, économique mais de moindre performance (12% en laboratoire). D'autres matériaux tels que le cuivre/indien/diselène « sandwiches » (CuInSe), le dioxyde de titane (TiO) et le tellure de cadmium ont également été étudiés et développés. On pourrait obtenir des couches minces de techniques électrochimiques bon marché (par bains). Les couches de dioxyde de titane, récemment développées, sont d'un grand intérêt pour leur transparence et peuvent donc être utilisées comme fenêtres.

Jusqu'à la crise pétrolière, l'énergie photovoltaïque qui a commencé à se développer dans les années 50 a été utilisée surtout dans les satellites. Actuellement, en plus des satellites, il est disponible dans trois domaines principaux: a) dans les petits produits de consommation tels que les calculatrices, les montres; b) pour ceux qui vivent loin du réseau électrique et c) pour la fourniture du réseau électrique.

En Navarre, contrairement aux propriétés particulières et en ce qui concerne l'énergie photovoltaïque, la puissance actuellement installée est de 96 kW, la plus grande à Gerinda avec 320 panneaux, tandis que dans la thermique la surface installée est de 6.000 m2. Dans la Communauté Autonome du Pays Basque, cependant, en ce qui concerne l'énergie photovoltaïque a été installée environ 59 kW et en ce qui concerne l'énergie thermique, environ 580 m2.

Où pouvons-nous utiliser l'énergie solaire?

Aujourd'hui, l'utilisation de l'énergie solaire par les particuliers est assez difficile, car les bâtiments existants ne sont pas conçus pour cela. Cependant, il y a des choses qui peuvent être faites, surtout dans les travaux de rénovation ou de nouvelles constructions. Par exemple, dans des installations générales dans des bâtiments de rues à plusieurs étages, l'énergie électrique peut être obtenue par l'énergie solaire, mais les forces devraient probablement aller vers l'économie d'énergie par la conception et les matériaux d'isolation. Cependant, dans des maisons uniques, vous pouvez faire plus de choses. La construction d'une nouvelle maison de ce type serait d'environ 15% plus chère que celle d'une "normale" lors de la construction (12 millions coûtera 13 millions), car la principale augmentation des dépenses est due à un plus grand nombre d'éléments d'isolement. Ensuite, selon la consommation, nous aurons besoin de plus ou moins de temps pour amortir cette différence.

Dans tous les cas, il faudra prendre en compte que pour qu'une installation autonome de ce type soit économiquement rentable (en tenant compte des prix du marché et en laissant de côté des critères environnementaux, car ils ne sont pas inclus dans les prix), pour qu'une maison ou un autre type d'installation puisse accéder à l'énergie lumineuse doit être à une distance minimale de 1,5 km. du point le plus proche. En outre, dans les cas où cela est possible, il convient de mettre en place un système auxiliaire qui est lancé lorsque le rayonnement solaire est insuffisant ou lorsque la demande est trop élevée. Tout cela sans tenir compte du bénéfice environnemental.

Vers des bâtiments bioclimatiques Tout d'abord, vous devez choisir l'orientation appropriée et le toit orienté sud sera supérieur à celui orienté nord, pour l'installation de collecteurs et panneaux d'utilisation thermique et photovoltaïque. Sur le mur sud, de grands vitraux peuvent être placés pour que le soleil continue à provoquer l'effet de serre et donc la maison est plus chaude. Cela permettra aussi l'entrée massive de lumière. Les collecteurs de toit seront utilisés pour chauffer l'eau et les panneaux photovoltaïques nous mettront l'électricité nécessaire. Le sol sera radiant, de sorte que l'eau chaude circulera à travers les conduits installés sur elle. D'autre part, pour que la perte de chaleur et la ventilation soient adéquates, on tiendra compte d'une série de mesures: tous les murs seront à double cloison et les vitres seront doubles; sur le mur nord on installera une serre en verre ou une salle de stockage qui empêchera le changement hors de la maison d'être si brusque (cela nous permettra d'économiser jusqu'à 25% d'énergie en hiver); de plus, toutes les fenêtres dispoêteront mieux l'ambiance intérieure. Enfin, un petit ordinateur nous permettrait de contrôler la production et la consommation d'énergie électrique et thermique ainsi que les conditions ambiantes de la maison, en contrôlant la mise en marche ou l'arrêt des pompes, l'ouverture ou la fermeture des volets, l'allumage ou l'arrêt des systèmes d'éclairage, etc.