Ainsi, il est important de noter qu'une seule source de production d'électricité n'est pas envisageable, et qu'il sera indispensable de s'orienter vers de nombreuses technologies pour répondre à la demande. Les problèmes de l'énergie ne peuvent laisser indifférents les scientifiques et même le citoyen désireux de s'informer sur le thème récurrent des énergies renouvelables. C'est dans ce contexte que j'apporte une contribution sur l'aspect scientifique et stratégique de l'énergie solaire. Suite à la complexité technologique et le degré de maturité scientifique, l'énergie solaire présente effectivement ses limites, que nous mettrons en évidence. Les deux grandes familles d'utilisation de l'énergie solaire sont l'énergie photovoltaïque et l'énergie solaire thermique. 1- Energie photovoltaïque La croissance du photovoltaïque n'aurait probablement pas été si rapide sans l'introduction de subventions par certains pays. Néanmoins, l'industrialisation massive du secteur de ces dix dernières années a permis de diminuer sensiblement le prix des panneaux photovoltaïques qui n'a pas encore atteint l'objectif escompté. Du côté de la recherche, on observe une course aux hauts rendements à travers plusieurs pistes telles que l'introduction de nouveaux matériaux photosensibles, l'amélioration du confinement optique de la lumière pénétrant dans le composant, la combinaison de plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs (multi-jonctions) pour couvrir le spectre lumineux le plus large. Actuellement, la technologie du silicium cristallin est majoritaire sur le marché de l'énergie photovoltaïque malgré sa complexité technologique et le rendement est à peine acceptable.
1-1-Principe de fonctionnement : Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), génère de l'électricité. C'est l'effet photovoltaïque qui est à l'origine du phénomène. Le courant continu obtenu est fonction de la lumière incidente. Les cellules photovoltaïques les plus répandues sont constituées de semi-conducteurs, principalement le silicium et se présentent généralement sous la forme de fines plaques d'une dizaine de centimètres de côté, prises en sandwich entre deux contacts métalliques, dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,2 à 0,3 mm appelée wafer. Les cellules sont réunies dans des modules solaires photovoltaïques «PV» ou panneaux solaires, en fonction de la puissance recherchée. Pour illustrer la complexité technologique, nous présentons les phases essentielles de la production des panneaux PV. Aujourd'hui, la majorité des modules sont fabriqués à partir de cellules photovoltaïques au silicium poly-cristallin. Il existera ainsi, pendant toute la vie de la jonction, une charge positive de la région N (phosphore) au bord de la jonction où il existe un déficit d'électrons et une charge négative dans la région P (bore) où il existe un excès d'électrons. A partir d'un lingot de silicium purifié, on entreprend différentes opérations telles que : – Le découpage en Wafer au moyen d'une scie circulaire diamantée de grande précision. Le travail s'effectue dans l'eau afin d'éviter tout échauffement et toute pollution. A la fin de l'opération, pratiquement la moitié du silicium est perdue sous forme de poudre. – Le rodage des faces a pour but d'éliminer les irrégularités de surface provoquées par les grains de la scie diamant lors du tronçonnage. Ce rodage mécanique s'effectue avec de la poudre de carbure de silicium. Après cela, un rodage chimique vient supprimer les dernières irrégularités sur la couche superficielle. A cet effet, on utilise des bains d'acides (acides fluorhydrique et nitrique) ; puis les wafers sont rincés soigneusement et séchés. Cette attaque chimique peut être remplacée ou complétée par un polissage électrolytique. – La couche antireflet est déposée sur la face dopée N exposée au soleil, permet de faciliter au maximum la pénétration des photons à travers la surface, ou plutôt de minimiser la réflexion des photons. Cette couche antireflet est traditionnellement réalisée en nitrure de silicium, produit à partir d'un mélange silane/ammoniac à l'aide d'un réacteur plasma. – Les contacts métalliques sont déposés pour permettre le transfert d'un maximum d'électrons. – L'utilisation industrielle des cellules dans l'énergie photovoltaïque se fait sous la forme de panneaux composés de plusieurs cellules montées en parallèle ou en série. – Les chaînes de cellules sont encapsulées dans un plastique, pour les protéger des agressions extérieures (rayons U.V., humidité) et les isoler électriquement. – Le module est placé dans un cadre métallique qui va lui donner une grande rigidité mécanique. – Le module subit enfin des tests mécaniques, optiques et électriques, avant d'être mis sur le marché. A ce jour, on constate plusieurs groupes de cellules PV ; en silicium cristallin, amorphe et en composites dont trois principaux types (poly-cristallin, mono-cristallin et amorphe) sont retenues. 1-2- Les différents types de cellules photovoltaïques et leur fabrication : Les procédés d'obtention des matériaux de silicium poly-cristallin et mono-cristallin sont différents. Mais, initialement, on doit assurer la production du silicium métallurgique. Elaboration du silicium métallurgique par carbo-réduction : Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques. On obtient le silicium dit métallurgique de pureté (98 à 99%) par réduction de la silice «SiO2» qui est le composé le plus abondant dans la croûte terrestre et notamment dans le sable ou le quartz. L'élaboration s'effectue dans un four à arc électrique en présence du coke où différentes réactions chimiques ont lieu à des températures de 1800°C à 2000°C. Le silicium métallurgique comprend des impuretés qui proviennent essentiellement des matières premières et des électrodes en graphite appartenant au four à arc électrique.Des travaux sur la réduction directe sont en cours tel que développée dans la sidérurgie, et leurs réussites réduiraient certainement le coût de la carbo-réduction. Un minimum d'éléments du groupe III (Al, Ti…) dans le minerai est conseillé, dans le cas contraire son extraction ultérieure lors de la purification physique reste difficile. Dans le cas contraire, on est obligé de recourir à la purification chimique. Les différentes techniques de purification du silicium Le silicium poly-cristallin est obtenu à partir du silicium métallurgique et par refonte des chutes de silicium monocristallin ou poly-cristallin. On différencie le silicium monocristallin, composé d'un seul cristal du silicium poly-cristallin, formé par de nombreux cristaux séparés par des joints de grains. – Silicium poly-cristallin : Les grains de silicium poly-cristallins peuvent atteindre quelques centaines de nanomètres de diamètre moyen, regroupent des impuretés ségrégées lors de la fabrication et qui, en trop grande quantité, vont limiter les performances des cellules de manière considérable. Il n'est pas rare non plus de constater la présence d'autres impuretés ségrégées dans des zones incluses, connues sous le nom de dislocations. Après la production du silicium métallurgique sous forme de cristaux, on passe à la purification. La forte concentration d'impuretés en volume est à l'origine des plus faibles performances pour le silicium multi-cristallin. Cette problématique a été abordée en partie dans la thèse de Daniel Macdonald (D. Macdonald, Recombination and Trapping in Multicrystalline Silicon Solar Cells. Thèse doctorat, Australian National University, 2001). Le traitement par un plasma d'argon, (oxygène et hydrogène) est une technique efficace pour volatiliser le bore sans apporter de contaminations. Il existe plusieurs techniques de purification du silicium métallurgique qui sont en cours de développement, soit en phase laboratoire, soit en phase semi-industrielle. La purification du silicium par plasma inductif et par brassage des forces électromagnétiques a été développée et qui consiste à volatiliser les impuretés à l'aide des gaz réactifs plasmagènes (O-, H+ et OH-) dont la température peut atteindre 1700°C. L'induction est un moyen efficace pour brasser et chauffer le silicium. Elle favorise le transfert des impuretés du bain vers la surface, contrôle et homogénéise la température du silicium liquide dans le bain. -La purification par voie chimique : (exemple : Siemens) [A. Braga, S. Moreira, P. Zampieri, J. Bacchin, et P. MEI. New processes for the production of solar-grade polycrystalline silicon : A review (pp. 418-424)] consiste à effectuer une purification à partir du silicium métallurgique en particulier à l'aide de l'acide chlorhydrique. Cette méthode de purification à l'échelle industrielle nécessite des moyens de sécurité très stricts. Ce type de traitement nécessite également un broyage du silicium inférieur à 40 µm. L'attaque acide élimine de façon efficace Al, Ca, Fe, Ti, le carbone et le phosphore mais élimine très peu le bore qui peut être gardé en tant que dopant. En ajoutant de la chaux au silicium broyé avant l'attaque, jusqu'à 80% du phosphore initialement contenu dans le silicium est retiré. Après purification, le silicium peut se solidifier suivant deux voies différentes : – Une solidification non contrôlée dans une lingotière en cuivre. – Une solidification contrôlée par la méthode de Bridgman qui consiste à verser le silicium liquide purifié dans un creuset en silice dont les parois latérales sont opaques, alors que le fond est transparent pour permettre l'extraction de la chaleur par radiations infrarouges. Les parois du creuset sont couvertes par une couche en nitrure de silicium «Si3N4» afin de faciliter le démoulage et éviter au silicium liquide de coller au creuset. Le creuset chargé en silicium est placé dans un four de fusion, puis porté à 1430°C. Compte tenu du temps de cycle nécessaire à la cristallisation, de l'ordre de 60 heures, les fabricants de cellules PV de silicium se sont lancés dans une course à l'augmentation de la section de base du creuset pour réduire la cinétique de refroidissement. La majorité des creusets contiennent 300 à 450 kg de silicium. Les cellules PV de silicium poly-cristallin issues de lingots présentent une bonne qualité cristallographique et une faible densité de dislocations. La caractérisation du silicium purifié par l'analyse chimique et électrique donne des résultats qui permettront d'évaluer la qualité photovoltaïque du matériau. Les efforts de recherche actuels portent davantage d'informations sur l'interaction impureté-impureté, impureté-défaut dans le silicium. Les impuretés peuvent s'associer entre elles pour former soit des complexes soit des précipités si localement leur concentration est supérieure à la limite de solubilité. Lors de l'élaboration du silicium métallurgique ou lors de la purification, différentes analyses sont nécessaires pour mettre en évidence la qualité du produit, elles s'effectuent à l'aide des techniques de haute précision telles que par microsonde électronique couplée à la microscopie électronique à balayage, et cela pour caractériser les éléments chimiques dans le silicium tel que le bore, le phosphore, l'aluminium, le titane…, ainsi que la morphologie des grains sur le produit purifié. Les liaisons chimiques sont mises en évidence par la Spectrométrie infrarouge à transformation de Fourrier «FTIR» telles que SiOx, SiC, B4C…, ainsi que les cartographies de photo-courant dans les micrographies. Nous informons nos lecteurs que le contenu relatif à «Réflexions scientifiques et stratégiques sur l'énergie solaire» a été divisé en trois parties. La première, déjà publiée la semaine passée, a traité de l'énergie photovoltaïque qui explicite le fonctionnement et la fabrication des panneaux PV. Cette opération est liée évidemment à la production du silicium en passant par la carbo-réduction et la purification du silicium poly-crisallin. Dans cette deuxième partie, nous décrivons en bref le silicium mono-cristallin et le silicium amorphe en présentant les avantages et les inconvénients de cette technologie et les différents axes de recherche en cours, suivis d'une conclusion. – Silicium mono-cristallin : Le silicium liquide est destiné à la production de silicium monocristallin par le procédé Czochralski. [P.H. Haumesser. Elaboration par croissance Czochralski, caractérisation spéctroscopique et propriétés laser de monocristaux dopés par l'Ytterbium. Thèse de doctorat. L'Université Pierre et Marie Curie (2000)]. Si on désire obtenir des monocristaux, on cristallise le liquide et on le transforme en semi-conducteur de type N «phosphore». Pour cela, on place dans un creuset en quartz une quantité de silicium correspondant sensiblement au poids du monocristal à obtenir ; on ajoute le dopeur donneur d'électrons de type N (phosphore) sans qu'aucune impureté ne puisse perturber la cristallisation. L'opération doit donc se dérouler dans une enceinte hermétiquement close, d'une propreté «chirurgicale», et dans une atmosphère sous vide. Autour de l'enceinte isolante en quartz est placé l'inducteur d'un générateur de haute fréquence qui permet de porter le mélange Si-dopeur à la température de fusion, soit 1500°C environ. Lorsque la fusion est totale, l'opération de cristallisation peut commencer. A cet effet, un système mécanique de précision présente le germe monocristal au contact du bain, puis le soulève verticalement, très lentement, tout en lui imprimant une très lente rotation qui aide à l'homogénéisation. Le germe entraîne le silicium qui se trouve alors soustrait à l'action de l'induction HF. Le silicium se refroidit donc et cristallise suivant le mouvement fixé par le germe. L'opération est très délicate ; la vitesse de levage doit être constante afin de ne pas perturber la formation du cristal. La température du bain doit être également constante, à 0,1°C près (et ceci vers 1500°C). L'homogénéisation, aidée par les deux mouvements de levage et de rotation, est primordiale jusqu'à la température inférieure de 800°C. La durée de l'opération dépasserait une centaine d'heures. Cette complexité et cette durée de traitement se répercute sur le prix excessif. Malgré le rendement de celui-ci supérieur au silicium poly-cristallin, la préférence revient à ce dernier – Silicium amorphe hydrogéné : Comme son nom l'indique, le silicium amorphe hydrogéné (a-Si :H) est composé d'atomes de silicium qui sont en configuration désordonnée loin de tous les réseaux de Bravais. Le silicium amorphe hydrogéné a été fabriqué en 1969 où il a connu un regain d'intérêt par rapport au silicium amorphe non hydrogéné [R. C. Chittick, J. H. Alexander et H. F. Sterling Journal of Electrochemical Society, vol. 116, p. 77, 1969]. De plus, il a été démontré qu'introduire de l'hydrogène dans le matériau permet d'y intégrer efficacement des atomes dopants, indispensables pour les applications photovoltaïques [W. Spear et P. Lecomber Solid State Communications, vol. 17, p.1193, 1975]. Le procédé de fabrication consiste en l'introduction des gaz d'hydrogène dans la chambre pour la synthèse. L'hydrogène est lié pour donner le silane (SiH4). Le dopage au bore peut être effectué avec du tri-méthylbore (TMB, B(CH3) 3) ou du diborane (B2H6). Le dopage au phosphore avec de la phosphine (PH3). On peut aussi utiliser le procédé Hot wire chemical vapour deposition (HWCVD) pour déposer des films minces de silicium amorphe hydrogéné. Avantages du photovoltaïque – L'énergie émanant du soleil est gratuite. – Les systèmes d'énergie renouvelables peuvent être autonomes. – Le soleil fournit une alimentation quasi-illimitée en énergie solaire. – Leurs coûts de fonctionnement sont très faibles vu que les entretiens ne nécessitent ni combustible, ni transport, ni personnel hautement spécialisé. Inconvénients du photovoltaïque – Déphasage : on a besoin de plus de chauffage la nuit et en hiver, mais ce sont les périodes les moins ensoleillées. – Le temps est imprévisible. – La cellule PV fragile en cas de grêle. – Nettoyage en cas de poussière ou ensablement «A prévoir l'accessibilité». – Batterie longévité limitée. – La fabrication du module photovoltaïque relève de la haute technologie et requiert des investissements d'un coût élevé. – Le rendement réel de conversion d'un module est faible. – stockage de l'énergie électrique en batterie parfois insuffisant en hiver lors des nuits très longues et peu de soleil le jour. – Occupation d'une superficie importante pour les installations. A titre d'exemple, l'implantation en France d'une centrale solaire de 40 MW nécessite une superficie de 75 ha. La productivité d'un seul panneau solaire dans le Sud algérien est environ deux fois supérieure à celui implanté en Europe. D'où la superficie pour une centrale de même capacité serait de 37,5 ha. On peut mentionner la complémentarité entre le solaire et l'éolien par le couplage de ces deux énergies intermittentes. Le solaire produit l'électricité le jour, pas la nuit ; et l'éolien produit l'électricité un peu plus la nuit que le jour. Le solaire produit surtout en été et très peu en hiver : l'éolien produit nettement plus en hiver qu'en été. Le solaire peut contribuer à atténuer le problème de l'absence quasi-totale du vent lors des épisodes anticycloniques, particulièrement en été.
1-3- Perspective de la recherche dans le solaire : Les résultats de recherche doivent aboutir aux critères de pureté du silicium indiqués au tableau ci-dessous : Les techniques industrielles n'ont pas atteint leur maturité scientifique et de nombreuses pistes de recherches sont encore à développer ; il s'agit tout d'abord de faire baisser le prix de revient de l'électricité produite, et surtout obtenir des progrès technico-économiques dans la cellule PV. A l'état actuel, les recherches sont en cours pour définir le meilleur matériau sur l'aspect rentabilité. Les quelques axes de recherche en cours à retenir sont : – La valorisation de toutes les longueurs d'onde du spectre solaire (dont l'infrarouge, ce qui ouvrirait des perspectives très intéressantes dont la transformation directe de la lumière d'une flamme en électricité). Des panneaux solaires transformant les infrarouges en électricité ont été mis au point par le Boston collège de Chestnut Hill (Massachusetts). Une production électrique devient théoriquement possible à partir de toute source de chaleur, même de nuit. – Des concentrateurs (déjà utilisés sur les satellites) sont testés sur Terre. Via des miroirs et des lentilles incorporés dans le panneau ; ils focalisent le rayonnement sur l'élément essentiel et coûteux qu'est la cellule photovoltaïque. A la fin 2008, Sunrgi a annoncé disposer à l'échelle du laboratoire d'un système de concentration pouvant atteindre 1600 fois. Ces résultats permettent de diminuer le nombre de panneaux consacrés à la production de l'électricité, ainsi que le coût. De plus, ces nouveaux matériaux dopants (les III-V notamment) supportent très bien l'échauffement important dû à la concentration du flux solaire. – Des recherches sont en cours sur la purification du silicium à l'échelle semi-industrielle à moindre coût. L'optimisation serait sur les proportions des gaz plasmagènes (Ar + H2 + O2) et différents paramètres de brassage et de pression afin de réduire la durée du traitement de purification et augmenter la volatilisation des différents éléments. – Les résultats des études de vieillissement des cellules varient en fonction de la zone d'exposition solaire qui se traduit par la durée de vie des cellules photovoltaïques. – L'application de semi-conducteur sous forme de «spray» sur un support. Cela évitera les pertes de semi-conducteur lors de la découpe dans la masse du lingot. Cette technologie permettra dans l'avenir de réduire significativement les coûts de production des cellules PV. – Des recherches sur la réduction de la ségrégation chimique sur toute la hauteur du lingot malgré le brassage électromagnétique. – L'optimisation sur l'état cristallographique tel que les défauts de maclage et les dislocations ont fait l'objet de plusieurs publications. – Les joints de grains peuvent être considérés comme des interfaces séparant deux cristaux de même nature dont l'orientation est différente. Ces joints contiennent beaucoup de liaisons pendantes et facilitent la ségrégation des impuretés, ils ont généralement une activité électrique recombinante. – Les défauts structuraux sont les macles et les dislocations qui entrent en interaction avec les impuretés. Les joints de grains peuvent être considérés comme des interfaces séparant deux cristaux de même nature dont l'orientation est différente et facilitent la ségrégation des impuretés, ils ont généralement une activité électrique recombinante. Ces défauts ont fait l'objet de nombreuses études. – La feuille de route du photovoltaïque de l'industrie japonaise s'est donné : Thèmes 2020 2030 Coût de production 0,56 euro/watt 0,37 euro/watt Durée de vie Plus de 30 ans Consommation de matière première 1 gr/watt Coût du convertisseur 112 euros / kW Coût de la batterie 0,07 euro/Wh Efficacité de la cellule cristalline 25% 25% Efficacité cellule couche mince 18% 20%
1-4- Conclusion : Actuellement, le silicium poly-cristallin est le plus utilisé pour des raisons économiques, malgré un rendement de moins de 18% et correspond à 40% du prix total de l'emplacement des cellules photovoltaïques. L'Algérie aurait trois choix : soit acheter la matière première sous forme de lingots et ne s'occuper que de l'industrie aval (découpe, dopage, reflet, équiper les panneaux PV et installation), soit acheter directement les cellules et concevoir uniquement les panneaux PV, soit entreprendre l'industrie photovoltaïque en amont et en aval. Dans le dernier cas où l'Algérie s'engagerait dans la production du silicium poly-cristallin PV, elle doit assurer un marché africain en plus du marché intérieur dû à l'investissement élevé avec les risques d'un changement de technologies plus rentables dans les prochaines années telles que la technique de fabrication des cellules par Spray ou bien le développement des concentrateurs permettant de diminuer le nombre de panneaux solaires. Actuellement, les panneaux photovoltaïques prendraient la majeure partie de la toiture ou de toute une façade d'une maison, et ces panneaux doivent être orientés vers le sud qui permettra d'obtenir un maximum de rayonnement solaire. Il y a lieu de relever que le propriétaire doit rester tributaire de Sonelgaz pour des énergies d'appoint, en particulier pendant la saison hivernale. Si la volonté politique existe, on devrait commencer d'abord par installer les panneaux solaires sur les édifices publics. Le privé reste réticent vu le prix et la maintenance que cela engendre tel que le nettoyage fréquent (une pluie boueuse ou la poussière). Les cellules sont très fragiles face à la grêle dont il faut prévoir des cellules de rechange qui sont coûteuses sous réserve de prescrire une assurance. Dans le Sud algérien, est-ce que le vent de sable ne présenterait pas un impact sur la surface ? Peut-on présager l'avenir des résultats de recherche qui réduiront à néant les résultats de recherche existants à ce jour et aboutiront à de nouvelles technologies plus performantes ? Ainsi : – Nous préconisons à l'Algérie de s'investir dans tous les axes de recherches relatives à toutes les énergies : géothermique, éolien, solaire, et surtout la biomasse qui résoudrait un problème majeur environnemental. – De ne pas s'investir dans des mégaprojets, mais plutôt dans les projets pilotes d'énergie intermittente permettant d'effectuer de nombreuses recherches. Dans cette troisième partie, on décrit l'intérêt de l'énergie solaire thermique dans l'immobilier à travers le chauffe-eau et le chauffage solaire, sans oublier d'aborder les centrales solaires thermodynamiques ou hybrides. 2- Energie solaire thermique Le soleil émet un rayonnement qui entre en contact avec un corps qui lui fait augmenter la température. L'énergie solaire thermique est une source d'énergie gratuite, inépuisable, fiable et non polluante. Les applications du solaire thermique dans le bâtiment consistent à capter la chaleur offerte par le soleil afin de la stocker et de la réutiliser pour des besoins de chauffage, d'eau chaude sanitaire ou encore pour réchauffer les piscines. Les économies réalisées représentent de 50 à 80% des dépenses d'énergie nécessaires à la production d'eau chaude sanitaire pour couvrir une partie des besoins de chauffage des habitations individuelles ou des bâtiments. L'énergie solaire thermique bénéficie des progrès réalisés dans la conception et la construction des capteurs solaires, dont la fiabilité est garantie par les fabricants pour une durée de vie d'au moins 20 années. -2-1-Le chauffe-eau et le chauffage solaire : Il est possible d'installer un chauffe-eau solaire, ou un chauffage solaire à l'échelle d'une habitation individuelle ou collective. Il s'agit de capteurs vitrés installés le plus souvent sur la toiture, dans lesquels circule un liquide caloporteur réchauffé par le rayonnement solaire, qui transmet ensuite la chaleur à un réservoir d'eau. Ce procédé permet de couvrir plus de 50% des besoins annuels en eau chaude, et d'apporter éventuellement un complément de chauffage. En France, la Réglementation thermique «RT» 2012 a fait évoluer l'utilisation des énergies renouvelables pour les constructions neuves. Toute maison individuelle doit désormais utiliser une Energie rounouvelable. A ce titre, un nouveau Chauffe-eau solaire individuel «CESI» a été optimisé. C'est un CESI réduit en dimension (capteur de 2 m2 et ballon de 150 litres) et à coût réduit [Le CESI optimisé, des performances au rendez-vous sur Xpair – mai 2014]. Dans le logement collectif, l'utilisation du solaire trouve également toute son utilité pour produire prioritairement l'eau chaude sanitaire [Installations solaires collectives pour l'ECS [archive] sur le site conseils.xpair.com] et [Four solaire [archive] Modèles de fours solaires]. Il existe également des centrales de chauffage solaire fonctionnant sur le même principe que le chauffage solaire individuel, mais à plus grande échelle. L'eau chaude produite est ensuite distribuée à travers des réseaux de chaleurs. -2-2- Aspects réglementaires et avantages : Tous les bâtiments doivent faire obligatoirement l'objet, préalablement, au dépôt de la demande de permis de construire et dans ce cadre, il y a lieu d'effectuer une étude de faisabilité technique et économique des diverses solutions d'approvisionnement en énergie pour le chauffage, la production d'eau chaude sanitaire et l'éclairage des locaux. Cette étude examinera notamment le recours à l'énergie solaire et aux autres énergies renouvelables. – L'orientation des capteurs doit être plein sud d'une manière idéale. Toutefois, il faut tenir compte des masques environnants (végétation, bâtiments, etc..) et l'orientation du site. Les capteurs solaires délivrent le maximum de puissance lorsque le rayonnement solaire parvient à 90° dans le plan du champ solaire. Il est alors intéressant d'incliner les capteurs pour maximiser la période où l'on souhaite le plus de production. Dans l'idéal, il faut orienter les capteurs solaires plein sud et les incliner à 40° pour la production d'eau chaude sanitaire et le chauffage. La pose des capteurs solaires thermiques peut se faire sur une toiture terrasse, sur une toiture en pente, intégré en façade ou au sol sur des châssis métalliques. Le préchauffage de l'eau chaude sanitaire d'un bâtiment par l'énergie solaire est une technique maîtrisée. L'installation solaire thermique peut venir en complément d'une installation existante électrique, fioul ou gaz, etc. Le matériel doit être homologué par Sonelgaz afin que l'équipement soit acheté en hors taxes et de faire poser le matériel par un installateur agréé. Une installation solaire thermique est dimensionnée pour répondre à des besoins d'eau chaude sanitaire, de chauffage d'une habitation ou de l'eau d'une piscine. La production de chaleur par le biais de capteurs solaires présente un certain nombre d'avantages importants : – La ressource d'énergie utilisée est renouvelable et gratuite, aucune pénurie ou fluctuation des prix n'est à craindre. – Le processus de production de chaleur n'a aucun impact sur l'environnement. -2-3- Les centrales solaires thermodynamiques : Ce sont des systèmes de production d'énergie qui permettent de concentrer l'énergie solaire en un point précis atteignant une température de vapeur considérable. Une production électrique est alors possible via, entre autres, des turbines à vapeur. La solution la plus réaliste économiquement à l'heure actuelle pour la production d'électricité solaire à l'échelle industrielle consiste à chauffer un fluide caloporteur (eau, sels fondus, huiles synthétiques, ou directement vapeur) en y concentrant le rayonnement solaire. L'irrégularité propre de l'énergie solaire peut être contournée, soit en stockant de la chaleur avec un réservoir de fluide chaud, soit en hybridant les concentrateurs solaires avec une centrale thermique classique au gaz en utilisant la chaudière et la chaleur solaire nourrissant la même turbine à vapeur. Plusieurs centrales ont été déjà conçues – La centrale de Mojave en Californie, vers 1980, avait fait figure de projet pionnier. Quelque peu oubliée depuis, cette filière revient dans l'actualité, avec de nombreux projets pilotes dans une dizaine de pays. – La centrale thermo-solaire Nevada Solar One a été construite entre 2006 et 2009 à Boulder City. En 2009, on développa une puissance de 64 mégawatts [Claudine Mulard, Une centrale solaire géante pour alimenter la Californie dans Le Monde du 11/04/2006, C]. La Pacific Gas and Electric a annoncé, en novembre 2007, une centrale solaire à San Luis Obispo, qui produira 177 MW d'électricité pour 120 000 foyers [Matt Rochtel, John Markoff, A Green Energy Industry Takes Root in California [archive], The New York Times,01-02-2008 (consulté le 23-02-2008)] . Le 31 mars 2007, à 25 km de Séville, a été officiellement inaugurée une centrale solaire nommée PS10, d'une puissance de 11 MW électrique par an, dont la production prévue est d'environ 23 GWh par an [PS10 Final Report – NNE5-1999-356 [archive], sur le site europa.eu] En 2011, Alba Nova 1, située en Corse, est la première centrale solaire thermodynamique française d'envergure [Tenerrdis – Solar Euromed : obtention du permis de construire pour la 1re centrale française de R&I solaire thermodynamique à concentration [archive], sur le site tenerrdis.fr].
