|
Energie de remplacement
Énergie solaire les fondations : (solaire thermique)
L'énergie solaire est la source renouvelable d'énergie la plus abondante. À l'intérieur du soleil, à des températures de quelques millions de degrés centigrades, se produisent constamment des réactions thermonucléaires de fusion, qui dégagent d’énormes quantités d'énergie sous forme de radiations électromagnétiques. L'énergie rayonnée se propage dans l'espace et après avoir traversé l'atmosphère, elle arrive au sol avec une intensité moyennement paire - en fonction de l'inclinaison du soleil sur l'horizon- environ à 1.000W/mq (rayonnement au sol, en condition de journée sereine et soleil à midi). Cet énorme flux d'énergie qui arrive sur la terre équivaut environ à 15.000 fois l'actuelle consommation énergétique mondiale. De cette énergie, seulement une partie peut être transformée en énergie utile. L'utilisation de l'énergie solaire est réduite par sa concentration limitée et par des variations diurnes et saisonnières.
Les méthodes d'exploitations possibles à l'état actuel de la technologie sont : la conversion en chaleur avec une transformation ultérieure éventuelle en énergie cinétique, électrique ou chimique ; la conversion dirigée en énergie électrique ; la conversion dirigée en énergie chimique. La conversion de l'énergie solaire en chaleur peut se produire grâce au système des panneaux plans (chaleur à basse température) ou des systèmes à concentration (chaleur à moyen-haute température).
On obtient des températures hautes (au-delà de 500C°) en concentrant, grâce à de héliostat (hélium ?), les rayons solaires sur chaudière. Les eliostati (hélium) sont des miroirs qui, au moyen d'un système sophistiqué, poursuivent automatiquement le soleil dans son mouvement autour de la terre. Ce système complexe est aujourd'hui employé exclusivement dans les centrales thermoélectriques.
On peut obtenir des températures moyennes (100 - 300C°) en ayant recours à un système plus simple qui utilise des miroirs cylindriques et paraboliques qui tournent dans un seul axe. Ces températures permettent le fonctionnement de moteurs solaires avec un rendement satisfaisant ; ils sont employés pour actionner des compresseurs ou pompes pour le soulèvement de l'eau.
La chaleur à basse température (inférieure à 100C°), comprend des systèmes qui exploitent des panneaux solaires pour réchauffer un liquide ou l'air, donc pour utiliser la chaleur du soleil afin de produire de l'eau chaude ou pour réchauffer les édifices. Cette eau chaude cumulée dans des réservoirs appropriés, peut être employée pour tous les usages sanitaires d'une maison domestique, pour les exigences hôtelières, pour réchauffer des piscines, pour les campings et pour les usages industriels. L'efficacité de la conversion en chaleur de la radiation solaire est limitée à quelques facteurs tels que : la réflexion de la radiation solaire sur la superficie du collecteur ; les pertes de chaleur pour conversion et la conduction du collecteur ; le rayonnement de chaleur du collecteur.
Les collecteurs plans sont constitués essentiellement de : une superficie absorbante ; un couvercle transparent ; une isolation thermique au verso ; éléments pour le transfert du fluide. Ils actionnent dans un champ de température entre 40 et 100 ºC et ont une efficacité de conversion d’environ 70%. Il y a divers types de systèmes de concentrateurs (linéaires, paraboliques, sphériques) et peuvent avoir des facteurs de concentration de 2 à 1.000. L'installation solaire thermique permet de rallonger les saisons balnéaires sans nuire à l'environnement ambiant. Il est utilisable avec toutes les substances chimiques, pour les piscines disponibles sur le marché.
Comment fonctionne-t-il ?
La technologie du solaire thermique permet de transformer directement l'énergie associée à la radiation solaire en énergie thermique.
Elle exploite les principes fondamentaux de la thermodynamique et particulièrement la transmission de la chaleur d'un corps « chaud » à un « froid » :
- le corps chaud est la seule énergie rayonnante dans l'espace environnant
- le corps froid est le fluide qui glisse à l'intérieur du panneau
on a donc un système qui fonctionne sans aucune utilisation d’un quelconque combustible.
La radiation solaire est utilisée pour réchauffer un fluide (eau, air ou solutions de diverses chaleurs spécifiques) qui peut circuler en échangeur de chaleur ou directement en consuites (??)et corps radiants posés dans les locaux à réchauffer ou pour faire évaporer les substances volatiles qui sont utilisées dans les cycles de réfrigération.
Pour les applications sur petite échelle (celles résidentielles), par économie et simplicité de gestion, l'énergie solaire est recueillie directement sur des panneaux fixes, opportunément orientés. Dans ces applications, on tend à employer l'eau comme fluide thermo-vecteur.
Le rendement des panneaux solaires est augmenté d’au moins 30% à chaque décennie, en rendant des diverses applications dans l'industrie du bâtiment, dans le tertiaire et dans l'agriculture commercialement compétitive.
L'application plus commune est le collecteur solaire thermique, utilisé pour réchauffer l’eau sanitaire. En l’espace d’un jour, un mètre carré de collecteur solaire peut réchauffer de 45 - à 60 °C une quantité d'eau entre 40 et 300 litres, selon l'efficacité, qui peut varier - entre 30% et 80% - selon les conditions climatiques et de la typologie du collecteur.
Les installations peuvent être classifiées sur la base de la température d'exercice du fluide thermo-vecteur : systèmes à basse température (BT), à moyenne température (MT) et haute température (AT). Sur la base de ce classement, on obtient des typologies d'installations qui fonctionnent de manière très différentes entre elles.
Les technologies à basse température comprennent les systèmes qui emploient un collecteur solaire (panneau solaire) pour réchauffer un liquide ou de l'air. Le but est de capter et transférer l’énergie solaire pour produire de l'eau chaude ou réchauffer les édifices. Avec la dénomination « basse température », nous nous référons à des fluides réchauffés au-dessous de 100 °C (rarement on peut arriver à 120 °C).
Les installations solaires thermiques à basse température sont employées pour :
- la production d'eau chaude sanitaire pour habitations, structures réceptives et sportives, bureaux
- l'intégration des installations de chauffage des milieux
- le chauffage de piscines découvertes et couvertes
Types de panneaux dans le commerce ?
Les panneaux solaires se divisent en deux grands groupes : ceux en verre et ceux découverts.
Des panneaux solaires découverts sont particulièrement aptes pour être utilisés en été : chauffage de piscine découverte, eau chaude pour les douches dans les établissements balnéaires, dans les campings, dans les auberges saisonnières etc.… la caractéristique technologique qui diversifie les panneaux en verre de ceux découverts est que dans ces derniers, privés de verre, l'eau passe directement à l'intérieur des tubes du panneau, où elle est réchauffée par les rayons solaires et est prêt pour être utilisée.
La limite de ces panneaux est qu'ils fonctionnent avec une température ambiante d’au moins 20° C, et que la température maximale de l'eau ne dépasse pas les 40°C. Pour cette raison leur emploi est idéal pour les usages saisonniers. Le matériel employé pour construire les panneaux découverts est normalement le polypropylène, qui permet de réaliser des panneaux capables de supporter une pression d’eau jusqu'à 6 atmosphères (mais il y en existe aussi en néoprène et en PVC). Leur coût est considérablement plus bas que des panneaux en verre.
Des panneaux solaires en verre : sont ceux classiques composés du panneau véritable et d'un réservoir qui cumule de l'eau : l’ensemble constitue un système solaire complet. L'absorption de chaleur insérée dans le panneau est isolée de la température de l'air extérieur, par un verre détrempé, la couche d'isolant et la coque postérieure. De cette façon on exploite au mieux l'effet sélectif du verre à infrarouge qui permet d’obtenir la plus haute température et une meilleure efficacité.
Le verre est transparent à la lumière du soleil, mais il est opaque aux rayons infrarouges. Les rayons du soleil rejoignent la partie interne du panneau, et la chaleur est retenue à l'intérieur. En vertu de telles caractéristiques, ces panneaux sont en condition de produire de l'eau chaude tout au long de l’année. Pour ces raisons, ils sont plus coûteux que les panneaux découverts, mais ils sont plus diffus dans le secteur domestique traditionnel.
Il y a trois types différents de collecteur en verre :
- Panneaux à superficie sélective : pour améliorer le rendement du panneau, l'absorbeur de chaleur, de couleur noire, est traité avec un produit sélectif à l'infrarouge, qui retient la chaleur du soleil et réduit la réflexion en augmentant les actions analogues du verre du dessus. Ce traitement coûte plus cher à l’installation.
- Panneaux non sélectifs : la superficie de l'absorbeur n'est pas traitée, mais elle est vernie de noir pour pouvoir retenir les rayons solaires. Leur rendement est d’environ 10% de moins que les panneaux à superficie sélective et leur coût est inférieur. Ces panneaux sont particulièrement indiqués pour les maisons secondaires, utilisées dans les mois estivaux, et/ou pour les zones comportant une insolation importante.
- Panneaux avec réservoir intégré : l'absorbeur de chaleur et le réservoir du cumulus se trouvent dans le même bloc où l'énergie solaire réchauffe directement l'eau. Etant donné que l'eau chaude tend à saler et celle froide à descendre, se créé alors à l'intérieur du réservoir un mouvement convectif qui distribue de la chaleur à toute la quantité d'eau. Ces blocs sont faciles à transporter et à installer avec un coût relativement bas. Par contre, ils ne sont pas adaptés pour une utilisation dans des localités où l'hiver est long et rigoureux puisque le rendement hivernal est insuffisant et parce que l'eau à l'intérieur du réservoir pourrait congeler.
|
