Capitalisation de l'utilisation de l'énergie solaire à Kabare nord: une solution au manque d'énergie électrique

I.2.2. Techniques pour utiliser l'énergie solaire

Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont constamment améliorées. On peut distinguer le solaire passif, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique.

a. Solaire passif

La plus ancienne et certainement la plus importante, quoique discrète, utilisation de l'énergie solaire consiste à bénéficier de l'apport direct du rayonnement solaire, c'est-à-dire l' énergie solaire passive. Pour qu'un bâtiment bénéficie au mieux des rayons du Soleil, on doit tenir compte de l'énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, surface vitrée orientée vers le Sud, etc.). L'isolation thermique joue un rôle important pour optimiser la proportion de l'apport solaire passif dans le chauffage et l'éclairage d'un bâtiment.

Dans une maison solaire passive, l'apport solaire permet de faire des économies d'énergie importantes. L' habitat passif désigne un bâtiment dont les dépenses d'énergie de chauffage sont réduites d'environ 80 % par rapport à une maison neuve construite selon les normes allemandes d'isolation thermique de 1995, normes déjà très exigeantes. L' énergie solaire passive permet donc de chauffer, tout ou partie, d'un bâtiment pour un coût proportionnel quasi nul, en tirant parti des conditions d'un site et de son environnement, selon les principes de l' Architecture bioclimatique.

b. Solaire thermique.

L' énergie solaire thermique consiste à utiliser la chaleur issue du rayonnement solaire. Ce rayonnement se décline de différentes façons :

ü En usage direct de la chaleur : chauffe-eau, chauffage solaire dont fours solaires, cuisinières et sécheuses solaires par exemple ;

ü En usage indirect, la chaleur servant pour un autre usage : rafraîchissement solaire, centrales solaires thermodynamiques, etc.

Æ Énergie solaire pour la cuisson des aliments

Apparue dans les années 1970, la cuisine solaire consiste à préparer des plats à l'aide d'un cuiseur ou d'un four solaire. Les petits fours solaires permettent des températures de cuisson de l'ordre de 150 °C, les paraboles solaires permettent de faire les mêmes plats qu'une cuisinière classique à gaz ou électrique.

L'utilisation de l'énergie solaire pour la cuisson des aliments, au-delà d'être gratuite et abondante sur certaines zones géographiques, permet également de réduire la déforestation dans certains pays ou la cuisine au bois et au charbon est la norme. Elle permet par la même occasion la diminution des émissions de CO₂ dans l'atmosphère, d'environ 4 tonnes de CO₂ par an pour une famille africaine cuisinant au bois par exemple^20(*).

c. Solaire mécanique

Concerne les appareils qui transforment un rayonnement (chaleur) solaire en mouvement mécanique qui peut, soit servir directement, à l'aide d'un moteur Stirling par exemple, soit être transformé en électricité (Le point commun à toutes les techniques est la concentration de l'énergie solaire via des concentrateurs solaires ( héliostats, miroirs, etc.).

d. Solaire thermodynamique

Le solaire thermodynamique est une technique solaire qui utilise le solaire thermique pour produire :

1. De l' électricité, sur le même principe qu'une centrale électrique classique (production de vapeur à haute pression qui est ensuite turbinée).

2. Un travail mécanique en transformant un liquide en gaz ou en échauffant directement une partie du moteur comme dans le moteur Stirling.

Æ Centrales solaires thermodynamiques

Une centrale solaire thermodynamique à concentration est un système qui concentre les rayons du soleil à l'aide de miroirs afin de chauffer un fluide caloporteur permettant de produire de l'électricité grâce à une turbine qui actionne un générateur d'électricité.

e. Solaire photovoltaïque

A l'échelle des villes, des cadastres solaires établis avec des modèles 3D permettent d'optimiser le positionnement des panneaux solaires^21(*).Le terme « photovoltaïque » peut désigner le phénomène physique ou la technique associée^22(*). L'énergie solaire photovoltaïque est l' électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire par une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles dans un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque. L'installation solaire peut satisfaire, après transformation en courant alternatif grâce à un onduleur, un besoin local (en association avec un moyen de stockage) ou être injectée dans un réseau de distribution électrique (le stockage n'étant alors pas nécessaire).

Figure 1 : Installation en association avec un moyen de stockage

Parmi toutes formes d'utilisations de l'énergie solaire, c'est probablement les cellules photovoltaïques qui sont les plus connues. Cette technologie exploite la lumière du soleil pour la convertir directement en électricité.

C'est le physicien français Antoine-César Becquerel qui a observé la réaction photovoltaïque pour la première fois en 1839 lorsque des éléments conducteurs ont généré un courant en présence de lumière (photons). Le principe est le suivant : la collision entre un photon et un matériau semi-conducteur génère des charges électriques positives et négatives qui engendrent un faible courant. Cette réaction est produite par plusieurs matériaux, mais c'est actuellement le silicium qui est le plus couramment utilisé dans la fabrication de cellules photovoltaïques. Sa pureté doit atteindre plus de 99,999 %. Même si la silice est l'élément le plus abondant dans la croute terrestre, les producteurs ont du mal à répondre à la croissance de la demande mondiale en panneaux solaires. Plusieurs entreprises québécoises se sont lancées dans la course au solaire photovoltaïque. Il en sera question dans le chapitre suivant.

Un des principaux avantages des panneaux solaires photovoltaïques réside dans leur flexibilité. Ils peuvent être installés pratiquement partout et produisent de l'électricité là où se trouve la demande. Les impacts du transport de l'énergie sur de longues distances sont donc éliminés. De plus, « ils affichent une durée utile qui excède 40 ans, n'émettent pas de polluants, sont peu coûteux à exploiter et peuvent être installés aisément sur la plupart des maisons » (SCHL, s. d.b). Dans le sud du Québec, un panneau d'un mètre carré peut produire environ 130 watts en plein soleil, soit une moyenne d'un peu plus de 100 kWh par année. L'utilisation de l'énergie solaire photovoltaïque convient particulièrement bien à l'alimentation des habitations qui se situent loin du réseau d'électricité.

L'installation de panneaux solaires reliés à des accumulateurs (batteries) pour atteindre l'autonomie énergétique devient alors plus avantageuse financièrement que le raccordement au réseau dont les frais peuvent atteindre de 5 000 à 10 000 $ par kilomètre.

Un nombre suffisant d'accumulateurs permet une autonomie d'une durée de trois à sept jours (figure 2).

Néanmoins, d'autres sources d'énergie sont généralement nécessaires pour combler les besoins reliés aux électroménagers et au chauffage, par exemple, ou pour garantir une alimentation constante. Les systèmes photovoltaïques tendent de plus en plus à être raccordés au réseau (Figure 3).

Un onduleur synchrone combine alors l'énergie produite par les cellules photovoltaïques et l'énergie d'Hydro-Québec en fonction des charges domestiques. En cas de surplus, l'excédent d'énergie produit par l'habitation est retourné au réseau pour être consommé par d'autres clients. Lorsque l'installation solaire ne produit pas assez d'électricité, l'habitation achète la quantité d'énergie déficitaire. Une série d'accumulateurs peut être jumelée à ce système pour assurer un approvisionnement autonome en cas de panne de courant, mais cela représente des frais supplémentaires.

Globalement, l'énergie solaire peut fournir de 25 à 75 % des besoins en énergie d'une maison à haut rendement énergétique.

Figure 3 : Système solaire relié au réseau

Figure 2 : Système solaire autonome

L'utilisation de l'électricité générée par les panneaux photovoltaïques ne se limite pas aux bâtiments. Comme les surplus sont envoyés sur le réseau public, cette énergie peut être consommée par n'importe quel appareil. L'engouement pour le solaire photovoltaïque est notable partout sur la planète.

La Californie souhaite installer des capteurs sur 100 000 toits par année au cours de dix prochaines années. L'Allemagne possède le même genre d'objectif, mais constitue déjà le chef de file dans le domaine puisque, tel que mentionné précédemment, le pays produisait 39 % de l'énergie solaire mondial en 2004 (Baril, 2008).

La France veut mettre en place des centrales solaires photovoltaïques dont la puissance cumulée s'élèvera à 300 MW et vise à atteindre un total de 5 400 MW d'ici 2020 (AFP,2008).

* ²⁰Atlas de la cuisine solaire, La cuisine et les ressources énergétiques (bois et charbon)

* ²¹Kate Galbraith, « A Solar Boost for the Sunshine State », The New York Times, 28décembre 2008 (consulté le 20 janvier 2019)

* ²²Edmond Becquerel, L'effet photovoltaïque, 1839