Solaire thermique

Dans ce cas, c’est la chaleur du rayonnement solaire qui est directement exploitée. Les deux applications les plus fréquentes sont le chauffage de l’eau domestique et le chauffage des locaux.

La chaleur du rayonnement est récupérée grâce à un fluide (eau + antigel ou air) caloporteur, qui s'échauffe en circulant dans un absorbeur placé sous une vitre. Celle-ci permet d’accroître les performances du système puisqu’elle laisse passer le rayonnement solaire mais piège la fraction de chaleur réémise par l’absorbeur (voir schéma). La chaleur est ensuite transmise dans les locaux ou à la réserve d’eau sanitaire, par le fluide qui a été chauffé. Il n’y a donc pas, du moins dans les systèmes courants domestiques, de transformation de la chaleur en électricité. C’est donc un système très localisé qui convient bien pour des maisons particulières par exemple. Quatre mètres carrés de panneaux solaires thermiques suffisent pour les besoins en eau chaude d’une famille de 4 personnes. Mais il en faut de 10 à 20 pour assurer le chauffage d’une petite maison. Et un chauffage d’appoint reste nécessaire pour les périodes climatiques les plus défavorables.

Solaire photovoltaïque

Le rayonnement solaire est cette fois directement transformé en électricité par des cellules monocristallines au silicium. La lumière qui vient frapper le matériau semi-conducteur (silicium) a pour effet de produire et transporter des charges électriques positives et négatives, générant ainsi un courant électrique.

C’est une technique ancienne, déjà largement éprouvée car il y a absence de tout mouvement mécanique ou de fluide et la durée de vie d’un tel système peut largement dépasser 20 ans. En outre, le bilan énergétique est favorable puisque un module photovoltaïque a rendu l’énergie qui a été nécessaire à sa fabrication au bout de un à quatre ans d’exposition au soleil. C’est donc une technique qui convient bien aux pays du Sud, où les réseaux électriques n’existent pas et où la demande en électricité est faible et très individualisée (alimentation de quelques kWh/jour. Un demi mètre carré de surface photovoltaïque suffit à l’éclairage, une radio, un lecteur CD ou une petite télévision Noir et blanc. Une dizaine de mètres carrés suffit pour les besoins d’une maison. Les difficultés commencent lorsqu’il faut alimenter toute une communauté et assurer l’alimentation de machines. D’où la nécessité d’améliorer les performances et de réduire les coûts. A côté des recherches sur les modules au silicium, il en existe d’autres qui visent à se passer du silicium et à le remplacer par des polymères (cellules photovoltaïques organiques). L’avantage serait double : un matériau moins coûteux et facile à travailler mais surtout, adaptable à tout : on imagine mal une tuile en silicium, mais une tuile en plastique sur un toit, cela s’est déjà vu…

Cela étant, le solaire photovoltaïque rencontre une autre difficulté : dès que vient la nuit, il n’y a plus production d’électricité… alors que c’est, notamment, à ce moment qu’on en a besoin (en tout cas pour les activités domestiques). Les recherches portent donc également sur le stockage de l’électricité d’origine photovoltaïque.

Solaire thermodynamique

C’est sans doute l’utilisation la plus ancienne (déjà connue dans l’Antiquité) de l’énergie solaire : concentrer les rayons solaires en un seul point afin d’obtenir des températures très élevées. De nos jours, les centrales de ce type sont composées d’une multitude de capteurs souvent paraboliques et orientables qui concentrent les rayons solaires et les dirigent vers une chaudière unique. Cela permet de chauffer des fluides caloporteurs (souvent de l’huile ou des sels fondus) à des températures allant en général de 250 à 1000°C . Ces fluides chauffent à leur tour de la vapeur d’eau qui entraîne des turbines qui, à leur tour, produisent de l’électricité comme dans des centrales classiques.