L’énergie solaire

L’énergie solaire est la lumière et la chaleur rayonnantes du soleil qui sont exploitées à l’aide d’une gamme de technologies telles que l’énergie solaire pour produire de l’électricité, l’énergie solaire thermique, y compris le chauffe-eau solaire, et l’architecture solaire.

C’est une source essentielle d’énergie renouvelable, et ses technologies sont généralement caractérisées comme solaires passives ou solaires actives selon la façon dont elles captent et distribuent l’énergie solaire ou la convertissent en énergie solaire. Les techniques solaires actives comprennent l’utilisation de systèmes photovoltaïques, l’énergie solaire concentrée et le chauffage solaire de l’eau pour exploiter l’énergie. Les techniques solaires passives comprennent l’orientation d’un bâtiment vers le soleil, la sélection de matériaux ayant une masse thermique favorable ou des propriétés de dispersion de la lumière, et la conception d’espaces qui font circuler naturellement l’air.

La grande quantité d’énergie solaire disponible en fait une source d’électricité très attrayante. En 2021, Carbon Tracker Initiative a estimé que la superficie terrestre nécessaire pour produire toute notre énergie à partir du solaire seul était de 450 000 km 2 – soit à peu près la même que la superficie de la Suède, ou la superficie du Maroc, ou la superficie de la Californie (0,3 % de la superficie totale de la Terre).

En 2011, l’Agence internationale de l’énergie a déclaré que « le développement de technologies d’énergie solaire abordables, inépuisables et propres aura d’énormes avantages à long terme. Il augmentera la sécurité énergétique des pays en s’appuyant sur une ressource indigène, inépuisable et principalement indépendante des importations. Pour, améliorer la durabilité, réduire la pollution, réduire les coûts d’atténuation du réchauffement climatique…. Ces avantages sont mondiaux. ».

Environ la moitié de l’énergie solaire entrante atteint la surface de la Terre.

Ensoleillement moyen. La surface théorique des petits points noirs est suffisante pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux de 18 TW grâce à l’énergie solaire.

La Terre reçoit 174 pétawatts (PW) de rayonnement solaire entrant (insolation) dans la haute atmosphère. Environ 30% sont réfléchis vers l’espace tandis que le reste est absorbé par les nuages, les océans et les masses continentales. Le spectre de la lumière solaire à la surface de la Terre est principalement réparti dans les gammes visibles et proche infrarouge avec une petite partie dans le proche ultraviolet. La plupart de la population mondiale vit dans des zones avec des niveaux d’ensoleillement de 150 à 300 watts/m2, soit 3,5 à 7,0 kWh / m 2 par jour.

Le rayonnement solaire est absorbé par la surface terrestre, les océans – qui couvrent environ 71 % du globe – et l’atmosphère. L’air chaud contenant de l’eau évaporée des océans monte, provoquant la circulation atmosphérique ou la convection. Lorsque l’air atteint une altitude élevée, où la température est basse, la vapeur d’eau se condense en nuages, qui pleuvent sur la surface de la Terre, complétant ainsi le cycle de l’eau. La chaleur latente de la condensation de l’eau amplifie la convection, produisant des phénomènes atmosphériques tels que le vent, les cyclones et les anticyclones. La lumière du soleil absorbée par les océans et les masses continentales maintient la surface à une température moyenne de 14 °C. Par photosynthèse, les plantes vertes convertissent l’énergie solaire en énergie stockée chimiquement, qui produit de la nourriture, du bois et la biomasse à partir de laquelle les combustibles fossiles sont dérivés.

L’énergie solaire totale absorbée par l’atmosphère terrestre, les océans et les masses continentales est d’environ 3 850 000 exajoules (EJ) par an. En 2002, c’était plus d’énergie en une heure que le monde utilisé en un an. La photosynthèse capture environ 3 000 EJ par an dans la biomasse. La quantité d’énergie solaire atteignant la surface de la planète est si vaste qu’en un an, elle est environ le double de ce qui ne sera jamais obtenu à partir de toutes les ressources non renouvelables de la Terre que sont le charbon, le pétrole, le gaz naturel et uranium extrait combiné.

L’énergie solaire potentielle qui pourrait être utilisée par les humains diffère de la quantité d’énergie solaire présente près de la surface de la planète, car des facteurs tels que la géographie, les variations temporelles, la couverture nuageuse et les terres disponibles pour les humains limitent la quantité d’énergie solaire que nous pouvons acquérir.

La géographie affecte le potentiel d’énergie solaire car les zones plus proches de l’équateur ont une plus grande quantité de rayonnement solaire. Cependant, l’utilisation du photovoltaïque qui peut suivre la position du Soleil peut augmenter considérablement le potentiel énergétique solaire dans les zones plus éloignées de l’équateur. La variation du temps affecte le potentiel de l’énergie solaire car pendant la nuit, il y a peu de rayonnement solaire à la surface de la Terre que les panneaux solaires peuvent absorber. Cela limite la quantité d’énergie que les panneaux solaires peuvent absorber en une journée. La couverture nuageuse peut affecter le potentiel des panneaux solaires car les nuages ​​bloquent la lumière entrante du soleil et réduisent la lumière disponible pour les cellules solaires.

En outre, la disponibilité des terres a un effet important sur l’énergie solaire disponible, car les panneaux solaires ne peuvent être installés que sur des terres qui sont autrement inutilisées et adaptées aux panneaux solaires. Les toits sont un endroit approprié pour les cellules solaires, car de nombreuses personnes ont découvert qu’elles peuvent ainsi collecter l’énergie directement de leur maison. D’autres zones qui conviennent aux cellules solaires sont les terres qui ne sont pas utilisées pour des entreprises où des centrales solaires peuvent être établies.

Les technologies solaires sont caractérisées comme passives ou actives selon la manière dont elles captent, convertissent et distribuent la lumière du soleil et permettent d’exploiter l’énergie solaire à différents niveaux dans le monde, principalement en fonction de la distance à l’équateur. Bien que l’énergie solaire se réfère principalement à l’utilisation du rayonnement solaire à des fins pratiques, toutes les énergies renouvelables, autres que l’énergie géothermique (l’énergie géothermique dépend de la chaleur de la Terre. Cette énergie permet de fabriquer de l’électricité dans les centrales géothermiques, grâce à l’eau très chaude des nappes dans le sous-sol de la Terre. La température des roches augmente en moyenne de 1 °C tous les 30 m de profondeur), et l’énergie marémotrice (l’énergie marémotrice repose sur le mouvement montant et descendant des énormes masses d’eau mobilisées par le phénomène des marées océaniques, dont l’énergie est récupérée grâce à un barrage sur un estuaire), tirent leur énergie directement ou indirectement du Soleil.

Les technologies solaires actives augmentent l’offre d’énergie et sont considérées comme des technologies du côté de l’offre, tandis que les technologies solaires passives réduisent le besoin de ressources alternatives et sont généralement considérées comme des technologies du côté de la demande.

En 2000, le Programme des Nations Unies pour le développement, le Département des affaires économiques et sociales des Nations Unies et le Conseil mondial de l’énergie ont publié une estimation de l’énergie solaire potentielle qui pourrait être utilisée par les humains chaque année en tenant compte de facteurs tels que l’ensoleillement, la couverture nuageuse et la terre utilisable par l’homme. L’estimation a révélé que l’énergie solaire a un potentiel global de 1 600 à 49 800 exajoules (4,4 × 10 14 à 1,4 × 10 16 kWh) par an.