Dans la course à la lutte contre le changement climatique et à la transition vers un avenir énergétique durable, l’énergie solaire thermique se distingue comme une source d’énergie renouvelable et polyvalente. En exploitant l'énergie abondante du soleil pour générer de la chaleur, cette technologie offre des solutions innovantes pour un large éventail d'applications, du chauffage des maisons et des piscines à l'alimentation en énergie de processus industriels et même à la production d'électricité.
Contrairement aux systèmes traditionnels basés sur les combustibles fossiles, l’énergie solaire thermique réduit les émissions de gaz à effet de serre, diminue les coûts énergétiques et contribue à l’indépendance énergétique. Sa capacité à convertir directement la lumière du soleil en chaleur en fait l’une des solutions énergétiques les plus efficaces et les plus respectueuses de l’environnement disponibles aujourd’hui.
Alors que les gouvernements et les industries cherchent à atteindre des objectifs climatiques mondiaux ambitieux, la technologie solaire thermique ouvre la voie à un avenir plus propre et plus vert. Qu’il soit appliqué dans des contextes résidentiels, commerciaux ou industriels, son potentiel pour révolutionner l’utilisation de l’énergie est indéniable.
Les applications solaires thermiques directes utilisent l'énergie du soleil pour produire de la chaleur directement, comme dans le chauffage de piscine ou les chauffe-eau solaires. Les applications indirectes impliquent la conversion de l'énergie solaire sous une autre forme, comme la production d'électricité à l'aide de centrales solaires à concentration (CSP).
Pour mieux comprendre la polyvalence de l’énergie solaire thermique, explorons quelques exemples d’applications directes et indirectes.
1. Production d'électricité
Les centrales solaires à concentration (CSP) sont un type de centrale thermique qui produit de l'électricité. Ces systèmes utilisent des miroirs ou des lentilles (comme des creux paraboliques ou des tours solaires) pour concentrer la lumière du soleil, produisant des températures élevées pour générer de la vapeur. Cette vapeur entraîne des turbines reliées à des générateurs électriques, convertissant le rayonnement solaire en énergie thermique, puis en énergie mécanique et enfin en électricité.
Pour atteindre une température suffisamment élevée, de nombreux concentrateurs solaires tels que des auges paraboliques et des fours solaires sont utilisés. Le rayonnement solaire est concentré dans une tour électrique où l'énergie thermique génère de la vapeur.
Le CSP fonctionne comme une alternative aux panneaux solaires photovoltaïques (PV), offrant un moyen renouvelable de produire de l'énergie à grande échelle. Il s’agit donc d’un exemple d’application solaire thermique indirecte.
2. Chauffage de piscine
Chauffer l'eau à des niveaux inférieurs au point d'ébullition permet l'utilisation de capteurs noirs pour l'absorption thermique du rayonnement solaire. Ce serait un exemple clair d’application solaire thermique directe.
Chauffer une piscine peut consommer une grande quantité d’énergie. De plus, dans certains pays, il est interdit de le chauffer avec de l'énergie non renouvelable. Les chauffe-piscines économes en énergie peuvent améliorer le chauffage et l’efficacité énergétique de votre piscine.
3. Chauffage solaire au sol
Le chauffage solaire au sol est un type de chauffage solaire. Il s'agit d'une résistance électrique collée sur un grillage placé sous le carrelage ou autre type de revêtement de sol.
Les systèmes solaires thermiques peuvent fournir de l’énergie pour le chauffage par le sol en chauffant l’eau.
Un avantage de ce système est que le fluide n’a pas besoin d’être aussi chaud, la température est donc répartie plus uniformément. Cette caractéristique fait de l’énergie solaire thermique une technologie presque parfaite pour chauffer cette eau.
Le système de chauffage du circuit de chauffage est le même que dans le cas de l'eau chaude sanitaire. Les mêmes capteurs solaires installés à l'extérieur de la maison nous permettent d'obtenir une utilisation maximale de l'énergie.
Les panneaux solaires convertissent l’énergie solaire en énergie thermique, qui peut être un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur circule dans le circuit de chauffage. Cela permettra d'économiser de l'énergie et de réduire les factures d'électricité en utilisant l'énergie solaire thermique.
Si le système solaire ne peut pas fournir un chauffage adéquat des locaux, un système auxiliaire ou de secours fournit un chauffage supplémentaire.
4. Production d'Eau Chaude Sanitaire (ECS)
L’eau chaude sanitaire (ECS) est l’eau que nous utilisons à la maison. Pour cette proposition, nous n’avons pas besoin que cette eau soit excessivement chaude. Ainsi, on peut utiliser des capteurs plans pouvant être chauffés rapidement en toiture et des échangeurs de chaleur. De par leur forme, les tubes en verre résistent mieux à la pression de l’air ambiant.
Le temps nécessaire pour chauffer un litre d’eau est plus long que le temps nécessaire pour le consommer, nous ne pouvons donc pas le chauffer en même temps que nécessaire. Pour résoudre ce problème, nous pouvons utiliser des systèmes de stockage d'énergie.
Dans les petites maisons, il est courant de voir des capteurs solaires. La fonction de ces panneaux solaires est de chauffer de l’eau chaude sanitaire pour un usage domestique ou de chauffage. Il s’agit généralement de systèmes d’accompagnement, mais ils permettent des économies financières considérables.
Qu'est-ce qu'un capteur solaire ?
Un capteur solaire est un échangeur qui convertit la lumière solaire directe et diffuse en chaleur.
L'eau chauffée est pompée à travers les tuyaux et sa chaleur est stockée dans un réservoir de stockage isolé : la chaudière.
Lorsque la température des canalisations est supérieure à celle de la chaudière, une centrale met en marche la pompe.
De cette façon, le capteur solaire est refroidi avec l'eau froide de la chaudière, puis la chaudière est chauffée avec l'eau chaude des capteurs solaires. Au bout d'un moment, lorsque le capteur solaire et le chauffe-eau ont presque la même température, l'unité de contrôle arrête la pompe.
5. Énergie solaire thermique pour le refroidissement, la réfrigération et la climatisation.
Avoir froid à cause de la chaleur est un paradoxe, mais c'est possible grâce à la technique du refroidissement par absorption.
La technologie utilisée dans ces systèmes, la réfrigération par absorption, est basée sur l'absorption de chaleur provenant de paires de substances spécifiques. Son fonctionnement repose sur les réactions physico-chimiques entre un fluide frigorigène et un absorbant. Il est activé par l’énergie thermique – qui dans le cas de l’énergie solaire est de l’eau chaude.
Le fonctionnement de toute machine frigorifique à absorption repose sur trois phénomènes physiques élémentaires :
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Lorsqu’un fluide s’évapore, il absorbe de la chaleur et lorsqu’il se condense, il cède de la chaleur.
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La température d'ébullition d'un liquide varie en fonction de la pression ; À mesure que la pression diminue, la température d’ébullition diminue.
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Il existe des paires de produits chimiques qui ont une affinité particulière pour se dissoudre les uns avec les autres.
6. L'énergie solaire dans l'agriculture
Pour la production et la transformation agricoles, l’énergie solaire est une source d’énergie cruciale, notamment pour le séchage, le chauffage et le refroidissement.
Jusqu'à 70 pour cent des produits agricoles se gâtent lors du processus traditionnel de séchage à l'air libre, en particulier dans les régions tropicales et subtropicales.
Le refroidissement et la réfrigération sont essentiels dans les processus agricoles. Il s’agit généralement d’un processus énergivore. Le refroidissement par énergie solaire présente une opportunité cruciale en matière d’énergie propre, en particulier dans les zones rurales sans accès au réseau national et à d’autres transformateurs.
7. Chaleur solaire pour les processus industriels
Les systèmes solaires thermiques (STS) peuvent répondre à une grande quantité de demande de chaleur dans les processus industriels.
Dans les économies développées, l’énergie solaire thermique peut techniquement couvrir environ la moitié de cette consommation d’énergie en fournissant de l’eau chaude et de la vapeur.
Dans certaines industries, l’énergie solaire thermique peut traiter la chaleur pour générer de l’air chaud et de l’eau chaude. Les industries du textile, de la brique et de la transformation alimentaire sont des exemples d’industries qui utilisent l’énergie solaire thermique.
8. Dessalement thermique efficace grâce à l’énergie solaire
Actuellement, de nombreux projets de dessalement solaire sont en cours. Cette solution permet de réduire les coûts d’exploitation et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Ces systèmes pourraient desservir les zones côtières arides. Il s'adresse aux populations situées en dehors du réseau de distribution conventionnel. Ce système vise à fournir une source d’eau efficace et peu coûteuse.
Le système utilise plusieurs couches d’évaporateurs et de condenseurs solaires plats, alignés verticalement et recouverts d’une isolation transparente.