L'énergie solaire active englobe les systèmes de collecte solaire qui utilisent des dispositifs mécaniques ou électriques pour améliorer l'efficacité des panneaux solaires et pour convertir l'énergie solaire captée en énergie électrique ou mécanique . Ces appareils comprennent des ventilateurs, des pompes à eau et des trackers solaires, entre autres.
En revanche, les systèmes solaires qui n’utilisent pas de tels dispositifs sont classés comme des systèmes d’énergie solaire passifs, qui exploitent directement le rayonnement solaire.
Un exemple d’énergie solaire active est un tracker solaire . Les trackers solaires sont parfois utilisés pour améliorer les performances des panneaux photovoltaïques en les gardant constamment orientés vers le soleil.
Comment fonctionne l’énergie solaire active ?
L'énergie solaire active est un système qui capte, stocke et distribue l'énergie du soleil à l'aide de dispositifs mécaniques ou électriques destinés au chauffage, au refroidissement et à la production d'électricité.
Contrairement à l’énergie solaire passive, qui s’appuie sur la conception architecturale et les matériaux pour optimiser le gain solaire, l’énergie solaire active utilise des technologies spécifiques pour maximiser son efficacité.
L’une des principales méthodes d’utilisation est celle des panneaux solaires photovoltaïques , qui convertissent la lumière du soleil en électricité à l’aide de cellules photovoltaïques. Cette électricité peut être stockée dans des batteries ou injectée directement dans le réseau électrique.
Une autre méthode est l'énergie solaire thermique , qui utilise des capteurs solaires pour chauffer un fluide (eau ou air), qui est ensuite utilisé pour le chauffage, l'eau chaude ou les processus industriels. Les systèmes thermiques peuvent être à basse, moyenne ou haute température, selon leur application.
Pour optimiser leur fonctionnement, ces systèmes comprennent généralement des pompes, des ventilateurs et des contrôleurs électroniques , qui régulent le transfert de chaleur ou d'électricité. Ils peuvent également intégrer des trackers solaires , qui ajustent l’orientation des panneaux pour maximiser la capture du rayonnement.
Architecture solaire active
Contrairement à l’architecture solaire passive, qui se concentre sur l’agencement des éléments architecturaux pour maximiser la lumière naturelle et le gain de chaleur, l’architecture solaire active implique des composants technologiques qui convertissent le rayonnement solaire en énergie utilisable, comme l’électricité ou la chaleur.
Ces systèmes actifs peuvent inclure des panneaux photovoltaïques pour générer de l'électricité à partir du rayonnement solaire, des capteurs solaires thermiques qui captent la chaleur solaire pour des applications de chauffage de l'eau ou de chauffage des locaux, et des systèmes de suivi solaire qui orientent dynamiquement les panneaux solaires pour suivre la trajectoire du soleil pendant la journée et maximiser la capture d'énergie.
Types d'énergie solaire active
L'énergie solaire active peut être photovoltaïque et thermique.
Énergie solaire thermique
L'énergie solaire thermique utilise le rayonnement solaire direct pour obtenir de la chaleur. En général, ce type d’énergie est utilisé pour la fourniture d’eau chaude. Cependant, les centrales solaires thermiques utilisent cette technologie pour produire de l’électricité : ce sont les concentrateurs solaires.
Eau chaude sanitaire et chauffage solaire actif
Les systèmes d'eau chaude sanitaire (ECS) sans thermosiphon utilisent des pompes à eau et d'autres éléments pour faire circuler l'eau dans leurs circuits.
Orientation des capteurs solaires
La plupart des capteurs solaires sont placés sur des supports fixes orientés au sud. L'angle est calculé de manière à ce qu'ils puissent capter la plus grande quantité de rayonnement à tout moment. Mais ces capteurs seraient plus efficaces s’ils pouvaient modifier leur orientation par rapport au Soleil à tout moment.
Énergie solaire concentrée
Dans le cas de l’énergie solaire concentrée, il est nécessaire d’installer des systèmes de suivi solaire. Ce type d'installation nécessite de focaliser le rayonnement solaire reçu sur un seul point. Pour y parvenir, les miroirs doivent adapter leur inclinaison par rapport à la position du Soleil.
La fonction de ce type de système est utilisée dans les centrales solaires thermiques dans le but de produire de l'électricité.
Energie solaire photovoltaïque
Le photovoltaïque solaire actif est clairement un système actif. Les panneaux photovoltaïques sont responsables de la production d'électricité. La transformation en énergie électrique s'effectue dans les cellules photoélectriques qui composent le module.
L’énergie générée passe ensuite par des transformateurs et d’autres éléments externes.
Pour augmenter l'efficacité, nous pouvons orienter les panneaux solaires à l'aide d'un moteur électrique. La performance optimale d’un panneau solaire est obtenue lorsque le rayonnement solaire tombe perpendiculairement.
Ces installations sont souvent converties en centrales solaires hybrides. Un système solaire hybride est un système solaire qui reçoit un soutien énergétique provenant d’autres sources d’énergie. Dans ce cas, la source d’énergie peut être un générateur électrique ou d’autres sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne.
Différences entre l'énergie solaire active et passive
Le solaire thermique actif peut avoir des fractions d'économies solaires plus élevées que les systèmes passifs en raison d'un meilleur transfert et transport de chaleur.
Une méthode hybride intéressante consiste à utiliser un panneau solaire pour faire fonctionner des pompes ou des ventilateurs. L’analyse des données, à l’aide d’un logiciel de thermodynamique thermique, peut être utilisée pour comparer les résultats de diverses stratégies solaires actives et passives.
Les systèmes solaires passifs ne nécessitent pas d’énergie supplémentaire pour fonctionner et n’ont donc aucun coût de maintenance. De plus, ils n’émettent pas de gaz à effet de serre et ne contribuent donc pas à l’aggravation du changement climatique.
Comparaison entre l'énergie solaire active et passive : avantages et inconvénients
| Aspect | Énergie solaire active | Energie solaire passive |
|---|---|---|
| Efficacité | Plus grande efficacité, car elle utilise la technologie (panneaux, pompes, ventilateurs) pour maximiser la captation et la distribution d'énergie. | Moins efficace, car cela dépend de la conception architecturale et de l'emplacement de la construction. |
| Investissement initial | Investissement important en équipement et installation (panneaux solaires, batteries, pompes, etc.). | Coût initial inférieur, car basé sur des stratégies de conception telles que l'orientation, l'isolation et les matériaux thermiques. |
| Dépendance climatique | Il peut être affecté par les jours nuageux, bien que le stockage d'énergie atténue ce problème. | Entièrement dépendant du climat et de l'emplacement, sans possibilité de stockage actif. |
| Entretien | Nécessite un entretien périodique (nettoyage des panneaux, vérification des batteries et des équipements mécaniques). | Entretien minimal, dépend uniquement de l'état de la construction et de ses matériaux. |
| Versatilité | Il peut être utilisé dans tout type de bâtiment et même dans des zones sans connexion au réseau électrique. | Limité aux bâtiments spécifiquement conçus avec des principes solaires passifs. |
| Applications | Production d'électricité, chauffage, refroidissement et eau chaude. | Régulation thermique passive dans les bâtiments (ventilation, éclairage naturel, confort thermique). |
| Impact environnemental | Faible impact environnemental, mais implique la fabrication de panneaux et de batteries, qui nécessitent des matériaux spécifiques. | Impact environnemental quasi nul, puisqu'il n'utilise aucun équipement mécanique ou électrique. |