Qu'est-ce qu'un champ solaire ?

Le plus souvent installé à même le sol ou sur des supports métalliques, un champ solaire peut être déployé en zone agricole sur des terrains d'une surface moyenne de 4 hectares. Encore appelés centrales solaires, les champs solaires ont pour mission de transformer le rayonnement du soleil en énergie électrique. Cela permet de faciliter l'autoconsommation.

Champ solaire : définition

Un champ solaire est un ensemble de panneaux photovoltaïques installés au sol ou sur une toiture dans l'optique de transformer la chaleur émise par les rayons du soleil en énergie. Souvent disposés en strings, en parallèle ou en séries, ces panneaux sont montés sur le même support et sont connectés entre eux. Ils sont ensuite reliés à un onduleur central qui est lui-même connecté au réseau électrique.

Il ne suffit pas cependant d'installer quelques plaques dans son jardin ou sur son toit pour parler de champ solaire. Le terme « champ solaire » désigne plus précisément une installation de panneaux photovoltaïques pouvant couvrir plusieurs centaines de mètres carrés au sol.

Le champ solaire peut également désigner une installation de modules solaires sur la toiture d'un bâtiment industriel, d'un hangar ou d'un entrepôt de stockage. Le terme le plus approprié dans ce cas est « bâtiment photovoltaïque ». Encore appelées fermes photovoltaïques, les centrales solaires au sol sont en général installées sur de grandes étendues de terres polluées, des pâturages, des carrières épuisées ou d'anciennes friches industrielles.

Trois principales centrales solaires existent : les photovoltaïques, les thermiques et les thermodynamiques. Le mode de fonctionnement varie donc d'un modèle à l'autre.

Les centrales solaires photovoltaïques

Une centrale solaire photovoltaïque se compose :

• De panneaux photovoltaïques dotés le plus souvent de cellules en silicium qui canalisent le rayonnement solaire pour produire un courant continu qui est ensuite transmis à un onduleur ;
• D'un onduleur qui transforme le continu en courant alternatif ;
• D'un transformateur qui optimise la tension du courant ainsi produit avant de l'injecter dans le système de distribution ;

Les modules solaires peuvent être disposés au sol ou sur la toiture d'un bâtiment industriel. Dans un cas comme dans l'autre, ils sont fixés sur des profils métalliques dont l'inclinaison et la surélévation des panneaux sont effectuées dans une direction bien définie. Le but est de capter une quantité de rayonnement lumineux maximale pour optimiser la production d'électricité.

Les centrales solaires thermiques

Les centrales solaires thermiques sont utilisées pour transformer le rayonnement solaire en chaleur. Celle-ci est injectée dans le système de production d'eau chaude sanitaire ou dans le système de chauffage. En d'autres termes, des panneaux solaires en miroir interceptent le rayonnement solaire de façon à générer une chaleur de température plus ou moins basse. La chaleur ainsi obtenue est envoyée vers une chaudière où elle est utilisée pour alimenter le système de production d'eau chaude ou le chauffage domestique.

La production de chaleur par une centrale solaire thermique dépend en grande partie de l'ensoleillement. Un moyen de chauffage complémentaire est donc nécessaire pour couvrir les besoins en eau chaude pendant les périodes de faible ensoleillement. Il existe différentes centrales solaires thermiques. Tout dépend de la technique de focalisation des rayons solaires.

Les centrales à tour

Les centrales à tour sont dotées de miroirs orientables au sol qui renvoient le rayonnement solaire vers un réservoir de stockage situé en haut de la tour. Elles sont plus adaptées aux pays à fort taux d'ensoleillement, car l'eau risquerait de geler en hiver.

Les centrales à collecteurs cylindriques

Les centrales à collecteurs cylindriques, quant à elles, sont composées de miroirs fixés sur un axe horizontal. Ces derniers suivent la trajectoire des rayons solaires de façon à les concentrer sur un tube contenant un fluide caloporteur. C'est ce fluide qui permettra d'acheminer la chaleur vers la centrale.

Les centrales à collecteurs paraboliques

En ce qui concerne les centrales à collecteurs paraboliques, elles sont composées de miroirs cylindro-paraboliques. Celles-ci canalisent le rayonnement solaire sur le tube des paraboles orientables qui, elles, contiennent des minicentrales électriques.

Les centrales solaires thermodynamiques

À l'instar des centrales solaires thermiques, les centrales solaires thermodynamiques permettent de générer de la chaleur. Dans le cas présent, cette chaleur peut également être transformée en courant alternatif qu'il est possible de stocker pour un usage ultérieur. Concrètement, une centrale solaire thermodynamique est composée de :

• Panneaux solaires miroirs à concentration. Ils captent le rayonnement solaire en un point qui leur permet de générer des températures pouvant aller de 400 °C à 1 000 °C ;
• Un système de production de chaleur qui se compose d'un fluide caloporteur, d'un récepteur et d'un réservoir de stockage ;
• La vapeur sous pression. Elle déclenche une turbine qui fait tourner un alternateur qui, sous l'action, produit du courant électrique alternatif.

Le principal avantage d'une centrale thermodynamique est sa capacité à continuer à produire de l'énergie électrique même pendant les périodes de faible ensoleillement. Ceci est possible grâce à son réservoir de stockage.

Les champs solaires thermodynamiques sont plus adaptés aux régions à fort ensoleillement (2 000 kWh/m²/an) afin de tirer un maximum de profit du rayonnement direct. Il est cependant possible de les installer dans des zones moins ensoleillées si les capteurs à concentration sont remplacés par des capteurs à tube sous vide.

Ferme photovoltaïque : un élément prépondérant dans la transition énergétique

En 2019, la consommation en énergie solaire était de 2,4 % par rapport à la consommation énergétique totale en France. Ceci représente une hausse de 0,7 % par rapport à 2017 où elle était seulement de 1,7 %. Toujours en 2019, le parc solaire photovoltaïque de la France a vu sa capacité dépasser les 10 GW avec l'Occitanie, la Nouvelle-Aquitaine et la Provence-Alpes-Côte d'Azur comme principaux fournisseurs.

En ce qui concerne les centrales solaires au sol ou sur toiture, leur puissance raccordée a connu entre 2014 et 2020 une croissance de 197 %. Les installations solaires sur toiture en autoconsommation ne représentent que 64 % de cette croissance. On en déduit donc que ce sont les champs solaires d'envergure importante qui sont les principaux acteurs du développement de la filière.

Pour la transition énergétique, les pouvoirs publics privilégient nettement l'énergie solaire, plus précisément le solaire photovoltaïque. En effet, les centrales photovoltaïques sont l'idéal pour réaliser des projets de grande envergure, notamment grâce aux fermes solaires.

De plus, le solaire photovoltaïque est aussi très compétitif en termes de prix. Le coût de la production de l'énergie solaire a, en effet, baissé d'environ 5 % entre 2020 et 2021. Les fermes solaires permettent également de proposer des tarifs semblables à ceux du marché énergétique traditionnel.

Si les champs solaires sont de plus en plus nombreux en France, il faut savoir qu'il est tout à fait possible d'installer une centrale solaire en autoconsommation. Cette solution peut permettre aux agriculteurs, aux propriétaires privés et aux industriels de produire leur propre électricité et éventuellement de revendre le surplus sans avoir d'obligation d'achat complémentaire.

N’hésitez pas à lire notre article « Qu'est-ce qui rend l'énergie solaire verte ? » pour aller plus loin.

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