SMA Solar Technology AG Avenir Solaire pour les enfants. Électricité solaire

Transcription

1 Électricité solaire On a du mal à s imaginer la vie sans électricité. Mais qu est-ce que l électricité? Comment transformer les rayons du soleil en courant électrique? Tu trouveras ici les réponses à ces questions passionnantes. 1

2 a. Électricité et courant électrique Peux-tu imaginer une vie sans électricité? L électricité est devenue indispensable à notre vie quotidienne. Nous en avons besoin pour allumer la télévision, l ordinateur et la lumière, pour cuisiner ou pour écouter de la musique. Connais-tu d autres activités que tu ne pourrais plus faire sans électricité? L électricité existait déjà à l état naturel bien avant que l être humain n apprenne à en produire. La foudre, par exemple, est une puissante décharge d énergie électrique qui s est formée par friction dans les nuages d orage. On trouve aussi l électricité chez les animaux : certains poissons, comme l anguille électrique, peuvent envoyer des décharges pour se défendre contre leurs prédateurs ou attraper leurs proies. Même notre cerveau utilise des signaux électriques pour traiter les informations. Pour fonctionner correctement, les appareils électriques ont besoin d un fl ux régulier d électricité. Sans lui, ta lampe de chevet n arrêterait pas de clignoter, par exemple. Ce fl ux régulier d électricité s appelle le «courant» (tout comme le courant d une rivière, qui désigne un écoulement d eau régulier). 2

3 Tour de magie : le ballon flottant Ce tour de magie te permet de faire tenir un ballon de baudruche à la paume de ta main. Tu as besoin des objets suivants : un ballon de baudruche + un objet en laine (par exemple un pull d hiver ou une couverture) Tour de magie : Gonfl e le ballon de baudruche. Frotte le ballon gonfl é contre la laine en faisant une vingtaine d allers et retours. Ne frotte pas trop fort pour ne pas faire éclater ton ballon! Soulève le ballon et ouvre doucement la main. Le ballon reste collé à ta main comme par magie! Pourquoi le ballon reste-t-il collé à ta main? Lorsque tu frottes le ballon contre la laine, tu le charges en électricité. Il attire alors toutes les particules qui ne sont pas chargées électriquement, comme un aimant. Plus tu frottes le ballon longtemps, plus il sera chargé. Au bout d un certain temps, il se décharge et retombe. b. Origine de l électricité Une pomme peut-elle produire de l électricité? Non, mais elle peut y participer. L électricité n apparaît pas d un coup de baguette magique. Pour produire du courant, il faut transformer une forme d énergie en énergie électrique. Ce n est pas si compliqué que ça en a l air. Regardons comment fonctionne l éclairage de ton vélo : Une pomme peut pousser grâce à l énergie du soleil. En mangeant cette pomme, tu absorbes son énergie, que tu utilises ensuite pour te déplacer, par exemple à vélo. L énergie que tu dépenses en pédalant se transforme en «énergie cinétique» (c est-à-dire produite par le mouvement). La rotation des roues est transmise à une petite roue dans la dynamo, qui transforme à son tour l énergie cinétique en énergie électrique. Et l éclairage s allume. L énergie solaire, qui tout au début a permis à la pomme de pousser, a ainsi été transformée plusieurs fois avant de devenir la lumière visible sur ton vélo. Le même phénomène se produit dans les centrales électriques qui fournissent l électricité à la maison : dans une centrale éolienne ou hydraulique, c est respectivement le vent ou l eau qui fait tourner soit les pales d un rotor, soit une turbine (comme toi les roues de ton vélo), qui à leur tour actionnent une dynamo (générateur) et produisent de l électricité. Dans les centrales à pétrole, charbon ou gaz, l énergie qui s est accumulée depuis des millions d années dans le sol est libérée lorsqu elle est brûlée pour être transformée en électricité. 3

4 Attention! L électricité est dangereuse, ne touche jamais une prise électrique ou un câble abîmé! Il est aussi dangereux d ouvrir un appareil électrique et de toucher les composants à l intérieur lorsqu il est branché à une prise électrique! Demande toujours l aide d un adulte pour réparer ou ouvrir le boîtier d un appareil électrique. c. Soleil et électricité Quel est le rapport entre satellites et électricité solaire? Dès l année 1839, le physicien français Alexandre Edmond Becquerel découvre que certains matériaux produisent de l électricité lorsqu ils sont exposés à la lumière. Il faut attendre 1905 pour qu Albert Einstein explique concrètement ce phénomène, ce qui lui vaut de recevoir le prix Nobel de physique. Les chercheurs de l aérospatiale sont les premiers à envisager sérieusement d utiliser l énergie du soleil pour produire de l électricité. Ils ont en effet l intention de lancer un satellite dans l espace. Mais pour fonctionner, un satellite a besoin d électricité. Même des batteries ou des accumulateurs très puissants auraient fi ni tôt ou tard par se décharger complètement. Et dans l espace, il n y a pas de prise électrique pour brancher les satellites... Les chercheurs ont alors l idée d utiliser les rayons du soleil pour produire de l électricité. C est ainsi que la première installation solaire au monde a été posée sur un satellite. Depuis, l énergie solaire est utilisée dans le monde entier pour produire de l électricité et alimenter les foyers. Après tout, elle est gratuite et bénéfi que pour notre environnement. L électricité produite à partir des rayons du soleil s appelle «électricité solaire». Le terme «solaire» vient du latin «solaris», qui signifi e «relatif au soleil». De nombreux termes contiennent le mot «solaire», par exemple «énergie solaire», «électricité solaire», «pile solaire». En connais-tu d autres? 4

5 d. Une source d énergie inépuisable Peut-on produire de l électricité solaire dans les régions pluvieuses? Il existe une source d énergie qui fournit près de 3000 fois plus d énergie que la consommation actuelle de toute l humanité. Elle ne produit ni déchets toxiques ni gaz nocifs : il s agit du soleil. Un mètre carré de notre astre émet autant d énergie qu un million d ampoules lumineuses. Mais en France, il ne fait pas toujours beau, bien sûr. Il arrive souvent qu il pleuve ou que le ciel soit nuageux. Le Sahara par exemple, reçoit deux fois plus d énergie solaire. Toutefois, la France reçoit un rayonnement suffi sant pour couvrir une grosse partie de ses besoins en électricité. Produire de l électricité à partir de pétrole, de gaz naturel et de charbon émet des gaz polluants. Sans oublier que ces sources d énergie seront bientôt épuisées. En revanche, le Soleil va continuer à nous fournir de l énergie propre et gratuite pendant encore des milliards d années. Il ne tient qu à nous de l utiliser! 5

6 a. Installation solaire Comment produire de l électricité solaire chez soi? L électricité disponible dans les prises de ta maison ou de ton école provient d une gigantesque centrale électrique. Heureusement, nous n avons pas besoin d en installer une dans le jardin ou dans la cour pour produire de l électricité à la maison. Une installation solaire ne prend pas beaucoup de place, elle peut être montée presque n importe où. Pour commencer, il faut poser des panneaux solaires sur le toit. Ce sont eux qui captent les rayons du soleil et les transforment en électricité. Le courant électrique qui sort des panneaux solaires est un «courant continu». En revanche, les prises électriques doivent recevoir du «courant alternatif». Il nous faut donc un onduleur. Il s agit d un boîtier en métal qui transforme le courant afi n qu il puisse être utilisé dans la maison. Enfi n, il ne reste plus qu à relier les panneaux, l onduleur et les prises électriques avec des câbles, et voilà, nous avons de l électricité! Et pour couronner le tout, plus besoin de payer l électricité puisque le Soleil nous envoie son énergie gratuitement! 6

7 Arbres solaires : Il arrive parfois qu il n y ait pas assez de place sur le toit pour poser des panneaux solaires. Ou qu un arbre situé devant la maison fasse de l ombre sur le toit, ce qui empêcherait les rayons du soleil d atteindre les panneaux. Ce serait bien dommage d abattre l arbre. La solution : installer les panneaux solaires à côté de la maison, sur un support placé en plein soleil. On appelle ce support un «arbre solaire». Certains arbres solaires peuvent tourner automatiquement pour être face au soleil toute la journée. Ces installations permettent de produire une grande quantité d électricité. b. Panneaux solaires Comment la lumière est-elle transformée en électricité? Sais-tu à quoi reconnaître une maison alimentée en électricité solaire? Aux panneaux solaires sur le toit, bien sûr. Ils ressemblent un peu à des vitres ou à des fenêtres de toit bleu foncé. Le matériau qui les compose s appelle le «silicium». Un nom compliqué, mais ses propriétés sont incroyables : il peut en effet capter les rayons du soleil et les transformer en électricité. Dès que le panneau solaire est exposé aux rayons du soleil, les électrons présents dans le silicium entrent en mouvement. Les électrons sont des particules minuscules, très rapides et invisibles à l œil nu. On ne peut même pas les voir au microscope! Alors que les électrons vont et viennent à toute allure dans le panneau, ils passent aussi dans les fi ls branchés au panneau. Et voilà comment le courant électrique arrive jusqu à nous! En effet, quand les électrons circulent dans les fi ls et les câbles, de l électricité est produite. La transformation de la lumière en énergie électrique porte aussi le nom d «effet photoélectrique», du grec «photos» qui signifi e «lumière». 7

8 c. Onduleur Le courant électrique peut-il changer de direction? Les panneaux solaires captent les rayons du soleil et les transforment en courant électrique. Mais pour pouvoir utiliser ce courant dans la maison, il nous faut un autre appareil : l onduleur. Il s agit d un boîtier en métal qui contient de nombreux câbles, fi ls et interrupteurs. Cet appareil a une fonction très importante. Le panneau solaire produit du courant continu : tous les électrons traversent le câble en circulant dans le même sens. Mais ce courant est inutilisable dans nos prises électriques, car les appareils ont besoin de «courant alternatif», où les électrons changent constamment de direction dans le câble, contrairement au courant continu. Ce changement de direction se produit souvent, 50 fois par seconde. Une fois le courant continu transformé en courant alternatif, il est acheminé dans les prises électriques par des câbles. Un onduleur s appelle ainsi parce qu il fait onduler le courant continu pour le transformer en courant alternatif. 8

9 a. Les différentes applications Quels sont les différents types d installations solaires? L électricité solaire trouve de nombreuses applications. Il existe par exemple des montres, des calculatrices, des lampes de jardin et même des bouilloires qui fonctionnent à l énergie solaire! Tu pourras aussi parfois remarquer de petits panneaux solaires sur les panneaux de signalisation ou sur les horodateurs. De plus en plus de gens utilisent l électricité solaire chez eux pour bénéfi cier de nombreux avantages : l énergie est fournie gratuitement par le soleil et produit de l électricité propre et non polluante. Dans de nombreux pays du monde, dont la France, il est même possible de revendre l électricité solaire pour gagner de l argent. b. Vendre l électricité solaire Comment gagner de l argent avec l électricité solaire? Normalement, tes parents doivent payer une grosse somme d argent pour l électricité consommée à la maison. Mais savais-tu qu en France, il est possible de faire le contraire : recevoir de l argent en échange d électricité solaire? Dans de nombreux pays du monde, dont la France, les responsables politiques ont décidé que les personnes produisant de l électricité à partir de l énergie solaire devaient être rémunérées pour leur action en faveur de 9

10 l environnement. En France, tous les possesseurs d installations solaires peuvent revendre le courant qu ils produisent. Au lieu de consommer l électricité, ils l injectent dans le réseau électrique public pour que leurs voisins puissent l utiliser aussi. L argent qu ils reçoivent en contrepartie dépend de la quantité d électricité envoyée dans le réseau public, mesurée très précisément par un compteur. Quant à eux, ils continuent d utiliser le courant provenant de la centrale électrique. Tu te demandes peut-être pourquoi ils vendent le courant qu ils produisent au lieu de l utiliser. C est parce qu ils vendent leur électricité solaire bien plus cher que ce qu ils payent pour acheter le courant de la centrale. Quelqu un qui produit de l électricité solaire peut ainsi gagner une belle somme d argent. c. Sites isolés Comment les maisons isolées peuvent-elles être alimentées en électricité? Dans de nombreux pays, avoir l électricité chez soi n est pas toujours une évidence, notamment dans les régions éloignées des grandes villes. Environ deux milliards de personnes dans le monde vivent sans électricité aujourd hui. Même en France, certaines maisons, comme des chalets à la montagne, ne sont pas raccordées au réseau électrique. Ces bâtiments peuvent être alimentés en électricité à l aide d une installation solaire autonome. Les rayons du soleil sont captés par le panneau solaire (numéro 1 sur le dessin) et convertis en courant alternatif par l onduleur (2). L électricité peut être utilisée immédiatement, par exemple par l ordinateur (5) ou n importe quel autre appareil électrique. Et la nuit, quand le soleil est couché? On utilise des batteries (4). Grâce à un deuxième onduleur (3), les batteries se chargent tant que le soleil brille. Le courant traverse le deuxième onduleur pour arriver dans la batterie, où il est stocké. Il est ensuite libéré pour être utilisé quand les occupants de la maison en ont besoin, par exemple après le coucher du soleil. Regarde bien le dessin pour comprendre le fonctionnement de l installation. 10