Chaque jour, la quantité des réserves mondiales de charbon, de pétrole, de gaz, c'est-à-dire tout ce qui nous sert aujourd'hui de source d'énergie, diminue. Et dans un avenir proche, l'humanité se rendra compte que les combustibles fossiles ne resteront tout simplement pas. Par conséquent, tous les pays recherchent activement le salut de la catastrophe qui se rapproche rapidement de nous. Et le premier moyen de salut qui vient à l'esprit est, bien sûr, l'énergie du soleil, qui est utilisée depuis des temps immémoriaux pour sécher les vêtements, éclairer les maisons et cuisiner. Cela a donné naissance à l'un des domaines de l'énergie alternative - l'énergie solaire.

L'énergie solaire est utilisée comme source d'énergie pour l'énergie solaire, qui est convertie en énergie thermique ou électrique à l'aide de structures spéciales. Selon les experts, en une semaine seulement, la surface de la Terre reçoit du soleil une telle quantité d'énergie qui dépasse l'énergie des réserves mondiales de tous les types de combustibles. Et bien que le rythme de développement de ce domaine de l'énergie alternative ne cesse de croître, l'énergie solaire présente encore non seulement des avantages, mais aussi des inconvénients.

Si les principaux avantages incluent la disponibilité générale et, surtout, l'inépuisabilité de la source d'énergie, les inconvénients incluent :

• le besoin d'accumuler l'énergie reçue du soleil,
• coût important du matériel utilisé,
• en fonction des conditions météorologiques et de l'heure de la journée,
• augmentation de la température atmosphérique au-dessus des centrales électriques, etc.

Caractéristiques numériques du rayonnement solaire

Il existe un indicateur tel que la constante solaire. Sa valeur est de 1367 watts. C'est la quantité d'énergie pour 1 m². planète Terre. C'est à peu près 20 à 25 % d'énergie en moins qui atteint la surface de la terre en raison de l'atmosphère. Par conséquent, la valeur de l'énergie solaire par mètre carré, par exemple, à l'équateur est de 1020 watts. Et je prends en compte le changement de jour et de nuit, le changement de l'angle du soleil au-dessus de l'horizon, cet indicateur diminue d'environ 3 fois.

Mais d'où vient cette énergie ? Les scientifiques ont commencé à traiter ce problème au 19ème siècle, et les versions étaient complètement différentes. Aujourd'hui, à la suite d'un grand nombre d'études, on sait de manière fiable que la source d'énergie solaire est la réaction de transformation de 4 atomes d'hydrogène en un noyau d'hélium. À la suite de ce processus, une quantité importante d'énergie est libérée. Par exemple, l'énergie libérée lors de la transformation de 1 gr. l'hydrogène est comparable à l'énergie dégagée lors de la combustion de 15 tonnes d'essence.

Conversion de l'énergie solaire

Nous savons déjà que l'énergie reçue du soleil doit être convertie en une autre forme. La nécessité de cela est due au fait que l'humanité ne dispose pas encore de tels dispositifs qui pourraient consommer de l'énergie solaire sous sa forme pure. Par conséquent, des sources d'énergie telles que des capteurs solaires et des panneaux solaires ont été développées. Si le premier est utilisé pour produire de l'énergie thermique, les seconds produisent directement de l'électricité.

Il existe plusieurs façons de convertir l'énergie solaire :

• photovoltaïque;
• énergie de l'air chaud ;
• énergie thermique solaire;
• à l'aide de centrales solaires à ballons.

La méthode la plus courante est le photovoltaïque. Le principe de cette conversion est l'utilisation de panneaux solaires photovoltaïques, ou comme on les appelle aussi panneaux solaires, à travers lesquels s'effectue la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique. En règle générale, ces panneaux sont en silicium et l'épaisseur de leur surface de travail n'est que de quelques dixièmes de millimètre. Vous pouvez les placer n'importe où, il n'y a qu'une seule condition - la présence d'une grande quantité de lumière solaire. Une excellente option pour l'installation de plaques photographiques est le toit des bâtiments résidentiels et des bâtiments publics.

En plus des plaques photographiques considérées, des panneaux à couches minces sont utilisés pour convertir l'énergie du rayonnement solaire. Ils diffèrent par une épaisseur encore plus petite, ce qui leur permet d'être installés n'importe où, mais un inconvénient important de ces panneaux est leur faible efficacité. C'est pour cette raison que leur installation ne se justifiera qu'avec de grandes surfaces de placement. Pour le plaisir, un panneau à couche mince peut même être placé sur une mallette d'ordinateur portable ou sur un sac à main.

Dans l'énergie de l'air chaud énergie solaire est convertie en énergie du flux d'air, qui est ensuite envoyée au turbogénérateur. Mais dans le cas de l'utilisation de centrales solaires à ballon, de la vapeur d'eau est générée à l'intérieur du ballon ballon. Cet effet est obtenu en chauffant la surface du ballon, qui est recouverte d'un revêtement absorbant sélectif, par la lumière du soleil. Le principal avantage de cette méthode réside dans l'apport suffisant de vapeur, suffisant pour poursuivre le fonctionnement de la centrale par mauvais temps et la nuit.

Le principe de l'énergie solaire thermique est de chauffer la surface qui absorbe les rayons du soleil et les concentre pour ensuite utiliser la chaleur reçue. L'exemple le plus simple est le chauffage de l'eau, qui peut ensuite être utilisée pour les besoins domestiques, comme les égouts ou les batteries, tout en économisant du gaz ou d'autres combustibles. A l'échelle industrielle, l'énergie du rayonnement solaire obtenue par ce procédé est convertie en énergie électrique au moyen de moteurs thermiques. La construction de telles centrales combinées peut prendre plus de 20 ans, mais le rythme de développement de l'énergie solaire ne diminue pas, mais au contraire augmente régulièrement.

Où peut-on utiliser l'énergie solaire ?

L'énergie solaire peut être utilisée dans des domaines complètement différents - de l'industrie chimique à l'industrie automobile, de la cuisine au chauffage des locaux. Par exemple, l'utilisation de panneaux solaires dans l'industrie automobile a commencé dès 1955. Cette année a été marquée par la sortie de la première voiture fonctionnant aux panneaux solaires. Aujourd'hui, BMW, Toyota et d'autres grandes entreprises sont engagées dans la production de telles voitures.

Dans la vie de tous les jours, l'énergie solaire est utilisée pour le chauffage des locaux, pour l'éclairage et même pour la cuisine. Par exemple, les fours solaires en papier d'aluminium et en carton à l'initiative de l'ONU sont activement utilisés par les réfugiés qui ont été contraints de quitter leurs maisons en raison de la situation politique difficile. Des fours solaires plus complexes sont utilisés pour le traitement thermique et la fusion des métaux. L'un des plus grands fours de ce type est situé sur le territoire de l'Ouzbékistan.

Les inventions les plus intéressantes sur l'utilisation de l'énergie solaire peuvent être considérées:

• Un étui de protection pour un téléphone avec une cellule photoélectrique, qui est aussi un chargeur.
• Un sac à dos avec un panneau solaire attaché dessus. Il vous permettra de recharger non seulement votre téléphone, mais aussi une tablette et même un appareil photo, en général, tout appareil électronique disposant d'une entrée USB.
• Casque Bluetooth solaire.

Et l'idée la plus créative est des vêtements cousus à partir d'un tissu spécial. Une veste, une cravate et même un maillot de bain - tout cela peut devenir non seulement un élément de votre garde-robe, mais aussi un chargeur.

Développement des énergies alternatives dans les pays de la CEI

Les énergies alternatives, dont le solaire, se développent à un rythme soutenu non seulement aux États-Unis, en Europe ou en Inde, mais aussi dans les pays de la CEI, dont la Russie, le Kazakhstan et surtout l'Ukraine. Par exemple, Perovo, la plus grande centrale solaire de l'ex-Union soviétique, a été construite en Crimée. Sa construction a été achevée en 2011. Cette centrale était le 3e projet innovant de la société autrichienne Activ Solar. La puissance maximale de Perovo est d'environ 100 MW.

Et en octobre de la même année, Activ Solar a lancé une autre centrale solaire, Okhotnikovo, également en Crimée. Sa capacité était de 80 MW. Okhotnikovo a également reçu le statut de plus grand, mais déjà en Europe centrale et orientale. On peut dire que l'énergie alternative en Ukraine a fait un grand pas en avant vers une énergie sûre et inépuisable.

Au Kazakhstan, la situation est un peu différente. Fondamentalement, le développement des énergies alternatives dans ce pays ne se produit qu'en théorie. Le potentiel de la république est énorme, mais il n'a pas encore été pleinement développé. Bien sûr, le gouvernement s'occupe de cette question, et même un plan a été élaboré pour le développement des énergies alternatives au Kazakhstan, mais la part d'énergie provenant de sources renouvelables, en particulier du soleil, ne dépassera pas 1% dans le bilan énergétique total du pays. D'ici 2020, il est prévu de lancer seulement 4 centrales solaires, dont la capacité totale sera de 77 MW.

Les énergies alternatives en Russie se développent également à un rythme considérable. Mais, comme l'a déclaré le sous-ministre de l'Énergie, l'accent est mis dans ce domaine principalement sur les régions de l'Extrême-Orient. Par exemple, en Yakoutie, la production totale de 4 centrales solaires fonctionnant dans les colonies les plus reculées du nord s'élevait à plus de 50 000 kWh. Cela a permis d'économiser plus de 14 tonnes de carburant diesel coûteux. Un autre exemple d'utilisation de l'énergie solaire est le complexe aéronautique multidisciplinaire en construction dans la région de Lipetsk. L'électricité nécessaire à son fonctionnement sera produite par la première centrale solaire, également construite dans la région de Lipetsk.

Tout cela nous permet de tirer la conclusion suivante : aujourd'hui tous les pays, même pas les plus développés, s'efforcent de se rapprocher le plus possible de l'objectif cher : l'utilisation de sources d'énergie alternatives. Après tout, la consommation d'électricité augmente chaque jour, la quantité d'émissions nocives dans l'environnement augmente chaque jour. Et beaucoup comprennent déjà que notre avenir et celui de notre planète ne dépendent que de nous.

R. Abdullina

L'Ukraine mise sur l'énergie solaire

Depuis les temps anciens, les gens ont parlé du Soleil comme puissant et grand, l'élevant dans leurs religions à un objet animé. Ils adoraient le luminaire, le louaient, mesuraient le temps et le considéraient toujours comme la principale source de bénédictions terrestres.

Le besoin d'énergie solaire

Les millénaires ont passé. L'humanité est entrée dans une nouvelle ère de son développement et profite des fruits du progrès technologique qui se développe rapidement. Or, à ce jour, c'est le Soleil qui est la principale source naturelle de chaleur, et, par conséquent, de vie.

Comment l'humanité utilise-t-elle le Soleil dans ses activités quotidiennes ? Considérons cette question plus en détail.

"Travail" du Soleil

Le corps céleste est la seule source d'énergie nécessaire à la photosynthèse des plantes. Le soleil met en mouvement le cycle de l'eau, et ce n'est que grâce à lui sur notre planète qu'il existe tous les combustibles fossiles connus de l'humanité. Et les gens utilisent également la puissance de cette étoile brillante pour répondre à leurs besoins en énergie électrique et thermique. Sans elle, la vie sur la planète serait tout simplement impossible.

Principale source d'énergie

La nature veille sagement à ce que l'humanité reçoive ses dons du corps céleste. La livraison de l'énergie solaire à la Terre s'effectue en transmettant des ondes de rayonnement à la surface des continents et des eaux. De plus, sur l'ensemble du spectre émis, seuls :

1. Ondes ultraviolettes. Ils sont invisibles à l'œil humain et représentent environ 2 % du spectre total.

2. Ondes lumineuses. C'est environ la moitié de l'énergie solaire qui atteint la surface de la Terre. Grâce aux ondes lumineuses, une personne voit toutes les couleurs du monde qui l'entoure.

3. Ondes infrarouges. Ils représentent environ 49 % du spectre et chauffent la surface de l'eau et de la terre. Ce sont ces ondes qui sont les plus sollicitées dans l'utilisation de l'énergie solaire sur Terre.

Le principe de la conversion des ondes infrarouges

Comment se passe le processus d'utilisation de l'énergie du Soleil sur Terre ? Comme toute autre action similaire, elle est réalisée selon le principe de la transformation directe. Cela ne nécessite qu'une surface spéciale. Lorsqu'elle le frappe, la lumière du soleil passe par le processus de conversion en énergie. Pour obtenir de la chaleur dans ce circuit, un collecteur doit être impliqué. Il absorbe les ondes infrarouges. De plus, dans un appareil qui utilise l'énergie du Soleil, des dispositifs de stockage sont certainement présents. Pour chauffer le produit final, des échangeurs de chaleur spéciaux sont disposés.

Le but poursuivi par l'énergie solaire est d'obtenir la chaleur et la lumière si nécessaires à l'humanité. La nouvelle industrie est parfois appelée énergie solaire. Après tout, Hélios en grec signifie le Soleil.

Exploitation du complexe

Théoriquement, chacun de nous peut calculer une installation solaire. Après tout, on sait qu'après avoir voyagé de la seule étoile de notre système galactique à la Terre, un flux de rayons lumineux apportera avec lui une charge énergétique égale à 1367 watts par mètre carré. C'est ce qu'on appelle la constante solaire, qui existe à l'entrée des couches atmosphériques. Cette option n'est possible que dans des conditions idéales, qui n'existent tout simplement pas dans la nature. Après avoir traversé l'atmosphère, les rayons du soleil apporteront 1020 watts par mètre carré à l'équateur. Mais en raison du changement de jour et de nuit, nous pouvons obtenir une valeur trois fois inférieure. En ce qui concerne les latitudes tempérées, non seulement la durée des heures de clarté, mais aussi la saisonnalité changent ici. Ainsi, la réception d'électricité dans des endroits éloignés de l'équateur, dans le calcul, devra être divisée par deux.

La géographie des radiations de l'astre céleste

Où l'énergie solaire peut-elle fonctionner suffisamment efficacement ? Les conditions naturelles de localisation des installations jouent un rôle important dans cette industrie en pleine croissance.
La répartition du rayonnement solaire à la surface de la Terre est inégale. Dans certaines régions, le rayon du Soleil est un invité rare et attendu depuis longtemps, dans d'autres, il est capable d'affecter de manière déprimante tous les êtres vivants.

La quantité de rayonnement solaire qu'une zone particulière reçoit dépend de la latitude de son emplacement. Les plus fortes doses d'énergie d'une étoile naturelle sont reçues par des états situés près de l'équateur. Mais ce n'est pas tout. La quantité de flux solaire dépend du nombre de jours clairs, qui changent lors du passage d'une zone climatique à une autre. Les courants d'air et d'autres caractéristiques de la région peuvent augmenter ou diminuer le degré de rayonnement. Les avantages de l'énergie solaire sont les plus connus :

Les pays du nord-est de l'Afrique et certaines régions du sud-ouest et du centre du continent ;
- les résidents de la péninsule arabique ;
- Côte Est de l'Afrique ;
- le nord-ouest de l'Australie et certaines îles d'Indonésie ;
- Côte ouest de l'Amérique du Sud.

Quant à la Russie, comme le montrent les mesures effectuées sur son territoire, les régions frontalières de la Chine, ainsi que les zones nord, bénéficient des plus fortes doses de rayonnement solaire. Et où dans notre pays le Soleil chauffe le moins la Terre ? Il s'agit de la région du nord-ouest, qui comprend Saint-Pétersbourg et ses environs.

centrales électriques

Il est difficile d'imaginer notre vie sans utiliser l'énergie du Soleil sur Terre. Comment l'appliquer ? Les rayons lumineux peuvent être utilisés pour produire de l'électricité. Les besoins augmentent chaque année et les réserves de gaz, de pétrole et de charbon diminuent à un rythme rapide. C'est pourquoi, au cours des dernières décennies, les gens ont commencé à construire des centrales solaires. Après tout, ces installations permettent l'utilisation de sources d'énergie alternatives, économisant considérablement les ressources naturelles.

Les centrales solaires fonctionnent grâce à des photocellules intégrées à leur surface. Et en dernières années réussi à améliorer considérablement l'efficacité de ces systèmes. Les installations solaires ont commencé à être produites à partir de derniers matériaux et en utilisant des solutions d'ingénierie créatives. Cela augmentait considérablement leur pouvoir.

Selon certains chercheurs, dans un avenir proche, l'humanité pourrait abandonner les modes traditionnels actuels de production d'électricité. Les besoins des gens seront entièrement satisfaits par le corps céleste.

Les centrales solaires peuvent être de différentes tailles. Les plus petits d'entre eux sont privés. Dans ces systèmes, seuls quelques panneaux solaires sont fournis. Les installations les plus grandes et les plus complexes couvrent des zones dépassant les dix kilomètres carrés.

Toutes les centrales solaires sont divisées en six types. Parmi eux:

La tour;
- installations avec photocellules;
- en forme de plat ;
- parabolique ;
- solaire-vide ;
- mixte.

Le type de centrale électrique le plus courant est la tour. Ceci est une conception haute. Extérieurement, il ressemble à une tour avec un réservoir situé dessus. Le récipient est rempli d'eau et peint en noir. Autour de la tour se trouvent des miroirs dont la superficie dépasse 8 mètres carrés. L'ensemble du système est connecté à un seul panneau de commande, grâce auquel il est possible de diriger l'angle des miroirs de manière à ce qu'ils reflètent constamment la lumière du soleil. Les rayons dirigés vers le réservoir chauffent l'eau. Le système produit de la vapeur, qui est envoyée pour produire de l'électricité.

Les centrales photovoltaïques utilisent des panneaux solaires. Aujourd'hui, ces installations sont devenues particulièrement populaires. Après tout, les panneaux solaires peuvent être installés dans de petits blocs, ce qui leur permet d'être utilisés non seulement pour les entreprises industrielles, mais également pour les maisons privées.

Si vous voyez un certain nombre d'antennes paraboliques, de taille énorme, à l'intérieur desquelles des plaques miroirs sont installées, sachez qu'il s'agit de centrales électriques paraboliques fonctionnant au rayonnement solaire. Le principe de leur fonctionnement est similaire aux mêmes systèmes de type tour. Ils captent un faisceau de lumière et chauffent le récepteur avec du liquide. Ensuite, de la vapeur est produite, qui est utilisée pour générer de l'électricité.

Les stations à disque fonctionnent de la même manière que celles qui sont classées en types tour et parabolique. Les différences résident uniquement dans les caractéristiques de conception de l'installation. À première vue, cela ressemble à un immense arbre en métal dont les feuilles sont des miroirs plats et ronds. Ils concentrent l'énergie solaire.

Une façon inhabituelle d'obtenir de la chaleur est utilisée dans une centrale solaire à vide. Sa conception est un morceau de terre recouvert d'un toit rond. Au centre de cette structure s'élève une tour creuse, à la base de laquelle sont installées des turbines. La rotation des pales d'une telle centrale électrique est due au flux d'air qui se produit lors de la différence de température. La verrière laisse passer les rayons du soleil. Ils réchauffent la terre. La température de l'air à l'intérieur de la pièce augmente. La différence dans les lectures des thermomètres à l'intérieur et à l'extérieur crée un courant d'air.

L'énergie solaire utilise également des centrales électriques de type mixte. Nous pouvons parler de tels systèmes dans les cas où, par exemple, des photocellules supplémentaires sont utilisées sur les tours.

Avantages et inconvénients de l'énergie solaire

Chaque secteur de l'économie nationale a ses côtés positifs et négatifs. Ils sont également disponibles lors de l'utilisation de flux lumineux. Les avantages de l'énergie solaire sont les suivants :

Respect de l'environnement, car il ne pollue pas l'environnement;
- la disponibilité des principaux composants - les photocellules, qui sont vendues non seulement pour un usage industriel, mais également pour la création de petites centrales électriques personnelles;
- inépuisabilité et auto-restauration de la source ;
- coût en constante diminution.

Parmi les inconvénients de l'énergie solaire, on peut identifier:

Influence de l'heure de la journée et des conditions météorologiques sur les performances des centrales électriques ;
- le besoin de stockage d'énergie ;
- diminution de la productivité en fonction de la latitude à laquelle se situe la région et de la saison ;
- grand chauffage de l'air, qui a lieu dans la centrale elle-même;
- la nécessité d'un nettoyage périodique de la pollution, dont le système de batterie solaire a besoin, ce qui est problématique en raison des vastes surfaces sur lesquelles les cellules solaires sont installées ;
- le coût relativement élevé des équipements qui, bien que diminuant chaque année, reste inaccessible au grand public.

Perspectives de développement

Quelles sont les futures possibilités d'utilisation de l'énergie du Soleil sur Terre ? Aujourd'hui, un grand avenir est prédit à ce complexe alternatif.

Les perspectives de l'énergie solaire sont prometteuses. Après tout, déjà aujourd'hui, d'énormes travaux en termes d'ampleur sont en cours dans cette direction. Chaque année, de plus en plus de centrales solaires apparaissent dans divers pays du monde, dont les dimensions étonnent par leurs solutions techniques et leur ampleur. De plus, les spécialistes de cette industrie n'arrêtent pas de mener des recherches scientifiques dont le but est de multiplier l'efficacité des photocellules utilisées dans de telles installations.

Les scientifiques ont fait un calcul intéressant. Si des cellules solaires étaient installées sur la terre de la planète Terre, qui serait située sur les sept centièmes de son territoire, alors même avec une efficacité de 10 %, elles fourniraient à toute l'humanité la chaleur et la lumière dont elle a besoin. Et ce n'est pas une perspective si lointaine. Après tout, les photocellules utilisées aujourd'hui ont un rendement de 30 %. Dans le même temps, les scientifiques espèrent porter cette valeur à 85 %.

Le développement de l'énergie solaire se poursuit à un rythme assez élevé. Les gens sont sérieusement préoccupés par le problème de l'épuisement des ressources naturelles et sont engagés dans l'identification de sources alternatives de chaleur et de lumière. Une telle décision empêchera l'inévitable crise énergétique pour l'humanité, ainsi qu'une catastrophe écologique imminente.

Le principe de la conversion de l'énergie solaire, son application et ses perspectives

Il y a moins de sources d'énergie traditionnelles dans le monde. Les stocks de pétrole, de gaz, de charbon s'épuisent et tout concourt au fait que tôt ou tard ils s'épuiseront. Si à ce moment-là aucune source d'énergie alternative n'est trouvée, alors une catastrophe attend l'humanité. Ainsi, dans tous les pays développés, des recherches sont en cours pour découvrir et développer de nouvelles sources d'énergie. Le premier est l'énergie solaire. Depuis l'Antiquité, cette énergie est utilisée par les gens pour éclairer leurs maisons, sécher les aliments, les vêtements, etc. Aujourd'hui, l'énergie solaire est l'une des sources d'énergie alternative les plus prometteuses. Actuellement, il existe déjà pas mal de conceptions qui permettent de convertir l'énergie du soleil en énergie électrique ou thermique. L'industrie grandit et se développe progressivement, mais, comme partout ailleurs, il y a des problèmes. Tout cela sera discuté dans cet article.

L'énergie solaire est l'une des sources renouvelables les plus abordables sur Terre. L'utilisation de l'énergie solaire dans l'économie nationale a un effet positif sur l'état de l'environnement, car il n'est pas nécessaire de forer des puits ou de développer des mines pour l'obtenir. De plus, ce type d'énergie est gratuit et ne coûte rien. Naturellement, les coûts d'achat et d'installation de l'équipement sont nécessaires.

Le problème est que le soleil est une source d'énergie intermittente. Ainsi, ce qui est nécessaire est l'accumulation d'énergie et son utilisation en conjonction avec d'autres sources d'énergie. Le principal problème aujourd'hui est que les équipements modernes ont une faible efficacité de conversion de l'énergie solaire en énergie électrique et thermique. Par conséquent, tous les développements visent à augmenter l'efficacité de tels systèmes et à réduire leur coût.

Soit dit en passant, de nombreuses ressources de la planète proviennent de l'énergie solaire. Par exemple, le vent, qui est une autre source renouvelable, ne soufflerait pas sans le soleil. L'évaporation de l'eau et son accumulation dans les rivières se produit également sous l'action du soleil. Et l'eau, comme vous le savez, est utilisée par l'hydroélectricité. Les biocarburants n'existeraient pas non plus sans le soleil. Par conséquent, en plus d'une source d'énergie directe, le soleil affecte d'autres domaines d'énergie.

Le soleil envoie des radiations à la surface de notre planète. Sur le large spectre de rayonnement de la surface de la Terre, 3 types d'ondes atteignent :

• Lumière. Dans le spectre d'émission, ils sont d'environ 49 % ;
• infrarouge. Leur part est également de 49 %. Grâce à ces ondes, notre planète se réchauffe ;
• Ultra-violet. Dans le spectre du rayonnement solaire, ils sont d'environ 2 %. Ils sont invisibles à nos yeux.

Excursion dans l'histoire

Comment l'énergie solaire a-t-elle évolué jusqu'à nos jours ? L'homme a pensé à l'utilisation du soleil dans ses activités depuis l'Antiquité. Tout le monde connaît la légende selon laquelle Archimède aurait brûlé la flotte ennemie près de sa ville de Syracuse. Il a utilisé des miroirs incendiaires pour cela. Il y a plusieurs milliers d'années, au Moyen-Orient, les palais des souverains étaient chauffés avec de l'eau, qui était chauffée par le soleil. Dans certains pays, nous évaporons l'eau de mer au soleil pour obtenir du sel. Les scientifiques ont souvent mené des expériences avec des appareils de chauffage alimentés par l'énergie solaire.

Les premiers modèles de tels appareils de chauffage ont été produits aux XVIIe-XVIIe siècles. En particulier, le chercheur N. Saussure a présenté sa version du chauffe-eau. C'est une boîte en bois avec un couvercle en verre. L'eau de cet appareil a été chauffée à 88 degrés Celsius. En 1774, A. Lavoisier utilise des lentilles pour concentrer la chaleur du soleil. Et des lentilles sont également apparues qui permettent de faire fondre localement la fonte en quelques secondes.

Les batteries qui convertissent l'énergie du soleil en énergie mécanique ont été créées par des scientifiques français. À la fin du XIXe siècle, le chercheur O. Musho a mis au point un insolateur qui focalisait les faisceaux sur une chaudière à vapeur à l'aide d'une lentille. Cette chaudière servait à faire fonctionner l'imprimerie. Aux États-Unis à cette époque, il était possible de créer une unité propulsée par le soleil d'une capacité de 15 "chevaux".

Pendant longtemps, les isolateurs ont été fabriqués selon un schéma qui utilise l'énergie du soleil pour transformer l'eau en vapeur. Et l'énergie convertie a été utilisée pour faire du travail. Le premier appareil qui convertit l'énergie solaire en énergie électrique a été créé en 1953 aux États-Unis. Il est devenu le prototype des panneaux solaires modernes. L'effet photoélectrique sur lequel leur travail est basé a été découvert dans les années 70 du 19ème siècle.

Dans les années trente du siècle dernier, l'académicien de l'URSS A.F. Ioffe a proposé l'utilisation de photocellules à semi-conducteurs pour convertir l'énergie solaire. L'efficacité de la batterie à ce moment-là était inférieure à 1%. Il a fallu de nombreuses années avant que les cellules solaires soient développées avec une efficacité de 10 à 15 %. Ensuite, les Américains ont construit des panneaux solaires de type moderne.

Pour obtenir plus de puissance des systèmes solaires, le faible rendement est compensé par une surface accrue de photocellules. Mais ce n'est pas une option, car les semi-conducteurs de silicium dans les cellules photovoltaïques sont assez chers. Avec une augmentation de l'efficacité, le coût des matériaux augmente. C'est le principal obstacle à l'utilisation massive des panneaux solaires. Mais à mesure que les ressources s'épuisent, leur utilisation deviendra de plus en plus rentable. De plus, les recherches pour augmenter l'efficacité des cellules solaires ne s'arrêtent pas.

Il convient de dire que les batteries à base de semi-conducteurs sont assez durables et ne nécessitent aucune qualification pour en prendre soin. Par conséquent, ils sont le plus souvent utilisés dans la vie quotidienne. Il existe également des centrales solaires entières. En règle générale, ils sont créés dans des pays avec un grand nombre de jours ensoleillés par an. Ce sont Israël, l'Arabie saoudite, le sud des États-Unis, l'Inde, l'Espagne. Maintenant, il y a des projets absolument fantastiques. Par exemple, les centrales solaires en dehors de l'atmosphère. Là, la lumière du soleil n'a pas encore perdu d'énergie. C'est-à-dire qu'il est proposé de capturer le rayonnement en orbite puis de le convertir en micro-ondes. Ensuite, sous cette forme, l'énergie sera envoyée à la Terre.

Conversion de l'énergie solaire

Tout d'abord, il convient de dire comment l'énergie solaire peut être exprimée et évaluée.

Comment estimer la quantité d'énergie solaire ?

Les experts utilisent pour évaluer une valeur telle que la constante solaire. Il est égal à 1367 watts. C'est la quantité d'énergie solaire par mètre carré de la planète. Environ un quart est perdu dans l'atmosphère. La valeur maximale à l'équateur est de 1020 watts par mètre carré. En tenant compte du jour et de la nuit, des changements d'angle d'incidence des rayons, cette valeur devrait être encore réduite de trois fois.

Les versions sur les sources d'énergie solaire étaient très différentes. Sur ce moment les experts disent que l'énergie est libérée à la suite de la transformation de quatre atomes H2 en un noyau He. Le processus se poursuit avec la libération d'une quantité importante d'énergie. A titre de comparaison, imaginons que l'énergie de conversion de 1 gramme de H2 soit comparable à celle dégagée lors de la combustion de 15 tonnes d'hydrocarbures.

Méthodes de conversion

Étant donné que la science actuelle ne dispose pas d'appareils qui fonctionnent sur l'énergie du soleil sous sa forme pure, elle doit être convertie en un autre type. Pour cela, des dispositifs tels que des panneaux solaires et un collecteur ont été créés. Les batteries convertissent l'énergie solaire en énergie électrique. Et le collecteur génère de l'énergie thermique. Il existe également des modèles qui combinent ces deux types. Ils sont appelés hybrides.

Les principales voies de conversion de l'énergie solaire sont présentées ci-dessous :

• photo-électrique;
• solaire thermique;
• air chaud;
• centrales solaires à ballons.

La première façon est la plus courante. Il utilise des panneaux photovoltaïques qui génèrent de l'électricité sous l'influence du soleil. Dans la plupart des cas, ils sont en silicium. L'épaisseur de tels panneaux est d'un dixième de millimètre. Ces panneaux sont combinés en modules photovoltaïques (batteries) et installés au soleil. Le plus souvent, ils sont placés sur les toits des maisons. En principe, rien n'empêche de les poser au sol. Il est seulement nécessaire qu'il n'y ait pas de gros objets autour d'eux, d'autres bâtiments et arbres pouvant projeter une ombre.

En plus des photocellules, des couches minces ou sont utilisées pour générer de l'énergie électrique. Leur avantage est une faible épaisseur, et l'inconvénient est une efficacité réduite. Ces modèles sont souvent utilisés dans les chargeurs portables pour divers gadgets.

La méthode de conversion à air chaud consiste à obtenir l'énergie d'un flux d'air. Ce flux est dirigé vers le turbogénérateur. Dans les centrales à ballons, sous l'influence de l'énergie solaire, de la vapeur d'eau est générée dans un ballon ballon. La surface du ballon est recouverte d'un revêtement spécial qui absorbe les rayons du soleil. De telles centrales sont capables de fonctionner par temps nuageux et la nuit grâce à l'alimentation en vapeur du ballon.

L'énergie solaire est basée sur le chauffage de la surface du vecteur énergétique dans un collecteur spécial. Par exemple, il peut s'agir de chauffer l'eau d'un système de chauffage domestique. Non seulement l'eau, mais aussi l'air peuvent être utilisés comme caloporteur. Il peut être chauffé dans le collecteur et introduit dans le système de ventilation de la maison.

Tous ces systèmes sont assez coûteux, mais leur développement et leur amélioration se poursuivent progressivement.

Avantages et inconvénients de l'énergie solaire

Avantages

• Gratuitement. L'un des principaux avantages de l'énergie solaire est qu'elle est gratuite. Les panneaux solaires sont fabriqués à partir de silicium, qui est assez abondant ;
• Il n'y a pas d'effet secondaire. Le processus de conversion d'énergie se déroule sans bruit, sans émissions nocives ni déchets, sans impact sur l'environnement. On ne peut pas en dire autant des énergies thermique, hydraulique et nucléaire. Toutes les sources traditionnelles nuisent au système d'exploitation d'une manière ou d'une autre ;
• Sécurité et fiabilité. L'équipement est durable (sert jusqu'à 30 ans). Après 20 à 25 ans d'utilisation, les cellules solaires cèdent jusqu'à 80 % de leur valeur nominale ;
• Recyclage. Les panneaux solaires sont entièrement recyclables et peuvent être réutilisés dans la production ;
• Facilité d'entretien. L'équipement est assez simple à déployer et à travailler hors ligne ;
• Bien adapté pour une utilisation dans les maisons privées ;
• Esthétique. Peut être installé sur le toit ou la façade du bâtiment sans compromettre l'apparence ;
• Bien intégré en tant que systèmes d'alimentation auxiliaire.

Détails Posté le 08/07/2015 15:28

Qu'appelle-t-on énergie solaire ? C'est l'énergie produite par le soleil sous forme de lumière et de chaleur. En outre, il existe des formes secondaires d'énergie solaire, telles que l'énergie éolienne et houlomotrice. Tous ces types d'énergie constituent la majorité des énergies renouvelables de la Terre.

La Terre reçoit 174 pétawatts (PW) de rayonnement solaire dans les couches supérieures de l'atmosphère. 30 % sont réfléchis vers l'espace, tandis que le reste est absorbé par les nuages, les océans et la terre. La surface de la Terre, les océans et l'atmosphère absorbent le rayonnement solaire ce qui élève leur température. L'air chaud contenant de l'eau des océans monte, provoquant une convection. Lorsque l'air atteint une altitude élevée où la température est basse, la vapeur d'eau se condense en nuages ​​et provoque la pluie. La chaleur latente de la condensation de l'eau augmente la convection, produisant du vent. L'énergie est absorbée par les océans et la terre, maintenant la surface à une température moyenne d'environ 14 C.

Les plantes vertes convertissent l'énergie solaire en énergie chimique par la photosynthèse. La production de nos produits alimentaires dépend entièrement de l'énergie solaire. Après leur vie, les plantes meurent et se décomposent sur la Terre, de sorte que l'énergie solaire fournit la biomasse qui a créé les combustibles fossiles que nous connaissons.

Façons d'utiliser l'énergie solaire

Les gens utilisent l'énergie solaire sous de nombreuses formes différentes : pour le chauffage et le refroidissement des locaux, la production d'eau potable, la distillation, la désinfection, l'éclairage, la production d'eau chaude et la cuisson. Les façons dont l'énergie solaire peut être utilisée ne sont limitées que par l'ingéniosité humaine.

Les technologies solaires sont soit passives soit actives, selon la façon dont l'énergie est captée, qui est ensuite convertie et diffusée.

Technologies solaires actives

Les technologies solaires actives comprennent panneaux photovoltaïques et capteurs solaires thermiques.

Technologies solaires passives

Les méthodes passives comprennent orienter le bâtiment vers le soleil pour maximiser la lumière du jour et la chaleur, et choisir des matériaux aux bonnes propriétés thermiques.

Notre dépendance actuelle aux combustibles fossiles est lentement remplacée par des sources d'énergie alternatives. Certains combustibles pourraient finir par devenir inutiles, mais l'énergie solaire ne deviendra jamais obsolète, contrôlée par des puissances étrangères ou épuisée. Le soleil utilise son propre approvisionnement en hydrogène, il produira de l'énergie utile jusqu'à ce qu'il explose. Le défi auquel sont confrontés les humains est de capter cette énergie, jusqu'à présent la plus d'une manière simple pour ce faire, reste l'utilisation des énergies fossiles.

Les gens ne peuvent plus imaginer la vie sans électricité, et chaque année le besoin d'énergie augmente de plus en plus, tandis que les réserves de ressources énergétiques telles que le pétrole, le gaz, le charbon diminuent rapidement. L'humanité n'a pas d'autres options que l'utilisation de sources d'énergie alternatives. Une façon de produire de l'électricité consiste à convertir l'énergie solaire à l'aide de cellules photovoltaïques. Les gens ont appris qu'il était possible d'utiliser l'énergie du soleil il y a relativement longtemps, mais ils n'ont commencé à la développer activement qu'au cours des 20 dernières années. Ces dernières années, grâce à une recherche continue, à l'utilisation des derniers matériaux et à des solutions de conception créatives, il a été possible d'augmenter considérablement les performances des panneaux solaires. Beaucoup pensent qu'à l'avenir, l'humanité pourra abandonner les méthodes traditionnelles de production d'électricité au profit de l'énergie solaire et la recevoir à l'aide de centrales solaires.

énergie solaire

L'énergie solaire est l'une des sources de production d'électricité de manière non traditionnelle, elle appartient donc aux sources d'énergie alternatives. L'énergie solaire utilise le rayonnement solaire et le convertit en électricité ou en d'autres formes d'énergie. L'énergie solaire n'est pas seulement une source d'énergie respectueuse de l'environnement, car aucun sous-produit nocif n'est libéré lors de la conversion de l'énergie solaire, mais l'énergie du soleil reste une source d'énergie alternative auto-régénérante.

Comment fonctionne l'énergie solaire

Théoriquement, il n'est pas difficile de calculer la quantité d'énergie pouvant être obtenue à partir du flux d'énergie solaire, on sait depuis longtemps qu'ayant parcouru la distance du Soleil à la Terre et tombant sur une surface de 1 m² sous un angle de 90 °, le flux solaire à l'entrée de l'atmosphère porte une charge énergétique égale à 1367 W/m², c'est ce qu'on appelle la constante solaire. C'est une option idéale dans des conditions idéales, ce qui, comme nous le savons, est presque impossible à réaliser. Ainsi, après avoir traversé l'atmosphère, le flux maximum que l'on pourra obtenir à l'équateur sera de 1020 W/m², mais la valeur moyenne journalière que l'on pourra obtenir sera 3 fois moindre du fait du changement de jour et de nuit et du changement dans l'angle d'incidence du flux solaire. Et sous les latitudes tempérées, le changement de saisons s'ajoute au changement de jour et de nuit, et avec lui le changement de la durée des heures de clarté, par conséquent, sous les latitudes tempérées, la quantité d'énergie reçue sera encore réduite de 2 fois.

Développement et distribution de l'énergie solaire

Comme nous le savons tous, au cours des dernières années, le développement de l'énergie solaire s'est accéléré chaque année, mais essayons de retracer la dynamique du développement. En 1985, l'énergie solaire mondiale n'était que de 0,021 GW. En 2005, ils étaient déjà de 1 656 GW. L'année 2005 est considérée comme un tournant dans le développement de l'énergie solaire, c'est à partir de cette année que les gens ont commencé à s'intéresser activement à la recherche et au développement de systèmes électriques alimentés par l'énergie solaire. De plus, la dynamique ne laisse aucun doute (2008-15,5 GW, 2009-22,8 GW, 2010-40 GW, 2011-70 GW, 2012-108 GW, 2013-150 GW, 2014-203 GW). Les pays de l'Union européenne et les États-Unis détiennent la palme dans l'utilisation de l'énergie solaire ; plus de 100 000 personnes sont employées dans les sphères de production et d'exploitation rien qu'aux États-Unis et en Allemagne. De plus, l'Italie, l'Espagne et, bien sûr, la Chine peuvent se vanter de leurs réalisations dans le développement de l'énergie solaire, qui, sinon le leader dans l'exploitation des cellules solaires, est la façon dont le fabricant de cellules solaires augmente les taux de production d'année en année. année.

Avantages et inconvénients de l'utilisation de l'énergie solaire

Avantages : 1) respect de l'environnement - ne pollue pas l'environnement; 2) disponibilité - les cellules solaires sont disponibles dans le commerce non seulement pour un usage industriel, mais aussi pour créer des mini-centrales solaires privées ; 3) inépuisabilité et auto-renouvellement de la source d'énergie; 4) le coût de production de l'électricité en baisse constante.
Défauts: 1) l'impact sur la productivité des conditions météorologiques et de l'heure de la journée ; 2) pour économiser de l'énergie, il faut accumuler de l'énergie ; 3) une productivité plus faible dans les latitudes tempérées en raison du changement de saisons ; 4) échauffement important de l'air au-dessus de la centrale solaire ; 5) la nécessité de nettoyer périodiquement la surface des photocellules de la contamination, ce qui est problématique en raison des vastes zones occupées par l'installation des photocellules ; 6) on peut aussi parler du coût relativement élevé des équipements, bien que le coût diminue chaque année, jusqu'à présent, il n'est pas nécessaire de parler d'énergie solaire bon marché.

Perspectives de développement de l'énergie solaire

Aujourd'hui, un grand avenir est prédit pour le développement de l'énergie solaire, chaque année de plus en plus de nouvelles centrales solaires sont construites, qui étonnent par leur échelle et leurs solutions techniques. Aussi, la recherche scientifique visant à augmenter l'efficacité des photocellules ne s'arrête pas. Les scientifiques ont calculé que si la terre de la planète Terre est couverte de 0,07%, avec une efficacité des cellules photovoltaïques à 10%, alors il y aura assez d'énergie pour plus de 100% de tous les besoins de l'humanité. À ce jour, des cellules solaires d'une efficacité de 30 % sont déjà utilisées. Selon les données de recherche, on sait que les ambitions des scientifiques promettent de le porter à 85 %.

Centrales solaires

Les centrales solaires sont des structures dont la tâche est de convertir les flux d'énergie solaire en énergie électrique. La taille des centrales solaires peut être différente, allant des mini-centrales privées avec plusieurs panneaux solaires aux énormes, couvrant des zones de plus de 10 km².

Que sont les centrales solaires

Beaucoup de temps s'est écoulé depuis la construction des premières centrales solaires, au cours de laquelle de nombreux projets ont été mis en œuvre et de nombreuses solutions de conception intéressantes ont été appliquées. Il est d'usage de diviser toutes les centrales solaires en plusieurs types:
1. Tours d'énergie solaire.
2. Les centrales solaires, où les panneaux solaires sont des cellules solaires.
3. Centrales solaires en forme d'assiette.
4. Centrales solaires paraboliques.
5. Centrales solaires de type solaire-vide.
6. Centrales solaires de type mixte.

Tours solaires

Un type très courant de conception de centrale électrique. Il s'agit d'une haute structure de tour au sommet de laquelle se trouve un réservoir d'eau, peint en noir pour mieux attirer la lumière du soleil réfléchie. Autour de la tour en cercle se trouvent de grands miroirs d'une superficie de plus de 2 m², ils sont tous connectés à un système de contrôle unique qui surveille le changement d'angle des miroirs afin qu'ils reflètent toujours la lumière du soleil et la dirigent droit au réservoir d'eau situé au sommet de la tour. Ainsi, la lumière solaire réfléchie chauffe l'eau, qui forme de la vapeur, puis cette vapeur est pompée vers un turbogénérateur où l'électricité est générée. La température de chauffage du réservoir peut atteindre 700 °C. La hauteur de la tour dépend de la taille et de la puissance de la centrale solaire et, en règle générale, commence à partir de 15 m, et la hauteur de la plus grande aujourd'hui est de 140 m. Ce type de centrale solaire est très courant et est préféré par de nombreux pays pour son rendement élevé de 20 %.

Centrales solaires de type photocellule

Les cellules photovoltaïques (panneaux solaires) sont utilisées pour convertir le rayonnement solaire en électricité. Ce type de centrale électrique est devenu très populaire en raison de la possibilité d'utiliser des panneaux solaires en petits blocs, ce qui permet d'utiliser des panneaux solaires pour fournir de l'électricité aux maisons privées et aux grandes installations industrielles. De plus, l'efficacité augmente chaque année et il existe déjà aujourd'hui des photocellules avec une efficacité de 30%.

Centrales solaires paraboliques

Ce type de centrale solaire ressemble à d'énormes antennes paraboliques, côté intérieur qui est recouvert de plaques de miroir. Le principe par lequel la conversion d'énergie a lieu est similaire aux stations de tour avec une légère différence, la forme parabolique des miroirs détermine que les rayons du soleil, réfléchis par toute la surface du miroir, sont concentrés au centre, où se trouve le récepteur avec un liquide qui chauffe, formant de la vapeur, qui à son tour est la force motrice des petits générateurs.

Centrales solaires à disque

Le principe de fonctionnement et le mode de production d'électricité sont identiques aux centrales solaires de type tour et parabolique. La seule différence réside dans les caractéristiques de conception. Sur une structure fixe qui ressemble un peu à un arbre métallique géant, sur lequel sont accrochés des miroirs plats ronds, qui concentrent l'énergie solaire sur le récepteur.

Centrales solaires de type solaire-vide

C'est une façon très inhabituelle d'utiliser l'énergie du soleil et la différence de température. La structure de la centrale se compose d'un terrain au toit de verre de forme circulaire avec une tour au centre. La tour est creuse à l'intérieur, à sa base se trouvent plusieurs turbines qui tournent en raison du flux d'air résultant de la différence de température. A travers la verrière, le soleil chauffe le sol et l'air à l'intérieur du bâtiment, et le bâtiment communique avec l'environnement extérieur par un tuyau, et comme la température de l'air extérieur est beaucoup plus basse, un courant d'air se crée, qui augmente avec la température différence. Ainsi, la nuit, les éoliennes produisent plus d'électricité que le jour.

Centrales solaires mixtes

C'est lorsque des centrales solaires d'un certain type sont utilisées comme éléments auxiliaires, par exemple des capteurs solaires pour fournir de l'eau chaude et de la chaleur à des objets, ou il est possible d'utiliser des sections de photocellules en même temps dans une centrale électrique de type tour .

L'énergie solaire se développe à grande vitesse, les gens réfléchissent enfin sérieusement aux sources d'énergie alternatives afin de prévenir l'inévitable crise énergétique imminente et la catastrophe environnementale. Bien que les leaders de l'énergie solaire restent les États-Unis et l'Union européenne, toutes les autres puissances mondiales commencent progressivement à adopter et à utiliser l'expérience et les technologies de production et d'utilisation des centrales solaires. Il ne fait aucun doute que tôt ou tard l'énergie solaire deviendra la principale source d'énergie sur Terre.