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Qu'est-ce que l'énergie solaire ? Utilisation de l'énergie solaire Exemples d'énergie solaire.

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. Derrière 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. façon traditionnelle, par conséquent, fait référence à des 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 est toujours une source d'auto-régénération énergie alternative.

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. Ceci est idéal pour 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 photovoltaïques augmente les taux de production d'année en année an.

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.
Désavantages: 1) impact sur les performances conditions météorologiques et 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. De grands miroirs d'une superficie de plus de 2 m² sont situés autour de la tour en cercle, ils sont tous reliés à un système de contrôle unique qui surveille le changement d'angle des miroirs afin qu'ils réfléchissent toujours lumière du soleil et l'a envoyé directement 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 photocellules

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'immenses antennes paraboliques dont l'intérieur est recouvert de plaques miroirs. 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 très de façon inhabituelle l'utilisation de l'énergie solaire et la différence de température. La structure de la centrale est constituée d'un terrain recouvert d'une verrière forme ronde 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 simultanément des sections de cellules photoélectriques dans une centrale électrique de type tour.

L'énergie solaire se développe à un rythme effréné, 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.

Options d'utilisation de l'énergie solaire dans les activités commerciales

L'énergie du soleil est un flux de photons et est d'une grande importance pour toute vie sur notre planète. Le soleil assure l'existence de la vie sur Terre, influençant les processus fondamentaux de la biosphère. Grâce au soleil, les mers, les rivières, la surface de la planète se réchauffent, le vent souffle, etc. L'homme utilise depuis longtemps la lumière du soleil dans ses activités économiques. Mais l'énergie alternative a pris forme il n'y a pas si longtemps en tant qu'industrie indépendante. Pendant ce temps, l'énergie solaire joue de plus en plus rôle important dans les activités commerciales. Comme source de chaleur, le soleil a été utilisé pendant longtemps, et récemment il est apparu un grand nombre de dispositifs et systèmes pour cela. Aujourd'hui, nous allons parler de la façon dont une personne utilise l'énergie solaire.

L'utilisation de l'énergie solaire augmente chaque année. Il n'y a pas si longtemps, l'énergie du soleil était utilisée pour chauffer l'eau de la maison de campagne pendant la douche d'été. Et aujourd'hui, diverses installations sont déjà utilisées pour chauffer des maisons privées, dans des tours de refroidissement. Des panneaux solaires produisent l'électricité nécessaire pour alimenter les petits villages.

À l'heure actuelle, les domaines d'utilisation suivants de l'énergie solaire peuvent être nommés :

• Industrie aéronautique et spatiale ;
• Agriculture. Chauffage et fourniture d'électricité aux serres, hangars et autres dépendances ;
• Usage domestique (chauffage et électrification des bâtiments résidentiels) ;
• Alimentation électrique des installations médicales et sportives ;
• L'utilisation de l'énergie solaire pour éclairer les équipements urbains ;
• Électrification des petites agglomérations.

L'utilisation des premiers échantillons de modules solaires a confirmé que l'énergie solaire présente des avantages significatifs par rapport aux sources traditionnelles. Les principaux avantages des systèmes solaires sont un approvisionnement presque illimité, aucun dommage pour l'environnement et une utilisation gratuite.

Cette liste d'avantages devrait être élargie :

• Alimentation électrique stable, car le courant des cellules solaires n'a pas de surtension ;
• Fonctionnement autonome des systèmes solaires. Ils ne nécessitent pas d'infrastructure externe ;
• Durée de vie supérieure à 20 ans ;
• Les systèmes solaires sont pratiques et faciles à utiliser. Les principaux investissements sont réalisés lors de l'installation.

Les inconvénients comprennent la forte dépendance de l'efficacité du travail à l'intensité des rayons du soleil et le manque de production d'électricité la nuit. Pour résoudre ce problème, de tels systèmes fonctionnent en conjonction avec des batteries.

Caractéristiques de l'utilisation de l'énergie solaire

La photoénergie du rayonnement solaire est convertie en cellules photovoltaïques. Il s'agit d'une structure à deux couches composée de 2 semi-conducteurs de types différents. Le semi-conducteur du bas est de type p et celui du haut est de type n. Le premier a un manque d'électrons et le second un excès.

Les électrons d'un semi-conducteur de type n absorbent le rayonnement solaire, provoquant la désorbitation des électrons qu'il contient. La force de l'impulsion est suffisante pour se transformer en un semi-conducteur de type p. En conséquence, un flux d'électrons dirigé se produit et de l'électricité est générée. Le silicium est utilisé dans la production de cellules solaires.

A ce jour, plusieurs types de photocellules sont produites :

• Monocristallin. Ils sont fabriqués à partir de monocristaux de silicium et ont une structure cristalline uniforme. Parmi les autres types, ils se distinguent par la plus grande efficacité (environ 20 %) et un coût accru ;
• Polycristallin. La structure est polycristalline, moins uniforme. Ils sont moins chers et ont une efficacité de 15 à 18 % ;
• Couche mince. Ces cellules solaires sont fabriquées en pulvérisant du silicium amorphe sur un substrat flexible. Ces photocellules sont les moins chères, mais leur efficacité laisse beaucoup à désirer. Ils sont utilisés en production.

Collecteurs thermiques

Ces appareils utilisent le rayonnement solaire pour le convertir en chaleur. On distingue les principaux types de collecteurs suivants :

Appartement. Ce sont les plus courants. Ils sont utilisés à la fois pour le chauffage et l'alimentation en eau chaude. En règle générale, ces collecteurs ne sont utilisés qu'en été, car en hiver, leur efficacité chute fortement. Vous pouvez en savoir plus sur la fabrication de ceux-ci sur le lien;

• Vide. La portée de leur utilisation, comme en bémol. Mais ils sont utilisés lorsque de l'eau chaude à une température plus élevée est requise. Dans ceux-ci, les tubes de l'échangeur de chaleur sont sous vide à l'intérieur des tubes de verre. Le liquide de refroidissement circule à l'intérieur. En règle générale, de telles installations sont réalisées en production et non à domicile. Ils fonctionnent toute l'année, même dans le climat russe ;
• Air. Le domaine d'utilisation de ces appareils est les installations de chauffage et de déshumidification de l'air. Peut être utilisé à des températures extérieures non inférieures à 5-10 degrés Celsius ;
• Collecteurs intégrés. La conception la plus simple. Ce sont des réservoirs spéciaux avec isolation thermique, où l'eau est chauffée. À l'avenir, il est utilisé pour des besoins économiques.

Dans la plupart des cas, toutes ces unités sont installées sur les toits ou les façades des bâtiments. Parfois, une plate-forme leur est allouée, là où il y a un maximum d'ensoleillement.

Nous vivons dans le monde du futur, même si cela ne se remarque pas dans toutes les régions. En tout cas, la possibilité de développer de nouvelles sources d'énergie est sérieusement discutée aujourd'hui dans les milieux progressistes. L'énergie solaire est l'un des domaines les plus prometteurs.

À l'heure actuelle, environ 1% de l'électricité sur Terre provient du traitement du rayonnement solaire. Alors pourquoi n'avons-nous toujours pas abandonné d'autres méthodes "nuisibles", et refuserons-nous du tout ? Nous vous suggérons de lire notre article et d'essayer de répondre vous-même à cette question.

Comment l'énergie solaire est convertie en électricité

Commençons par le plus important - comment les rayons du soleil sont transformés en électricité.

Le processus lui-même est appelé "Génération solaire" . Les moyens les plus efficaces pour s'en assurer sont les suivants :

• photovoltaïque;
• énergie thermique solaire;
• centrales solaires à ballons.

Considérons chacun d'eux.

photovoltaïque

Dans ce cas, le courant électrique apparaît en raison de effet photovoltaïque. Le principe est le suivant : la lumière du soleil frappe une cellule photoélectrique, les électrons absorbent l'énergie des photons (particules lumineuses) et la mettent en mouvement. En conséquence, nous obtenons une tension électrique.

C'est ce processus qui se produit dans les panneaux solaires, qui sont basés sur des éléments qui convertissent le rayonnement solaire en électricité.

La conception même des panneaux photovoltaïques est assez flexible et peut avoir des tailles différentes. Ils sont donc très pratiques à utiliser. De plus, les panneaux ont des propriétés de haute performance : ils résistent aux précipitations et aux températures extrêmes.

Et voici comment c'est mis en place module de panneau solaire séparé:

Vous pouvez lire sur l'utilisation des panneaux solaires comme chargeurs, sources d'énergie pour les maisons privées, pour anoblir les villes et à des fins médicales sur.

Panneaux solaires et centrales électriques modernes

Les exemples récents incluent les panneaux solaires de l'entreprise SixtineSolaire. Ils peuvent être de n'importe quelle teinte et texture contrairement aux panneaux bleu foncé traditionnels. Et cela signifie qu'ils peuvent "décorer" le toit de la maison à votre guise.

Une autre solution a été proposée par les développeurs de Tesla. Ils mettent en vente non seulement des panneaux, mais un matériau de toiture à part entière qui traite l'énergie solaire. contient des modules solaires intégrés et peut également avoir une grande variété de conceptions. En même temps, le matériau lui-même est beaucoup plus résistant que les tuiles ordinaires ; Solar Roof a même une garantie sans fin.

Comme exemple de centrale solaire à part entière, on peut citer une centrale récemment construite en Europe avec des panneaux double face. Ces derniers captent à la fois le rayonnement solaire direct et réfléchi. Cela vous permet d'augmenter l'efficacité de la production solaire de 30 %. Cette centrale devrait produire environ 400 MWh par an.

L'intérêt est aussi la plus grande centrale solaire flottante de Chine. Sa capacité est de 40 MW. De telles solutions présentent 3 avantages importants :

• il n'est pas nécessaire d'occuper de grands territoires terrestres, ce qui est important pour la Chine ;
• dans les réservoirs, l'évaporation de l'eau diminue ;
• les photocellules elles-mêmes chauffent moins et fonctionnent plus efficacement.

Soit dit en passant, cette centrale solaire flottante a été construite sur le site d'une entreprise minière de charbon abandonnée.

La technologie basée sur l'effet photovoltaïque est la plus prometteuse aujourd'hui, et selon les experts, les panneaux solaires pourront produire environ 20% de la demande mondiale d'électricité dans les 30 à 40 prochaines années.

énergie solaire thermique

Ici, l'approche est légèrement différente, car. le rayonnement solaire est utilisé pour chauffer un récipient avec du liquide. Cela le transforme en vapeur, qui fait tourner une turbine, ce qui entraîne la génération d'électricité.

Les centrales thermiques fonctionnent sur le même principe, seul le liquide est chauffé par la combustion du charbon.

L'exemple le plus évident de l'utilisation de cette technologie est station solaire Ivanpa dans le désert de Mojave. Il s'agit de la plus grande centrale solaire thermique solaire au monde.

Il fonctionne depuis 2014 et n'utilise aucun combustible pour produire de l'électricité - uniquement de l'énergie solaire respectueuse de l'environnement.

Le chaudron d'eau est situé dans les tours, que vous pouvez voir au centre de la structure. Autour se trouve un champ de miroirs qui dirigent les rayons du soleil vers le sommet de la tour. Dans le même temps, l'ordinateur fait constamment tourner ces miroirs en fonction de la position du soleil.

La lumière du soleil se concentre sur la tour

Sous l'influence de l'énergie solaire concentrée, l'eau de la tour est chauffée et devient de la vapeur. Cela crée une pression et la vapeur commence à faire tourner la turbine, ce qui libère de l'électricité. La puissance de cette centrale est de 392 mégawatts, ce qui peut être comparé à la CHPP moyenne à Moscou.

Fait intéressant, ces stations peuvent fonctionner la nuit. Ceci est possible grâce au stockage d'une partie de la vapeur chauffée et à son utilisation progressive pour faire tourner la turbine.

Centrales solaires à ballons

C'est solution originale Bien qu'il ne soit pas très utilisé, il a toujours sa place.

L'installation proprement dite se compose de 4 parties principales :

• Un ballon est situé dans le ciel, collectant le rayonnement solaire. L'eau pénètre dans la balle, qui chauffe rapidement et devient de la vapeur.
• Canalisation de vapeur - la vapeur sous pression descend à travers elle jusqu'à la turbine, la faisant tourner.
• Turbine - sous l'influence du flux de vapeur, elle tourne, générant de l'énergie électrique.
• Condenseur et pompe - la vapeur qui a traversé la turbine se condense en eau et monte dans le ballon à l'aide d'une pompe, où elle est à nouveau chauffée à l'état de vapeur.

Quels sont les avantages de l'énergie solaire

• Le soleil nous fournira son énergie pendant encore plusieurs milliards d'années. Dans le même temps, les gens n'ont pas besoin de dépenser de l'argent et des ressources pour son extraction.
• La production d'énergie solaire est un processus totalement respectueux de l'environnement et sans risque pour la nature.
• autonomie des processus. La collecte de la lumière du soleil et la production d'électricité se font avec une intervention humaine minimale. La seule chose à faire est de garder les surfaces de travail ou les miroirs propres.
• Les panneaux solaires en fin de vie peuvent être recyclés et réutilisés dans la production.

Problèmes de développement de l'énergie solaire

Malgré la mise en place d'idées pour maintenir le fonctionnement des centrales solaires la nuit, personne n'est à l'abri des aléas de la nature. Un ciel nuageux pendant plusieurs jours réduit considérablement la production d'électricité, et en fait la population et les entreprises ont besoin de son approvisionnement ininterrompu.

Construire une centrale solaire n'est pas un plaisir bon marché. Cela est dû à la nécessité d'utiliser des éléments rares dans leur conception. Tous les pays ne sont pas prêts à dépenser leur budget dans des centrales électriques moins puissantes lorsqu'il existe des TPP et des centrales nucléaires en état de marche.

Pour accueillir de telles installations, de grandes surfaces sont nécessaires, et dans des endroits où le rayonnement solaire a un niveau suffisant.

Comment l'énergie solaire est développée en Russie

Malheureusement, dans notre pays, le charbon, le gaz et le pétrole brûlent encore à plein régime, et il est certain que la Russie sera parmi les dernières à passer complètement aux énergies alternatives.

À ce jour la production solaire ne représente que 0,03 % du bilan énergétique de la Fédération de Russie. A titre de comparaison, dans la même Allemagne, ce chiffre est supérieur à 20%. Les entrepreneurs privés ne sont pas intéressés à investir dans l'énergie solaire en raison de la longue durée de récupération et de la rentabilité pas si élevée, car notre gaz est beaucoup moins cher.

Dans les régions économiquement développées de Moscou et de Leningrad, l'activité solaire est à un niveau bas. Là, la construction de centrales solaires est tout simplement impossible. Mais les régions du sud sont assez prometteuses.

L'énergie du soleil n'est qu'un flux de photons. Et en même temps, c'est l'un des facteurs fondamentaux qui assurent l'existence même de la vie dans notre biosphère. Par conséquent, il est tout à fait naturel que la lumière du soleil soit activement utilisée par l'homme non seulement dans l'aspect climatique, mais aussi comme source d'énergie alternative.

Où est utilisée l'énergie solaire

Le champ d'application de l'énergie solaire est très vaste, et chaque année, il devient de plus en plus. Ainsi, jusqu'à récemment, une douche de campagne avec un chauffage solaire était perçue comme quelque chose d'extraordinaire, et la possibilité d'utiliser la lumière du soleil pour les réseaux électriques domestiques semblait fantastique. Aujourd'hui, vous ne surprendrez personne non seulement avec une station solaire autonome, mais aussi avec des chargeurs solaires mobiles et même de petits appareils (par exemple, des montres) fonctionnant sur l'effet photovoltaïque.

En général, l'utilisation de l'énergie solaire est très demandée dans des domaines tels que :

• Agriculture;
• Approvisionnement en énergie des sanatoriums et des pensions;
• industrie spatiale;
• Protection de l'environnement et écotourisme;
• Électrification des régions éloignées et difficiles d'accès ;
• Eclairage de rue, de jardin et décoratif;
• Habitat et services collectifs (ECS, éclairage domestique) ;
• Technologie mobile (gadgets et modules de charge solaires).

Auparavant, l'énergie solaire était principalement utilisée dans l'industrie spatiale (alimentation de satellites, de stations, etc.) et dans l'industrie, mais au fil du temps, les énergies alternatives ont commencé à se développer activement dans la vie quotidienne. L'un des premiers objets équipés d'installations solaires était les pensions et les sanatoriums du sud, en particulier ceux situés dans des zones isolées.

Les installations solaires et leurs avantages

L'application réussie des premiers modules solaires a prouvé que l'énergie solaire présente de nombreux avantages par rapport aux sources traditionnelles. Auparavant, les principaux avantages des centrales solaires n'étaient que le respect de l'environnement et l'inépuisabilité (ainsi que la gratuité) de la lumière du soleil.

Mais en fait, la liste des avantages est bien plus large :

• Autonomie, car aucune communication d'alimentation externe n'est requise ;
• La stabilité de l'alimentation électrique, en raison des spécificités du courant solaire, n'est pas soumise aux surtensions;
• Rentabilité, puisque les fonds ne sont dépensés qu'une seule fois, lors de l'installation de l'installation;
• Durée de vie solide (plus de 20 ans);
• Utilisation par tous les temps, les installations solaires fonctionnent efficacement même par temps glacial et nuageux (avec une légère baisse d'efficacité) ;
• Simplicité et commodité de service, car il n'est nécessaire qu'occasionnellement de nettoyer les faces avant des panneaux de la contamination.

Le seul inconvénient est la dépendance au soleil et le fait que de telles installations ne fonctionnent pas la nuit. Mais ce problème est résolu en connectant des batteries spéciales, qui accumulent l'énergie de la lumière solaire générée pendant la journée.

photo énergie

Le photovoltaïque est l'une des deux manières d'utiliser le rayonnement solaire. Il s'agit d'un courant continu généré par l'action de la lumière solaire. Une telle transformation a lieu dans les soi-disant cellules photoélectriques, qui, en fait, sont une structure à deux couches de deux semi-conducteurs. type différent. Le semi-conducteur inférieur est de type p (avec un manque d'électrons), le supérieur est de type n avec un excès d'électrons.

Les électrons du conducteur n absorbent l'énergie des rayons du soleil qui les frappent et quittent leurs orbites, et l'impulsion d'énergie est suffisante pour qu'ils passent dans la zone du conducteur p. Dans ce cas, un flux d'électrons dirigé se forme, appelé photocourant. En d'autres termes, toute la structure fonctionne comme une sorte d'électrodes, dans lesquelles l'électricité est générée sous l'influence du soleil.

Le silicium est utilisé pour la fabrication de telles cellules photoélectriques. Cela s'explique par le fait que, d'une part, le silicium est répandu et, d'autre part, que sa transformation industrielle ne nécessite pas de dépenses importantes.

Les photocellules au silicium sont :

• Monocristallin. Ils sont fabriqués à partir de monocristaux et ont une structure uniforme avec une efficacité légèrement supérieure (environ 20%), mais en même temps ils sont plus chers.
• Polycristallin. Ils ont une structure inégale en raison de l'utilisation de polycristaux et une efficacité légèrement inférieure (15-18%), mais sont beaucoup moins chers que les monovariants.
• Couche mince. Ils sont fabriqués en pulvérisant du silicium amorphe sur un substrat en couche mince. Ils se distinguent par une structure flexible et le coût de production le plus bas, mais ils ont deux fois les dimensions par rapport à leurs homologues cristallins de même puissance.

Les domaines d'application de chaque type de cellules sont très étendus et sont déterminés par leurs caractéristiques opérationnelles.

Capteurs solaires

Les capteurs solaires sont également utilisés comme convertisseurs d'énergie solaire, mais le principe de leur fonctionnement est complètement différent. Ils convertissent la lumière incidente non pas en énergie électrique, mais en énergie thermique en chauffant le liquide de refroidissement. Ils sont utilisés soit pour l'approvisionnement en eau chaude soit pour le chauffage des maisons. L'élément principal de tout collecteur est un absorbeur, qui est également un dissipateur de chaleur. L'absorbeur est soit une plaque plane, soit un système tubulaire sous vide, à l'intérieur duquel circule un liquide de refroidissement (il s'agit soit d'eau pure, soit d'antigel). De plus, l'absorbeur doit être peint en noir. peinture spéciale pour augmenter les coefficients d'absorption.

C'est par le type d'absorbeurs que les collecteurs sont divisés en plat et sous vide. Pour les dissipateurs thermiques plats, le dissipateur thermique est réalisé sous la forme d'une plaque métallique sur laquelle une bobine métallique avec un liquide de refroidissement est soudée par le bas. Les amortisseurs à vide sont constitués de plusieurs tubes de verre reliés les uns aux autres aux extrémités. Les tubes sont doublés, un vide est créé entre les parois et une tige avec un liquide de refroidissement est placée à l'intérieur. Toutes les tiges communiquent entre elles au moyen de connecteurs spéciaux aux joints des tuyaux.

Les absorbeurs des deux types sont placés dans un boîtier léger et durable (généralement en aluminium ou en plastique résistant aux chocs) et sont isolés de manière fiable des murs. La face avant du corps est recouverte d'un verre transparent résistant aux chocs avec une perméabilité maximale aux photons. Cela garantit une meilleure absorption de l'énergie solaire.

Caractéristiques de fonctionnement

Le principe de fonctionnement des deux types de collecteurs est similaire. Chauffage dans le collecteur hautes températures, le liquide de refroidissement passe à travers les tuyaux de raccordement dans le réservoir d'échange de chaleur, qui est rempli d'eau. À travers le réservoir, il passe à travers un tube serpentin, dégageant sa chaleur à l'eau. Le liquide de refroidissement refroidi sort du réservoir et est renvoyé au collecteur. En fait, il s'agit d'une sorte de chaudière «solaire», seulement au lieu d'un serpentin de chauffage, un serpentin est utilisé dans le réservoir, et au lieu du secteur, la lumière du soleil est utilisée.

Les différences structurelles déterminent la différence dans l'utilisation des capteurs sous vide et plats. L'utilisation du rayonnement solaire à l'aide de modèles à vide est possible toute l'année, y compris en hiver et hors saison. Les options plates fonctionnent mieux dans période estivale. Cependant, ils sont moins chers et plus simples que les aspirateurs, ils sont donc parfaitement adaptés à des fins saisonnières.

L'énergie solaire dans les villes (éco-maisons)

L'énergie solaire est activement utilisée non seulement pour les maisons privées, mais aussi pour les bâtiments urbains. Comment une personne utilise l'énergie solaire dans les mégapoles n'est pas difficile à deviner. Il est également utilisé pour le chauffage et l'alimentation en eau chaude des bâtiments, et souvent des blocs entiers.

Ces dernières années, le concept d'éco-maisons, entièrement alimentées par des sources d'énergie alternatives, a été activement développé et mis en œuvre. Ils utilisent des systèmes combinés qui assurent une production efficace d'énergie solaire, éolienne et thermique de la terre. Souvent, ces maisons non seulement couvrent entièrement leurs besoins énergétiques, mais transfèrent également le surplus aux réseaux de la ville. Et plus récemment, des projets de tels éco-bâtiments sont apparus en Russie.

Héliostations et leurs types

Dans les régions du sud à fort ensoleillement, ce ne sont pas seulement des centrales solaires individuelles qui sont construites, mais des stations entières qui produisent de l'énergie à l'échelle industrielle. La quantité d'énergie solaire qu'ils produisent est très importante et de nombreux pays dotés d'un climat approprié ont déjà entamé la transition progressive de l'ensemble du système énergétique vers une telle alternative. Selon le principe, le fonctionnement de la station est divisé en photothermique et photovoltaïque. Les premiers fonctionnent selon le mode collecteur et fournissent de l'eau chauffée pour l'alimentation en eau chaude des maisons, tandis que les seconds produisent directement de l'électricité.

Il existe plusieurs types de stations solaires :

• La tour. Ils permettent de recevoir la vapeur d'eau surchauffée fournie aux générateurs. Une tour avec un réservoir d'eau repose au centre de la station, des héliostats (miroir) sont placés autour d'elle, qui concentrent les rayons sur le réservoir. Ce sont des stations assez efficaces, leur principal inconvénient est la difficulté de positionner précisément les miroirs.
• En forme de plat. Ils se composent d'un récepteur d'énergie solaire et d'un réflecteur. Réflecteur - un miroir en forme de parabole qui concentre le rayonnement au niveau du récepteur. Ces concentrateurs d'énergie solaire sont situés à une petite distance du récepteur et leur nombre est déterminé par la puissance requise de l'installation.
• Parabolique. Des tubes avec un liquide de refroidissement (généralement de l'huile) sont placés au foyer d'un long miroir parabolique. L'huile chauffée dégage de la chaleur dans l'eau, qui bout et fait tourner les générateurs.
• Ballon. En fait, ce sont les stations solaires les plus efficaces et les plus mobiles sur Terre. Eux élément principal- un ballon avec une nappe photovoltaïque remplie de vapeur d'eau. Il s'élève haut dans l'atmosphère (généralement au-dessus des nuages). La vapeur chauffée du ballon est acheminée par une conduite de vapeur flexible jusqu'à la turbine, à la sortie de celle-ci, elle se condense et l'eau remonte dans le ballon avec une pompe. Une fois dans la boule, l'eau s'évapore et le cycle continue.
• Sur photopiles. Il s'agit d'installations solaires déjà connues de tous, utilisées pour les maisons privées. Ils fournissent l'électricité et le chauffage de l'eau dans les volumes requis.

Aujourd'hui, différents types de stations solaires (y compris les stations combinées, combinant plusieurs types) jouent un rôle croissant dans la production d'énergie de nombreux pays. Et certains États restructurent leur énergie de telle sorte que d'ici quelques années ils passeront presque complètement à des systèmes alternatifs.

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 :

• Léger. 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 on s'évapore eau de mer le sel provenait du soleil. 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 plus de puissance systèmes solaires le faible rendement est compensé par la surface accrue des 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. À l'heure actuelle, 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

Comme la science d'aujourd'hui ne dispose pas d'appareils alimentés par l'énergie solaire dans forme pure, il doit être converti 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 couverte revêtement spécial absorbant 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 ;
• Pas Effets secondaires. 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.