L'énergie solaire est notre avenir. Perspectives de l'énergie solaire Entreprises utilisant l'énergie solaire

L'énergie solaire est une direction en développement actif dans l'approvisionnement énergétique des bâtiments privés et publics. Quels sont les avantages et les inconvénients d’une source d’énergie naturelle telle que le rayonnement solaire ?

Avantages de l'énergie solaire

1. Renouvelabilité

En parlant d'énergie solaire, il faut tout d'abord mentionner qu'il s'agit d'une source d'énergie renouvelable, contrairement aux combustibles fossiles - charbon, pétrole, gaz, qui ne sont pas renouvelables. Selon la NASAPendant environ 6,5 milliards d'années, les habitants de la Terre n'ont rien à craindre : approximativement combien de temps le Soleil réchauffera notre planète avec ses rayons jusqu'à ce qu'elle explose.

2. Abondance

Le potentiel de l'énergie solaire est énorme : la surface de la Terre est irradiée par 120 000 térawatts de lumière solaire, ce qui est 20 000 fois supérieur aux besoins mondiaux.

3. Cohérence

De plus, l'énergie solaire est inépuisable et constante : elle ne peut pas être dépensée trop pour répondre aux besoins énergétiques de l'humanité, elle sera donc suffisante en abondance pour les générations futures.

4. Disponibilité

Outre les autres avantages de l'énergie solaire, elle est disponible partout dans le monde, non seulement dans la zone équatoriale de la Terre, mais également sous les latitudes septentrionales. Disons que l'Allemagne se classe actuellement au premier rang mondial en matière d'utilisation de l'énergie solaire et qu'elle possède son potentiel maximum.

5. Propreté écologique

À la lumière des dernières tendances dans la lutte pour la pureté environnementale de la Terre, l'énergie solaire est l'industrie la plus prometteuse, qui remplace en partie l'énergie obtenue à partir de ressources énergétiques non renouvelables et constitue donc une étape fondamentale vers la protection du climat contre le réchauffement climatique. La production, le transport, l'installation et l'utilisation de centrales solaires ne s'accompagnent pratiquement pas d'émissions nocives dans l'atmosphère. Même si elles sont présentes dans une faible mesure, par rapport aux sources d’énergie traditionnelles, leur impact sur l’environnement est quasiment nul.

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

À l’heure actuelle, environ 1 % de l’électricité sur Terre provient du traitement du rayonnement solaire. Alors pourquoi n’avons-nous pas encore abandonné les autres méthodes « nocives », et allons-nous abandonner du tout ? Nous vous invitons à lire notre article et à tenter de répondre vous-même à cette question.

Comment l'énergie solaire est convertie en électricité

Commençons par la chose la plus importante : la façon dont les rayons du soleil sont transformés en électricité.

Le processus lui-même est appelé "Génération solaire" . Les moyens les plus efficaces pour garantir cela sont les suivants :

photovoltaïque;
l'énergie solaire thermique;
centrales électriques à ballons solaires.

Regardons 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 commencent à se déplacer. En conséquence, nous obtenons une tension électrique.

C’est exactement le processus qui se produit dans les panneaux solaires, qui reposent sur des éléments qui convertissent le rayonnement solaire en électricité.

La conception des panneaux photovoltaïques elle-même est assez flexible et peut avoir différentes tailles. Ils sont donc très pratiques à utiliser. De plus, les panneaux ont des propriétés performantes : ils résistent aux précipitations et aux changements de température.

Et voici comment ça marche module de panneau solaire séparé:

Vous pouvez en savoir plus sur l'utilisation de panneaux solaires comme chargeurs, sources d'énergie pour les maisons privées, pour l'amélioration urbaine et à des fins médicales.

Panneaux solaires et centrales électriques modernes

Des exemples récents incluent les panneaux solaires de l'entreprise SixtineSolaire. Ils peuvent avoir n’importe quelle nuance et texture, contrairement aux panneaux bleu foncé traditionnels. Cela signifie qu’ils peuvent être utilisés pour « décorer » le toit de la maison à votre guise.

Une autre solution a été proposée par les développeurs de Tesla. Ils ont lancé non seulement des panneaux, mais également 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 illimitée.

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

Il est également intéressant la plus grande centrale solaire flottante de Chine. Sa puissance est de 40 MW. De telles solutions présentent 3 avantages importants :

il n’est pas nécessaire d’occuper de vastes superficies, 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.

À propos, 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 aujourd'hui la plus prometteuse et, selon les experts, les panneaux solaires seront capables de produire environ 20 % de la demande mondiale d'électricité dans les 30 à 40 prochaines années.

Énergie solaire thermique

Ici, l'approche est un peu différente, car... le rayonnement solaire est utilisé pour chauffer un récipient contenant un liquide. Grâce à cela, il se transforme en vapeur, qui fait tourner une turbine, produisant ainsi de l'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 d'Ivanpah dans le désert de Mojave. Il s'agit de la plus grande centrale solaire thermique au monde.

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

La chaudière à eau est située 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 pivoter 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 se réchauffe et se transforme en vapeur. Cela crée une pression et la vapeur commence à faire tourner la turbine, entraînant la libération d'électricité. La puissance de cette centrale est de 392 mégawatts, ce qui peut être facilement comparé à la centrale thermique moyenne de Moscou.

Il est intéressant de noter que ces stations peuvent également fonctionner la nuit. Ceci est possible en stockant une partie de la vapeur chauffée et en l’utilisant progressivement pour faire tourner la turbine.

Centrales solaires à ballons

Cette solution originale, bien que peu utilisée, a encore sa place.

L'installation elle-même se compose de 4 parties principales :

Aérostat – situé dans le ciel, collectant le rayonnement solaire. L'eau pénètre dans le ballon et se réchauffe rapidement pour devenir de la vapeur.
Pipeline de vapeur - à travers celui-ci, la vapeur sous pression descend vers la turbine, la faisant tourner.
Turbine - sous l'influence d'un flux de vapeur, elle tourne, générant de l'énergie électrique.
Condenseur et pompe - la vapeur qui a traversé la turbine est condensée 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 continuera à nous fournir son énergie pendant encore plusieurs milliards d’années. Dans le même temps, les gens n’ont pas besoin de dépenser de l’argent ni des ressources pour l’extraire.
La production d'énergie solaire est un processus totalement respectueux de l'environnement et sans risque pour la nature.
Autonomie du processus. La récolte de la lumière solaire et la production d’électricité se font avec une intervention humaine minimale. La seule chose que vous devez faire est de garder vos surfaces de travail ou vos miroirs propres.
Les panneaux solaires épuisés peuvent être recyclés et réutilisés en production.

Problèmes de développement de l'énergie solaire

Malgré la mise en œuvre 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, mais la population et les entreprises ont besoin d'un approvisionnement ininterrompu.

La construction d’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 gaspiller des budgets dans des centrales électriques moins puissantes alors qu’il existe des centrales thermiques et nucléaires en activité.

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

Comment se développe l’énergie solaire en Russie ?

Malheureusement, notre pays brûle encore à plein régime du charbon, du gaz et du pétrole, et la Russie sera certainement parmi les derniers à se tourner complètement vers les 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, en Allemagne, ce chiffre dépasse les 20 %. Les entrepreneurs privés ne sont pas intéressés à investir dans l'énergie solaire en raison de la longue période de retour sur investissement et de la rentabilité peu élevée, car le gaz est beaucoup moins cher dans notre pays.

Dans les régions économiquement développées de Moscou et de Léningrad, l’activité solaire est faible. Là-bas, construire des centrales solaires n’est tout simplement pas pratique. Mais les régions du sud sont plutôt prometteuses.

Énergie solaire- c'est la lumière, la chaleur et la vie sur notre planète, et l'énergie solaire est la principale source alternative, qui est plusieurs ordres de grandeur supérieure à l'ensemble du potentiel énergétique existant de la Terre, et elle est capable de répondre pleinement à tous ses besoins énergétiques.

Tout comme le Soleil est une source inépuisable de chaleur et de lumière (relativement parlant), l’énergie du rayonnement solaire soutient la vie sur Terre depuis plus d’un million d’années. Le Soleil a la capacité d’assurer tous les processus vitaux en raison de sa composition. En pourcentage, il se compose principalement de deux éléments : l'hydrogène (73 %) et l'hélium (25 %). Vous pouvez en savoir plus sur la formation et le cycle de vie du Soleil, par exemple sur Wikipédia.

Les réactions de fusion thermonucléaire qui se produisent dans le Soleil brûlent l’hydrogène et le transforment en hélium. L’énergie colossale des rayons solaires libérés lors de tels processus est rayonnée dans l’espace. D'ailleurs, les scientifiques tentent de répéter ces réactions sur Terre (réaction de fusion thermonucléaire contrôlée, projet international TOKAMAK).

Tous les organismes qui utilisent l'énergie du soleil l'utilisent pour assurer leurs processus vitaux - la lumière du soleil est nécessaire à la phase initiale du processus de photosynthèse. Avec sa participation, la synthèse de substances telles que l'oxygène et les hydrocarbures se produit.

La quantité d'hydrogène dans le Soleil diminue progressivement et tôt ou tard, le moment viendra où son stock dans le Soleil sera épuisé. Cependant, en raison de la grande quantité d’hydrogène, cela n’arrivera pas, du moins dans les 5 milliards d’années à venir.

Chaque seconde, environ 4 millions de tonnes de matière sont converties en énergie radiante dans le noyau du Soleil, entraînant la génération de rayonnement solaire et d'un flux de neutrinos solaires.

Le principal afflux d'énergie solaire qui atteint l'atmosphère terrestre se situe dans la plage spectrale de 0,1 à 4 microns. Dans la plage de 0,3 à 1,5 à 2 microns, l'atmosphère terrestre est presque transparente au rayonnement solaire. Les ondes ultraviolettes (longueur d'onde inférieure à 0,3 micron) sont absorbées par la couche d'ozone, située à des altitudes de 20 à 60 km. Les rayons X et gamma n’atteignent presque pas la surface de la Terre.

La concentration de l'énergie solaire est caractérisée par une valeur de 1367 W/m 2, appelée constante solaire. C’est précisément ce flux qui traverse une zone perpendiculaire de 1 m2 si elle est placée à l’entrée de la couche supérieure de l’atmosphère terrestre. Lorsque ce flux atteint le niveau de la mer, les pertes d'énergie le réduisent à 1000 W/m2 à l'équateur. Mais le changement de jour et de nuit le réduit encore 3 fois. Pour les latitudes tempérées, compte tenu de la période hivernale, il s'agit de la moitié de l'indicateur quantitatif du débit maximum à l'équateur.

En moyenne dans le temps et sur la surface terrestre, ce flux est de 341 W/m2. Basé sur toute la surface, ou 1,74x10 17 W sur toute la surface de la Terre. Ainsi, par jour, la Terre en surface recevra 4,176x10 15 kWh d'énergie, dont la majeure partie retourne dans l'espace sous forme de rayonnement.

Selon l’AIE, pour 2015, la production mondiale d’énergie était de 19 099 Mtep (mégatonne d’équivalent pétrole). En termes de kilowattheures habituels, ce chiffre sera de 6,07x10 11 kWh par jour.

Le soleil fournit à la Terre 8 000 fois plus d’énergie que ce dont l’humanité entière a besoin. Il est évident que les perspectives d’utilisation de ce type d’énergie sont très larges. Avec sa participation, l'énergie éolienne est développée (le vent se produit en raison des différences de température), des convertisseurs photoélectriques sont utilisés et des stations de pompage-turbinage sont construites. L'utilisation de panneaux solaires est répandue.

Le potentiel d’utilisation de l’énergie solaire est très élevé.

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

Avantages de l'utilisation de l'énergie solaire ont conduit au fait que nous voyons aujourd’hui son utilisation dans une grande variété d’activités humaines.

Les principaux avantages sont :

L’inépuisabilité de l’énergie solaire dans les 4 milliards d’années à venir ;
La disponibilité de ce type d’énergie est ce avec quoi les agriculteurs, les propriétaires de maisons privées et les usines géantes travaillent aujourd’hui de manière sûre et efficace ;
Énergie générée gratuitement et de manière respectueuse de l’environnement ;
La perspective de développement de cette source d'énergie, qui devient de plus en plus pertinente en raison de la hausse des prix des autres types d'énergie ;
Parce que le nombre d'équipements mis en service chaque année et leur fiabilité augmentent, le coût du kilowattheure d'énergie solaire généré diminue.

Les inconvénients de l’énergie solaire comprennent :

Le principal inconvénient de l'énergie solaire est la dépendance directe de la quantité de lumière et de chaleur reçue sur l'influence de facteurs tels que la météo, la période de l'année ou la journée. La conséquence logique dans ce cas est la nécessité de stocker de l’énergie, ce qui augmente le coût du système ;
Pour produire des éléments d'équipement à cet effet, des éléments rares et donc coûteux sont utilisés.

Perspectives de développement de l'énergie solaire

Aujourd’hui, les technologies utilisant l’énergie solaire sont de plus en plus utilisées. Les panneaux solaires sont les plus courants. Les cellules photovoltaïques sont installées avec succès sur différents types de transports, des véhicules électriques aux avions. Les Japonais s'entraînent à les installer dans les trains.

Fonctionnant avec succès, l'une des centrales solaires européennes fournit tous les besoins du Vatican. La plus grande station de Californie, dont la source est l'énergie solaire (les photos donnent une idée de l'ampleur), assure déjà son fonctionnement 24 heures sur 24.

L'introduction de telles technologies se heurte à la résistance des dirigeants de l'industrie des hydrocarbures - après tout, les sources d'énergie alternatives pourraient bientôt déplacer leurs représentants des postes de direction.

Si l’on parle de conversion directe, les dispositifs de conversion d’énergie solaire les plus répandus sont les caloducs (capteurs solaires) et les batteries de photocellules solaires.

Économie d'une installation solaire

Lorsqu’on envisage la possibilité d’installer une centrale solaire, l’attention principale est accordée aux aspects environnementaux plutôt qu’économiques. Ils ressemblent à ceci :

Quel est le coût d'une installation solaire ?
Quelle est sa période de récupération ?
L'installation produira-t-elle suffisamment d'électricité ?

Il est conseillé d'envisager de petites centrales électriques d'une capacité allant jusqu'à 50 kW. Les installations de puissance plus élevée sont principalement utilisées dans les installations industrielles.

Une centrale solaire domestique produira-t-elle suffisamment d’électricité ?

Pour répondre à la troisième question, avant de commencer à concevoir une installation solaire, déterminez le profil de consommation énergétique de la maison. Il peut être enregistré en installant sur le site un compteur électrique avec fonction de sauvegarde des paramètres actuels : tension du réseau, consommation de courant, consommation électrique actuelle, fréquence. Au bout d'un mois, vous pouvez évaluer votre profil de consommation avec les valeurs moyennes, maximales et minimales des paramètres.

Si un tel appareil n'est pas disponible, alors le profil de consommation d'énergie peut être évalué comme suit : vous devrez enregistrer tous les appareils pouvant être utilisés dans la maison et modéliser les options possibles pour leur utilisation quotidienne. Après cela, armé d'une calculatrice, vous pouvez calculer votre consommation électrique quotidienne et vos valeurs de puissance de pointe.

La région où se situe le bâtiment joue un rôle important. L'énergie atteignant la surface de la Terre, selon les régions, peut varier de plus de 5 kWh/m 2 /jour à 1,5 kWh/m 2 /jour ou moins.

Si la consommation maximale se produit pendant la journée, pour garantir que l'électricité produite est suffisante, la consommation électrique maximale doit être divisée par la puissance d'un panneau solaire. Le type et les caractéristiques des panneaux sont connus grâce aux catalogues des fabricants. Il faut tenir compte du fait que les caractéristiques des panneaux solaires sont données à leur éclairement maximum - une correction du coefficient régional est nécessaire. La période hivernale, lorsque les batteries sont recouvertes de neige, n'est pas prise en compte.

Ce calcul ne prend pas en compte la particularité suivante : Durant la journée, l'installation sera génère toujours un excès d’énergie, et la nuit, pour des raisons évidentes, la génération sera égale à 0.

Les batteries, d'une part, augmentent le coût total du système, d'autre part, elles permettent de réduire le nombre de panneaux solaires en stockant l'énergie pendant les périodes de moindre consommation d'énergie.

Pour calculer la banque AKB, vous devez répondre aux questions suivantes :

Le système est-il censé être complètement autonome ?
Si le système n’est pas autonome, quelle est la durée maximale possible des coupures d’alimentation électrique.

La consommation maximale en kW-heures est multipliée par le nombre d'heures sans source principale (il faut tenir compte du fait qu'au moment de l'arrêt, il peut ne pas y avoir de soleil). Sur la base de ces données, la capacité du parc de batteries peut être calculée. Décharger la batterie à 0 réduit sa durée de vie, c'est pourquoi le coefficient de décharge maximum est introduit dans le calcul, par exemple, il peut être de 50, 40 ou 30 %. Plus le taux de décharge maximum est faible, plus le nombre de batteries nécessaires est élevé.

Coût d'installation de la production solaire

Les principaux composants de l'équipement du système sont répartis par coût dans le rapport de pourcentage suivant (sous condition) :

Onduleur et système de contrôle - 15-40 % ;
Panneaux solaires et contrôleurs MPPT - 20-40 % ;
Banque AKB - 30%.

Le coût des panneaux solaires et des batteries sera identique pour les systèmes de tous les fabricants ; il existe des différences significatives uniquement dans le coût de l'équipement de l'onduleur avec système de contrôle et contrôleur MPPT.

La différence de prix atteint plus de 200 %, selon le fabricant. Cela est dû non seulement à la « marque », mais également aux capacités du système, par exemple la facilité d'utilisation, la possibilité d'accès à distance, la charge maximale et la résistance aux surcharges 2-3x, la possibilité de déconnecter partiellement la charge. , etc.

Chaque solution technique finale sera légèrement différente des autres du fait que chacun utilise des appareils électroménagers différents à différents moments de la journée. Il n’existe pas de combinaison idéale d’équipements, même pour une puissance donnée.

Comme coût approximatif d'une installation solaire fonctionnelle dans une maison de campagne, en tenant compte de la réservation d'une partie de l'énergie, on peut se concentrer approximativement sur les chiffres de 700 à 1 800 USD/kW, selon le fabricant de l'équipement.

Période de récupération pour l'installation de la production solaire

Si les propriétaires ne se rendent à la datcha que le week-end et qu'il n'y a pas de consommateurs dans la maison qui travaillent tous les jours, alors, très probablement, le système sera amorti dans au moins 10 à 15 ans, aux tarifs d'électricité actuels.

Avec la résidence permanente, la période de récupération sera réduite à 6 à 10 ans.

Le côté positif de la médaille est que le propriétaire d'une telle maison bénéficie d'une source d'alimentation électrique stable et ne dépend pas des coupures de lignes électriques ou des surtensions. Tout le monde est assis sans lumière, et vous êtes avec de la lumière, les systèmes de sécurité fonctionnent, il n'est pas nécessaire d'ouvrir manuellement le garage, etc.

On peut supposer que le développement des transports électriques privés réduira le délai d’amortissement d’une installation solaire pour les ménages. Le propriétaire d'une telle voiture la « fera le plein » gratuitement depuis son propre toit.

La période de récupération dépend de l'utilisation complète de l'électricité. Si la structure utilise 100 % de la production et est connectée au réseau d’alimentation électrique central, il n’est généralement pas nécessaire d’installer un parc de batteries. La période de récupération totale estimée pour une telle installation sera de 3 à 5 ans, et encore moins dans les régions chaudes.

Un avantage supplémentaire est dû au fait que pendant la journée, le propriétaire NE PAS PAYER au tarif de jour et de nuit PAIE la nuit.

Ces objets à retour sur investissement rapide peuvent être des installations de production à forte intensité énergétique avec un toit plat vide, des centres commerciaux, de divertissement et de sport et des parkings qui y sont rattachés, des complexes frigorifiques, etc.

Étonnamment, de telles solutions, qui peuvent réduire considérablement les coûts d’exploitation, ne sont toujours pas utilisées par les propriétaires.

Dans un avenir proche, avec le développement de l’énergie solaire, un nombre croissant de propriétaires d’immeubles commenceront à utiliser des énergies propres au lieu des hydrocarbures.

Ces dernières années, les scientifiques se sont particulièrement intéressés aux sources d’énergie alternatives. Le pétrole et le gaz s’épuiseront tôt ou tard, nous devons donc réfléchir dès maintenant à la manière dont nous allons survivre dans cette situation. En Europe, les éoliennes sont activement utilisées, quelqu'un essaie d'extraire de l'énergie de l'océan et nous parlerons de l'énergie solaire. Après tout, l’étoile que nous voyons dans le ciel presque tous les jours peut nous aider à sauver et à améliorer la situation environnementale. L'importance du soleil pour la Terre est difficile à surestimer : il fournit de la chaleur, de la lumière et permet à toute vie sur la planète de fonctionner. Alors pourquoi ne pas lui trouver une autre utilisation ?

Un peu d'histoire

Au milieu du XIXe siècle, le physicien Alexandre Edmond Becquerel découvre l'effet photovoltaïque. Et à la fin du siècle, Charles Fritts créait le premier appareil capable de convertir l'énergie solaire en électricité. À cette fin, du sélénium recouvert d’une fine couche d’or a été utilisé. L'effet a été faible, mais c'est cette invention qui est souvent associée au début de l'ère de l'énergie solaire. Certains scientifiques ne sont pas d'accord avec cette formulation. Ils appellent le scientifique de renommée mondiale Albert Einstein le fondateur de l'ère de l'énergie solaire. En 1921, il reçut le prix Nobel pour son explication des lois de l'effet photoélectrique externe.

Il semblerait que l’énergie solaire soit une voie de développement prometteuse. Mais il existe de nombreux obstacles à son entrée dans chaque foyer, principalement économiques et environnementaux. Nous découvrirons ci-dessous quel est le coût des panneaux solaires, quels dommages ils peuvent causer à l'environnement et quelles autres méthodes de production d'énergie existent.

Méthodes de sauvegarde

La tâche la plus urgente associée à l’apprivoisement de l’énergie solaire n’est pas seulement sa réception, mais aussi son accumulation. Et c’est précisément ce qui est le plus difficile. Actuellement, les scientifiques n’ont développé que 3 méthodes pour maîtriser pleinement l’énergie solaire.

La première repose sur l’utilisation d’un miroir parabolique et s’apparente un peu à jouer avec une loupe, familière à tous depuis l’enfance. La lumière traverse la lentille et converge en un point. Si vous placez un morceau de papier à cet endroit, il prendra feu, car la température des rayons croisés du soleil est incroyablement élevée. Un miroir parabolique est un disque concave qui ressemble à un bol peu profond. Ce miroir, contrairement à une loupe, ne transmet pas, mais réfléchit la lumière du soleil, la collectant en un point, qui est généralement dirigée vers un tuyau noir rempli d'eau. Cette couleur est utilisée car elle absorbe mieux la lumière. L'eau du tuyau est chauffée par les rayons du soleil et peut être utilisée pour produire de l'électricité ou pour chauffer de petites maisons.

Chauffage plat

Cette méthode utilise un système complètement différent. Le récepteur d'énergie solaire ressemble à une structure multicouche. Le principe de son fonctionnement ressemble à ceci.

En passant à travers le verre, les rayons frappent le métal noirci, connu pour mieux absorber la lumière. Le rayonnement solaire se transforme et chauffe l’eau située sous la plaque de fer. Ensuite, tout se passe comme dans la première méthode. L’eau chauffée pourrait être utilisée soit pour chauffer les locaux, soit pour produire de l’énergie électrique. Certes, l'efficacité de cette méthode n'est pas si élevée qu'elle puisse être utilisée partout.

En règle générale, l’énergie solaire ainsi obtenue est de la chaleur. Pour produire de l’électricité, la troisième méthode est beaucoup plus souvent utilisée.

Cellules solaires

Nous connaissons le mieux cette méthode d’obtention d’énergie. Cela implique l’utilisation de diverses batteries ou panneaux solaires, que l’on retrouve sur les toits de nombreuses maisons modernes. Cette méthode est plus compliquée que celle décrite précédemment, mais elle est beaucoup plus prometteuse. C’est ce qui permet de transformer le soleil en électricité à l’échelle industrielle.

Les panneaux spéciaux conçus pour capter les rayons sont fabriqués à partir de cristaux de silicium enrichis. La lumière du soleil qui les frappe fait sortir l’électron de son orbite. Un autre s'efforce immédiatement de prendre sa place, créant ainsi une chaîne continue en mouvement, qui crée un courant. Si nécessaire, il est immédiatement utilisé pour alimenter des appareils ou accumulé sous forme d'électricité dans des batteries spéciales.

La popularité de cette méthode est justifiée par le fait qu'elle permet d'obtenir plus de 120 W à partir d'un seul mètre carré de batterie solaire. Dans le même temps, les panneaux ont une épaisseur relativement faible, ce qui leur permet d'être placés presque n'importe où.

Types de panneaux de silicium

Il existe plusieurs types de panneaux solaires. Les premiers sont fabriqués à partir de silicium monocristallin. Leur efficacité est d'environ 15 %. Ce sont les plus chers.

L'efficacité des éléments en silicium polycristallin atteint 11 %. Ils coûtent moins cher car leur matériau est obtenu à l'aide d'une technologie simplifiée. Le troisième type est le plus économique et présente une efficacité minimale. Ce sont des panneaux en silicium amorphe, c'est-à-dire non cristallin. En plus de leur faible efficacité, ils présentent un autre inconvénient important : la fragilité.

Pour augmenter l'efficacité, certains fabricants utilisent les deux côtés du panneau solaire : l'arrière et l'avant. Cela vous permet de capter la lumière dans de grands volumes et d'augmenter la quantité d'énergie reçue de 15 à 20 %.

Producteurs nationaux

L'énergie solaire sur Terre est de plus en plus répandue. Même dans notre pays, ils souhaitent étudier cette industrie. Malgré le fait que le développement des énergies alternatives ne soit pas très actif en Russie, certains succès ont été obtenus. Actuellement, plusieurs organisations sont engagées dans la création de panneaux pour produire de l'énergie solaire - principalement des instituts scientifiques de divers domaines et des usines de production d'équipements électriques.

FNP "Quark"
Usine mécanique OJSC Kovrov.
Institut panrusse de recherche pour l'électrification de l'agriculture.
OBNL Mashinostroeniya.
JSC VIEN.
Usine d'appareils métallo-céramique OJSC Ryazan.
Usine expérimentale de sources d'énergie JSC Pravdinsky "Posit".

Il ne s'agit là que d'une petite partie des entreprises qui participent activement au développement de solutions alternatives.

Impact environnemental

L’abandon des sources d’énergie à base de charbon et de pétrole n’est pas seulement dû au fait que ces ressources finiront tôt ou tard par s’épuiser. Le fait est qu'ils nuisent grandement à l'environnement - ils polluent le sol, l'air et l'eau, contribuent au développement de maladies chez l'homme et réduisent l'immunité. C'est pourquoi les sources d'énergie alternatives doivent être sûres d'un point de vue environnemental.

Le silicium, utilisé pour produire des cellules solaires, est lui-même sûr car il s’agit d’un matériau naturel. Mais après l’avoir nettoyé, il reste des déchets. Ils peuvent nuire aux humains et à l’environnement s’ils sont mal utilisés.

De plus, dans une zone entièrement remplie de panneaux solaires, l’éclairage naturel peut être perturbé. Cela entraînera des changements dans l’écosystème existant. Mais en général, l’impact environnemental des appareils conçus pour convertir l’énergie solaire est minime.

Économique

Les coûts les plus élevés sont associés au coût élevé des matières premières. Comme nous l'avons déjà découvert, des panneaux spéciaux sont créés à partir de silicium. Malgré le fait que ce minéral soit répandu dans la nature, son extraction pose de grands défis. Le fait est que le silicium, qui représente plus d'un quart de la masse de la croûte terrestre, ne convient pas à la production de cellules solaires. À ces fins, seul le matériau le plus pur obtenu industriellement convient. Malheureusement, il est extrêmement difficile d’obtenir du silicium pur à partir du sable.

Le prix de cette ressource est comparable à celui de l'uranium utilisé dans les centrales nucléaires. C'est pourquoi le coût des panneaux solaires reste actuellement à un niveau assez élevé.

Technologies modernes

Les premières tentatives pour apprivoiser l’énergie solaire sont apparues il y a bien longtemps. Depuis, de nombreux scientifiques recherchent activement l’équipement le plus efficace. Il doit non seulement être rentable, mais aussi compact. Son efficacité doit tendre vers le maximum.

Les premiers pas vers un dispositif idéal pour recevoir et convertir l’énergie solaire ont été réalisés avec l’invention des batteries au silicium. Bien sûr, le prix est assez élevé, mais les panneaux peuvent être placés sur les toits et les murs des maisons, où ils ne dérangeront personne. Et l’efficacité de telles batteries est indéniable.

Mais la meilleure façon d’accroître la popularité de l’énergie solaire est de la rendre moins chère. Des scientifiques allemands ont déjà proposé de remplacer le silicium par des fibres synthétiques pouvant être intégrées dans des tissus ou d'autres matériaux. L’efficacité d’une telle batterie solaire n’est pas très élevée. Mais une chemise entrecoupée de fibres synthétiques peut au moins fournir de l'électricité à un smartphone ou à un lecteur. Des travaux sont également activement menés dans le domaine de la nanotechnologie. Il est probable qu’ils permettront au soleil de devenir la source d’énergie la plus populaire de ce siècle. Les spécialistes de Scates AS de Norvège ont déjà déclaré que la nanotechnologie réduirait de 2 fois le coût des panneaux solaires.

L'énergie solaire pour la maison

Beaucoup de gens rêvent probablement d'un logement qui subvienne à ses propres besoins : il n'y a pas de dépendance au chauffage centralisé, pas de difficultés à payer les factures et pas de dommages à l'environnement. Déjà aujourd'hui, dans de nombreux pays, on construit activement des logements qui consomment uniquement de l'énergie obtenue à partir de sources alternatives. Un exemple frappant est celui de la maison dite solaire.

Pendant le processus de construction, cela nécessitera des investissements plus importants que le processus traditionnel. Mais après plusieurs années de fonctionnement, tous les coûts seront récupérés - vous n'aurez pas à payer pour le chauffage, l'eau chaude et l'électricité. Dans une maison solaire, toutes ces communications sont liées à des panneaux photovoltaïques spéciaux placés sur le toit. De plus, les ressources énergétiques ainsi obtenues sont non seulement dépensées pour répondre aux besoins actuels, mais également accumulées pour être utilisées la nuit et par temps nuageux.

Actuellement, la construction de telles maisons n'est pas réalisée uniquement dans les pays proches de l'équateur, où il est plus facile d'extraire l'énergie solaire. Ils sont également en construction au Canada, en Finlande et en Suède.

Avantages et inconvénients

Le développement de technologies permettant une utilisation généralisée de l’énergie solaire pourrait être mené plus activement. Mais il y a certaines raisons pour lesquelles cela ne constitue toujours pas une priorité. Comme nous le disions plus haut, la production de panneaux produit des substances nocives pour l'environnement. De plus, l'équipement fini contient du gallium, de l'arsenic, du cadmium et du plomb.

La nécessité de recycler les panneaux photovoltaïques soulève également de nombreuses questions. Après 50 ans d'exploitation, ils deviendront impropres au service et devront être détruits d'une manière ou d'une autre. Cela ne causera-t-il pas des dommages colossaux à la nature ? Il convient également de considérer que l’énergie solaire est une ressource inconstante dont l’efficacité dépend de l’heure de la journée et de la météo. Et c'est un inconvénient important.

Mais il y a bien sûr des avantages. L’énergie solaire peut être produite presque partout sur Terre, et l’équipement permettant de l’obtenir et de la convertir peut être si petit qu’il tient au dos d’un smartphone. Ce qui est également important, c’est qu’il s’agit d’une ressource renouvelable, ce qui signifie que la quantité d’énergie solaire restera la même pendant au moins des milliers d’années.

Perspectives

Le développement des technologies de l’énergie solaire devrait conduire à une baisse des coûts de création des cellules. Des panneaux de verre pouvant être installés sur les fenêtres font déjà leur apparition. Le développement des nanotechnologies a permis d'inventer une peinture qui sera pulvérisée sur les panneaux solaires et pourra remplacer la couche de silicium. Si le coût de l’énergie solaire diminue plusieurs fois, sa popularité augmentera également plusieurs fois.

La création de petits panneaux à usage individuel permettra aux gens d'utiliser l'énergie solaire dans n'importe quel environnement : à la maison, en voiture ou même en dehors de la ville. Grâce à leur distribution, la charge sur les réseaux électriques centralisés sera réduite, puisque les gens pourront recharger eux-mêmes les petits appareils électroniques.

Les experts de Shell estiment que d'ici 2040, environ la moitié de l'énergie mondiale sera produite à partir de ressources renouvelables. En Allemagne déjà, la consommation d'énergie solaire augmente activement et la capacité des batteries dépasse 35 gigawatts. Le Japon développe également activement cette industrie. Ces deux pays sont les leaders mondiaux de la consommation d’énergie solaire. Les États-Unis les rejoindront probablement bientôt.

Autres sources d'énergie alternatives

Les scientifiques continuent de se demander quoi d’autre peut être utilisé pour produire de l’électricité ou de la chaleur. Donnons des exemples des sources d'énergie alternatives les plus prometteuses.

On trouve désormais des éoliennes dans presque tous les pays. Même dans les rues de nombreuses villes russes, des lanternes sont installées qui s'alimentent en électricité grâce à l'énergie éolienne. Leur coût est certes supérieur à la moyenne, mais avec le temps, ils compenseront cette différence.

Il y a très longtemps, une technologie a été inventée qui permet d'obtenir de l'énergie en utilisant la différence de température de l'eau à la surface de l'océan et en profondeur. La Chine envisage activement de développer ce domaine. Dans les années à venir, ils envisagent de construire la plus grande centrale électrique utilisant cette technologie au large des côtes chinoises. Il existe d’autres façons d’utiliser la mer. Par exemple, en Australie, ils envisagent de créer une centrale électrique qui génère de l'énergie à partir de la puissance des courants.

Il y en a bien d'autres ou de la chaleur. Mais comparée à de nombreuses autres options, l’énergie solaire constitue une direction véritablement prometteuse pour le développement de la science.

L’énergie solaire comme source d’énergie alternative est utilisée depuis des milliers d’années. La seule chose qui change, c'est la technologie et l'efficacité des appareils utilisés. L’énergie solaire est une source renouvelable, ce qui signifie qu’elle peut être restituée naturellement, sans intervention humaine. Les avantages incluent le respect de l'environnement, des possibilités illimitées, la sécurité et une efficacité d'utilisation unique.

Il a été prouvé que 1 m 2 de « disque de feu » libère près de 63 kW d'énergie, ce qui équivaut à la puissance d'un million d'ampoules. En général, le Soleil fournit à la Terre 80 000 milliards de kW, ce qui est plusieurs fois supérieur à la puissance de toutes les centrales électriques existantes sur la planète. C’est pourquoi l’application pratique de l’énergie solaire constitue l’un des principaux défis de la société moderne.

Fonctionnalités de conversion

Le défaut de la science moderne est l’incapacité de consommer directement l’énergie solaire. C'est pour cette raison que des dispositifs spéciaux ont été développés pour convertir l'énergie solaire en énergie électrique ou thermique. La première mention fait référence aux batteries, et la seconde aux collectionneurs.

Aujourd'hui, plusieurs options de conversion ont été développées :

Énergie thermique de l'air. Il repose sur l’utilisation de l’énergie solaire pour produire un flux d’air dirigé vers un turbogénérateur. Les centrales électriques de type ballon, dans lesquelles de la vapeur d'eau est générée en chauffant la surface d'un ballon avec un revêtement spécial, deviennent populaires. L'avantage de la technique est la possibilité d'accumuler le volume de vapeur requis pour assurer le fonctionnement du système même dans l'obscurité, en l'absence de soleil.
Photovoltaïque. La particularité de la technique est l'utilisation de panneaux spéciaux à base photovoltaïque. Les représentants sont des panneaux solaires. Les produits sont à base de silicium et l'épaisseur de la surface de travail est de plusieurs dixièmes de millimètre. Les structures peuvent être placées n'importe où. La condition principale est l'apport maximum de rayons.

En plus des plaques photographiques, des panneaux à couches minces plus minces peuvent être utilisés pour convertir l'énergie solaire. Leur principal inconvénient est leur faible efficacité.

Énergie héliotrémale- une direction dont l'essence est l'absorption de la lumière par une surface avec concentration ultérieure de la chaleur pour le chauffage. Dans le domaine domestique, ce type de conversion de l’énergie solaire est utilisé pour le chauffage. Dans l’industrie, cette technique est utilisée pour produire de l’électricité à l’aide de moteurs thermiques.

Comment utiliser l’énergie solaire ?

L'utilisation de l'énergie solaire est possible grâce à deux types de systèmes : passifs et actifs. Regardons-les de plus près.

Passif- des systèmes qui ne prévoient aucune transformation complexe. Un exemple est un récipient en métal peint en noir et rempli d’eau. Les rayons du soleil frappent la surface, chauffent le métal et avec lui le liquide qu'il contient. Il existe également des méthodes plus avancées d'utilisation passive de l'énergie, destinées à la conception de structures, à la sélection de matériaux de construction, à la climatisation et à d'autres tâches. Le plus souvent, les systèmes passifs sont utilisés pour refroidir, chauffer ou éclairer les bâtiments.

Actif- des dispositifs dans lesquels des collecteurs spéciaux sont utilisés pour convertir l'énergie solaire. La particularité de ces derniers est l'absorption des rayons du soleil et leur conversion ultérieure en chaleur, qui, à l'aide d'un liquide de refroidissement, assure le chauffage des bâtiments ou de l'eau. Aujourd'hui, les capteurs solaires sont utilisés dans de nombreux domaines d'activité : agriculture, ménage et autres secteurs où la chaleur est nécessaire.

Le principe de fonctionnement d'un capteur solaire est facile à tester dans la pratique : il suffit de placer un objet sur le rebord de la fenêtre et de s'assurer que les rayons du soleil tombent dessus. Le produit chauffe même à des températures extérieures inférieures à zéro. C'est la particularité d'utiliser l'énergie solaire à l'aide d'un collecteur.

Le dispositif est basé sur une plaque isolée thermiquement, réalisée à partir d'un matériau conducteur de chaleur. Le dessus est recouvert de peinture foncée. Les rayons du soleil traversent l'élément intermédiaire, chauffent la plaque, puis l'énergie thermique accumulée est utilisée pour chauffer le bâtiment. La direction du flux chaud est possible à l'aide d'un ventilateur ou naturellement.

L'inconvénient du système est la nécessité de coûts supplémentaires pour l'achat et l'installation d'un ventilateur. De plus, les capteurs solaires ne sont efficaces que pendant la journée, il n’est donc pas possible de remplacer complètement la source de chauffage principale. Pour augmenter l'efficacité de l'appareil, il est nécessaire d'installer le collecteur dans la source principale de ventilation ou de chaleur.

Il existe deux types de tels collectionneurs :

Plat. De tels dispositifs sont constitués d'absorbeurs d'énergie solaire, d'un revêtement (on utilise du verre à faible teneur en particules métalliques), d'une couche d'isolation thermique et d'un pipeline. Le collecteur capte les rayons du soleil et produit de l'énergie thermique. Lieu d'installation : toit. Dans ce cas, la batterie peut être intégrée à la surface ou prendre la forme d'un élément séparé.
Vide. La particularité des capteurs solaires est leur polyvalence et leur capacité à être utilisés tout au long de l'année. Ils sont basés sur des tubes à vide constitués de verre borosilicaté. Un revêtement spécial est appliqué à l’intérieur du mur pour améliorer la perception de la lumière solaire. Le but de cette conception est de minimiser la réflexion des rayons. Pour une plus grande efficacité, il existe un vide dans les espaces entre les tubes, qui est maintenu par un distributeur de gaz de type baryum. L'avantage des collecteurs sous vide est qu'ils peuvent fonctionner par temps froid et nuageux. Dans ce dernier cas, ils absorbent l’énergie des rayons infrarouges.

Les panneaux solaires, qui convertissent l'énergie solaire en chaleur, sont les plus demandés dans l'industrie et dans la vie quotidienne. De tels dispositifs sont basés sur des convertisseurs phytoélectriques.

Avantages— simplicité de conception, facilité d'installation, exigences de maintenance minimales, ainsi qu'une durée de vie accrue. Aucun espace supplémentaire n'est requis pour installer un panneau solaire. La condition principale pour un fonctionnement normal est l’ouverture à la lumière et l’absence d’ombrage. La ressource dure des décennies, ce qui explique une telle popularité des produits.

Les batteries qui utilisent l’énergie solaire présentent également un certain nombre d’inconvénients :

Sensibilité accrue à la pollution. Pour cette raison, les batteries sont installées à un angle de 45 degrés pour permettre à la neige et à la pluie de dégager la surface.
Évitez un chauffage excessif. Si la température atteint 100-125 degrés Celsius, l'appareil peut s'éteindre en raison d'une augmentation de la température autorisée. Dans une telle situation, un système de refroidissement spécial sera nécessaire.
Prix élevé. Cet inconvénient ne peut pas être qualifié de complet, car la batterie solaire a une longue durée de vie et les coûts de son achat et de son installation sont amortis en plusieurs années.

Résultats

La société moderne sait où l'énergie solaire est utilisée et met activement en pratique l'expérience accumulée. Les capacités du « disque de feu » sont nécessaires pour générer de l’énergie électrique, chauffer et refroidir les pièces et assurer la ventilation. Avec la hausse du coût du pétrole et du gaz, on assiste à une transition progressive vers des sources alternatives et plus abordables. Par exemple, en Allemagne, près de la moitié des maisons sont équipées de capteurs solaires pour chauffer l’eau. De nombreux États disposent de programmes spéciaux visant à utiliser l’énergie solaire. Et cette tendance ne fait que s’accentuer chaque année.