Comment utiliser l'énergie du soleil. Comment utiliser l'énergie solaire

La vie d’une personne moderne est tout simplement impensable sans énergie. Une panne de courant ressemble à une catastrophe : on ne peut plus imaginer la vie sans transports, et cuisiner, par exemple, sur un feu plutôt que sur une cuisinière à gaz ou électrique pratique est déjà un passe-temps.

Nous utilisons encore des combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon) pour produire de l’énergie. Mais leurs réserves sur notre planète sont limitées, et le jour ne viendra ni aujourd’hui ni demain où elles s’épuiseront. Ce qu'il faut faire? La réponse existe déjà : rechercher d'autres sources d'énergie, non traditionnelles, alternatives, dont l'offre est tout simplement inépuisable.

Ces sources d'énergie alternatives comprennent le soleil et le vent.

Utilisation de l'énergie solaire

Soleil- le fournisseur d'énergie le plus puissant. Nous utilisons quelque chose en raison de nos caractéristiques physiologiques. Mais des millions, des milliards de kilowatts sont gaspillés et disparaissent à la tombée de la nuit. Chaque seconde, le Soleil fournit à la Terre 80 000 milliards de kilowatts. C’est plusieurs fois plus que ce que produisent toutes les centrales électriques du monde.

Imaginez quels avantages l’utilisation de l’énergie solaire apportera à l’humanité :

. L'infini dans le temps. Les scientifiques prédisent que le Soleil ne s’éteindra pas avant plusieurs milliards d’années. Et cela signifie qu’il y en aura assez pour notre vie et pour nos lointains descendants.

. Géographie. Il n’y a aucun endroit sur notre planète où le soleil ne brille pas. Quelque part il fait plus lumineux, quelque part il fait plus sombre, mais le Soleil est partout. Cela signifie qu’il ne sera plus nécessaire d’envelopper la Terre dans un réseau de câbles sans fin pour tenter d’acheminer l’électricité vers les coins les plus reculés de la planète.

. Quantité. Il y a suffisamment d’énergie solaire pour tout le monde. Même si quelqu’un commence à stocker une telle énergie de manière incommensurable pour une utilisation future, cela ne changera rien. De quoi recharger les batteries et bronzer sur la plage.

. Avantage économique. Vous n’aurez plus besoin de dépenser de l’argent pour acheter du bois de chauffage, du charbon ou de l’essence. La lumière du soleil gratuite sera responsable du fonctionnement de l’approvisionnement en eau et de la voiture, de la climatisation et de la télévision, du réfrigérateur et de l’ordinateur.

. Bénéfique pour l'environnement. La déforestation totale appartiendra au passé, il ne sera plus nécessaire de chauffer des fours, de construire de nouvelles centrales de Tchernobyl et de Fukushima, de brûler du fioul et du pétrole. Pourquoi déployer tant d’efforts pour détruire la nature alors qu’il existe une source d’énergie merveilleuse et inépuisable dans le ciel : le Soleil.

Heureusement, ce ne sont pas des rêves. Les scientifiques estiment que d’ici 2020, 15 % de l’électricité en Europe proviendra du soleil. Et ce n'est que le début.

Où est utilisée l’énergie solaire ?

. Panneaux solaires. Les batteries installées sur le toit d’une maison ne surprennent plus personne. En absorbant l'énergie du soleil, ils la transforment en électricité. En Californie, par exemple, tout projet de nouvelle maison nécessite l’utilisation d’un panneau solaire. Et en Hollande, la ville de Herhugoward est appelée la « ville du Soleil » car toutes les maisons ici sont équipées de panneaux solaires.

. Transport.

Déjà aujourd’hui, lors d’un vol autonome, tous les engins spatiaux s’approvisionnent en électricité à partir de l’énergie solaire.

Voitures à énergie solaire. Le premier modèle d'une telle voiture a été présenté en 1955. Et déjà en 2006, la société française Venturi avait lancé la production en série de voitures « solaires ». Ses caractéristiques sont encore modestes : seulement 110 kilomètres d’autonomie et une vitesse ne dépassant pas 120 km/h. Mais presque tous les leaders mondiaux de l’industrie automobile développent leurs propres versions de voitures respectueuses de l’environnement.

. Centrales solaires.

. Gadgets. Il existe déjà des chargeurs pour de nombreux appareils fonctionnant au soleil.

Types d'énergie solaire (centrales solaires)

Actuellement, plusieurs types de centrales solaires (SPP) ont été développés :

. La tour. Le principe de fonctionnement est simple. Un immense miroir (héliostat) tourne après le soleil et dirige les rayons du soleil vers un dissipateur thermique rempli d'eau. Ensuite, tout se passe comme dans une centrale thermique classique : l’eau bout et se transforme en vapeur. La vapeur fait tourner une turbine qui alimente un générateur. Cette dernière produit de l'électricité.

. En forme de disque. Le principe de fonctionnement est similaire à celui des tours. La différence réside dans la conception elle-même. Premièrement, on n'utilise pas un miroir, mais plusieurs ronds qui ressemblent à d'énormes assiettes. Les miroirs sont installés radialement autour du récepteur.

Chaque plaque SES peut avoir plusieurs modules similaires à la fois.

. Photovoltaïque(en utilisant des piles photo).

. SES avec concentrateur cylindrique parabolique. Un immense miroir en forme de cylindre, où un tube contenant du liquide de refroidissement (le plus souvent de l'huile est utilisée) est installé au foyer de la parabole. L'huile chauffe jusqu'à la température souhaitée et transfère la chaleur à l'eau.

. Aspirateur solaire. Le terrain est couvert d'une verrière. L'air et le sol en dessous se réchauffent davantage. Une turbine spéciale propulse l'air chaud vers une tour de réception, à proximité de laquelle un générateur électrique est installé. L'électricité est générée en raison des différences de température.

Utilisation de l'énergie éolienne

Un autre type de source d’énergie alternative et renouvelable est le vent. Plus le vent est fort, plus il produit d’énergie cinétique. Et l’énergie cinétique peut toujours être convertie en énergie mécanique ou électrique.

L'énergie mécanique générée par le vent est utilisée depuis longtemps. Par exemple, lors du broyage du grain (célèbres moulins à vent) ou du pompage de l'eau.

L’énergie éolienne est également utilisée :

Dans les éoliennes qui produisent de l'électricité. Les pales chargent la batterie, à partir de laquelle le courant est fourni aux convertisseurs. Ici, le courant continu est converti en courant alternatif.

Transport. Il existe déjà une voiture qui fonctionne à l’énergie éolienne. Une installation éolienne spéciale (cerf-volant) permet aux bateaux d'eau de se déplacer.

Types d'énergie éolienne (centrales éoliennes)

. Sol- le type le plus courant. De tels parcs éoliens sont installés sur des collines ou des collines.

. En mer. Ils sont construits dans des eaux peu profondes, à une distance considérable de la côte. L'électricité est fournie à terre via des câbles sous-marins.

. Côtier- installé à une certaine distance de la mer ou de l'océan. Les parcs éoliens côtiers utilisent la puissance des brises.

. Flottant. La première éolienne flottante a été installée en 2008 au large des côtes italiennes. Les générateurs sont installés sur des plates-formes spéciales.

. Des parcs éoliens en plein essor placé en hauteur sur des oreillers spéciaux fabriqués à partir de matériaux ininflammables et remplis d'hélium. L'électricité est amenée au sol par des câbles.

Perspectives et développement

Les projets à long terme les plus sérieux en matière d'utilisation de l'énergie solaire sont ceux de la Chine, qui envisage de devenir d'ici 2020 un leader mondial dans ce domaine. Les pays de la CEE développent un concept qui permettra d'obtenir jusqu'à 20 % de l'électricité à partir de sources alternatives. Le ministère américain de l'Énergie estime un chiffre inférieur, jusqu'à 14 % d'ici 2035. Il existe également des SES en Russie. L'un des plus puissants est installé à Kislovodsk.

Quant à l’utilisation de l’énergie éolienne, voici quelques chiffres. L'Association européenne de l'énergie éolienne a publié des données montrant que les centrales éoliennes fournissent de l'électricité à de nombreux pays du monde. Ainsi, au Danemark, 20 % de l'électricité consommée est obtenue grâce à de telles installations, au Portugal et en Espagne - 11 %, en Irlande - 9 %, en Allemagne - 7 %.

Actuellement, des parcs éoliens sont installés dans plus de 50 pays à travers le monde et leur capacité augmente d'année en année.

Le Soleil a fait un excellent travail en nous envoyant son énergie, alors apprécions-le ! Un rayon de lumière chaud sur le visage qui se trouvait à la surface du Soleil il y a huit minutes et dix-neuf secondes

1 . DANSvêtements secs

Le Soleil a fait un excellent travail en nous envoyant son énergie, alors apprécions-le ! Un rayon de lumière chaude sur le visage était présent à la surface du Soleil il y a huit minutes et dix-neuf secondes. Au minimum, nous l'utilisons pour sécher les vêtements. Puisque le soleil est un réacteur nucléaire géant, dites-le à vos amis : vous avez un sèche-linge nucléaire.

2 . DANSsR.UNAvecTEtTb AvecVÔYu edà

Enlevez le soleil et qu'est-ce qui peut pousser ? Avec juste de la terre et du soleil, nous pouvons cultiver des tomates, des poivrons, des pommes, des framboises, de la salade verte et bien plus encore. Construisez des serres solaires qui stockent la chaleur du soleil afin de pouvoir cultiver de la nourriture même pendant l’hiver froid.

3 . NUNgR.eTb VÔdà

Soixante-dix millions de foyers chinois utilisent le soleil pour chauffer leur eau, alors pourquoi pas ? Vous pouvez utiliser un tube à vide ou une assiette plate pour recueillir la chaleur du soleil. Pour un investissement d'environ 6 800 $, ces unités fourniront 100 pour cent d'eau chaude en été et 40 pour cent en hiver.

4 . À PROPOShEtAvecTEtTb VÔdà

Si votre approvisionnement en eau local n'est pas sûr, vous pouvez utiliser le soleil pour désinfecter l'eau en remplissant des bouteilles en plastique et en les laissant au soleil pendant au moins six heures. Les rayons ultraviolets du soleil tuent toutes les bactéries et micro-organismes. Si vous habitez au bord de la mer, vous pouvez utiliser l’énergie solaire pour dessaler votre eau.

5 . AVECÔsoumettez votree euhjeeÀTR.EtheAvecTVÔ

Installez des panneaux solaires sur le toit.

6. Mettez la voiture en mouvemente

Imaginez une voiture alimentée uniquement par le soleil. Une Nissan Leaf EV parcourant 16 000 kilomètres par an, par exemple, consommera 2 000 kW d'électricité. Un système photovoltaïque sur votre toit générera 2 200 kWh par an, et une fois que vous aurez payé les panneaux solaires, l'énergie sera gratuite.

7 . Djeje dEthaina la vôtreÔ dÔmUN

Lors de la conception d’une maison solaire passive, les fenêtres orientées au sud et l’isolation orientée au nord créent une masse thermique pour stocker la chaleur solaire. Ces mesures peuvent réduire les besoins de chauffage de 50 pour cent. Maximiser la lumière naturelle du soleil réduit le besoin d’éclairage artificiel.

8. Pour chauffer la maison

9. Cuisiner des aliments

Il existe différents types de cuiseurs solaires : certains utilisent des fenêtres solaires réfléchissantes, d'autres utilisent des disques paraboliques. En été, vous pouvez également fabriquer votre propre séchoir solaire pour les fruits et légumes de votre jardin.

10. De l'énergie pour le monde

Chaque jour, le soleil émet mille fois plus de chaleur dans les déserts du monde que nous n'en utilisons. La technologie solaire thermique, utilisant des tours paraboliques ou solaires, permet de convertir cette énergie en vapeur puis en électricité. Nous pourrions répondre à tous les besoins énergétiques mondiaux en utilisant seulement cinq pour cent du Texas pour l’énergie solaire thermique. Alors, qui a besoin de pétrole et de marées noires ?

Options pour utiliser l'énergie solaire dans les activités économiques

L'énergie du soleil est un flux de photons et revêt 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 a depuis longtemps commencé à utiliser la lumière du soleil dans ses activités économiques. Mais les énergies alternatives ont pris forme il n’y a pas si longtemps en tant qu’industrie indépendante. Parallèlement, l’énergie solaire joue un rôle de plus en plus important dans l’activité économique. Le soleil est utilisé depuis longtemps comme source de chaleur et récemment, un grand nombre d'appareils et de systèmes sont apparus à cet effet. 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 solaire était utilisée pour chauffer l’eau des douches d’été à la campagne. Et aujourd'hui, diverses installations sont déjà utilisées pour chauffer des maisons privées, dans des tours de refroidissement. Les panneaux solaires produisent l'électricité nécessaire pour alimenter les petits villages.

Actuellement, les domaines suivants d'utilisation de l'énergie solaire peuvent être nommés :

• Industrie aéronautique et spatiale ;
• Agriculture. Alimentation en chauffage et électricité des serres, hangars et autres dépendances ;
• Usage domestique (chauffage et électrification des bâtiments résidentiels) ;
• Alimentation électrique pour installations médicales et sportives ;
• Utiliser l’énergie solaire pour éclairer les installations urbaines ;
• 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, l’absence de danger pour l’environnement et une utilisation gratuite.

Cette liste d'avantages devrait être élargie :

• Alimentation électrique stable, car le courant des batteries solaires n'a pas de surtensions ;
• 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 incluent la forte dépendance de l'efficacité de fonctionnement à l'intensité des rayons du soleil et le manque de production d'électricité la nuit. Pour résoudre ce problème, ces 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 présente un déficit d’électrons et le second un excès.

Les électrons du semi-conducteur de type N absorbent le rayonnement solaire, ce qui fait que les électrons qu'il contient sortent de leur orbite. La force d'impulsion est suffisante pour se transformer en semi-conducteur de type p. En conséquence, un flux dirigé d’électrons se produit et de l’électricité est générée. Le silicium est utilisé dans la production de cellules solaires.

Aujourd'hui, plusieurs types de photocellules sont produits :

• Monocristallin. Ils sont fabriqués à partir de monocristaux de silicium et possèdent une structure cristalline uniforme. Entre autres types, ils se distinguent par leur efficacité la plus élevée (environ 20 %) et leur coût accru ;
• Polycristallin. La structure est polycristalline, moins uniforme. Ils coûtent moins cher et ont un rendement de 15 à 18 pour cent ;
• Couche mince. Ces cellules solaires sont fabriquées par pulvérisation cathodique sur un substrat flexible en silicium amorphe. Ces cellules photovoltaïques sont les moins chères, mais leur efficacité laisse beaucoup à désirer. Ils sont utilisés en production.

Comment une personne utilise-t-elle l’énergie solaire ?

Il existe deux groupes de systèmes utilisés par les humains pour convertir l’énergie solaire en chaleur et en électricité. Ce sont des systèmes passifs et actifs.

Des exemples de systèmes passifs pour exploiter l’énergie solaire incluent certains bâtiments. Lors de leur construction, des matériaux de construction à forte absorption du rayonnement lumineux ont été utilisés. De plus, ces bâtiments sont construits en tenant compte des caractéristiques du climat dans lequel ils sont construits. Les matériaux utilisés pour construire ces maisons utilisent l'énergie du soleil pour éclairer et chauffer les espaces du bâtiment. Il s'agit notamment du parquet, des panneaux absorbant la lumière, de l'isolation et de l'orientation de la maison au sud.

Grâce à leur conception, les systèmes passifs permettent une utilisation optimale de l'énergie lumineuse. En conséquence, en raison de la réduction des coûts des services publics, ces maisons sont rapidement rentabilisées. Ces bâtiments sont indépendants en énergie et ne polluent pas l'environnement.

Les systèmes actifs sont des capteurs solaires, des batteries et d'autres dispositifs qui assurent l'électrification et... Ils sont souvent installés sur les toits et les façades des bâtiments. L'utilisation de systèmes actifs est beaucoup plus répandue que les systèmes passifs. Examinons-en quelques-uns ci-dessous.

Collecteurs thermiques

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

Plat. Ce sont les plus courants. Ils sont utilisés à la fois pour le chauffage et la fourniture d'eau chaude. En règle générale, ces collecteurs ne sont utilisés qu'en été, car en hiver, leur efficacité diminue fortement. Vous pouvez en savoir plus sur leur production sur le lien ;

• Vide. Le champ d'application de leur utilisation est le même que celui des plats. 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 de 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 sous le climat russe ;
• Aéroporté. Le domaine d'utilisation de tels appareils concerne les installations de chauffage et de séchage de l'air. Peut être utilisé à des températures extérieures non inférieures à 5-10 degrés Celsius ;
• Collecteurs intégrés. La conception la plus simple. Il s'agit de réservoirs spéciaux avec isolation thermique dans lesquels l'eau est chauffée. À l'avenir, il sera utilisé pour des besoins économiques.

Dans la plupart des cas, toutes ces installations sont installées sur les toitures ou les façades des bâtiments. Parfois, une zone leur est attribuée où l'ensoleillement est maximal.

Comment se développe l’utilisation de l’énergie solaire sur Terre ?

Le corps céleste nous donne gratuitement une énorme quantité d’énergie. En seulement 15 minutes, l’étoile donne à notre planète la quantité d’énergie suffisante pour fournir de l’électricité à l’humanité pendant un an. La qualité et l'efficacité des panneaux solaires s'améliorent constamment et deviennent moins chères. Cependant, l’utilisation massive de l’énergie solaire est encore loin. Il existe un certain nombre de problèmes, parmi lesquels l'efficacité des équipements de conversion du rayonnement solaire est particulièrement aiguë. Cela concerne principalement les cellules photovoltaïques, dont le rendement se situe entre 12 et 17 pour cent. Mais au milieu du siècle dernier, ce chiffre était d'environ 1 %. Ainsi, les progrès se produisent progressivement, mais pas rapidement. Par conséquent, à l’avenir, l’énergie solaire devrait prendre la place qui lui revient dans le secteur énergétique mondial. Ce matériel discutera de l'utilisation de l'énergie solaire dans les activités économiques sur Terre. Parlons des problèmes et des perspectives, et donnons également des exemples d'équipements.

Le Soleil est la principale source de tous les processus énergétiques sur Terre. L'étoile envoie 20 millions d'exajoules vers notre planète par an. Puisque la Terre est ronde, environ 25 % tombent dessus. Environ 70 pour cent de cette énergie est absorbée par l’atmosphère, réfléchie et perdue en raison d’autres pertes. 1,54 million d'exajoules tombent chaque année à la surface de la Terre. Ce chiffre est plusieurs milliers de fois supérieur à la consommation énergétique de la planète. De plus, cette valeur est 5 fois supérieure à l’ensemble du potentiel énergétique des hydrocarbures accumulés sur Terre pendant des millions d’années.

Une grande partie de cette énergie présente à la surface de la planète est convertie en chaleur. Il chauffe la terre et l'eau, et l'air en est chauffé. La chaleur du Soleil détermine les courants océaniques, le cycle de l’eau dans la nature, les courants d’air, etc. La chaleur est progressivement rayonnée dans l’espace et y est perdue. Dans l’écosystème de la planète, l’énergie passe par un chemin de transformation long et complexe, mais seule une petite partie de la quantité reçue est utilisée. En conséquence, l’écosystème fonctionne, ne pollue pas l’environnement et utilise une petite partie de l’énergie arrivant sur Terre. Nous pouvons en conclure que le flux constant d’énergie du Soleil vers la Terre est constant et arrive en quantités excédentaires.

Les plantes sur Terre ne consomment que 0,5 pour cent de l’énergie qui atteint la Terre. Par conséquent, même si l’humanité ne vit que de l’énergie du soleil, elle n’en consommera qu’une petite fraction. L'énergie du Soleil sur Terre est tout à fait suffisante pour les besoins énergétiques de la civilisation. Dans le même temps, nous ne prélèverons qu’une petite partie de l’énergie, ce qui n’affectera en rien la biosphère. Le soleil envoie d'énormes quantités d'énergie à la Terre. En quelques jours, sa quantité dépasse le potentiel énergétique de toutes les réserves prouvées de carburant. Même un tiers de cette quantité qui atteint la Terre est des milliers de fois supérieure à toutes les sources d’énergie traditionnelles.

L'énergie solaire est respectueuse de l'environnement. Bien entendu, les réactions nucléaires ayant lieu dans le Soleil génèrent une contamination radioactive. Mais il se trouve à une distance sûre de la Terre. Mais la combustion des hydrocarbures et les centrales nucléaires créent de la pollution sur Terre. De plus, l’énergie du Soleil est constante et présente en quantité excédentaire.

On peut dire que l'énergie du soleil est éternelle. Certains experts affirment que l’étoile s’éteindra dans quelques milliards d’années. Mais qu’est-ce que cela signifie pour nous ? Après tout, les humains existent depuis environ 3 millions d’années. Ainsi, l’utilisation de l’énergie solaire n’est pas limitée dans le temps. Grâce à l'énergie dégagée par le Soleil, 2 cycles de substances se produisent sur Terre. L'un d'eux est grand (également appelé géologique). Elle se manifeste dans la circulation de l'atmosphère et des masses d'eau. Et aussi un petit cycle biologique (appelé aussi biotique), qui fonctionne sur la base d'un grand. Il s'agit de la redistribution cyclique de l'énergie et des substances dans les limites des systèmes écologiques. Ces cycles sont interconnectés et constituent un processus unique.

Quels sont les problèmes liés à l’utilisation de l’énergie solaire ?

Il semblerait que tout va bien et que nous devons passer à l'énergie solaire. Il s'avère qu'il existe un certain nombre de problèmes. Lesquels? Le principal problème est que l’énergie entrante est fortement dissipée. Environ 100 à 200 watts tombent par mètre carré. Le montant exact dépend de l'emplacement de cet endroit sur Terre. De plus, le soleil brille pendant la journée et la puissance atteint alors 400 à 900 watts par mètre carré. Mais la nuit, il n'y a pas d'énergie fournie, et par temps nuageux, il y a beaucoup moins d'énergie fournie. Autrement dit, à certains moments, vous devez collecter tout ce flux d'énergie et l'accumuler. Et lorsque la lumière du soleil ne tombe pas sur le sol, utilisez l'énergie accumulée.

Ils collectent l'énergie solaire de différentes manières. Il est naturel de collecter de la chaleur pour chauffer le liquide de refroidissement, puis de l'utiliser dans le système de chauffage domestique ou dans l'approvisionnement en eau chaude. Et une autre façon courante de convertir l’énergie solaire consiste à produire de l’électricité. Toutes ces installations sont produites à la fois en usine et de manière indépendante. Certains artisans fabriquent des radiateurs dans une fenêtre ordinaire d'un appartement ou d'une maison. Il en résulte un chauffage supplémentaire de la pièce. Les capteurs et les systèmes solaires sont également courants pour produire de l’électricité dans les maisons privées. Cependant, l'utilisation de capteurs thermiques est limitée par les conditions climatiques. Et les panneaux solaires destinés à convertir l’énergie solaire en électricité ont encore un faible rendement.

Mais de manière générale, les systèmes solaires constituent un domaine énergétique très prometteur. Dès que le prix des ressources énergétiques augmentera un peu plus, elles deviendront très demandées. Il existe de nombreuses régions sur Terre où le soleil brille presque constamment. Ce sont des steppes, des déserts. En y installant des centrales solaires et en produisant de l’électricité, vous pourrez aménager ces terres et les rendre fertiles. L'énergie sera dépensée pour l'approvisionnement en eau et les besoins de la population.

Excursion dans le passé

Il était une fois, dans l’Antiquité, les païens percevaient le Soleil comme une divinité. Bien entendu, à cette époque, l’énergie solaire en tant que telle n’était pas utilisée. C'était quelque chose de magique. Mais les premières tentatives d’utilisation de l’énergie solaire datent déjà d’un certain temps. Si l'on ne prend pas en compte la légende d'une flotte incendiée à l'aide de l'énergie solaire concentrée dans la Grèce antique, alors l'utilisation réelle de l'énergie solaire a commencé aux XIXe et XXe siècles. En 1839, le scientifique Becquerel découvre l'effet photovoltaïque. Quelques décennies plus tard, Charles Fritts met au point un module solaire à base de sélénium recouvert d'or. Les premiers panneaux solaires produits au XXe siècle avaient un rendement ne dépassant pas 1 %. Mais à cette époque, c’était une véritable avancée. En conséquence, de nouveaux horizons de recherche et de nouvelles découvertes se sont ouverts aux scientifiques.

Albert Einstein a également apporté une contribution significative au développement de l'énergie solaire. Bien entendu, parmi ses réalisations, la théorie de la relativité est la plus souvent mentionnée. Mais il a reçu son prix Nobel pour avoir étudié le phénomène de l'effet photoélectrique externe. La technologie de production de panneaux solaires pour produire de l'électricité est constamment améliorée. On espère donc que nous assisterons bientôt à de nouvelles découvertes passionnantes dans ce domaine.

Domaines d'utilisation de l'énergie solaire

Le champ d’application de l’énergie solaire est assez large et en constante expansion. Ici, nous pouvons même mentionner une chose aussi simple qu'une douche d'été avec un réservoir au sommet. Il chauffe au soleil et vous pouvez le laver. L’utilisation d’installations solaires pour les habitations privées semblait encore récemment un fantasme, mais aujourd’hui, c’est devenu une réalité. De nos jours, de nombreux capteurs solaires sont produits pour chauffer des locaux domestiques et industriels. Il existe déjà des modèles capables de fonctionner à des températures inférieures à zéro. En outre, il existe toutes sortes d’appareils mobiles permettant de recharger des gadgets mobiles, des calculatrices et d’autres équipements alimentés par des panneaux photovoltaïques.

L'énergie solaire est actuellement utilisée dans des domaines de l'économie nationale tels que :

• Approvisionnement en énergie des maisons privées, des pensions, des sanatoriums ;
• Approvisionnement en énergie des agglomérations situées loin des infrastructures urbaines ;
• Agriculture;
• Cosmonautes;
• Écotourisme ;
• Éclairage public, éclairage décoratif des chalets d'été ;
• Département du logement et des services publics ;
• Dispositif de chargement.

Un peu plus tôt, l’énergie solaire et les technologies associées n’étaient utilisées que dans le domaine astronautique et militaire. À l'aide de photocellules, l'énergie était fournie aux satellites, à diverses stations mobiles, etc. Mais peu à peu, l’énergie solaire a commencé à être utilisée dans la vie quotidienne et dans la production. Aujourd’hui, on trouve souvent des installations solaires dans les régions du sud. Le plus souvent, ils sont utilisés dans le secteur privé, ainsi que dans les petites entreprises touristiques (sanatoriums, maisons de vacances, etc.).

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 sous l'aspect climatique, mais également comme source d'énergie alternative.

Où est utilisée l’énergie solaire ?

Le champ d'application de l'énergie solaire est très étendu et s'agrandit chaque année. Ainsi, tout récemment, une douche de campagne équipée d'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 mobiles alimentés à l’énergie solaire et même de petits appareils (par exemple des montres) alimentés par l’effet photovoltaïque.

De manière générale, 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 ;
• Éclairage de rue, de jardin et décoratif ;
• Logement et services communaux (ECS, éclairage de la maison) ;
• Technologie mobile (gadgets solaires et modules de recharge).

Auparavant, l'énergie solaire était principalement utilisée dans l'industrie spatiale (alimentation électrique des satellites, des stations, etc.) et dans l'industrie, mais au fil du temps, les énergies alternatives ont commencé à se développer activement dans la vie quotidienne. Parmi les premières installations équipées d'installations solaires figurent les pensionnats et les sanatoriums du sud, en particulier ceux situés dans des zones isolées.

Les installations solaires et leurs avantages

L'utilisation 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 étaient uniquement écologiques et inépuisables (et gratuites) de lumière solaire.

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

• Autonomie, puisqu'aucune communication énergétique externe n'est requise ;
• Alimentation électrique stable, de par sa nature spécifique, le courant solaire n'est pas soumis aux surtensions ;
• Rentable, 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 toutes saisons, les installations solaires fonctionnent efficacement même en cas de gel et par temps nuageux (avec une légère baisse d'efficacité) ;
• Simplicité et facilité d'entretien, puisqu'il suffit de nettoyer occasionnellement les faces avant des panneaux de la saleté.

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 dans lesquelles s'accumule l'énergie solaire générée pendant la journée.

Photoénergie

La photoénergie est l’une des deux façons d’utiliser le rayonnement solaire. Il s'agit d'un courant continu généré sous l'influence de la lumière du soleil. Cette transformation se produit dans ce qu'on appelle les photocellules, qui sont essentiellement une structure à deux couches de deux semi-conducteurs de types différents. 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 tombent sur eux et quittent leurs orbites, et l'impulsion énergétique est suffisante pour qu'ils se déplacent dans la zone du conducteur p. Cela produit un flux d’électrons dirigé appelé photocourant. En d’autres termes, l’ensemble de la structure fonctionne comme une sorte d’électrodes dans lesquelles l’électricité est générée sous l’influence du soleil.

Le silicium est utilisé pour produire de telles photocellules. Cela s'explique par le fait que le silicium, d'une part, est très répandu et, d'autre part, son traitement industriel ne nécessite pas de dépenses importantes.

Les photocellules au silicium sont :

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

Le champ d'application de chaque type de cellule est très étendu et est déterminé par ses caractéristiques opérationnelles.

Collecteurs solaires

Les capteurs solaires sont également utilisés comme convertisseurs d’énergie solaire, mais leur principe de 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 chauffer les maisons. L’élément principal de tout collecteur est un absorbeur, également appelé dissipateur thermique. 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 claire, soit d'antigel). De plus, l’absorbeur doit être peint en noir avec une peinture spéciale pour augmenter les coefficients d’absorption.

C'est en fonction du type d'absorbeurs que les collecteurs sont divisés en collecteurs plats et sous vide. Pour les plats, l'absorbeur de chaleur est réalisé sous la forme d'une plaque métallique à laquelle une bobine métallique avec liquide de refroidissement est soudée par le bas. Les absorbeurs de 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 du liquide de refroidissement est placée à l'intérieur. Toutes les tiges communiquent entre elles via des connecteurs spéciaux au niveau des joints de 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 thermiquement de manière fiable des murs. La face avant du boîtier est recouverte de 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. Chauffant jusqu'à des températures élevées dans le collecteur, le liquide de refroidissement passe par les tuyaux de raccordement dans le réservoir d'échange thermique, qui est rempli d'eau. Il traverse le réservoir à travers un tube serpentin, cédant sa chaleur à l'eau. Le liquide de refroidissement refroidi quitte le réservoir et est renvoyé dans le collecteur. Essentiellement, il s'agit d'une sorte de chaudière « solaire », seulement au lieu d'un serpentin de chauffage, un serpentin dans le réservoir est utilisé, et au lieu d'un réseau électrique, la lumière du soleil est utilisée.

Les différences de conception déterminent également la différence dans l'utilisation des capteurs sous vide et à plaques plates. 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 en été. Cependant, ils sont moins chers et plus simples que ceux sous vide, 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 par les maisons privées, mais également par les bâtiments urbains. Il n’est pas difficile de deviner comment les gens utilisent l’énergie solaire dans les mégapoles. Il est également utilisé pour le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude de bâtiments, souvent pour des blocs entiers.

Ces dernières années, le concept de maisons écologiques alimentées entièrement par des sources d'énergie alternatives a été activement développé et mis en œuvre. Ils utilisent des systèmes combinés pour obtenir efficacement l’énergie solaire, éolienne et thermique de la terre. Souvent, ces maisons couvrent non seulement entièrement leurs besoins énergétiques, mais transfèrent également le surplus vers les réseaux urbains. De plus, des projets de tels bâtiments écologiques sont apparus tout récemment en Russie.

Stations solaires et leurs types

Dans les régions du sud à fort ensoleillement, on construit non seulement des centrales solaires individuelles, mais aussi des centrales 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 favorable ont déjà entamé une transition progressive de l'ensemble du système énergétique vers cette option alternative. Sur la base du principe, les stations sont divisées en photothermiques et photoélectriques. Les premiers fonctionnent selon la méthode des collecteurs et alimentent les habitations en eau chauffée pour l'approvisionnement en eau chaude, tandis que les seconds produisent directement de l'électricité.

Il existe plusieurs types de stations solaires :

• La tour. Permet d'obtenir de la vapeur d'eau surchauffée fournie aux générateurs. Une tour avec un réservoir d'eau est située au centre de la station ; des héliostats (miroirs) sont placés autour d'elle, qui focalisent les rayons sur le réservoir. Ce sont des stations assez efficaces, leur principal inconvénient est la difficulté de positionner avec précision les miroirs.
• En forme de disque. Ils se composent d'un récepteur d'énergie solaire et d'un réflecteur. Un réflecteur est un miroir en forme de parabole qui concentre le rayonnement sur le récepteur. De tels concentrateurs d'énergie solaire sont situés à une courte distance du récepteur et leur nombre est déterminé par la puissance requise de l'installation.
• Parabolique. Des tubes contenant un liquide de refroidissement (généralement de l'huile) sont placés au foyer d'un long miroir parabolique. L'huile chauffée dégage de la chaleur à l'eau, qui bout et fait tourner les générateurs.
• Aérostatique. En fait, ce sont les stations solaires les plus efficaces et les plus mobiles au monde. Leur élément principal est un ballon doté d’une couche photovoltaïque remplie de vapeur d’eau. Il s'élève haut dans l'atmosphère (généralement au-dessus des nuages). La vapeur chauffée du ballon est amenée à la turbine par une conduite de vapeur flexible, se condense à la sortie et l'eau est pompée vers le ballon. Une fois dans la boule, l'eau s'évapore et le cycle continue.
• Sur piles photo. Il s'agit d'installations solaires déjà connues et utilisées dans les habitations privées. Ils fournissent l'électricité et le chauffage de l'eau dans les volumes requis.

Aujourd'hui, différents types de stations solaires (y compris celles combinées, combinant plusieurs types) jouent un rôle de plus en plus important dans la production d'énergie de nombreux pays. Et certains États restructurent leur secteur énergétique de telle manière que, dans quelques années, ils se tourneront presque entièrement vers des systèmes alternatifs.