Le mot « énergie » signifie la capacité de faire un travail. Le besoin d'énergie dans le monde augmente à une dimension très élevée en raison de la croissance naturelle et de l'utilisation des nouvelles technologies. La source des combustibles dont nous dépendons, comme le charbon, le gaz et le pétrole, est limitée. L'augmentation de la consommation de carburants suscite des inquiétudes quant au réchauffement climatique et à la pollution de l'air . En raison de la dépendance excessive des combustibles fossiles pour l'énergie, ils s'épuisent, il est nécessaire de trouver des sources d'énergie alternatives, et une source alternative est le soleil .
L'énergie solaire est la lumière rayonnante et la chaleur du soleil qui sont exploitées à l'aide d'une gamme de technologies en constante évolution telles que le chauffage solaire, l'énergie solaire thermique, l'architecture solaire et la photosynthèse artificielle.
C'est également une source essentielle d'énergie renouvelable, et ses technologies sont généralement qualifiées de solaire passif ou solaire actif selon la manière dont elles captent et distribuent l'énergie solaire ou la convertissent en énergie solaire.
Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette leçon, vous devriez être en mesure de :
Le soleil est une source d'énergie extrêmement puissante, et la lumière du soleil est de loin la plus grande source d'énergie reçue par la Terre. Le rayonnement solaire ou la lumière du soleil qui atteint le sol se compose de près de 50 % de lumière visible, de 45 % de rayonnement infrarouge et de plus petites quantités d'ultraviolet et d'autres formes de rayonnement électromagnétique. L'énergie solaire est simplement la lumière et la chaleur qui proviennent du soleil. L'énergie solaire est la source d'énergie renouvelable la plus propre et la plus abondante disponible.
Formes d'énergie solaire
Comme illustré ci-dessus, le panneau solaire est chargé de collecter la lumière du soleil ou le rayonnement solaire et de le convertir en énergie électrique. Le contrôleur de charge solaire régule le flux de courant du panneau solaire à la batterie. Le contrôleur surveille la tension de la batterie et réduit le courant lorsque la batterie est complètement chargée. La batterie stocke l'énergie pour une utilisation ultérieure. Un onduleur convertit le courant continu (généré par l'énergie solaire) en courant alternatif (qui est utilisé dans le réseau électrique). Le compteur mesure la quantité d'énergie utilisée par les appareils ménagers comme les réfrigérateurs, les ampoules et la télévision.
L'énergie solaire peut se présenter sous l'une des formes suivantes ;
Le rayonnement solaire peut être converti soit en énergie thermique, soit en énergie électrique .
L'énérgie thermique
Les dispositifs les plus couramment utilisés pour capter l'énergie solaire et la convertir en énergie thermique sont les capteurs plats, qui sont utilisés pour les applications de chauffage solaire. En raison de la faible intensité du rayonnement solaire à la surface de la Terre, ces capteurs doivent avoir une grande surface. Par exemple, un collecteur doit avoir une superficie d'environ 40 mètres carrés (430 pieds carrés) pour recueillir suffisamment d'énergie nécessaire pour une personne.
Les capteurs plans les plus répandus sont constitués d'une plaque de métal noircie, recouverte d'une ou deux feuilles de verre, qui est chauffée par la lumière du soleil qui tombe dessus. La chaleur de la lumière du soleil est ensuite transférée à l'air ou à l'eau, appelés fluides porteurs, qui s'écoulent à l'arrière de la plaque. Cette chaleur peut être utilisée directement ou peut être transférée vers un autre moyen de stockage. Le stockage de la chaleur pour une utilisation la nuit ou par temps nuageux est réalisé en utilisant des réservoirs isolés pour stocker l'eau chauffée pendant les périodes ensoleillées. Les capteurs plats chauffent généralement le fluide caloporteur à des températures allant de 66 à 93 degrés Celsius. L'efficacité de ces collecteurs varie de 20 à 80 %, selon la conception du collecteur.
Une autre méthode de conversion de l'énergie thermique se trouve dans les bassins solaires, qui sont des masses d'eau salée conçues pour collecter et stocker l'énergie solaire. La chaleur extraite de ces étangs permet la production de produits chimiques, de nourriture, de textiles, de piscines et de bétail. Les bassins solaires sont assez coûteux à installer et à entretenir et sont généralement limités aux zones rurales chaudes.
Production d'électricité
Le rayonnement solaire peut être converti directement en électricité par des cellules solaires. Dans de telles cellules, une petite tension électrique est générée lorsque la lumière frappe la jonction entre un métal et un semi-conducteur (comme le silicium) ou la jonction entre deux semi-conducteurs. La puissance générée par une seule cellule photovoltaïque est d'environ deux watts. L'efficacité énergétique de la plupart des cellules photovoltaïques actuelles n'est que d'environ 15 à 20 %, et comme l'intensité du rayonnement solaire est faible, pour commencer, des assemblages volumineux et coûteux de telles cellules sont nécessaires pour produire des quantités d'énergie même modérées.
De plus grandes unités de cellules photovoltaïques ont été utilisées pour alimenter les pompes à eau et les systèmes de communication dans les régions éloignées et les satellites de communication.
Les panneaux classiques en silicium cristallin et les technologies émergentes utilisant des cellules solaires à couche mince, y compris le photovoltaïque intégré au bâtiment, peuvent être installés par les propriétaires d'entreprise et les propriétaires sur leurs toits pour remplacer l'alimentation électrique conventionnelle.
Les centrales solaires à concentration utilisent des collecteurs de concentration ou de focalisation pour concentrer la lumière du soleil reçue d'une large zone dans un petit récepteur noirci, augmentant ainsi considérablement l'intensité de la lumière afin de produire des températures plus élevées. Les réseaux de miroirs ou de lentilles soigneusement alignés peuvent concentrer suffisamment de lumière solaire pour chauffer une température cible de 2 000 degrés Celsius ou plus. Cette chaleur peut ensuite être utilisée pour faire fonctionner une chaudière, qui à son tour génère de la vapeur pour une centrale électrique à turbine à vapeur. Pour produire directement de la vapeur, les miroirs mobiles peuvent être disposés de manière à concentrer de grandes quantités de rayonnement solaire sur des tuyaux noircis à travers lesquels l'eau circule et est ainsi chauffée.
Autres applications
L'énergie solaire est utilisée pour produire du sel à partir de l'eau de mer par évaporation. Les unités de dessalement à énergie solaire transforment l'eau salée en eau potable en convertissant l'énergie solaire en chaleur, directement ou indirectement, pour piloter le processus de dessalement.
La technologie solaire a également émergé pour la production propre et renouvelable d'hydrogène comme source d'énergie alternative.
Facteurs affectant les performances du système d'énergie solaire
1. Changement de temps
Comme l'exposition à la chaleur peut dégrader prématurément la production quotidienne des cellules solaires, des températures élevées entraînent une chute de tension et une baisse de puissance globale. Les cellules solaires fonctionnent mieux dans les climats froids que chauds. Par conséquent, une augmentation des températures au-dessus de 25 degrés Celsius entraîne une baisse de la puissance des panneaux solaires.
2. Ombrage
Lorsque l'ombre tombe même sur une petite partie du panneau solaire, le courant traversant toute la chaîne est réduit. Les cellules ombrées affectent le flux de courant de l'ensemble du système d'énergie solaire.
3. Orientation du toit
L'angle d'inclinaison des panneaux solaires doit être activement ajusté en fonction des changements de saisons, de latitude et de longitude et des heures d'ensoleillement.
4. Propreté du panneau solaire
La propreté de la surface du panneau solaire est directement liée à la conversion de puissance photoélectrique. Les tempêtes de sable, les environnements pollués et les précipitations sont quelques facteurs qui peuvent jouer un rôle dans la réduction de l'efficacité des modules solaires.
Avantages et inconvénients de l'énergie solaire
Les avantages de l'énergie solaire sont;
Les inconvénients de l'énergie solaire comprennent;
Résumé
