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L'utilisation de l'énergie solaire sur terre brièvement. Résumé : L'énergie solaire et ses perspectives d'utilisation

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

1 . Àvêtements secs

Le soleil a fait un excellent travail en nous envoyant son énergie, alors apprécions-le ! Le faisceau de lumière chaud sur le visage était 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 à vos amis : vous avez un sèche-linge nucléaire.

2 . ÀsRunAvectettb AvecdanssurYu eréà

Enlevez le soleil et qu'est-ce qui peut pousser? Avec juste de la terre et de la lumière du soleil, nous pouvons faire pousser des tomates, des poivrons, des pommes, des framboises, de la laitue et plus encore. Construisez des serres solaires qui stockent la chaleur du soleil afin de pouvoir cultiver des aliments même pendant les hivers froids.

3 . HungRetb danssurréà

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 plaque plate pour collecter la chaleur solaire. Avec un investissement d'environ 6 800 $, ces mécanismes fourniront 100 % d'eau chaude en été et 40 % en hiver.

4 . OhetAvectettb danssurréà

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 tous les micro-organismes. Si vous habitez près de la mer, vous pouvez utiliser l'énergie solaire pour dessaler votre eau.

5 . DEsurconstruisez votree euhjeeàtRetheAvectdanssur

Installer des panneaux solaires sur le toit.

6. Mettez la voiture en mouvemente

Imaginez une voiture propulsée uniquement par le soleil. La Nissan Leaf EV 16 000 kilomètres par an, par exemple, consommera 2 000 kW d'électricité. Le système photovoltaïque sur votre toit générera 2 200 kWh par an, et une fois que vous avez payé les panneaux solaires, l'énergie est gratuite.

7 . réjeje réethaina vashegsur résurmun

Lors de la conception d'une maison solaire passive, les fenêtres du côté sud et l'isolation du côté nord créent une masse thermique pour stocker la chaleur du soleil. Ces étapes peuvent réduire les besoins de chauffage jusqu'à 50 %. Maximiser la lumière naturelle du soleil réduit le besoin d'éclairage artificiel.

8. Pour le chauffage domestique

9. Cuire les aliments

Il existe différents types de cuiseurs solaires : certains utilisent des vitres 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. Énergie pour le monde

Chaque jour, le soleil rayonne 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, peut convertir cette énergie en vapeur puis en électricité. Nous pourrions répondre à tous les besoins énergétiques du monde avec seulement 5 % du Texas pour le solaire thermique. Alors, qui a besoin de pétrole et de marées noires ?

abstrait

sur le sujet:

"L'utilisation de l'énergie solaire"

Rempli par les élèves de la 8e année de l'école secondaire no 52

Larionov Sergueï et

Marchenko Zhenya.

Orsk 2000

"D'abord chirurgien, puis capitaine de plusieurs navires" Lemuel Gulliver, lors d'un de ses voyages, s'est retrouvé sur une île volante - Laputa. Entrant dans l'une des maisons abandonnées de Lagado, la capitale de Laputia, il y trouva un étrange homme émacié au visage de suie. Sa robe, sa chemise et sa peau étaient noircies de suie, et ses cheveux et sa barbe ébouriffés étaient brûlés par endroits. Cet incorrigible projecteur a passé huit ans à développer un projet pour extraire la lumière du soleil des concombres. Il avait l'intention de recueillir ces rayons dans des flacons hermétiquement clos, afin qu'en cas d'été froid ou pluvieux, ils réchauffent l'air. Il s'est dit confiant que dans huit ans, il sera en mesure de fournir la lumière du soleil là où elle est nécessaire.

Les capteurs de rayons de soleil d'aujourd'hui ne ressemblent en rien à la folie fantastique de Jonathan Swift, bien qu'ils fassent essentiellement la même chose que le héros de Swift - essayer d'attraper les rayons du soleil et de leur trouver une utilisation énergétique.

Déjà les peuples les plus anciens pensaient que toute vie sur Terre était générée et inextricablement liée au Soleil. Dans les religions des peuples les plus divers habitant la Terre, l'un des dieux les plus importants a toujours été le dieu du Soleil, qui donne à toutes choses une chaleur vivifiante.

En effet, la quantité d'énergie venant sur Terre de l'étoile la plus proche de nous est énorme. En seulement trois jours, le Soleil envoie à la Terre autant d'énergie qu'il en contient dans toutes les réserves de carburant que nous avons explorées ! Et bien qu'un tiers seulement de cette énergie atteigne la Terre - les deux tiers restants sont réfléchis ou diffusés par l'atmosphère - même cette partie de celle-ci est plus d'un millier et demi de fois supérieure à toutes les autres sources d'énergie utilisées par l'homme réunies ! Et en général, toutes les sources d'énergie disponibles sur Terre sont générées par le Soleil.

En définitive, c'est à l'énergie solaire que l'homme doit toutes ses réalisations techniques. Grâce au soleil, le cycle de l'eau se produit dans la nature, des courants d'eau se forment qui font tourner des roues hydrauliques. En chauffant la terre de différentes manières dans différentes parties de notre planète, le soleil provoque le mouvement de l'air, le même vent qui gonfle les voiles des navires et fait tourner les pales des éoliennes. Tous les combustibles fossiles utilisés dans l'énergie moderne proviennent à nouveau des rayons du soleil. C'est leur énergie qui, à l'aide de la photosynthèse, a été transformée par les plantes en masse verte qui, à la suite de processus à long terme, s'est transformée en pétrole, gaz et charbon.

Est-il possible d'utiliser directement l'énergie du soleil ? À première vue, ce n'est pas une tâche si difficile. Qui n'a pas essayé de graver une image sur une planche de bois par une journée ensoleillée avec une loupe ordinaire ! Une minute, une autre - et à la surface de l'arbre à l'endroit où la loupe a recueilli les rayons du soleil, un point noir et une légère fumée apparaissent. C'est ainsi que l'un des héros les plus aimés de Jules Verne, l'ingénieur Cyrus Smith, a sauvé ses amis lorsque leur incendie s'est éteint sur une île mystérieuse. L'ingénieur a fabriqué une lentille à partir de deux verres de montre, l'espace entre lesquels était rempli d'eau. Une "lentille" maison a concentré les rayons du soleil sur une poignée de mousse sèche et l'a enflammée.

Cette méthode relativement simple d'obtention de températures élevées est connue depuis l'Antiquité. Dans les ruines de l'ancienne capitale de Ninive en Mésopotamie, des lentilles primitives ont été trouvées, fabriquées au 12ème siècle avant JC. Seul le feu "pur", reçu directement des rayons du soleil, était censé allumer le feu sacré dans l'ancien temple romain de Vesta.

Il est intéressant de noter que les anciens ingénieurs ont également suggéré une autre idée de concentration des rayons du soleil - à l'aide de miroirs. Le grand Archimède nous a laissé un traité "Sur les miroirs incendiaires". Une légende poétique racontée par le poète byzantin Tsetses est associée à son nom.

Pendant les guerres puniques, la ville natale d'Archimède, Syracuse, a été assiégée par des navires romains. Le commandant de la flotte, Marcellus, ne doutait pas d'une victoire facile - après tout, son armée était beaucoup plus forte que les défenseurs de la ville. Le commandant naval arrogant n'a pas pris en compte une chose - le grand ingénieur est entré dans la lutte contre les Romains. Il inventa de redoutables machines de combat, construisit des armes de jet qui arrosaient les navires romains d'une grêle de pierres ou perçaient le fond d'une lourde poutre. D'autres machines munies d'une grue à crochet soulevaient les navires par la proue et les frappaient contre les rochers côtiers. Et une fois, les Romains ont vu avec étonnement que la place des soldats sur le mur de la ville assiégée était prise par des femmes avec des miroirs à la main. Au commandement d'Archimède, ils ont envoyé des rayons de soleil à un navire, à un point. Peu de temps après, un incendie se déclare sur le navire. Le même sort est arrivé à plusieurs autres navires des assaillants, jusqu'à ce qu'ils s'enfuient dans la confusion, hors de portée d'une arme redoutable.

Pendant de nombreux siècles, cette histoire a été considérée comme une belle fiction. Cependant, certains chercheurs modernes en histoire de la technologie ont fait des calculs, d'où il ressort que les miroirs incendiaires d'Archimède pourraient, en principe, exister.

Capteurs solaires

Nos ancêtres utilisaient l'énergie solaire à des fins plus prosaïques. Dans la Grèce antique et dans la Rome antique, la majeure partie des forêts a été rapacement abattue pour la construction de bâtiments et de navires. Le bois de chauffage n'était presque jamais utilisé pour le chauffage. L'énergie solaire était activement utilisée pour chauffer les bâtiments résidentiels et les serres. Les architectes ont essayé de construire des maisons de manière à ce qu'en hiver elles tombent autant que possible des rayons du soleil. L'ancien dramaturge grec Eschyle a écrit que les peuples civilisés diffèrent des barbares en ce que leurs maisons "face au soleil". L'écrivain romain Pline le Jeune a souligné que sa maison, située au nord de Rome, "collectait et augmentait la chaleur du soleil du fait que ses fenêtres étaient situées de manière à capter les rayons du soleil bas d'hiver".

Les fouilles de l'ancienne ville grecque d'Olynthus ont montré que toute la ville et ses maisons ont été conçues selon un plan unique et situées de manière à ce qu'en hiver vous puissiez attraper le plus de soleil possible, et en été, au contraire, évitez-les. Les pièces à vivre étaient nécessairement situées avec des fenêtres donnant sur le soleil et les maisons elles-mêmes avaient deux étages: l'un pour l'été, l'autre pour l'hiver. A Olynthos, ainsi que plus tard dans la Rome antique, il était interdit de placer les maisons de manière à masquer du soleil les maisons des voisins - une leçon d'éthique pour les créateurs de gratte-ciel d'aujourd'hui !

L'apparente simplicité d'obtenir de la chaleur en concentrant plus d'une fois les rayons du soleil a suscité un optimisme injustifié. Il y a un peu plus de cent ans, en 1882, le magazine russe Tekhnik publiait une note sur l'utilisation de l'énergie solaire dans une machine à vapeur : « Une machine à vapeur s'appelle un insolateur, dont la chaudière est chauffée à l'aide de la lumière du soleil recueillies à cet effet par un miroir réfléchissant spécialement aménagé. Le scientifique anglais John Tyndall a utilisé des miroirs coniques similaires de très grand diamètre pour étudier la chaleur des rayons lunaires. Professeur de français A.-B. Mouchot profita de l'idée de Tyndall, l'appliqua aux rayons du soleil, et obtint une chaleur suffisante pour former de la vapeur. L'invention, perfectionnée par l'ingénieur Pif, a été portée par lui à une telle perfection que la question de l'utilisation de la chaleur solaire peut être considérée comme définitivement résolue dans un sens positif.

L'optimisme des ingénieurs qui ont construit "l'insolateur" s'est avéré injustifié. Trop d'obstacles devaient encore être surmontés par les scientifiques pour que l'utilisation énergétique de la chaleur solaire devienne une réalité. Ce n'est que maintenant, après plus de cent ans, qu'une nouvelle discipline scientifique a commencé à se former, traitant des problèmes d'utilisation énergétique de l'énergie solaire - l'énergie solaire. Et ce n'est que maintenant que nous pouvons parler des premiers vrais succès dans ce domaine.

Quelle est la difficulté ? Tout d'abord, voici quoi. Avec une énorme énergie totale provenant du soleil, pour chaque mètre carré de la surface de la terre son représente un peu - de 100 à 200 watts, selon les coordonnées géographiques. Pendant les heures d'ensoleillement, cette puissance atteint 400-900 W/m 2 , et donc, pour obtenir une puissance perceptible, il faut d'abord collecter ce flux sur une grande surface puis le concentrer. Et bien sûr, le fait évident que cette énergie ne peut être reçue que pendant la journée est un gros inconvénient. La nuit, vous devez utiliser d'autres sources d'énergie ou en quelque sorte accumuler, accumuler de l'énergie solaire.

Usine de dessalement solaire

Vous pouvez capter l'énergie du soleil de différentes manières. La première façon est la plus directe et la plus naturelle : utiliser la chaleur solaire pour chauffer une sorte de liquide de refroidissement. Ensuite, le liquide de refroidissement chauffé peut être utilisé, par exemple, pour le chauffage ou l'approvisionnement en eau chaude (une température d'eau particulièrement élevée n'est pas nécessaire ici), ou pour obtenir d'autres types d'énergie, principalement électrique.

Le piège pour l'utilisation directe de la chaleur solaire est assez simple. Pour sa fabrication, vous aurez d'abord besoin d'une boîte fermée avec du verre à vitre ordinaire ou un matériau transparent similaire. Le verre de la fenêtre ne bloque pas les rayons du soleil, mais retient la chaleur qui réchauffe l'intérieur de la boîte. C'est, en substance, l'effet de serre, le principe sur lequel toutes les serres, serres, serres et vérandas sont construites.

La "petite" énergie solaire est très prometteuse. Il existe de nombreux endroits sur terre où le soleil frappe impitoyablement du ciel, asséchant le sol et brûlant la végétation, transformant la région en désert. En principe, il est possible de rendre ces terres fertiles et habitables. Il faut « seulement » l'approvisionner en eau, construire des villages avec des maisons confortables. Pour tout cela, il faut d'abord beaucoup d'énergie. C'est une tâche très importante et intéressante de recevoir cette énergie du même soleil flétri et destructeur, transformant le soleil en un allié de l'homme.

Dans notre pays, ces travaux étaient dirigés par l'Institut de l'énergie solaire de l'Académie des sciences de la RSS turkmène, à la tête de l'association de recherche et de production "Sun". Il est tout à fait clair pourquoi cette institution dont le nom semble provenir des pages d'un roman de science-fiction est située précisément en Asie centrale - après tout, à Achgabat un après-midi d'été, chaque kilomètre carré reçoit un flux d'énergie solaire équivalent en puissance à une grosse centrale électrique !

Tout d'abord, les scientifiques ont dirigé leurs efforts pour obtenir de l'eau en utilisant l'énergie solaire. Il y a de l'eau dans le désert et il est relativement facile de la trouver - elle n'est pas profonde. Mais cette eau ne peut pas être utilisée - trop de sels différents y sont dissous, elle est généralement encore plus amère que l'eau de mer. Pour utiliser l'eau souterraine du désert pour l'irrigation, pour boire, il faut la dessaler. Si cela a été fait, nous pouvons supposer que l'oasis artificielle est prête: ici, vous pouvez vivre dans des conditions normales, faire paître des moutons, cultiver des jardins et toute l'année - il y a suffisamment de soleil même en hiver. Selon les calculs des scientifiques, sept mille oasis de ce type peuvent être construites rien qu'au Turkménistan. Toute l'énergie dont ils ont besoin proviendra du soleil.

Le principe de fonctionnement d'un dessalinisateur solaire est très simple. Il s'agit d'un récipient contenant de l'eau saturée de sels, fermé par un couvercle transparent. L'eau est chauffée par les rayons du soleil, s'évapore progressivement et la vapeur se condense sur un couvercle plus froid. L'eau purifiée (les sels ne se sont pas évaporés !) s'écoule du couvercle dans un autre récipient.

Des constructions de ce type sont connues depuis longtemps. Les gisements de salpêtre les plus riches des régions arides du Chili au siècle dernier n'étaient presque pas développés en raison du manque d'eau potable. Ensuite, dans la ville de Las Sali-nas, selon ce principe, une usine de dessalement d'une superficie de 5 000 mètres carrés a été construite, qui par une chaude journée a produit 20 000 litres d'eau douce.

Mais ce n'est que maintenant que les travaux sur l'utilisation de l'énergie solaire pour le dessalement de l'eau se sont déployés sur un large front. Pour la première fois au monde, une véritable «conduite d'eau solaire» a été lancée à la ferme d'État de Bakharden Turkmen, qui fournit de l'eau douce aux gens et fournit de l'eau pour l'irrigation des terres arides. Des millions de litres d'eau dessalée obtenus à partir d'installations solaires élargiront considérablement les limites des pâturages des fermes d'État.

Les gens dépensent beaucoup d'énergie pour le chauffage hivernal des habitations et des bâtiments industriels, pour l'approvisionnement en eau chaude toute l'année. Et ici, le soleil peut venir à la rescousse. Des installations solaires capables d'alimenter les élevages en eau chaude ont été développées. Le piège solaire développé par des scientifiques arméniens est de conception très simple. Il s'agit d'une cellule rectangulaire d'un mètre et demi, dans laquelle un radiateur en forme de vague provenant d'un système de canalisations est situé sous un revêtement spécial qui absorbe efficacement la chaleur. Il suffit de connecter un tel piège à l'alimentation en eau et de l'exposer au soleil, car un jour d'été, jusqu'à trente litres d'eau chauffée à 70-80 degrés en sortiront par heure. L'avantage de cette conception est que les cellules peuvent être construites, comme des cubes, dans une variété d'installations, augmentant considérablement les performances du chauffe-eau solaire. Les spécialistes envisagent de transférer une zone résidentielle expérimentale d'Erevan au chauffage solaire. Les appareils de chauffage de l'eau (ou de l'air), appelés capteurs solaires, sont produits par notre industrie. Des dizaines d'installations solaires et de systèmes d'approvisionnement en eau chaude d'une capacité allant jusqu'à 100 tonnes d'eau chaude par jour ont été créés pour fournir une variété d'installations.

Des chauffe-eau solaires sont installés sur de nombreuses maisons construites à divers endroits de notre pays. Un côté du toit en pente, face au soleil, est constitué de chauffe-eau solaires qui fournissent de la chaleur et de l'eau chaude à la maison. Il est prévu de construire des colonies entières composées de telles maisons.

Non seulement dans notre pays sont confrontés au problème de l'utilisation de l'énergie solaire. Tout d'abord, des scientifiques de pays situés sous les tropiques, où il y a beaucoup de jours ensoleillés par an, se sont intéressés à l'énergie solaire. En Inde, par exemple, ils ont développé tout un programme d'utilisation de l'énergie solaire. La première centrale solaire du pays fonctionne à Madras. Des usines expérimentales de dessalement, des séchoirs à grains et des pompes à eau fonctionnent dans les laboratoires de scientifiques indiens. Une installation de réfrigération solaire a été fabriquée à l'Université de Delhi, capable de refroidir les produits à 15 degrés en dessous de zéro. Ainsi, le soleil peut non seulement chauffer, mais aussi refroidir ! Dans la Birmanie voisine de l'Inde, des étudiants de l'Institut de technologie de Rangoon ont construit une cuisinière qui utilise la chaleur du soleil pour cuire les aliments.

Même en Tchécoslovaquie, loin au nord, il y a maintenant 510 installations de chauffage solaire en fonctionnement. La superficie totale de leurs collecteurs existants est deux fois la taille d'un terrain de football ! Les rayons du soleil réchauffent les jardins d'enfants et les élevages, les piscines extérieures et les maisons individuelles.

Dans la ville de Holguin à Cuba, une installation solaire originale développée par des spécialistes cubains est entrée en service. Il est situé sur le toit de l'hôpital pour enfants et lui fournit de l'eau chaude même les jours où le soleil est obscurci par les nuages. Selon les experts, de telles installations, qui sont déjà apparues dans d'autres villes cubaines, permettront d'économiser beaucoup de carburant.

La construction d'un "village solaire" a commencé dans la province algérienne de Msila. Les habitants de cette colonie assez grande recevront toute l'énergie du soleil. Chaque immeuble résidentiel de ce village sera équipé d'un capteur solaire. Des groupes séparés de capteurs solaires fourniront de l'énergie aux installations industrielles et agricoles. Les spécialistes de l'Organisation nationale de recherche d'Alger et de l'Université des Nations Unies, qui ont conçu cette colonie, sont convaincus qu'elle deviendra le prototype de milliers de colonies similaires dans les pays chauds.

Le droit d'être appelé la première colonie solaire est contesté par le village algérien de la ville australienne de White Cliffs, qui est devenu le site de la centrale solaire d'origine. Le principe d'utilisation de l'énergie solaire est particulier ici. Des scientifiques de l'Université nationale de Canberra ont proposé d'utiliser la chaleur solaire pour décomposer l'ammoniac en hydrogène et en azote. Si ces composants sont autorisés à se recombiner, de la chaleur sera libérée et pourra être utilisée pour faire fonctionner une centrale électrique de la même manière que la chaleur produite par la combustion d'un combustible conventionnel. Cette méthode d'utilisation de l'énergie est particulièrement attrayante car l'énergie peut être stockée pour une utilisation future sous forme d'azote et d'hydrogène qui n'ont pas encore réagi et utilisés la nuit ou les jours de pluie.

Installation d'héliostats à la centrale solaire de Crimée

La méthode chimique d'obtention de l'électricité du soleil est généralement assez tentante. Lors de son utilisation, l'énergie solaire peut être stockée pour une utilisation future, stockée comme n'importe quel autre combustible. Un dispositif expérimental fonctionnant selon ce principe a été créé dans l'un des centres de recherche en Allemagne. L'unité principale de cette installation est un miroir parabolique de 1 mètre de diamètre, qui est constamment dirigé vers le soleil à l'aide de systèmes de suivi complexes. Au foyer du miroir, la lumière solaire concentrée crée une température de 800 à 1000 degrés. Cette température est suffisante pour la décomposition de l'anhydride sulfurique en anhydride sulfureux et en oxygène, qui sont pompés dans des conteneurs spéciaux. Si nécessaire, les composants sont introduits dans le réacteur de régénération, où, en présence d'un catalyseur spécial, l'anhydride sulfurique initial est formé à partir d'eux. Dans ce cas, la température monte à 500 degrés. La chaleur peut ensuite être utilisée pour transformer l'eau en vapeur, qui fait tourner une turbine dans un générateur électrique.

Des scientifiques de l'Institut de l'énergie G. M. Krzhizhanovsky mènent des expériences directement sur le toit de leur immeuble dans un Moscou pas si ensoleillé. Un miroir parabolique, concentrant les rayons solaires, chauffe jusqu'à 700 degrés un gaz placé dans un cylindre métallique. Le gaz chaud peut non seulement transformer l'eau en vapeur dans l'échangeur de chaleur, qui fera tourner le turbogénérateur. En présence d'un catalyseur spécial, en cours de route, il peut être converti en monoxyde de carbone et en hydrogène, qui sont des produits énergétiquement beaucoup plus rentables que les originaux. Lorsque l'eau est chauffée, ces gaz ne disparaissent pas - ils se refroidissent simplement. Ils peuvent être brûlés et obtenir de l'énergie supplémentaire, et lorsque le soleil est couvert de nuages ou la nuit. Des projets sont à l'étude pour utiliser l'énergie solaire pour stocker l'hydrogène, censé être le carburant universel du futur. Pour ce faire, vous pouvez utiliser l'énergie obtenue à partir de centrales solaires situées dans les déserts, c'est-à-dire là où il est difficile d'utiliser l'énergie sur place.

Il existe également des moyens assez inhabituels. La lumière du soleil elle-même peut décomposer une molécule d'eau si un catalyseur approprié est présent. Encore plus exotiques sont les projets déjà existants de production d'hydrogène à grande échelle à l'aide de bactéries ! Le processus suit le schéma de la photosynthèse : la lumière du soleil est absorbée, par exemple, par les algues bleu-vert, qui se développent assez rapidement. Ces algues peuvent servir de nourriture à certaines bactéries qui libèrent de l'hydrogène de l'eau au cours de leur activité vitale. Des études menées avec différents types de bactéries par des scientifiques soviétiques et japonais ont montré qu'en principe, toute l'énergie d'une ville d'un million d'habitants peut être fournie par l'hydrogène libéré par des bactéries qui se nourrissent d'algues bleues sur une plantation de seulement 17,5 mètres carrés. kilomètres. Selon les calculs des spécialistes de l'Université d'État de Moscou, un réservoir de la taille de la mer d'Aral peut fournir de l'énergie à presque tout notre pays. Bien sûr, de tels projets sont encore loin d'être mis en œuvre. Cette idée pleine d'esprit nécessitera la résolution de nombreux problèmes scientifiques et techniques, même au 21e siècle. Utiliser des êtres vivants au lieu d'énormes machines pour l'énergie est une idée qui vaut la peine de vous casser la tête.

Des projets de centrale électrique, où la turbine sera entraînée en rotation par de la vapeur obtenue à partir d'eau chauffée par les rayons du soleil, sont actuellement développés dans différents pays. En URSS, une centrale solaire expérimentale de ce type a été construite sur la côte ensoleillée de la Crimée, près de Kertch. L'emplacement de la gare n'a pas été choisi par hasard, car dans cette zone le soleil brille près de deux mille heures par an. De plus, il est également important que les terres ici soient salines, impropres à l'agriculture, et la station occupe une zone assez vaste.

La gare est une structure inhabituelle et impressionnante. Une chaudière à générateur de vapeur solaire est installée sur une immense tour de plus de quatre-vingts mètres de haut. Et autour de la tour sur une vaste zone d'un rayon de plus d'un demi-kilomètre, les héliostats sont situés dans des cercles concentriques - des structures complexes, dont le cœur de chacune est un immense miroir d'une superficie de plus de 25 mètres carrés. Les concepteurs de la station ont dû résoudre une tâche très difficile - après tout, tous les héliostats (et il y en a beaucoup - 1600 !) devaient être positionnés de manière à ce qu'à n'importe quelle position du soleil dans le ciel, aucun d'entre eux ne soit être dans l'ombre, et le rayon de soleil projeté par chacun d'eux frapperait exactement au sommet de la tour, là où se trouve la chaudière à vapeur (c'est pourquoi la tour est si haute). Chaque héliostat est équipé d'un dispositif spécial pour faire tourner le miroir. Les miroirs doivent se déplacer continuellement en suivant le soleil - après tout, il bouge tout le temps, ce qui signifie que le lapin peut bouger et ne pas tomber sur la paroi de la chaudière, ce qui affectera immédiatement le fonctionnement de la station. Le fait que les trajectoires des héliostats changent chaque jour complique encore le travail de la station : la Terre se déplace en orbite et le Soleil modifie légèrement sa route dans le ciel chaque jour. Par conséquent, le contrôle du mouvement des héliostats est confié à un ordinateur électronique - seule sa mémoire sans fond est capable d'accueillir les trajectoires de mouvement pré-calculées de tous les miroirs.

Construction d'une centrale solaire

Sous l'action de la chaleur solaire concentrée par des héliostats, l'eau du générateur de vapeur est portée à une température de 250 degrés et se transforme en vapeur à haute pression. La vapeur entraîne la turbine, qui entraîne le générateur électrique, et un nouveau filet d'énergie né du soleil s'écoule dans le système énergétique de la Crimée. La production d'énergie ne s'arrêtera pas si le soleil est couvert de nuages, et même la nuit. Des accumulateurs de chaleur installés au pied de la tour viendront à la rescousse. L'excédent d'eau chaude les jours ensoleillés est envoyé dans des installations de stockage spéciales et sera utilisé lorsqu'il n'y a pas de soleil.

La puissance de cette centrale expérimentale est relativement
petit - seulement 5 000 kilowatts. Mais rappelons-nous : c'était la capacité de la première centrale nucléaire, l'ancêtre de la puissante industrie nucléaire. Et la production d'énergie n'est en aucun cas la tâche la plus importante de la première centrale solaire - c'est pourquoi on l'appelle expérimentale, car avec son aide, les scientifiques devront trouver des solutions à des problèmes très complexes d'exploitation de telles centrales. Et ces problèmes sont nombreux. Comment, par exemple, protéger les miroirs de la contamination ? Après tout, la poussière s'y dépose, il reste des traînées de pluie, ce qui réduira immédiatement la puissance de la station. Il s'est même avéré que toutes les eaux ne conviennent pas au lavage des miroirs. J'ai dû inventer une unité de lavage spéciale qui surveille la propreté des héliostats. A la station expérimentale, ils passent un examen sur les performances d'un dispositif de concentration de la lumière solaire, leur équipement le plus sophistiqué. Mais le plus long voyage commence par le premier pas. Cette étape vers l'obtention de quantités importantes d'électricité à l'aide du soleil permettra de réaliser la centrale solaire expérimentale de Crimée.

Les spécialistes soviétiques se préparent à passer à l'étape suivante. La plus grande centrale solaire au monde d'une capacité de 320 000 kilowatts a été conçue. Le lieu pour cela a été choisi en Ouzbékistan, dans la steppe de Karshi, près de la jeune ville vierge de Talimarjan. Dans ce pays, le soleil ne brille pas moins généreusement qu'en Crimée. Selon le principe de fonctionnement, cette station ne diffère pas de celle de Crimée, mais toutes ses installations sont beaucoup plus grandes. La chaudière sera située à une hauteur de deux cents mètres, et un champ d'héliostat s'étendra sur plusieurs hectares autour de la tour. Des miroirs brillants (72 000 !), obéissant aux signaux informatiques, concentreront les rayons du soleil à la surface de la chaudière, la vapeur surchauffée fera tourner la turbine, le générateur donnera un courant de 320 000 kilowatts - c'est déjà beaucoup de puissance, et les intempéries prolongées qui empêchent la production d'énergie dans une centrale solaire peuvent affecter considérablement les consommateurs. Par conséquent, la conception de la station prévoit également une chaudière à vapeur conventionnelle utilisant du gaz naturel. Si le temps nuageux s'éternise, la vapeur sera fournie à la turbine à partir d'une autre chaudière conventionnelle.

Des centrales solaires du même type sont en cours de développement dans d'autres pays. Aux États-Unis, sous le soleil de Californie, la première centrale solaire de type tour d'une capacité de 10 000 kilowatts a été construite. Au pied des Pyrénées, des spécialistes français mènent des recherches à la station Thémis d'une capacité de 2,5 mille kilowatts. La station GAST d'une capacité de 20 000 kilowatts a été conçue par des scientifiques ouest-allemands.

Jusqu'à présent, l'énergie électrique générée par les rayons solaires est beaucoup plus chère que celle obtenue par les méthodes traditionnelles. Les scientifiques espèrent que les expériences qu'ils réaliseront dans les installations et les stations expérimentales aideront à résoudre des problèmes non seulement techniques mais aussi économiques.

Selon les calculs, le soleil devrait aider à résoudre non seulement les problèmes énergétiques, mais également les tâches que notre ère atomique et spatiale a confiées aux spécialistes. Pour construire de puissants vaisseaux spatiaux, d'immenses installations nucléaires, pour créer des machines électroniques qui effectuent des centaines de millions d'opérations par seconde, de nouveaux
matériaux - super-réfractaires, super-résistants, ultra-purs. Il est très difficile de les obtenir. Les méthodes traditionnelles de la métallurgie ne sont pas adaptées à cela. Des technologies plus sophistiquées, telles que la fusion par faisceaux d'électrons ou courants micro-ondes, ne conviennent pas non plus. Mais la chaleur solaire pure peut être ici un assistant fiable. Certains héliostats lors des tests transpercent facilement une feuille d'aluminium épaisse avec leur rayon de soleil. Et si on mettait plusieurs dizaines de tels héliostats ? Et ensuite laisser les rayons d'eux frapper le miroir concave du concentrateur ? Le rayon de soleil d'un tel miroir peut faire fondre non seulement l'aluminium, mais aussi presque tous les matériaux connus. Un four de fusion spécial, où le concentrateur transférera toute l'énergie solaire collectée, brillera plus fort que mille soleils.

Four à haute température avec un diamètre de miroir de trois mètres.

Le soleil fait fondre le métal dans le creuset

Les projets et les avancées que nous avons partagés utilisent la chaleur solaire pour produire de l'énergie, qui est ensuite convertie en électricité. Mais encore plus tentant est un autre moyen - la conversion directe de l'énergie solaire en électricité.

Pour la première fois, une allusion au lien entre l'électricité et la lumière a été entendue dans les écrits du grand Écossais James Clerk Maxwell. Expérimentalement, cette connexion a été prouvée dans les expériences de Heinrich Hertz, qui en 1886-1889 a montré que les ondes électromagnétiques se comportent exactement de la même manière que les ondes lumineuses - elles se propagent sur la même ligne droite, formant des ombres. Il a même réussi à fabriquer un prisme géant à partir de deux tonnes d'asphalte, qui réfractait les ondes électromagnétiques, comme un prisme de verre - la lumière.

Mais même dix ans plus tôt, Hertz a remarqué de manière inattendue que la décharge entre deux électrodes se produit beaucoup plus facilement si ces électrodes sont éclairées par de la lumière ultraviolette.

Ces expériences, qui n'ont pas été développées dans les travaux de Hertz, ont intéressé Alexander Grigoryevich Stoletov, professeur de physique à l'Université de Moscou. En février 1888, il entame une série d'expériences visant à étudier le mystérieux phénomène. L'expérience décisive prouvant la présence de l'effet photoélectrique - l'apparition d'un courant électrique sous l'influence de la lumière - a été réalisée le 26 février. Dans la configuration expérimentale de Stoletov, un courant électrique circulait, généré par des rayons lumineux. En fait, la première cellule photoélectrique a été lancée, qui a ensuite trouvé de nombreuses applications dans divers domaines technologiques.

Au début du 20ème siècle, Albert Einstein crée la théorie de l'effet photoélectrique, et il semblerait que tous les outils pour maîtriser cette source d'énergie soient apparus entre les mains des chercheurs. Des cellules solaires à base de sélénium ont été créées, puis des cellules plus avancées - le thallium. Mais ils avaient une efficacité très faible et n'étaient utilisés que dans des dispositifs de contrôle, comme les tourniquets habituels du métro, dans lesquels un faisceau lumineux barre le passage aux passagers clandestins.

L'étape suivante a été franchie lorsque les scientifiques ont étudié en détail les propriétés photoélectriques des semi-conducteurs découverts dans les années 70 du siècle dernier. Il s'est avéré que les semi-conducteurs sont beaucoup plus efficaces que les métaux pour convertir la lumière du soleil en énergie électrique.

L'académicien Abram Fedorovich Ioffe rêvait d'utiliser des semi-conducteurs dans l'énergie solaire dans les années 1930, lorsque B. T. Kolomiets et Yu. Efficacité temporelle - 1%! L'étape suivante dans cette direction de recherche a été la création de photocellules au silicium. Déjà les premiers échantillons d'entre eux avaient une efficacité de 6%. En utilisant de tels éléments, on pourrait penser à la production pratique d'énergie électrique à partir des rayons du soleil.

La première batterie solaire a été créée en 1953. Au début, ce n'était qu'un modèle de démonstration. Certaines applications pratiques n'étaient pas prévues à l'époque - la puissance des premiers panneaux solaires était trop faible. Mais ils sont apparus juste à temps, pour eux une tâche responsable a été rapidement trouvée. L'humanité se préparait à entrer dans l'espace. La tâche d'alimenter en énergie de nombreux mécanismes et instruments d'engins spatiaux est devenue l'une des priorités. Les batteries existantes, dans lesquelles il serait possible de stocker de l'énergie électrique, sont d'un encombrement et d'un poids inacceptables. Une trop grande partie de la charge utile du navire serait consacrée au transport de sources d'énergie qui, d'ailleurs, progressivement consommées, se transformeraient bientôt en lest encombrants inutiles. Le plus tentant serait d'avoir sa propre centrale électrique à bord du vaisseau spatial, de préférence sans carburant. De ce point de vue, la batterie solaire s'est avérée être un appareil très pratique. Les scientifiques ont attiré l'attention sur cet appareil au tout début de l'ère spatiale.

Déjà le troisième satellite terrestre artificiel soviétique, lancé en orbite le 15 mai 1958, était équipé d'une batterie solaire. Et maintenant, les ailes grandes ouvertes, sur lesquelles se trouvent des centrales solaires entières, font désormais partie intégrante de la conception de tout vaisseau spatial. Dans les stations spatiales soviétiques "Salyut" et "Mir", les batteries solaires fournissent pendant de nombreuses années de l'énergie aux systèmes de survie des astronautes et à de nombreux instruments scientifiques installés dans la station.

Station interplanétaire automatique "Vega"

Sur Terre, malheureusement, cette méthode d'obtention de grandes quantités d'énergie électrique est une question d'avenir. Les raisons en sont le faible facteur d'efficacité des cellules solaires déjà mentionné par nous. Les calculs montrent que pour recevoir de grandes quantités d'énergie, les panneaux solaires doivent occuper une immense surface - des milliers de kilomètres carrés. Le besoin d'électricité de l'Union soviétique, par exemple, ne pourrait être satisfait aujourd'hui que par une batterie solaire d'une superficie de 10 000 kilomètres carrés, située dans les déserts d'Asie centrale. Aujourd'hui, il est presque impossible de produire un si grand nombre de cellules solaires. Les matériaux ultra-purs utilisés dans les cellules solaires modernes sont extrêmement coûteux. Pour les fabriquer, vous avez besoin des équipements les plus sophistiqués, l'utilisation de procédés technologiques spéciaux. Les considérations économiques et technologiques ne permettent pas encore de tabler sur l'obtention de quantités importantes d'énergie électrique de cette manière. Cette tâche reste pour le 21ème siècle.

station solaire

Récemment, des chercheurs soviétiques - des leaders reconnus de la science mondiale dans le domaine de la conception de matériaux pour les photocellules à semi-conducteurs - ont réalisé un certain nombre de travaux qui ont permis de rapprocher le temps de la création de centrales solaires. En 1984, le prix d'État de l'URSS a été décerné aux travaux de chercheurs dirigés par l'académicien Zh. Alferov, qui a réussi à créer des structures complètement nouvelles de matériaux semi-conducteurs pour les photocellules. L'efficacité des panneaux solaires faits de nouveaux matériaux est déjà de 30 %, et théoriquement elle peut atteindre 90 % ! L'utilisation de telles photocellules permettra de réduire de plusieurs dizaines de fois la surface des panneaux des futures centrales solaires. Ils peuvent être réduits des centaines de fois plus si le flux solaire est d'abord collecté sur une grande surface, concentré, puis appliqué à une batterie solaire. Ainsi, dans l'avenir du 21e siècle, les centrales solaires à cellules photoélectriques peuvent devenir une source d'énergie commune. Oui, et aujourd'hui, il est déjà logique d'obtenir de l'énergie à partir de panneaux solaires là où il n'y a pas d'autres sources d'énergie.

Par exemple, dans le désert de Karakoum, un appareil développé par des spécialistes turkmènes utilisant l'énergie solaire a été utilisé pour souder des structures agricoles. Au lieu d'apporter des bouteilles de gaz comprimé encombrantes avec eux, les soudeurs peuvent utiliser une petite valise bien rangée qui contient un panneau solaire. Le courant électrique continu généré par les rayons du soleil est utilisé pour décomposer chimiquement l'eau en hydrogène et en oxygène, qui sont introduits dans le brûleur d'une machine à souder au gaz. Il y a de l'eau et du soleil dans le Karakoum près de n'importe quel puits, de sorte que les cylindres encombrants qui ne sont pas faciles à transporter à travers le désert sont devenus inutiles.

Une grande centrale solaire d'une capacité d'environ 300 kilowatts est en cours de création à l'aéroport de la ville de Phoenix, dans l'État américain de l'Arizona. L'énergie solaire sera convertie en électricité par une batterie solaire composée de 7 200 cellules solaires. Dans le même État, fonctionne l'un des plus grands systèmes d'irrigation au monde, dont les pompes utilisent l'énergie du soleil, convertie en électricité par des cellules photovoltaïques. Des pompes solaires fonctionnent également au Niger, au Mali et au Sénégal. D'énormes panneaux solaires alimentent des moteurs de pompe qui tirent l'eau douce nécessaire dans ces zones désertiques de la vaste mer souterraine sous les sables.

Une ville entièrement écologique, dont tous les besoins énergétiques seront satisfaits par des sources renouvelables, est en cours de construction au Brésil. Des chauffe-eau solaires seront installés sur les toits des maisons de cet habitat insolite. Quatre éoliennes alimenteront des générateurs d'une capacité de 20 kilowatts chacun. Les jours calmes, l'électricité proviendra d'un immeuble situé au centre-ville. Son toit et ses murs sont en panneaux solaires. S'il n'y a ni vent ni soleil, l'énergie proviendra de générateurs ordinaires équipés de moteurs à combustion interne, mais aussi de générateurs spéciaux - pas d'essence ou de carburant diesel, mais l'alcool, qui ne produit pas d'émissions nocives, leur servira de carburant.

Les panneaux solaires entrent peu à peu dans notre quotidien. Personne n'est surpris par l'apparition dans les magasins de microcalculatrices fonctionnant sans piles. La source d'alimentation pour eux est une petite batterie solaire montée dans le couvercle de l'appareil. Remplacez les autres sources d'alimentation par une batterie solaire miniature et dans les horloges électroniques, les radios et les magnétophones. Il y a des radiotéléphones solaires le long des routes dans le désert du Sahara. La ville péruvienne de Tiruntam est devenue propriétaire de tout un réseau de radiotéléphonie alimenté par des panneaux solaires. Des experts japonais ont conçu une batterie solaire dont la taille et la forme ressemblent à une tuile ordinaire. Si une maison est recouverte de telles tuiles solaires, il y aura alors suffisamment d'électricité pour répondre aux besoins de ses habitants. Certes, on ne sait toujours pas comment ils vont s'en sortir pendant les périodes de chutes de neige, de pluie et de brouillard ? Apparemment, il ne sera pas possible de se passer du câblage électrique traditionnel.

Hors compétition, les panneaux solaires se trouvent là où il y a beaucoup de journées ensoleillées, et il n'y a pas d'autres sources d'énergie. Par exemple, des signaleurs du Kazakhstan ont installé deux stations de relais radio entre Alma-Ata et la ville de Shevchenko sur Mangyshlak pour transmettre des programmes de télévision. Mais ne posez pas de ligne électrique pour les alimenter. Les batteries solaires, fournies les jours ensoleillés, ont aidé, et il y en a beaucoup sur Mangyshlak - il y a suffisamment d'énergie pour alimenter le récepteur et l'émetteur.

Une bonne protection pour les animaux au pâturage est un fil fin à travers lequel passe un faible courant électrique. Mais les pâturages sont généralement situés loin des lignes électriques. Les ingénieurs français ont suggéré une issue. Ils ont développé une clôture autonome alimentée par un panneau solaire. Un panneau solaire ne pesant qu'un kilo et demi fournit de l'énergie à un générateur électronique, qui envoie des impulsions de courant à haute tension dans une clôture similaire, sûre, mais suffisamment sensible pour les animaux. Une telle batterie suffit pour construire une clôture de 50 kilomètres de long.

Les passionnés d'énergie solaire ont proposé de nombreux modèles de véhicules exotiques qui se passent de carburant traditionnel. Des designers mexicains ont mis au point une voiture électrique alimentée par des panneaux solaires. Selon leurs calculs, sur de courtes distances, cette voiture électrique pourra atteindre des vitesses allant jusqu'à 40 kilomètres à l'heure. Le record du monde de vitesse pour une voiture solaire - 50 kilomètres à l'heure - devrait être établi par des concepteurs allemands.

Mais l'ingénieur australien Hans Tolstrup a appelé sa voiture solaire "Plus tranquillement - vous continuerez". Sa conception est extrêmement simple : un cadre tubulaire en acier sur lequel sont montés les roues et les freins d'un vélo de course. Le corps de la machine est en fibre de verre et ressemble à une baignoire ordinaire avec de petites fenêtres. D'en haut, toute cette structure est recouverte d'un toit plat, sur lequel sont fixées 720 cellules photovoltaïques au silicium. Le courant qui en provient alimente un moteur électrique d'une puissance de 0,7 kilowatt. Les voyageurs (et en plus du concepteur, ingénieur et pilote de course Larry Perkins ont participé à la course) se sont donné pour tâche de traverser l'Australie de l'océan Indien au Pacifique (c'est 4130 kilomètres !) en pas plus de 20 jours. Début 1983, un équipage atypique est parti de la ville de Perth pour finir à Sydney. On ne peut pas dire que le voyage ait été particulièrement agréable. Au milieu de l'été australien, la température dans le cockpit est montée à 50 degrés. Les concepteurs ont économisé chaque kilogramme du poids de la voiture et ont donc abandonné les ressorts, qui n'ont en aucun cas contribué au confort. En chemin, ils ne voulaient plus s'arrêter (après tout, le voyage ne devait pas durer plus de 20 jours), et il était impossible d'utiliser les communications radio en raison du fort bruit du moteur. Par conséquent, les coureurs ont dû écrire des notes pour le groupe d'escorte et les jeter sur la route. Et pourtant, malgré les difficultés, la voiture solaire avançait régulièrement vers son objectif, étant sur la route 11 heures par jour. La vitesse moyenne de la voiture était de 25 kilomètres par heure. Ainsi, lentement mais sûrement, la voiture solaire a surmonté la section la plus difficile de la route - la Great Dividing Range, et à la fin du contrôle vingt jours se sont solennellement terminés à Sydney. Ici, les voyageurs ont versé de l'eau dans l'océan Pacifique, prise par eux au début de leur voyage depuis l'Indien. "L'énergie solaire a relié deux océans", ont-ils déclaré aux nombreux journalistes présents.

Deux ans plus tard, un rallye insolite se déroule dans les Alpes suisses. 58 voitures ont pris le départ, dont les moteurs ont été mis en mouvement grâce à l'énergie reçue des panneaux solaires. Pendant cinq jours, les équipages des conceptions les plus bizarres ont dû parcourir 368 kilomètres le long de routes alpines montagneuses - de Constance au lac Léman. Le meilleur résultat a été obtenu par la voiture solaire Solar Silver Arrow, construite conjointement par la société ouest-allemande Mercedes-Benz et le suisse Alfa-Real. En apparence, la voiture gagnante ressemble surtout à un gros coléoptère aux ailes larges. Ces ailes contiennent 432 cellules solaires qui alimentent une batterie argent-zinc. A partir de cette batterie, l'énergie est fournie à deux moteurs électriques qui font tourner les roues de la voiture. Mais cela ne se produit que par temps nuageux ou lors de la conduite dans un tunnel. Lorsque le soleil brille, le courant des cellules solaires circule directement dans les moteurs électriques. Parfois, la vitesse du vainqueur atteignait 80 kilomètres à l'heure.

Le marin japonais Kenichi Horie est devenu la première personne à traverser le Pacifique en solitaire à bord d'un navire à énergie solaire. Il n'y avait pas d'autres sources d'énergie sur le bateau. Le soleil a aidé le courageux navigateur à franchir 6 000 kilomètres des îles hawaïennes au Japon.

L'Américain L. Mauro a conçu et construit un avion avec une batterie de 500 cellules solaires à la surface de ses ailes. L'électricité générée par cette batterie met en mouvement un moteur électrique d'une puissance de deux kilowatts et demi, à l'aide duquel il était encore possible d'effectuer, bien que pas très long, un vol. L'Anglais Alan Friedman a conçu un vélo sans pédales. Il est alimenté en électricité par des batteries chargées par un panneau solaire monté sur le volant. L'électricité « solaire » stockée dans la batterie est suffisante pour parcourir environ 50 kilomètres à une vitesse de 25 kilomètres à l'heure. Il y a des projets de ballons solaires et de dirigeables. Tous ces projets sont encore techniquement exotiques - la densité d'énergie solaire est trop faible, les surfaces requises pour les batteries solaires sont trop grandes, ce qui pourrait fournir suffisamment d'énergie pour résoudre des problèmes solides.

Pourquoi ne pas vous rapprocher un peu plus du Soleil ? Après tout, là-bas, dans l'espace proche, la densité de l'énergie solaire est 10 à 15 fois plus élevée ! Ensuite, il n'y a pas de mauvais temps et de nuages. L'idée de créer des centrales solaires orbitales a été avancée par K.E. Tsiolkovsky. En 1929, un jeune ingénieur, le futur académicien V.P. Glushko, proposa un projet d'avion hélio-fusée utilisant de grandes quantités d'énergie solaire. En 1948, le professeur G.I. Babat a envisagé la possibilité de transférer l'énergie reçue dans l'espace vers la Terre à l'aide d'un faisceau de rayonnement micro-ondes. En 1960, l'ingénieur N.A. Varvarov a proposé d'utiliser une centrale solaire spatiale pour alimenter la Terre en électricité.

L'énorme succès de l'astronautique a traduit ces idées du rang de la science-fiction dans le cadre des développements concrets de l'ingénierie. Lors du Congrès international des astronautes en 1968, des délégués de nombreux pays envisageaient déjà un projet assez sérieux de centrale solaire spatiale, étayé par des calculs économiques détaillés. Immédiatement, il y eut des partisans ardents de cette idée et des opposants non moins implacables.

La plupart des chercheurs pensent que les futurs géants de l'énergie spatiale seront basés sur des panneaux solaires. Si nous utilisons leurs types existants, la zone pour obtenir une puissance de 5 milliards de kilowatts devrait être de 60 kilomètres carrés et la masse, avec les structures de support, devrait être d'environ 12 000 tonnes. Si l'on mise sur les batteries solaires du futur, beaucoup plus légères et plus performantes, la surface des batteries peut être réduite d'un facteur dix, et encore plus de masse.

Il est également possible de construire une centrale thermique ordinaire en orbite, dans laquelle la turbine sera entraînée en rotation par un flux de gaz inerte, fortement chauffé par des rayons solaires concentrés. Un projet a été développé pour une telle centrale solaire spatiale, composée de 16 blocs de 500 000 kilowatts chacun. Il semblerait que des colosses tels que des turbines et des générateurs ne soient pas rentables à mettre en orbite, et de plus, il est nécessaire de construire un énorme concentrateur parabolique d'énergie solaire, qui chauffe le fluide de travail de la turbine. Mais il s'est avéré que la gravité spécifique d'une telle centrale électrique (c'est-à-dire la masse par 1 kilowatt d'énergie produite) est la moitié de celle d'une centrale avec des panneaux solaires existants. Une centrale thermique dans l'espace n'est donc pas une idée si irrationnelle. Certes, il ne faut pas s'attendre à une diminution significative de la gravité spécifique d'une centrale thermique, et les progrès dans la production de batteries solaires promettent de réduire leur gravité spécifique par des centaines de fois. Si cela se produit, l'avantage sera bien sûr avec les batteries.

La transmission de l'électricité de l'espace vers la Terre peut être réalisée par un faisceau de rayonnement micro-onde. Pour ce faire, il est nécessaire de construire une antenne d'émission dans l'espace, et une antenne de réception sur Terre. De plus, il est nécessaire de lancer dans l'espace des dispositifs qui convertissent le courant continu généré par une batterie solaire en rayonnement micro-onde. Le diamètre de l'antenne d'émission doit être d'environ un kilomètre et la masse, avec les convertisseurs, doit être de plusieurs milliers de tonnes. L'antenne de réception doit être beaucoup plus grande (après tout, le faisceau d'énergie sera diffusé par l'atmosphère). Sa superficie devrait être d'environ 300 kilomètres carrés. Mais les problèmes terrestres se résolvent plus facilement.

Pour construire une centrale solaire spatiale, il faudra créer toute une flotte spatiale de centaines de fusées et de vaisseaux réutilisables. Après tout, des milliers de tonnes de charge utile devront être mises en orbite. De plus, un petit escadron spatial sera nécessaire, qui sera utilisé par les astronautes-installateurs, les réparateurs et les ingénieurs en puissance.

La première expérience, qui sera très utile aux futurs installateurs de centrales solaires spatiales, a été acquise par des cosmonautes soviétiques.

La station spatiale Saliout-7 était en orbite depuis plusieurs jours, lorsqu'il est devenu clair que la puissance de la centrale solaire du navire pourrait ne pas être suffisante pour mener à bien les nombreuses expériences conçues par les scientifiques. Dans la conception de Salyut-7, la possibilité d'installer des batteries supplémentaires était prévue. Il ne restait plus qu'à mettre en orbite les modules solaires et à les renforcer au bon endroit, c'est-à-dire à effectuer de délicates opérations d'assemblage dans l'espace. Les cosmonautes soviétiques ont brillamment fait face à cette tâche des plus difficiles.

Deux nouveaux panneaux solaires ont été livrés en orbite

à bord du satellite Kosmos-1443 au printemps 1983. L'équipage du Soyouz T-9 - les cosmonautes V. Lyakhov et A. Alexandrov - les a transportés à bord du Salyut-7. Il était maintenant temps de travailler en open space.

Des panneaux solaires supplémentaires ont été installés les 1er et 3 novembre 1983. Le travail précis et méthodique des cosmonautes dans les conditions incroyablement difficiles de l'espace extra-atmosphérique a été vu par des millions de téléspectateurs. L'opération de montage complexe a été superbement réalisée. Les nouveaux modules ont augmenté la production d'électricité de plus d'une fois et demie.

Mais même cela ne suffisait pas. Les représentants du prochain équipage de "Salyut-7" -L. Kizim et V. Solovyov (le docteur O. Atkov était dans l'espace avec eux) - le 18 mai 1984, des panneaux solaires supplémentaires ont été installés sur les ailes de la station.

Il est très important pour les futurs concepteurs de centrales spatiales de savoir comment les conditions inhabituelles de l'espace - le vide presque absolu, le froid incroyable de l'espace extra-atmosphérique, le rayonnement solaire rigoureux, le bombardement par des micrométéorites, etc. - affectent l'état des matériaux à partir de laquelle sont fabriqués les panneaux solaires. Ils obtiennent des réponses à de nombreuses questions en examinant les échantillons livrés sur Terre par Saliout-7. Depuis plus de deux ans, les batteries de ce vaisseau fonctionnaient dans l'espace, lorsque S. Savitskaya, la première femme au monde à être allée deux fois dans l'espace et à avoir fait une sortie dans l'espace, a séparé des morceaux de panneaux solaires à l'aide d'un outil universel. Maintenant, des scientifiques de diverses spécialités les étudient pour déterminer combien de temps ils peuvent travailler dans l'espace sans remplacement.

Station thermale spatiale

Les difficultés techniques que les concepteurs de centrales spatiales devront surmonter sont colossales, mais fondamentalement solubles. Une autre chose est l'économie de telles installations. Certaines estimations sont déjà en cours, même si les calculs économiques des centrales spatiales ne peuvent être faits que de manière très approximative. La construction d'une centrale électrique spatiale ne sera rentable que lorsque le coût par kilowattheure d'énergie produite sera approximativement le même que le coût de l'énergie produite sur Terre. Selon les experts américains, pour remplir cette condition, le coût d'une centrale solaire dans l'espace ne devrait pas dépasser 8 milliards de dollars. Cette valeur peut être atteinte si le coût d'un kilowatt d'électricité généré par des batteries solaires est réduit de 10 fois (par rapport à celui existant), et le coût de livraison d'une charge utile en orbite du même montant. Et ce sont des tâches incroyablement difficiles. Apparemment, dans les décennies à venir, il est peu probable que nous puissions utiliser l'électricité spatiale.

Mais dans la liste des réserves de l'humanité, cette source d'énergie figurera certainement à l'une des premières places.

Ministère de l'éducation de la République du Bélarus

établissement d'enseignement

"Université pédagogique d'État biélorusse nommée d'après Maxim Tank"

Département de physique générale et théorique

Cours de physique générale

L'énergie solaire et ses perspectives d'utilisation

Étudiants de 321 groupes

Faculté de physique

Leshkevitch Svetlana Valerievna

Conseiller scientifique:

Fedorkov Cheslav Mikhaïlovitch

Minsk, 2009

Introduction

1. Informations générales sur le soleil

2. Le soleil est une source d'énergie

2.1 Recherche sur l'énergie solaire

2.2 Le potentiel de l'énergie solaire

3. Utilisation de l'énergie solaire

3.1 Utilisation passive de l'énergie solaire

3.2 Utilisation active de l'énergie solaire

3.2.1 Capteurs solaires et leurs types

3.2.2 Systèmes solaires

3.2.3 Centrales solaires thermiques

3.3 Systèmes photovoltaïques

4. Architecture solaire

Conclusion

Liste des sources utilisées

Introduction

Le soleil joue un rôle exceptionnel dans la vie de la Terre. Tout le monde organique de notre planète doit son existence au Soleil. Le soleil n'est pas seulement une source de lumière et de chaleur, mais aussi la source originelle de beaucoup d'autres types d'énergie (énergie du pétrole, du charbon, de l'eau, du vent).

Depuis l'apparition sur terre, l'homme a commencé à utiliser l'énergie du soleil. D'après les données archéologiques, on sait que pour l'habitation, la préférence a été donnée aux endroits calmes, fermés aux vents froids et ouverts aux rayons du soleil.

Peut-être que le premier système solaire connu peut être considéré comme la statue d'Amenhotep III, datant du 15ème siècle avant JC. À l'intérieur de la statue, il y avait un système de chambres à air et à eau qui, sous les rayons du soleil, mettait en mouvement un instrument de musique caché. Dans la Grèce antique, ils adoraient Hélios. Le nom de ce dieu est aujourd'hui à la base de nombreux termes liés à l'énergie solaire.

Le problème de l'approvisionnement en énergie électrique de nombreux secteurs de l'économie mondiale, les besoins sans cesse croissants de la population mondiale devient aujourd'hui de plus en plus urgent.

1. Informations générales sur le Soleil

Le Soleil est le corps central du système solaire, une boule de plasma chaud, une étoile naine G2 typique.

Caractéristiques du Soleil

1. Masse MS ~2*1023 kg

2. RS ~ 629 000 km

3. V \u003d 1,41 * 1027 m3, soit près de 1300 000 fois plus grand que le volume de la Terre,

4. densité moyenne 1,41*103 kg/m3,

5. luminosité LS =3.86*1023 kW,

6. température de surface efficace (photosphère) 5780 K,

7. la période de rotation (synodique) varie de 27 jours à l'équateur à 32 jours. aux pôles

8. accélération de la chute libre 274 m/s2 (avec une telle accélération de la gravité, une personne pesant 60 kg pèserait plus de 1,5 tonne).

Structure du Soleil

Dans la partie centrale du Soleil se trouve une source d'énergie, ou, au sens figuré, ce "poêle" qui le chauffe et ne lui permet pas de se refroidir. Cette zone s'appelle le noyau (voir Fig. 1). Dans le noyau, où la température atteint 15 MK, de l'énergie est libérée. Le noyau a un rayon ne dépassant pas le quart du rayon total du Soleil. Or, la moitié de la masse solaire est concentrée dans son volume et presque toute l'énergie qui soutient la lueur du Soleil est libérée.

Immédiatement autour du noyau, une zone de transfert d'énergie rayonnante commence, où elle se propage par l'absorption et l'émission de portions de lumière par la matière - les quanta. Il faut beaucoup de temps pour qu'un quantum s'infiltre à travers la matière solaire dense vers l'extérieur. Donc, si le "poêle" à l'intérieur du Soleil s'éteignait soudainement, nous ne le saurions que des millions d'années plus tard.

Riz. une Structure du Soleil

Sur son chemin à travers les couches solaires internes, le flux d'énergie rencontre une région où l'opacité du gaz augmente considérablement. C'est la zone convective du Soleil. Ici, l'énergie n'est plus transférée par rayonnement, mais par convection. La zone convective commence approximativement à une distance de 0,7 rayon du centre et s'étend presque jusqu'à la surface la plus visible du Soleil (photosphère), où le transfert du flux d'énergie principal redevient radiant.

La photosphère est la surface rayonnante du Soleil, qui a une structure granuleuse appelée granulation. Chacun de ces « grains » a presque la taille de l'Allemagne et est un flux de matière chaude qui a remonté à la surface. Sur la photosphère, on peut souvent voir des zones sombres relativement petites - des taches solaires. Ils sont 1500˚С plus froids que la photosphère qui les entoure, dont la température atteint 5800˚С. En raison de la différence de température avec la photosphère, ces taches apparaissent complètement noires lorsqu'elles sont vues à travers un télescope. Au-dessus de la photosphère se trouve la couche suivante, plus raréfiée, appelée chromosphère, c'est-à-dire la « sphère colorée ». La chromosphère tire son nom de sa couleur rouge. Et, enfin, au-dessus se trouve une partie très chaude, mais aussi extrêmement raréfiée de l'atmosphère solaire - la couronne.

2. Le soleil est une source d'énergie

Notre Soleil est une énorme boule de gaz lumineuse, à l'intérieur de laquelle se déroulent des processus complexes et, par conséquent, de l'énergie est continuellement libérée. L'énergie du Soleil est la source de la vie sur notre planète. Le soleil chauffe l'atmosphère et la surface de la terre. Grâce à l'énergie solaire, les vents soufflent, le cycle de l'eau s'effectue dans la nature, les mers et les océans se réchauffent, les plantes se développent, les animaux ont de la nourriture. C'est grâce au rayonnement solaire que les énergies fossiles existent sur Terre. L'énergie solaire peut être convertie en chaleur ou en froid, en force motrice et en électricité.

Le soleil évapore l'eau des océans, des mers, de la surface de la terre. Il transforme cette humidité en gouttelettes d'eau, formant des nuages et des brouillards, puis la fait retomber sur Terre sous forme de pluie, de neige, de rosée ou de givre, créant ainsi un gigantesque cycle d'humidité dans l'atmosphère.

L'énergie solaire est à l'origine de la circulation générale de l'atmosphère et de la circulation de l'eau dans les océans. Il crée, pour ainsi dire, un gigantesque système de chauffage de l'eau et de l'air de notre planète, redistribuant la chaleur sur la surface de la terre.

La lumière du soleil, tombant sur les plantes, y provoque le processus de photosynthèse, détermine la croissance et le développement des plantes; tombant sur le sol, il se transforme en chaleur, le chauffe, forme le climat du sol, donnant ainsi de la vitalité aux graines de plantes, de micro-organismes et d'êtres vivants qui se trouvent dans le sol, qui sans cette chaleur seraient dans un état d'anabiose (hibernation ).

Le soleil émet une énorme quantité d'énergie - environ 1,1x1020 kWh par seconde. Un kilowattheure est la quantité d'énergie nécessaire pour faire fonctionner une ampoule à incandescence de 100 watts pendant 10 heures. L'atmosphère extérieure de la Terre intercepte environ un millionième de l'énergie émise par le Soleil, soit environ 1 500 quadrillions (1,5 x 1 018) kWh par an. Cependant, seulement 47% de toute l'énergie, soit environ 700 quadrillions (7 x 1017) kWh, atteint la surface de la Terre. Les 30 % restants de l'énergie solaire sont renvoyés dans l'espace, environ 23 % évaporent l'eau, 1 % de l'énergie provient des vagues et des courants et 0,01 % de la formation de la photosynthèse dans la nature.

2.1 Recherche sur l'énergie solaire

Pourquoi le Soleil brille-t-il et ne se refroidit-il pas pendant des milliards d'années ? Quel « carburant » lui donne de l'énergie ? Les scientifiques ont cherché des réponses à cette question pendant des siècles, et ce n'est qu'au début du XXe siècle que la bonne solution a été trouvée. On sait maintenant que, comme les autres étoiles, elle brille grâce aux réactions thermonucléaires se produisant dans ses profondeurs.

Si les noyaux d'atomes d'éléments légers fusionnent dans le noyau d'un atome d'un élément plus lourd, alors la masse du nouveau sera inférieure à la masse totale de ceux à partir desquels il a été formé. Le reste de la masse est converti en énergie, qui est emportée par les particules libérées lors de la réaction. Cette énergie est presque entièrement convertie en chaleur. Une telle réaction de synthèse de noyaux atomiques ne peut se produire qu'à très haute pression et à des températures supérieures à 10 millions de degrés. C'est pourquoi on l'appelle thermonucléaire.

La substance principale qui compose le Soleil est l'hydrogène, il représente environ 71% de la masse totale de l'étoile. Près de 27 % appartiennent à l'hélium et les 2 % restants à des éléments plus lourds tels que le carbone, l'azote, l'oxygène et les métaux. Le principal "carburant" du Soleil est l'hydrogène. À partir de quatre atomes d'hydrogène, à la suite d'une chaîne de transformations, un atome d'hélium est formé. Et à partir de chaque gramme d'hydrogène impliqué dans la réaction, 6x1011 J d'énergie sont libérés ! Sur Terre, cette quantité d'énergie serait suffisante pour chauffer 1000 m3 d'eau d'une température de 0º C au point d'ébullition.

2.2 Le potentiel de l'énergie solaire

Le soleil nous fournit 10 000 fois plus d'énergie gratuite que ce qui est réellement utilisé dans le monde. Le marché commercial mondial achète et vend à lui seul un peu moins de 85 billions (8,5 x 1013) kWh d'énergie par an. Puisqu'il est impossible de suivre l'ensemble du processus, il n'est pas possible de dire avec certitude quelle quantité d'énergie non commerciale les gens consomment (par exemple, quelle quantité de bois et d'engrais est collectée et brûlée, quelle quantité d'eau est utilisée pour produire de l'énergie mécanique ou électrique énergie). Certains experts estiment que cette énergie non commerciale représente un cinquième de toute l'énergie utilisée. Mais même si cela est vrai, alors l'énergie totale consommée par l'humanité au cours de l'année ne représente qu'environ un sept millième de l'énergie solaire qui frappe la surface de la Terre au cours de la même période.

Dans les pays développés, comme les États-Unis, la consommation d'énergie est d'environ 25 000 milliards (2,5 x 1013) kWh par an, ce qui correspond à plus de 260 kWh par personne et par jour. Cela équivaut à faire fonctionner plus de 100 ampoules à incandescence de 100 W par jour pendant une journée complète. Le citoyen américain moyen consomme 33 fois plus d'énergie qu'un Indien, 13 fois plus qu'un Chinois, 2,5 fois plus qu'un Japonais et 2 fois plus qu'un Suédois.

3. Utilisation de l'énergie solaire

Le rayonnement solaire peut être converti en énergie utile à l'aide de systèmes solaires dits actifs et passifs. Les systèmes passifs sont obtenus en concevant des bâtiments et en sélectionnant des matériaux de construction de manière à maximiser l'utilisation de l'énergie solaire. Les capteurs solaires sont des systèmes solaires actifs. Des systèmes photovoltaïques sont également en cours de développement - ce sont des systèmes qui convertissent directement le rayonnement solaire en électricité.

L'énergie solaire est également convertie indirectement en énergie utile en se transformant en d'autres formes d'énergie, telles que la biomasse, l'énergie éolienne ou l'énergie hydraulique. L'énergie du Soleil "contrôle" le temps qu'il fait sur Terre. Une grande partie du rayonnement solaire est absorbée par les océans et les mers, dont l'eau s'échauffe, s'évapore et tombe au sol sous forme de pluie, « alimentant » les centrales hydroélectriques. Le vent requis par les éoliennes est formé en raison du chauffage non uniforme de l'air. Une autre catégorie de sources d'énergie renouvelables issues de l'énergie solaire est la biomasse. Les plantes vertes absorbent la lumière du soleil, à la suite de la photosynthèse, des substances organiques s'y forment, à partir desquelles de la chaleur et de l'énergie électrique peuvent ensuite être obtenues. Ainsi, l'énergie du vent, de l'eau et de la biomasse est un dérivé de l'énergie solaire.

L'énergie est le moteur de toute production. Le fait que l'homme disposait d'une grande quantité d'énergie relativement bon marché a grandement contribué à l'industrialisation et au développement de la société.

3.1 Utilisation passive de l'énergie solaire

centrale thermique à énergie solaire

Dans un système solaire passif, la structure du bâtiment elle-même agit comme un collecteur de rayonnement solaire. Cette définition correspond à la plupart des systèmes les plus simples où la chaleur est stockée dans un bâtiment à travers ses murs, ses plafonds ou ses sols. Il existe également des systèmes dans lesquels des éléments spéciaux pour l'accumulation de chaleur sont intégrés à la structure du bâtiment (par exemple, des boîtes avec des pierres ou des réservoirs ou des bouteilles remplies d'eau). De tels systèmes sont également classés comme solaires passifs.

3.2 Utilisation active de l'énergie solaire

L'utilisation active de l'énergie solaire est réalisée à l'aide de capteurs solaires et de systèmes solaires.

3.2.1 Capteurs solaires et leurs types

La base de nombreux systèmes d'énergie solaire est l'utilisation de capteurs solaires. Le capteur absorbe l'énergie lumineuse du soleil et la convertit en chaleur, qui est transférée à un fluide caloporteur (liquide ou air) puis utilisée pour chauffer des bâtiments, chauffer de l'eau, générer de l'électricité, sécher des produits agricoles ou cuire des aliments. Les capteurs solaires peuvent être utilisés dans presque tous les processus utilisant de la chaleur.

La technologie de fabrication des capteurs solaires a atteint presque le niveau moderne en 1908, lorsque William Bailey de l'American Carnegie Steel Company a inventé un capteur avec un boîtier calorifugé et des tubes en cuivre. Ce collecteur était très similaire au système de thermosiphon moderne. À la fin de la Première Guerre mondiale, Bailey avait vendu 4 000 de ces collectionneurs, et l'homme d'affaires de Floride qui lui avait acheté le brevet avait vendu près de 60 000 collectionneurs en 1941.

Il existe des capteurs solaires de différentes tailles et conceptions en fonction de leur application. Ils peuvent fournir aux ménages de l'eau chaude pour la lessive, le bain et la cuisine, ou être utilisés pour préchauffer l'eau des chauffe-eau existants. Actuellement, le marché propose de nombreux modèles différents de collecteurs.

Collecteur intégré

Le type de capteur solaire le plus simple est un "capacitif" ou "capteur thermosiphon", qui a reçu ce nom car le capteur est également un réservoir de stockage de chaleur dans lequel une partie "ponctuelle" de l'eau est chauffée et stockée. De tels collecteurs sont utilisés pour préchauffer l'eau, qui est ensuite chauffée à la température souhaitée dans les installations traditionnelles, telles que les chauffe-eau à gaz. Dans des conditions domestiques, l'eau préchauffée entre dans le réservoir de stockage. Cela réduit la consommation d'énergie pour son chauffage ultérieur. Un tel capteur est une alternative peu coûteuse à un système de chauffe-eau solaire actif, n'utilisant aucune pièce mobile (pompes), nécessitant un entretien minimal, avec des coûts d'exploitation nuls.

Collecteurs plats

Les capteurs plats sont le type de capteurs solaires le plus couramment utilisé dans les systèmes de chauffage et de chauffage de l'eau domestique. En règle générale, ce collecteur est une boîte métallique calorifugée avec un couvercle en verre ou en plastique, dans laquelle est placée une plaque absorbante (absorbeur) de couleur noire. Le vitrage peut être transparent ou mat. Les capteurs à plaques plates utilisent généralement du verre dépoli à faible teneur en fer (qui laisse passer une grande partie de la lumière du soleil qui pénètre dans le capteur). La lumière du soleil frappe la plaque réceptrice de chaleur et, grâce au vitrage, la perte de chaleur est réduite. Les parois inférieures et latérales du collecteur sont recouvertes d'un matériau calorifuge, ce qui réduit encore les pertes de chaleur.

Les capteurs plats sont divisés en liquide et en air. Les deux types de capteurs sont vitrés ou non vitrés.

Capteurs solaires tubulaires sous vide

Les capteurs solaires traditionnels à plaques plates simples ont été conçus pour être utilisés dans les régions aux climats chauds et ensoleillés. Ils perdent considérablement leur efficacité les jours défavorables - par temps froid, nuageux et venteux. De plus, la condensation et l'humidité induites par les conditions météorologiques entraîneront une usure prématurée des matériaux internes, ce qui entraînera à son tour une dégradation et une défaillance du système. Ces défauts sont éliminés en utilisant des collecteurs sous vide.

Les collecteurs sous vide chauffent l'eau domestique là où une eau à température plus élevée est nécessaire. Le rayonnement solaire traverse le tube de verre extérieur, frappe le tube absorbeur et est converti en chaleur. Elle est transmise par le fluide circulant dans le tube. Le collecteur est constitué de plusieurs rangées de tubes de verre parallèles, à chacun desquels est fixé un absorbeur tubulaire (au lieu d'une plaque absorbante dans les collecteurs plats) avec un revêtement sélectif. Le liquide réchauffé circule dans l'échangeur de chaleur et cède de la chaleur à l'eau contenue dans le ballon de stockage.

Le vide dans le tube de verre est la meilleure isolation thermique possible pour le capteur - réduit les pertes de chaleur et protège l'absorbeur et le caloduc des influences extérieures néfastes. Le résultat est une excellente performance qui surpasse tout autre type de capteur solaire.

Collecteurs de focalisation

fours solaires

Ils sont bon marché et faciles à fabriquer. Ils consistent en une boîte spacieuse et bien isolée doublée d'un matériau réfléchissant (comme une feuille), recouverte de verre et équipée d'un réflecteur externe. La poêle noire sert d'absorbant, chauffant plus rapidement que les ustensiles de cuisine ordinaires en aluminium ou en acier inoxydable. Les fours solaires peuvent être utilisés pour désinfecter l'eau en la portant à ébullition.

Il existe des fours solaires à caisson et à miroir (avec réflecteur).

distillateurs solaires

Les alambics solaires fournissent de l'eau distillée bon marché, même de l'eau salée ou fortement polluée peut être utilisée comme source. Ils sont basés sur le principe de l'évaporation de l'eau d'un récipient ouvert. Le distillateur solaire utilise l'énergie du soleil pour accélérer ce processus. Il se compose d'un récipient calorifuge de couleur foncée avec vitrage, qui est incliné de sorte que l'eau douce condensée s'écoule dans un récipient spécial. Un petit distillateur solaire - de la taille d'une cuisinière - peut produire jusqu'à dix litres d'eau distillée par une journée ensoleillée.

3.2.2 Systèmes solaires

Systèmes solaires d'eau chaude

L'eau chaude est le type le plus courant d'application directe de l'énergie solaire. Une installation typique est constituée d'un ou plusieurs capteurs dans lesquels le liquide est chauffé par le soleil, ainsi que d'un ballon de stockage d'eau chaude chauffée par le fluide caloporteur. Même dans les régions où le rayonnement solaire est relativement faible, comme l'Europe du Nord, un système solaire peut fournir 50 à 70 % de la demande en eau chaude. Il est impossible d'en obtenir plus, sauf peut-être avec l'aide de la régulation saisonnière. En Europe du Sud, un capteur solaire peut fournir 70 à 90 % de l'eau chaude consommée. Le chauffage de l'eau à l'aide de l'énergie solaire est un moyen très pratique et économique. Alors que les systèmes photovoltaïques atteignent une efficacité de 10 à 15 %, les systèmes solaires thermiques affichent une efficacité de 50 à 90 %. En combinaison avec des poêles à bois, la demande d'eau chaude sanitaire peut être satisfaite presque toute l'année sans l'utilisation de combustibles fossiles.

Systèmes solaires à thermosiphon

Les systèmes de chauffe-eau solaires à circulation naturelle (convection) du liquide de refroidissement, qui sont utilisés dans des conditions hivernales chaudes (en l'absence de gel), sont appelés thermosiphon. En général, ce ne sont pas les systèmes d'énergie solaire les plus efficaces, mais ils présentent de nombreux avantages en termes de construction de logements. La circulation par thermosiphon du liquide de refroidissement se produit en raison d'un changement de la densité de l'eau avec un changement de sa température. Le système de thermosiphon est divisé en trois parties principales :

collecteur plat (absorbeur);

canalisations ;

· Réservoir de stockage d'eau chaude (chaudière).

Lorsque l'eau du collecteur (généralement plate) est chauffée, elle monte dans la colonne montante et pénètre dans le réservoir de stockage ; à sa place, l'eau froide pénètre dans le collecteur par le bas du réservoir de stockage. Par conséquent, il est nécessaire de placer le collecteur sous le réservoir de stockage et d'isoler les tuyaux de raccordement.

De telles installations sont populaires dans les zones subtropicales et tropicales.

Systèmes de chauffe-eau solaires

Le plus souvent utilisé pour chauffer les piscines. Bien que le coût d'une telle installation varie en fonction de la taille de la piscine et d'autres conditions spécifiques, si des systèmes solaires sont installés pour réduire ou éliminer la consommation de carburant ou d'électricité, ils seront amortis en deux à quatre ans en économies d'énergie. De plus, le chauffage de la piscine vous permet de prolonger la saison de baignade de plusieurs semaines sans frais supplémentaires.

Dans la plupart des bâtiments, il n'est pas difficile d'installer un chauffe-eau solaire pour la piscine. Il peut être réduit à un simple tuyau noir par lequel l'eau est fournie à la piscine. Pour les piscines extérieures, il suffit d'installer un absorbeur. Les piscines intérieures nécessitent l'installation de collecteurs standard pour fournir de l'eau chaude également en hiver.

Stockage de chaleur saisonnier

Il existe également des installations qui permettent d'utiliser la chaleur accumulée en été par des capteurs solaires et stockée à l'aide de grands réservoirs de stockage (stockage saisonnier) en hiver. Le problème ici est que la quantité de liquide nécessaire pour chauffer une maison est comparable au volume de la maison elle-même. De plus, le stockage de chaleur doit être très bien isolé. Pour qu'un réservoir de stockage domestique conventionnel conserve la majeure partie de la chaleur pendant six mois, il devrait être enveloppé d'une couche d'isolation de 4 mètres d'épaisseur. Par conséquent, il est avantageux de rendre la capacité de stockage très importante. En conséquence, le rapport surface/volume diminue.

De grandes installations de chauffage solaire à distance sont utilisées au Danemark, en Suède, en Suisse, en France et aux États-Unis. Les modules solaires sont installés directement sur le sol. Sans stockage, une telle installation de chauffage solaire peut couvrir environ 5 % de la demande de chaleur annuelle, puisque l'installation ne doit pas générer plus que la quantité minimale de chaleur consommée, y compris les pertes dans le réseau de chauffage urbain (jusqu'à 20 % lors de la transmission). S'il y a un stockage de chaleur pendant la journée la nuit, une installation de chauffage solaire peut couvrir 10 à 12 % de la demande de chaleur, y compris les pertes de transmission, et avec un stockage de chaleur saisonnier, jusqu'à 100 %. Il est également possible de combiner le chauffage urbain avec des capteurs solaires individuels. Le système de chauffage urbain peut être éteint pour l'été lorsque l'approvisionnement en eau chaude est assuré par le soleil et qu'il n'y a pas de demande de chauffage.

L'énergie solaire combinée à d'autres sources renouvelables.

Un bon résultat est la combinaison de diverses sources d'énergie renouvelables, par exemple la chaleur solaire combinée à un stockage de chaleur saisonnier sous forme de biomasse. Ou, si la demande énergétique restante est très faible, des biocarburants liquides ou gazeux peuvent être utilisés en combinaison avec des chaudières efficaces en plus du chauffage solaire.

Une combinaison intéressante est le chauffage solaire et les chaudières à biomasse solide. Cela résout également le problème du stockage saisonnier de l'énergie solaire. L'utilisation de la biomasse en été n'est pas la solution optimale, car l'efficacité des chaudières à charge partielle est faible, de plus, les pertes dans les tuyaux sont relativement élevées - et dans les petits systèmes, la combustion du bois en été peut être gênante. Dans de tels cas, 100% de la charge thermique en été peut être fournie par le chauffage solaire. En hiver, lorsque la quantité d'énergie solaire est négligeable, presque toute la chaleur est générée par la combustion de la biomasse.

Il y a beaucoup d'expérience en Europe centrale dans la combinaison du chauffage solaire et de la combustion de la biomasse pour la production de chaleur. En règle générale, environ 20 à 30 % de la charge thermique totale sont couverts par le système solaire, et la charge principale (70 à 80 %) est fournie par la biomasse. Cette combinaison peut être utilisée à la fois dans les bâtiments résidentiels individuels et dans les systèmes de chauffage central (urbain). Dans les conditions d'Europe centrale, environ 10 m3 de biomasse (par exemple du bois de chauffage) suffisent pour chauffer une maison privée, et une installation solaire peut économiser jusqu'à 3 m3 de bois de chauffage par an.

3.2.3 Centrales solaires thermiques

En plus de l'utilisation directe de la chaleur solaire, dans les régions à haut niveau de rayonnement solaire, elle peut être utilisée pour générer de la vapeur, qui fait tourner une turbine et génère de l'électricité. La production d'électricité solaire thermique à grande échelle est assez compétitive. L'application industrielle de cette technologie remonte aux années 1980 ; depuis lors, l'industrie s'est développée rapidement. Plus de 400 mégawatts de centrales solaires thermiques ont déjà été installées par les services publics américains, fournissant de l'électricité à 350 000 personnes et déplaçant l'équivalent de 2,3 millions de barils de pétrole par an. Neuf centrales situées dans le désert de Mojave (État américain de Californie) ont une capacité installée de 354 MW et cumulent 100 ans d'expérience en exploitation industrielle. Cette technologie est si avancée que, selon les informations officielles, elle peut rivaliser avec les technologies traditionnelles de production d'électricité dans de nombreuses régions des États-Unis. Dans d'autres régions du monde, des projets d'utilisation de la chaleur solaire pour produire de l'électricité devraient également être lancés prochainement. L'Inde, l'Egypte, le Maroc et le Mexique développent des programmes correspondants, des subventions pour leur financement sont fournies par le Fonds pour l'environnement mondial (FEM). En Grèce, en Espagne et aux États-Unis, de nouveaux projets sont développés par des producteurs d'électricité indépendants.

Selon le mode de production de chaleur, les centrales solaires thermiques sont divisées en concentrateurs solaires (miroirs) et bassins solaires.

concentrateurs solaires

Ces centrales concentrent l'énergie solaire à l'aide de lentilles et de réflecteurs. Comme cette chaleur peut être stockée, ces stations peuvent produire de l'électricité selon les besoins, de jour comme de nuit, par tous les temps.

De grands miroirs - à foyer ponctuel ou linéaire - concentrent les rayons du soleil à tel point que l'eau se transforme en vapeur, tout en libérant suffisamment d'énergie pour faire tourner la turbine. Luz Corp. installé d'immenses champs de tels miroirs dans le désert californien. Ils produisent 354 MW d'électricité. Ces systèmes peuvent convertir l'énergie solaire en électricité avec un rendement d'environ 15 %.

Il existe les types de concentrateurs solaires suivants :

1. Concentrateurs solaires paraboliques

2. Installation solaire de type parabole

3. Tours solaires avec récepteur central.

bassins solaires

Ni les miroirs de focalisation ni les cellules solaires ne peuvent produire d'électricité la nuit. A cet effet, l'énergie solaire accumulée pendant la journée doit être stockée dans des réservoirs de stockage de chaleur. Ce processus se produit naturellement dans les bassins dits solaires.

Les bassins solaires ont une forte concentration de sel dans les couches d'eau inférieures, une couche intermédiaire d'eau non convective dans laquelle la concentration de sel augmente avec la profondeur et une couche convective avec une faible concentration de sel à la surface. La lumière du soleil tombe à la surface de l'étang et la chaleur est retenue dans les couches inférieures de l'eau en raison de la forte concentration de sel. L'eau à haute salinité, chauffée par l'énergie solaire absorbée par le fond de l'étang, ne peut pas monter en raison de sa forte densité. Il reste au fond de l'étang, se réchauffant progressivement jusqu'à presque bouillir (alors que les couches supérieures de l'eau restent relativement froides). La "saumure" à fond chaud est utilisée jour et nuit comme source de chaleur, grâce à laquelle une turbine de refroidissement organique spéciale peut produire de l'électricité. La couche intermédiaire du bassin solaire agit comme une isolation thermique, empêchant la convection et la perte de chaleur du fond vers la surface. La différence de température entre le fond et la surface de l'eau du bassin est suffisante pour entraîner le générateur. Le liquide de refroidissement, passé à travers les tuyaux à travers la couche d'eau inférieure, est acheminé plus loin dans le système Rankin fermé, dans lequel une turbine tourne pour produire de l'électricité.

3.3 Systèmes photovoltaïques

Les dispositifs de conversion directe de la lumière ou de l'énergie solaire en électricité sont appelés photocellules (en anglais Photovoltaics, du grec photos - lumière et du nom de l'unité de force électromotrice - volt). La conversion de la lumière solaire en électricité s'effectue dans des cellules photovoltaïques constituées d'un matériau semi-conducteur tel que le silicium, qui génèrent un courant électrique lorsqu'elles sont exposées à la lumière solaire. En connectant les cellules photovoltaïques en modules, et ceux-ci, à leur tour, les uns avec les autres, il est possible de construire de grandes stations photovoltaïques. La plus grande station de ce type à ce jour est l'installation de 5 mégawatts de Carris Plain dans l'État américain de Californie. Le rendement des installations photovoltaïques est actuellement d'environ 10 %, cependant, les cellules photovoltaïques individuelles peuvent atteindre un rendement de 20 % ou plus.

Les systèmes solaires photovoltaïques sont faciles à manipuler et n'ont pas de mécanismes mobiles, mais les cellules photovoltaïques elles-mêmes contiennent des dispositifs semi-conducteurs complexes similaires à ceux utilisés pour la production de circuits intégrés. Les cellules photovoltaïques reposent sur le principe physique selon lequel un courant électrique est généré par l'action de la lumière entre deux semi-conducteurs aux propriétés électriques différentes qui sont en contact l'un avec l'autre. La combinaison de tels éléments forme un panneau ou module photovoltaïque. Les modules photovoltaïques, en raison de leurs propriétés électriques, génèrent du courant continu plutôt qu'alternatif. Il est utilisé dans de nombreux appareils simples alimentés par batterie. Le courant alternatif, quant à lui, change de sens à intervalles réguliers. C'est ce type d'électricité fournie par les producteurs d'énergie, elle est utilisée pour la plupart des appareils et appareils électroniques modernes. Dans les systèmes les plus simples, le courant continu des modules photovoltaïques est utilisé directement. Au même endroit où le courant alternatif est nécessaire, un onduleur doit être ajouté au système, qui convertit le courant continu en courant alternatif.

Dans les décennies à venir, une partie importante de la population mondiale se familiarisera avec les systèmes photovoltaïques. Grâce à eux, le besoin traditionnel de construction de grandes centrales électriques et de systèmes de distribution coûteux disparaîtra. À mesure que le coût des cellules solaires diminue et que la technologie s'améliore, plusieurs marchés potentiellement énormes pour les cellules solaires s'ouvriront. Par exemple, les cellules solaires intégrées aux matériaux de construction assureront la ventilation et l'éclairage des maisons. Les produits de consommation - des outils à main aux automobiles - bénéficieront de l'utilisation de composants contenant des composants photovoltaïques. Les services publics pourront également trouver de nouvelles façons d'utiliser les cellules photovoltaïques pour répondre aux besoins de la population.

Les systèmes photovoltaïques les plus simples comprennent :

· pompes solaires - les unités de pompage photovoltaïques sont une alternative bienvenue aux générateurs diesel et aux pompes manuelles. Ils pompent l'eau exactement au moment où elle est le plus nécessaire - par une journée claire et ensoleillée. Les pompes solaires sont faciles à installer et à utiliser. Une petite pompe peut être installée par une seule personne en quelques heures, et aucune expérience ni équipement spécial n'est nécessaire pour cela.

· Systèmes photovoltaïques à batterie - la batterie est chargée par un générateur solaire, stocke l'énergie et la rend disponible à tout moment. Même dans les conditions les plus défavorables et dans des endroits éloignés, l'énergie photovoltaïque stockée dans des batteries peut alimenter les équipements nécessaires. Grâce à l'accumulation d'électricité, les systèmes photovoltaïques fournissent une source d'énergie fiable jour et nuit, par tous les temps. Les systèmes photovoltaïques alimentés par batterie alimentent l'éclairage, les capteurs, les équipements d'enregistrement sonore, les appareils électroménagers, les téléphones, les téléviseurs et les outils électriques dans le monde entier.

systèmes photovoltaïques avec générateurs - lorsque l'électricité est nécessaire en permanence ou qu'il y a des périodes où elle est nécessaire plus qu'un générateur photovoltaïque seul ne peut produire, elle peut être efficacement complétée par un générateur. Pendant la journée, les modules photovoltaïques répondent aux besoins énergétiques quotidiens et rechargent la batterie. Lorsque la batterie est déchargée, le moteur-générateur s'allume et fonctionne jusqu'à ce que les batteries soient rechargées. Dans certains systèmes, le générateur compense le manque d'énergie lorsque la demande d'électricité dépasse la capacité totale des batteries. Le moteur-générateur produit de l'électricité à tout moment de la journée. En tant que tel, il fournit une excellente source d'alimentation de secours pour la sauvegarde nocturne ou orageuse des modules photovoltaïques en fonction des caprices de la météo. D'autre part, le module photovoltaïque fonctionne de manière silencieuse, ne nécessite aucun entretien et n'émet pas de polluants dans l'atmosphère. L'utilisation combinée de cellules photovoltaïques et de générateurs peut réduire le coût initial du système. S'il n'y a pas d'installation de secours, les modules PV et les batteries doivent être suffisamment grands pour fournir de l'électricité la nuit.

· Systèmes photovoltaïques connectés au réseau - dans un environnement d'alimentation électrique centralisée, un système photovoltaïque connecté au réseau peut fournir une partie de la charge requise, tandis que l'autre partie provient du réseau. Dans ce cas, la batterie n'est pas utilisée. Des milliers de propriétaires à travers le monde utilisent de tels systèmes. L'énergie photovoltaïque est soit utilisée localement, soit injectée dans le réseau. Lorsque le propriétaire du système a besoin de plus d'électricité qu'il n'en produit - par exemple, le soir, la demande accrue est automatiquement satisfaite par le réseau. Lorsque le système produit plus d'électricité que le ménage ne peut en consommer, le surplus est envoyé (vendu) au réseau. Ainsi, le réseau de distribution agit comme une réserve pour un système photovoltaïque, comme une batterie pour une installation hors réseau.

· installations photovoltaïques industrielles - les centrales photovoltaïques fonctionnent en silence, ne consomment pas de combustibles fossiles et ne polluent pas l'air et l'eau. Malheureusement, les stations photovoltaïques ne sont pas encore très dynamiquement incluses dans l'arsenal des réseaux de distribution, ce qui s'explique par leurs caractéristiques. Avec la méthode actuelle de calcul du coût de l'énergie, l'électricité solaire reste nettement plus chère que la production des centrales électriques traditionnelles. De plus, les systèmes photovoltaïques ne génèrent de l'énergie que pendant la journée et leurs performances dépendent des conditions météorologiques.

4. Architecture solaire

L'emplacement, l'isolation, l'orientation des fenêtres et la charge thermique des locaux doivent être un système unique. Pour réduire les fluctuations de température internes, l'isolation doit être placée à l'extérieur du bâtiment. Cependant, dans les endroits où le chauffage interne est rapide, où peu d'isolation est nécessaire ou où la capacité calorifique est faible, l'isolation doit être à l'intérieur. Ensuite, la conception du bâtiment sera optimale pour tout microclimat. Il convient de noter que le bon équilibre entre la charge thermique des locaux et l'isolation conduit non seulement à des économies d'énergie, mais également à des économies de matériaux de construction. Les bâtiments solaires passifs sont l'endroit idéal pour vivre. Ici, vous ressentez plus pleinement le lien avec la nature, dans une telle maison, il y a beaucoup de lumière naturelle, cela économise de l'électricité.

L'utilisation passive de la lumière du soleil fournit environ 15 % de la demande de chauffage des locaux dans un bâtiment type et constitue une importante source d'économies d'énergie. Lors de la conception d'un bâtiment, il est nécessaire de prendre en compte les principes de la construction solaire passive afin de maximiser l'utilisation de l'énergie solaire. Ces principes peuvent être appliqués partout et pratiquement sans frais supplémentaires.

Lors de la conception d'un bâtiment, l'utilisation de systèmes solaires actifs tels que des capteurs solaires et des panneaux photovoltaïques doit également être envisagée. Cet équipement est installé du côté sud du bâtiment. Pour maximiser la quantité de chaleur en hiver, les capteurs solaires en Europe et en Amérique du Nord doivent être installés à un angle de plus de 50° par rapport à l'horizontale. Les panneaux photovoltaïques fixes reçoivent la plus grande quantité de rayonnement solaire au cours de l'année lorsque l'angle d'inclinaison par rapport à l'horizon est égal à la latitude géographique à laquelle se trouve le bâtiment. L'angle du toit du bâtiment et son orientation vers le sud sont des aspects importants lors de la conception d'un bâtiment. Les capteurs solaires pour l'approvisionnement en eau chaude et les panneaux photovoltaïques doivent être situés à proximité immédiate du lieu de consommation d'énergie. Il est important de rappeler que la proximité de la salle de bain et de la cuisine vous permet d'économiser sur l'installation de systèmes solaires actifs (dans ce cas, vous pouvez utiliser un capteur solaire pour deux pièces) et de minimiser les pertes d'énergie pour le transport. Le principal critère de choix d'un équipement est son efficacité.

Conclusion

Actuellement, seule une partie négligeable de l'énergie solaire est utilisée du fait que les panneaux solaires existants ont un rendement relativement faible et sont très coûteux à fabriquer. Cependant, il ne faut pas abandonner immédiatement la source pratiquement inépuisable d'énergie propre : selon les experts, l'énergie solaire pourrait à elle seule couvrir tous les besoins énergétiques imaginables de l'humanité pour des milliers d'années à venir. Il est également possible d'augmenter plusieurs fois l'efficacité des installations solaires, et en les plaçant sur les toits des maisons et à côté d'elles, nous assurerons le chauffage des logements, le chauffage de l'eau et le fonctionnement des appareils électroménagers même sous des latitudes tempérées, sans parler des tropiques. Pour les besoins de l'industrie nécessitant de grandes quantités d'énergie, vous pouvez utiliser des friches et des déserts d'un kilomètre de long, entièrement bordés de puissantes installations solaires. Mais l'énergie solaire fait face à de nombreuses difficultés avec la construction, le placement et l'exploitation de centrales solaires sur des milliers de kilomètres carrés de la surface de la terre. Par conséquent, la part globale de l'énergie solaire a été et restera assez modeste, du moins dans un avenir prévisible.

À l'heure actuelle, de nouveaux projets spatiaux sont en cours de développement dans le but d'étudier le Soleil, des observations sont en cours, auxquelles participent des dizaines de pays. Les données sur les processus se produisant sur le Soleil sont obtenues à l'aide d'équipements installés sur des satellites terrestres artificiels et des fusées spatiales, sur les sommets des montagnes et dans les profondeurs des océans.

Il convient également d'être très attentif au fait que la production d'énergie, qui est un moyen nécessaire à l'existence et au développement de l'humanité, a un impact sur la nature et l'environnement humain. D'une part, la chaleur et l'électricité sont devenues si fermement ancrées dans la vie et les activités de production d'une personne qu'une personne ne peut même pas imaginer son existence sans elle et consomme des ressources inépuisables pour acquises. D'autre part, les gens concentrent de plus en plus leur attention sur l'aspect économique de l'énergie et exigent une production d'énergie respectueuse de l'environnement. Cela indique la nécessité d'aborder un ensemble de questions, notamment la redistribution des fonds pour répondre aux besoins de l'humanité, l'utilisation pratique des acquis dans l'économie nationale, la recherche et le développement de nouvelles technologies alternatives pour la production de chaleur et d'électricité, etc.

Maintenant, les scientifiques étudient la nature du Soleil, découvrent son influence sur la Terre et travaillent sur le problème de l'utilisation de l'énergie solaire presque inépuisable.

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La vie d'une personne moderne est tout simplement impensable sans énergie. Une panne de courant semble être une catastrophe, une personne n'imagine plus la vie sans transport, et cuisiner, par exemple, de la nourriture sur un feu, et non sur une cuisinière à gaz ou électrique pratique, est déjà un passe-temps.

Jusqu'à présent, nous utilisions des combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon) pour produire de l'énergie. Mais leurs réserves sur notre planète sont limitées, et ce n'est pas aujourd'hui ni demain que viendra le jour où elles s'épuiseront. Que faire? La réponse est déjà là - chercher d'autres sources d'énergie, non traditionnelles, alternatives, dont l'approvisionnement 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 après la tombée de la nuit. Chaque seconde, le Soleil donne à la Terre 80 000 milliards de kilowatts. C'est plusieurs fois plus que ce que produisent toutes les centrales électriques du monde.

Imaginez les avantages que l'utilisation de l'énergie solaire apportera à l'humanité :

. Infini dans le temps. Les scientifiques prédisent que le Soleil ne s'éteindra pas avant quelques milliards d'années. Et cela signifie que ce sera suffisant pour notre siècle et pour nos lointains descendants.

. Géographie. Il n'y a aucun endroit sur notre planète où le soleil ne brillerait pas. Quelque part plus lumineux, quelque part plus sombre, mais le soleil est partout. Cela signifie qu'il ne sera pas nécessaire d'envelopper la Terre avec un réseau sans fin de fils, essayant de fournir de l'électricité aux coins reculés de la planète.

. Quantité. Il y a assez d'énergie solaire pour tout le monde. Même si quelqu'un commence à stocker sans limite une telle énergie pour l'avenir, cela ne changera rien. De quoi recharger les batteries et bronzer sur la plage.

. avantage économique. Il ne sera plus nécessaire de dépenser de l'argent pour l'achat de bois de chauffage, de charbon, d'essence. La lumière du soleil gratuite sera responsable du fonctionnement de l'approvisionnement en eau et de la voiture, du climatiseur et de la télévision, du réfrigérateur et de l'ordinateur.

. Écologique. La déforestation totale deviendra une chose du passé, il n'y aura plus besoin de chauffer des fours, de construire les prochains "Tchernobyl" et "Fukushima", de brûler du mazout et du pétrole. Pourquoi mettre tant d'efforts dans la destruction de la nature, alors qu'il y a une belle et inépuisable source d'énergie 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 sera fournie par la lumière du soleil. Et ce n'est que le début.

Où est utilisée l'énergie solaire ?

. Panneaux solaires. Les batteries installées sur le toit de la maison ne surprennent plus personne. En absorbant l'énergie du soleil, ils la convertissent en énergie électrique. En Californie, par exemple, tout nouveau projet de maison nécessite l'utilisation de panneaux solaires. Et en Hollande, la ville d'Herhugovard est surnommée la "ville du Soleil", car ici toutes les maisons sont équipées de panneaux solaires.

. Le transport.

Déjà, tous les engins spatiaux en vol autonome se fournissent en électricité à partir de l'énergie du soleil.

Véhicules à énergie solaire. Le premier modèle d'une telle voiture a été présenté en 1955. Et déjà en 2006, la société française Venturi a lancé la production en série de voitures "solaires". Ses caractéristiques sont encore modestes : seulement 110 kilomètres de déplacement autonome et une vitesse de pas plus de 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 développées :

. 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 de chaleur rempli d'eau. De plus, tout se passe comme dans une centrale thermique classique : l'eau bout, se transforme en vapeur. La vapeur fait tourner une turbine qui entraîne un générateur. Cette dernière produit de l'électricité.

. Poupée. Le principe de fonctionnement est similaire à la tour. La différence réside dans la conception elle-même. Tout d'abord, ce n'est pas un miroir qui est utilisé, mais plusieurs ronds, semblables à d'énormes assiettes. Des miroirs sont installés radialement autour du récepteur.

Chaque centrale solaire à plaques peut avoir plusieurs modules similaires à la fois.

. photovoltaïque(avec piles photo).

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

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

Utilisation de l'énergie éolienne

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

L'énergie mécanique obtenue à partir du vent est utilisée depuis longtemps. Par exemple, lors de la mouture du grain (les fameux moulins à vent) ou du pompage de l'eau.

L'énergie éolienne est également utilisée :

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

Le 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 (parcs éoliens)

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

. Offshore. Ils sont construits en eau peu profonde, à une distance considérable de la côte. L'électricité est amenée 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 de l'Italie. Les générateurs sont installés sur des plates-formes spéciales.

. Parcs éoliens en plein essor placés en hauteur sur des oreillers spéciaux en matériaux ininflammables et remplis d'hélium. L'électricité est fournie au sol par des cordes.

Perspectives et développement

Les plans à long terme les plus sérieux pour l'utilisation de l'énergie solaire sont fixés par la Chine, qui prévoit de devenir le leader mondial dans ce domaine d'ici 2020. Les pays de la CEE développent un concept qui permettra de recevoir jusqu'à 20% de l'électricité à partir de sources alternatives. Le département américain de l'énergie appelle un chiffre plus petit - d'ici 2035 à 14%. Il y a 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 éoliennes fournissent de l'électricité à de nombreux pays du monde. Ainsi, au Danemark, 20% de l'électricité consommée provient 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 du monde et leur capacité augmente d'année en année.

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Établissement d'enseignement municipal "Lycée n ° 43"

USAGE
ÉNERGIE SOLAIRE

Complété:élève de 8e année Nikulin Alexey Vérifié: Vlaskina Maria Nikolaïevna

Saransk, 2008

INTRODUCTION

L'énergie du Soleil est la source de la vie sur notre planète. Le soleil chauffe l'atmosphère et la surface de la terre. Grâce à l'énergie solaire, les vents soufflent, le cycle de l'eau s'effectue dans la nature, les mers et les océans se réchauffent, les plantes se développent, les animaux ont de la nourriture. C'est grâce au rayonnement solaire que les énergies fossiles existent sur Terre. L'énergie solaire peut être convertie en chaleur ou en froid, en force motrice et en électricité.

COMBIEN D'ÉNERGIE SOLAIRE ARRIVE SUR LA TERRE ?

Le soleil émet une énorme quantité d'énergie - environ 1,1x1020 kWh par seconde. Un kilowattheure est la quantité d'énergie nécessaire pour faire fonctionner une ampoule à incandescence de 100 watts pendant 10 heures. L'atmosphère extérieure de la Terre intercepte environ un millionième de l'énergie émise par le Soleil, soit environ 1 500 quadrillions (1,5 x 1 018) kWh par an. Cependant, en raison de la réflexion, de la diffusion et de l'absorption par les gaz atmosphériques et les aérosols, seuls 47% de toute l'énergie, soit environ 700 quadrillions (7 x 1017) kWh, atteignent la surface de la Terre.

UTILISER L'ÉNERGIE SOLAIRE

Dans la plupart des régions du monde, la quantité d'énergie solaire qui frappe les toits et les murs des bâtiments dépasse de loin la consommation énergétique annuelle des habitants de ces bâtiments. L'utilisation de la lumière du soleil et de la chaleur est un moyen propre, simple et naturel d'obtenir toutes les formes d'énergie dont nous avons besoin. Les capteurs solaires peuvent chauffer les maisons et les bâtiments commerciaux et/ou leur fournir de l'eau chaude. La lumière solaire concentrée par des miroirs paraboliques (réflecteurs) est utilisée pour générer de la chaleur (avec des températures pouvant atteindre plusieurs milliers de degrés Celsius). Il peut être utilisé pour le chauffage ou pour produire de l'électricité. De plus, il existe un autre moyen de produire de l'énergie à l'aide du Soleil - la technologie photovoltaïque. Les cellules photovoltaïques sont des dispositifs qui convertissent directement le rayonnement solaire en électricité.Le rayonnement solaire peut être converti en énergie utilisable à l'aide de systèmes solaires dits actifs et passifs. Les systèmes solaires actifs comprennent des capteurs solaires et des cellules photovoltaïques. Les systèmes passifs sont obtenus en concevant des bâtiments et en sélectionnant des matériaux de construction de manière à maximiser l'utilisation de l'énergie solaire.L'énergie solaire est convertie en énergie utile et indirectement, en se transformant en d'autres formes d'énergie, telles que la biomasse, l'énergie éolienne ou hydraulique. L'énergie du Soleil "contrôle" le temps qu'il fait sur Terre. Une grande partie du rayonnement solaire est absorbée par les océans et les mers, dont l'eau s'échauffe, s'évapore et tombe au sol sous forme de pluie, « alimentant » les centrales hydroélectriques. Le vent requis par les éoliennes est formé en raison du chauffage non uniforme de l'air. Une autre catégorie de sources d'énergie renouvelables issues de l'énergie solaire est la biomasse. Les plantes vertes absorbent la lumière du soleil, à la suite de la photosynthèse, des substances organiques s'y forment, à partir desquelles de la chaleur et de l'énergie électrique peuvent ensuite être obtenues. Ainsi, l'énergie du vent, de l'eau et de la biomasse est un dérivé de l'énergie solaire.

ÉNERGIE SOLAIRE PASSIVE

Les bâtiments solaires passifs sont ceux conçus pour tenir compte autant que possible des conditions climatiques locales, et où des technologies et des matériaux appropriés sont utilisés pour chauffer, refroidir et éclairer le bâtiment à l'aide de l'énergie solaire. Il s'agit notamment des techniques et des matériaux de construction traditionnels tels que l'isolation, les sols solides et les fenêtres orientées au sud. De tels logements peuvent être construits dans certains cas sans frais supplémentaires. Dans d'autres cas, les coûts supplémentaires encourus lors de la construction peuvent être compensés par des coûts énergétiques inférieurs. Les bâtiments solaires passifs sont respectueux de l'environnement, ils contribuent à la création d'une indépendance énergétique et d'un avenir énergétiquement équilibré.Dans un système solaire passif, la structure du bâtiment elle-même agit comme un collecteur de rayonnement solaire. Cette définition correspond à la plupart des systèmes les plus simples où la chaleur est stockée dans un bâtiment à travers ses murs, ses plafonds ou ses sols. Il existe également des systèmes dans lesquels des éléments spéciaux pour l'accumulation de chaleur sont intégrés à la structure du bâtiment (par exemple, des boîtes avec des pierres ou des réservoirs ou des bouteilles remplies d'eau). De tels systèmes sont également classés comme solaires passifs. Les bâtiments solaires passifs sont l'endroit idéal pour vivre. Ici, vous ressentez plus pleinement le lien avec la nature, dans une telle maison, il y a beaucoup de lumière naturelle, cela économise de l'électricité.

HISTOIRE

Historiquement, la conception des bâtiments a été influencée par les conditions climatiques locales et la disponibilité des matériaux de construction. Plus tard, l'humanité s'est séparée de la nature, suivant le chemin de la domination et du contrôle sur elle. Ce chemin a conduit au même type de bâtiments pour presque toutes les zones. En 100 après J. e. l'historien Pline le Jeune a construit une maison d'été dans le nord de l'Italie, dont l'une des pièces avait des fenêtres en mica mince. La pièce était plus chaude que les autres et avait besoin de moins de bois pour la chauffer. Dans les célèbres thermes romains du I-IV Art. n.m. e. de grandes fenêtres orientées au sud ont été spécialement installées afin de permettre à plus de chaleur solaire d'entrer dans le bâtiment. Par VI Art. les pièces solaires dans les maisons et les bâtiments publics sont devenues si courantes que le code Justinien a introduit un "droit au soleil" pour garantir l'accès individuel au soleil. Au 19ème siècle, les serres étaient très en vogue, dans lesquelles il était de bon ton de flâner à l'ombre d'une végétation luxuriante.En raison des pannes d'électricité pendant la Seconde Guerre mondiale, fin 1947 aux États-Unis, les bâtiments utilisant l'énergie solaire passive étaient en une demande si énorme que The Libbey-Owens-Ford Glass Company a publié un livre intitulé "Your Solar Home" présentant 49 des meilleures conceptions de bâtiments solaires. Au milieu des années 1950, l'architecte Frank Bridgers a conçu le premier immeuble de bureaux solaire passif au monde. Le système solaire pour l'eau chaude qui y est installé fonctionne sans problème depuis lors. Le Bridgers Paxton Building lui-même est inscrit au registre historique national du pays comme le premier immeuble de bureaux chauffé à l'énergie solaire au monde. Les bas prix du pétrole après la Seconde Guerre mondiale ont détourné l'attention du public des bâtiments solaires et des problèmes d'efficacité énergétique. Depuis le milieu des années 1990, le marché a changé d'attitude envers l'écologie et l'utilisation des énergies renouvelables, et des tendances sont apparues dans la construction, qui se caractérisent par une combinaison de la conception future des bâtiments avec la nature environnante.

SYSTÈMES SOLAIRES PASSIFS

Il existe plusieurs façons principales d'utiliser passivement l'énergie solaire dans l'architecture. En les utilisant, vous pouvez créer de nombreux schémas différents, obtenant ainsi une variété de conceptions de bâtiments. Les priorités dans la construction d'un bâtiment avec utilisation passive de l'énergie solaire sont : le bon emplacement de la maison ; un grand nombre de fenêtres orientées au sud (dans l'hémisphère nord) pour laisser entrer plus de soleil en hiver (et inversement, un petit nombre de fenêtres orientées à l'est ou à l'ouest pour limiter les rayons du soleil indésirables en été) ; calcul correct de la charge thermique à l'intérieur pour éviter les fluctuations de température indésirables et garder au chaud la nuit, structure du bâtiment bien isolée L'emplacement, l'isolation, l'orientation des fenêtres et la charge thermique des pièces doivent constituer un système unique. Pour réduire les fluctuations de température internes, l'isolation doit être placée à l'extérieur du bâtiment. Cependant, dans les endroits où le chauffage interne est rapide, où peu d'isolation est nécessaire ou où la capacité calorifique est faible, l'isolation doit être à l'intérieur. Ensuite, la conception du bâtiment sera optimale pour tout microclimat. Il convient de noter que le bon équilibre entre la charge thermique des locaux et l'isolation conduit non seulement à des économies d'énergie, mais également à des économies de matériaux de construction.

ARCHITECTURE SOLAIRE ET SOLAIRE ACTIF
SYSTÈMES

L'utilisation de systèmes solaires actifs (voir ci-dessous) tels que des capteurs solaires et des panneaux photovoltaïques doit également être prise en compte lors de la conception du bâtiment. Cet équipement est installé du côté sud du bâtiment. Pour maximiser la quantité de chaleur en hiver, les capteurs solaires en Europe et en Amérique du Nord doivent être installés à un angle de plus de 50° par rapport à l'horizontale. Les panneaux photovoltaïques fixes reçoivent la plus grande quantité de rayonnement solaire au cours de l'année lorsque l'angle d'inclinaison par rapport à l'horizon est égal à la latitude géographique à laquelle se trouve le bâtiment. L'angle du toit du bâtiment et son orientation vers le sud sont des aspects importants lors de la conception d'un bâtiment. Les capteurs solaires pour l'approvisionnement en eau chaude et les panneaux photovoltaïques doivent être situés à proximité immédiate du lieu de consommation d'énergie. Il est important de rappeler que la proximité de la salle de bain et de la cuisine vous permet d'économiser sur l'installation de systèmes solaires actifs (dans ce cas, vous pouvez utiliser un capteur solaire pour deux pièces) et de minimiser les pertes d'énergie pour le transport. Le principal critère de choix d'un équipement est son efficacité.

SOMMAIRE

CAPTEURS SOLAIRES

Depuis l'Antiquité, l'homme utilise l'énergie solaire pour chauffer l'eau. La base de nombreux systèmes d'énergie solaire est l'utilisation de capteurs solaires. Le capteur absorbe l'énergie lumineuse du soleil et la convertit en chaleur, qui est transférée à un fluide caloporteur (liquide ou air) puis utilisée pour chauffer des bâtiments, chauffer de l'eau, générer de l'électricité, sécher des produits agricoles ou cuire des aliments. Les capteurs solaires peuvent être utilisés dans presque tous les processus utilisant de la chaleur.Pour un immeuble résidentiel ou un appartement typique en Europe et en Amérique du Nord, le chauffage de l'eau est le deuxième processus domestique le plus énergivore. Pour un certain nombre de maisons, c'est même la plus énergivore. L'utilisation de l'énergie solaire peut réduire de 70 % le coût du chauffage de l'eau domestique. Le collecteur préchauffe l'eau, qui est ensuite acheminée vers une colonne ou une chaudière traditionnelle, où l'eau est chauffée à la température souhaitée. Cela se traduit par des économies de coûts importantes. Un tel système est facile à installer et ne nécessite pratiquement aucun entretien.Aujourd'hui, les systèmes de chauffe-eau solaires sont utilisés dans les maisons privées, les immeubles d'habitation, les écoles, les lave-autos, les hôpitaux, les restaurants, l'agriculture et l'industrie. Tous ces établissements ont un point commun : ils utilisent de l'eau chaude. Les propriétaires et les chefs d'entreprise ont déjà vu que les systèmes de chauffe-eau solaires sont rentables et capables de répondre aux besoins en eau chaude dans n'importe quelle région du monde.

HISTOIRE

Les gens chauffent l'eau avec l'aide du soleil depuis l'Antiquité, avant que les combustibles fossiles ne prennent la tête de l'énergie mondiale. Les principes du chauffage solaire sont connus depuis des millénaires. Une surface peinte en noir chauffe beaucoup au soleil, tandis que les surfaces claires chauffent moins, les blanches moins que toutes les autres. Cette propriété est utilisée dans les capteurs solaires - les appareils les plus célèbres qui utilisent directement l'énergie du soleil. Les collecteurs ont été développés il y a environ deux cents ans. Le plus célèbre d'entre eux, le collecteur plat, a été fabriqué en 1767 par un scientifique suisse du nom d'Horace de Saussure. Il a ensuite été utilisé pour la cuisine par Sir John Herschel lors de son expédition en Afrique du Sud dans les années 30 du 19ème siècle.. étui et tuyaux en cuivre. Ce collecteur était très similaire au système de thermosiphon moderne (voir ci-dessous). À la fin de la Première Guerre mondiale, Bailey avait vendu 4 000 de ces collectionneurs, et l'homme d'affaires de Floride qui lui avait acheté le brevet avait vendu près de 60 000 collectionneurs en 1941. Le rationnement du cuivre introduit aux États-Unis pendant la Seconde Guerre mondiale a entraîné une forte baisse du marché des chauffe-eau solaires.Avant la crise pétrolière mondiale de 1973, ces appareils étaient tombés dans l'oubli. Cependant, la crise a éveillé un nouvel intérêt pour les sources d'énergie alternatives. En conséquence, la demande d'énergie solaire a également augmenté. De nombreux pays sont vivement intéressés par le développement de cette zone. L'efficacité des systèmes de chauffage solaire n'a cessé d'augmenter depuis les années 1970, grâce à l'utilisation de verre trempé à faible teneur en fer pour recouvrir les capteurs (il transmet plus d'énergie solaire que le verre ordinaire), à une meilleure isolation thermique et à un revêtement sélectif durable.

TYPES DE CAPTEURS SOLAIRES

Un capteur solaire typique stocke l'énergie solaire dans des modules de tubes et de plaques métalliques montés sur le toit d'un bâtiment, peints en noir pour une absorption maximale du rayonnement. Ils sont enfermés dans du verre ou du plastique et inclinés vers le sud pour capter un maximum de lumière solaire. Ainsi, le collecteur est une serre miniature qui accumule la chaleur sous un panneau de verre. Étant donné que le rayonnement solaire est réparti sur la surface, le capteur doit avoir une grande surface.Il existe des capteurs solaires de différentes tailles et conceptions en fonction de leur application. Ils peuvent fournir aux ménages de l'eau chaude pour la lessive, le bain et la cuisine, ou être utilisés pour préchauffer l'eau des chauffe-eau existants. Actuellement, le marché propose de nombreux modèles différents de collecteurs. Ils peuvent être divisés en plusieurs catégories. Par exemple, plusieurs types de capteurs se distinguent selon la température qu'ils donnent : Les capteurs basse température produisent une chaleur de faible intensité, inférieure à 50 degrés Celsius. Ils sont utilisés pour chauffer l'eau des piscines et dans d'autres cas où l'eau n'est pas trop chaude.Les capteurs à moyenne température produisent une chaleur potentielle élevée et moyenne (supérieure à 50 C, généralement 60-80 C). Il s'agit généralement de capteurs plats vitrés, dans lesquels le transfert de chaleur s'effectue au moyen d'un liquide, ou de capteurs concentrateurs, dans lesquels la chaleur est concentrée. Le représentant de ce dernier est le collecteur tubulaire sous vide, qui est souvent utilisé pour chauffer l'eau dans le secteur résidentiel.Les collecteurs à haute température sont des plaques paraboliques et sont principalement utilisés par les entreprises de production d'électricité pour produire de l'électricité pour les réseaux électriques.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Les capteurs solaires à air peuvent être divisés en groupes selon le mode de circulation de l'air. Dans le plus simple d'entre eux, l'air passe par le collecteur sous l'absorbeur. Ce type de collecteur ne convient que pour des élévations de température de 3 à 5 oC dues à des pertes de chaleur élevées à la surface du collecteur par convection et rayonnement. Ces pertes peuvent être considérablement réduites en recouvrant l'absorbeur d'un matériau transparent à faible conductivité infrarouge. Dans un tel collecteur, le flux d'air s'effectue soit sous l'absorbeur, soit entre l'absorbeur et le couvercle transparent. Grâce au couvercle transparent, le rayonnement thermique de l'absorbeur est légèrement réduit, mais en raison de la réduction des pertes de chaleur par convection, une élévation de température de 20 à 50 °C peut être obtenue, en fonction de la quantité de rayonnement solaire et de l'intensité de la flux d'air. Une réduction supplémentaire des pertes de chaleur peut être obtenue en faisant passer le flux d'air à la fois au-dessus et au-dessous de l'absorbeur, car cela double la surface de transfert de chaleur. La perte de chaleur due au rayonnement est ainsi réduite du fait de la température réduite de l'absorbeur. Cependant, dans le même temps, il y a également une diminution de la capacité d'absorption de l'absorbeur due à l'accumulation de poussière si le flux d'air passe des deux côtés de l'absorbeur.Certains capteurs solaires peuvent réduire les coûts en supprimant le vitrage, une boîte métallique et thermique isolation. Un tel collecteur est constitué de tôles perforées noires, qui permettent d'obtenir un bon transfert de chaleur. Le soleil chauffe le métal et le ventilateur aspire l'air chauffé à travers des trous dans le métal. De tels collecteurs de différentes tailles sont utilisés dans les maisons privées. Un collecteur typique mesurant 2,4 mètres sur 0,8 mètres peut chauffer 0,002 m3 d'air extérieur par seconde. Lors d'une journée d'hiver ensoleillée, l'air dans le capteur se réchauffe de 28 °C par rapport à l'air extérieur. Cela améliore la qualité de l'air à l'intérieur de la maison, car le collecteur chauffe directement l'air frais provenant de l'extérieur. Ces collecteurs ont atteint un rendement très élevé - dans certaines applications industrielles, il dépasse 70 %. De plus, ils ne nécessitent pas de vitrage, d'isolation et sont peu coûteux à fabriquer.

MOYEUX

Les collecteurs à focalisation (concentrateurs) utilisent des surfaces de miroir pour concentrer l'énergie solaire sur un absorbeur, également appelé "dissipateur de chaleur". Ils atteignent des températures beaucoup plus élevées que les capteurs plans, mais ils ne peuvent concentrer que le rayonnement solaire direct, ce qui entraîne de mauvaises performances par temps brumeux ou nuageux. La surface du miroir concentre la lumière solaire réfléchie par une grande surface sur une plus petite surface de l'absorbeur, atteignant ainsi une température élevée. Dans certains modèles, le rayonnement solaire est concentré en un point focal, tandis que dans d'autres, les rayons du soleil sont concentrés le long d'une fine ligne focale. Le récepteur est situé au point focal ou le long de la ligne focale. Le fluide caloporteur traverse le récepteur et absorbe la chaleur. De tels collecteurs-hubs sont les plus adaptés aux régions à forte insolation - proches de l'équateur et dans les zones désertiques.Les concentrateurs fonctionnent mieux lorsqu'ils sont directement face au Soleil. Pour ce faire, des dispositifs de suivi sont utilisés qui, pendant la journée, tournent le "visage" du collecteur vers le soleil. Les trackers à axe unique tournent d'est en ouest; biaxial - d'est en ouest et du nord au sud (pour suivre le mouvement du Soleil dans le ciel au cours de l'année). Les concentrateurs sont principalement utilisés dans les installations industrielles car ils sont coûteux et les dispositifs de suivi nécessitent un entretien constant. Certains systèmes d'énergie solaire résidentiels utilisent des concentrateurs paraboliques. Ces unités sont utilisées pour l'approvisionnement en eau chaude, le chauffage et le traitement de l'eau. Dans les systèmes domestiques, les dispositifs de suivi à axe unique sont principalement utilisés - ils sont moins chers et plus simples que les dispositifs biaxiaux. Vous trouverez plus d'informations sur les concentrateurs dans le chapitre sur les centrales solaires thermiques.

FOURS ET DISTILLATEURS SOLAIRES

Il existe d'autres capteurs solaires peu coûteux et technologiquement simples pour un objectif étroit - les fours solaires (pour la cuisson) et les distillateurs solaires, qui vous permettent d'obtenir de l'eau distillée à peu de frais à partir de presque toutes les sources.Les fours solaires sont bon marché et faciles à fabriquer. Ils consistent en une boîte spacieuse et bien isolée doublée d'un matériau réfléchissant la lumière (comme une feuille), recouverte de verre et équipée d'un réflecteur externe. La poêle noire sert d'absorbant, chauffant plus rapidement que les ustensiles de cuisine ordinaires en aluminium ou en acier inoxydable. Les fours solaires peuvent être utilisés pour désinfecter l'eau en la portant à ébullition.Les distillateurs solaires fournissent de l'eau distillée bon marché, même de l'eau salée ou fortement polluée peut être utilisée comme source. Ils sont basés sur le principe de l'évaporation de l'eau d'un récipient ouvert. Le distillateur solaire utilise l'énergie du soleil pour accélérer ce processus. Il se compose d'un récipient calorifuge de couleur foncée avec vitrage, qui est incliné de sorte que l'eau douce condensée s'écoule dans un récipient spécial. Un petit distillateur solaire - de la taille d'une cuisinière - peut produire jusqu'à dix litres d'eau distillée par une journée ensoleillée.

EXEMPLES D'ÉNERGIE SOLAIRE

L'énergie solaire est utilisée dans les cas suivants :

fourniture d'eau chaude aux bâtiments résidentiels, aux bâtiments publics et aux entreprises industrielles; chauffage de piscine; réchauffement de l'espace; séchage de produits agricoles, etc.; réfrigération et climatisation; purification de l'eau; cuisiner. Les technologies appliquées sont pleinement développées et les deux premières sont également économiquement viables dans des conditions favorables. Voir ci-dessous un article séparé sur les collecteurs-concentrateurs, qui sont utiles pour produire de l'électricité, en particulier dans les régions à fort rayonnement solaire (voir chapitre "Centrales solaires thermiques").

SYSTÈMES D'EAU CHAUDE SOLAIRE

Actuellement, plusieurs millions de foyers et d'entreprises utilisent des chauffe-eau solaires. Il s'agit d'un type d'approvisionnement en eau chaude économique et fiable. L'eau chaude sanitaire ou le chauffage solaire est un moyen naturel et facile d'économiser l'énergie et de conserver les combustibles fossiles. Un système solaire bien conçu et correctement installé peut ajouter de la valeur à une maison en raison de son aspect esthétique. Dans les bâtiments neufs, de tels systèmes sont inclus dans le plan global de construction, de sorte qu'ils sont quasiment invisibles de l'extérieur, alors qu'il est souvent difficile d'adapter le système à un bâtiment ancien.Un capteur solaire permet à son propriétaire de faire des économies sans avoir un effet néfaste sur l'environnement. L'utilisation d'un capteur solaire peut réduire les émissions de dioxyde de carbone d'une à deux tonnes par an. Le passage à l'énergie solaire évite également les émissions d'autres polluants tels que le dioxyde de soufre, le monoxyde de carbone et l'oxyde nitreux.L'eau chaude est la forme la plus courante d'application directe de l'énergie solaire. Une installation typique est constituée d'un ou plusieurs capteurs dans lesquels le liquide est chauffé par le soleil, ainsi que d'un ballon de stockage d'eau chaude chauffée par le fluide caloporteur. Même dans les régions où le rayonnement solaire est relativement faible, comme l'Europe du Nord, un système solaire peut fournir 50 à 70 % de la demande en eau chaude. Il n'est pas possible d'en obtenir davantage, sauf par désaisonnalisation (voir chapitre ci-dessous). En Europe du Sud, un capteur solaire peut fournir 70 à 90 % de l'eau chaude consommée. Le chauffage de l'eau à l'aide de l'énergie solaire est un moyen très pratique et économique. Alors que les systèmes photovoltaïques atteignent une efficacité de 10 à 15 %, les systèmes solaires thermiques affichent une efficacité de 50 à 90 %. En combinaison avec des poêles à bois, la demande d'eau chaude sanitaire peut être satisfaite presque toute l'année sans l'utilisation de combustibles fossiles.

UN COLLECTEUR SOLAIRE PEUT-IL CONCURRENCE
AVEC DES CHAUFFAGES HABITUELS ?

Le coût d'un système complet d'eau chaude et de chauffage varie beaucoup d'un pays à l'autre : en Europe et aux États-Unis, il oscille entre 2 000 $ et 4 000 $. Elle dépend notamment des besoins en eau chaude sanitaire adoptés dans un pays donné, et du climat. L'investissement initial dans un tel système est généralement plus élevé que celui requis pour l'installation d'un chauffage électrique ou à gaz, mais lorsqu'ils sont combinés, le coût total de la durée de vie des chauffe-eau solaires est généralement inférieur à celui des systèmes de chauffage conventionnels. Il convient de noter que la principale période de récupération des fonds investis dans le système solaire dépend des prix des vecteurs d'énergie fossile qu'il remplace. Dans les pays de l'Union européenne, la période d'amortissement est généralement inférieure à 10 ans. La durée de vie prévue des systèmes de chauffage solaire est de 20 à 30 ans.Une caractéristique importante d'une installation solaire est son retour sur investissement énergétique - le temps nécessaire à une installation solaire pour générer la quantité d'énergie qui serait dépensée pour sa production. En Europe du Nord, qui reçoit moins d'énergie solaire que d'autres régions habitées du monde, une installation solaire pour chauffer l'eau chaude paie l'énergie dépensée en 3-4 ans.

CHAUFFAGE DES LOCAUX À L'ÉNERGIE SOLAIRE

Ci-dessus, nous n'avons parlé que de chauffer l'eau à l'énergie solaire. Un système de chauffage solaire actif peut non seulement fournir de l'eau chaude, mais également un chauffage supplémentaire via un système de chauffage urbain. Pour assurer les performances d'un tel système, la température du chauffage central doit être minimale (de préférence autour de 50°C), il faut aussi accumuler de la chaleur pour le chauffage. Une bonne solution est la combinaison d'un système de chauffage solaire avec un chauffage par le sol, dans lequel le sol agit comme un accumulateur de chaleur.Les systèmes solaires pour le chauffage des locaux sont moins rentables que les chauffe-eau, tant d'un point de vue économique qu'énergétique, car le chauffage est rarement nécessaire en été. Mais si vous avez besoin de chauffer des pièces en été (par exemple, dans des zones montagneuses), les installations de chauffage deviennent alors rentables. En Europe centrale, par exemple, environ 20 % de la charge thermique totale d'une maison traditionnelle et environ 50 % d'une maison basse consommation peuvent être fournies par un système solaire actif moderne avec stockage de chaleur. La chaleur restante doit être fournie par une centrale électrique supplémentaire. Afin d'augmenter la part d'énergie reçue du soleil, il est nécessaire d'augmenter le volume de l'accumulateur de chaleur.En Suisse, les installations solaires sont conçues pour les maisons privées avec des réservoirs de stockage bien isolés d'une capacité de 5 à 30 m 3 (les systèmes dits Jenny), mais ils sont coûteux et le stockage de l'eau chaude souvent peu pratique. La composante solaire du système Jenny dépasse 50% et atteint même 100%.Si le système décrit ci-dessus était entièrement alimenté par une installation de chauffe-eau solaire, alors une surface de capteur de 25 m 3 et un réservoir de stockage d'un volume de 85 m 3 avec une isolation thermique de 100 cm d'épaisseur serait nécessaire.L'augmentation de la capacité thermique de l'énergie de la batterie entraîne une amélioration significative des possibilités pratiques de stockage.Bien qu'il soit techniquement possible de chauffer des maisons individuelles avec l'énergie solaire, il est plus rentable aujourd'hui d'investir dans l'isolation thermique pour réduire le besoin de chauffage.

UTILISATION INDUSTRIELLE DE LA CHALEUR SOLAIRE

Non seulement les ménages, mais aussi les entreprises utilisent des chauffe-eau solaires pour préchauffer l'eau avant d'utiliser d'autres méthodes pour la porter à ébullition ou s'évaporer. Une exposition moindre aux fluctuations des prix de l'énergie est un autre facteur qui fait des systèmes solaires un investissement attractif. Habituellement, l'installation d'un chauffe-eau solaire entraîne des économies d'énergie rapides et importantes. Selon le volume d'eau chaude requis et le climat local, une entreprise peut économiser 40 à 80 % du coût de l'électricité et d'autres sources d'énergie. Par exemple, le besoin quotidien en eau chaude d'un immeuble de bureaux Kuk Jay de 24 étages à Séoul, en Corée du Sud, est assuré à plus de 85 % par un système de chauffe-eau solaire. Le système fonctionne depuis 1984. Il s'est avéré si efficace qu'il a dépassé les chiffres prévus et fournit, en plus, de 10 à 20 % de la demande annuelle de chauffage.Il existe plusieurs types de chauffe-eau solaires. Cependant, la quantité d'eau chaude normalement requise par une entreprise ne peut être fournie que par un système actif. Un système actif se compose généralement de capteurs solaires montés sur la pente sud du toit (dans l'hémisphère nord) et d'un réservoir de stockage installé à proximité du capteur solaire. Lorsqu'un rayonnement solaire suffisant atteint le panneau, un régulateur spécial active une pompe qui commence à faire passer le liquide - eau ou antigel - à travers le panneau solaire. Le fluide prend la chaleur du collecteur et la transfère au réservoir d'eau, où elle est stockée jusqu'à ce qu'elle soit utilisée. Si le système solaire n'a pas chauffé l'eau à la température souhaitée, une source d'énergie supplémentaire peut être utilisée. Le type et la taille du système sont déterminés de la même manière que la taille d'un capteur solaire pour un bâtiment résidentiel (voir ci-dessus). L'entretien des systèmes solaires industriels dépend du type et de la taille du système, cependant, en raison de sa simplicité, il nécessite un entretien minimal.Pour de nombreux types d'activités commerciales et industrielles, le plus grand avantage d'un capteur solaire est l'économie de carburant et d'énergie. Cependant, nous ne devons pas oublier les avantages environnementaux importants. Les émissions atmosphériques de polluants tels que les gaz sulfureux, le monoxyde de carbone et l'oxyde nitreux sont réduites lorsque le propriétaire de l'entreprise décide d'utiliser une source d'énergie plus propre - le soleil.

REFROIDISSEMENT SOLAIRE

La demande mondiale en énergie pour la climatisation et la réfrigération augmente. Cela n'est pas seulement dû au besoin croissant de confort dans les pays développés, mais aussi à la nécessité de stocker de la nourriture et des fournitures médicales dans les régions à climat chaud, en particulier dans les pays du tiers monde.Il existe trois principales méthodes de refroidissement actif. Tout d'abord, l'utilisation de compresseurs électriques, qui sont aujourd'hui le dispositif de refroidissement standard en Europe. Deuxièmement, l'utilisation de climatiseurs à absorption alimentés par l'énergie thermique. Les deux types sont utilisés pour la climatisation, c'est-à-dire refroidissement de l'eau à 5 °C et congélation en dessous de 0 °C. Il existe une troisième possibilité pour la climatisation - le refroidissement par évaporation. Tous les systèmes peuvent être alimentés par l'énergie solaire, leur avantage supplémentaire est l'utilisation de fluides de travail absolument sûrs : eau ordinaire, solution saline ou ammoniaque. Les applications possibles de cette technologie ne sont pas seulement la climatisation, mais aussi la réfrigération pour le stockage des aliments, etc.

SÉCHAGE

Un capteur solaire qui chauffe l'air peut servir de source de chaleur bon marché pour le séchage des cultures telles que les céréales, les fruits ou les légumes. Étant donné que les capteurs solaires à haut rendement chauffent la température de l'air dans la pièce de 5 à 10 °C (et les appareils complexes - encore plus), ils peuvent être utilisés pour la climatisation dans les entrepôts. réduire les pertes de récoltes énormes dans les pays en développement. L'absence de conditions de stockage adéquates entraîne des pertes alimentaires importantes. Bien qu'il ne soit pas possible d'estimer avec précision l'ampleur des pertes de récoltes dans ces pays, certaines sources les évaluent à environ 50-60 %. Pour éviter de telles pertes, les producteurs vendent généralement les récoltes immédiatement après la récolte à bas prix. Réduire les pertes en séchant les fruits frais serait très avantageux tant pour les producteurs que pour les consommateurs. Dans certains pays en développement, le séchage à l'air libre est largement utilisé pour conserver les aliments. Pour ce faire, le produit est disposé au sol, sur des pierres, sur des bords de route ou sur des toits. L'avantage de cette méthode est sa simplicité et son faible coût. Cependant, la qualité du produit final est faible en raison des longs temps de séchage, de la contamination, de l'infestation d'insectes et de la détérioration due à la surchauffe. De plus, l'obtention d'une teneur en humidité suffisamment faible est difficile et entraîne souvent une détérioration du produit pendant le stockage. L'introduction de séchoirs solaires permettra d'améliorer la qualité des produits séchés et de réduire les pertes.

FOURS SOLAIRES

L'utilisation réussie des fours solaires (cuisinières) a été notée en Europe et en Inde dès le 18ème siècle. Les cuisinières et les fours solaires absorbent l'énergie solaire, la convertissant en chaleur, qui est stockée à l'intérieur d'un espace clos. La chaleur absorbée est utilisée pour la cuisson, la friture et la pâtisserie. La température dans un four solaire peut atteindre 200 degrés Celsius. Les fours solaires se présentent sous de nombreuses formes et tailles. En voici quelques exemples : four, four concentrateur, réflecteur, cuiseur vapeur solaire, etc. Avec toute la variété de modèles, tous les fours captent la chaleur et la conservent dans une chambre calorifugée. Dans la plupart des modèles, la lumière du soleil affecte directement les aliments.

BOX FOUR SOLAIRE

Les fours solaires Box sont constitués d'une boîte bien isolée, peinte en noir à l'intérieur, dans laquelle sont placés des pots de nourriture noirs. La boîte est recouverte d'une "fenêtre" à deux couches qui laisse entrer le rayonnement solaire dans la boîte et conserve la chaleur à l'intérieur. De plus, un couvercle avec un miroir à l'intérieur y est fixé, ce qui, lorsqu'il est replié, améliore le rayonnement incident et, lorsqu'il est fermé, améliore l'isolation thermique du poêle.

Utilisez à la fois le rayonnement solaire direct et diffus. Ils peuvent chauffer plusieurs casseroles en même temps. Ils sont légers, portables et faciles à manipuler. Ils n'ont pas à suivre le Soleil. Des températures modérées rendent l'agitation inutile. Les plats restent chauds toute la journée. Ils sont faciles à fabriquer et à réparer en utilisant des matériaux locaux. Ils sont relativement peu coûteux (par rapport aux autres types de fours solaires). Bien sûr, ils ont aussi quelques inconvénients :

Avec leur aide, vous ne pouvez cuisiner que pendant la journée. En raison des températures modérées, la cuisson prend beaucoup de temps. Le couvercle en verre entraîne une perte de chaleur importante. De tels fours "ne savent pas" faire frire. En raison de leurs avantages, les fours solaires à caisson sont le type de four solaire le plus courant. Ils sont de différents types : production industrielle, artisanale et artisanale ; la forme peut ressembler à une valise plate ou à une large boîte basse. Il existe également des poêles fixes en argile, avec un couvercle horizontal (dans les régions tropicales et subtropicales) ou incliné (dans les climats tempérés). Pour une famille de cinq personnes, des modèles standard avec une surface d'ouverture (zone d'entrée) d'environ 0,25 m2 sont recommandés. En vente, il existe également des versions plus grandes de fours - 1 m2 ou plus.

FOURS MIROIR (AVEC REFLECTEUR)

Le four à miroir le plus simple est un réflecteur parabolique et un support de casserole situé au foyer du four. Si le poêle est exposé au soleil, la lumière du soleil est réfléchie par tous les réflecteurs vers le point central (foyer), chauffant la casserole. Le réflecteur peut être un paraboloïde constitué, par exemple, d'une tôle d'acier ou d'une feuille réfléchissante. La surface réfléchissante est généralement en aluminium poli, en métal miroir ou en plastique, mais peut également être constituée de nombreux petits miroirs plats fixés à la surface intérieure du paraboloïde. Selon la focale souhaitée, le réflecteur peut se présenter sous la forme d'une vasque profonde dans laquelle la casserole avec les aliments est complètement immergée (focale courte, la vaisselle est protégée du vent) ou d'une plaque peu profonde si la casserole est installée à un point focal à une certaine distance du réflecteur Tous les réchauds - réflecteurs n'utilisent que le rayonnement solaire direct, et doivent donc constamment tourner derrière le soleil. Cela complique leur fonctionnement, car cela rend l'utilisateur dépendant de la météo et du dispositif de contrôle.Avantages des fours à miroir : La possibilité d'atteindre des températures élevées et, par conséquent, une cuisson rapide. Modèles relativement bon marché. Certains d'entre eux peuvent également être utilisés pour la cuisson.Les avantages énumérés s'accompagnent de quelques inconvénients : En fonction de la distance focale, le four doit tourner derrière le Soleil environ toutes les 15 minutes. Seul le rayonnement direct est utilisé et la lumière du soleil dispersée est perdue. Même avec une petite couverture nuageuse, de grandes pertes de chaleur sont possibles. La manipulation d'un tel four nécessite une certaine habileté et une compréhension des principes de son fonctionnement. Le rayonnement réfléchi par le réflecteur est très brillant, éblouit les yeux et peut provoquer des brûlures s'il entre en contact avec la tache focale. La cuisine est limitée aux heures de la journée. Le cuisinier doit travailler en plein soleil (à l'exception des fours à focale fixe). L'efficacité du poêle dépend dans une large mesure de la force et de la direction changeantes du vent. Un plat cuisiné dans la journée se refroidit le soir.La difficulté de manipulation de ces fours, combinée au fait que le cuisinier doit se tenir au soleil, est la principale raison de leur faible popularité. Mais en Chine, où la cuisine nécessite traditionnellement une chaleur et une puissance élevées, elles sont très répandues.

DISTILLATION SOLAIRE

Partout dans le monde, de nombreuses personnes connaissent des pénuries d'eau potable. Sur les 2,4 milliards d'habitants des pays en développement, moins de 500 millions ont accès à de l'eau potable, sans parler de l'eau distillée. La distillation solaire peut aider à résoudre ce problème. Un distillateur solaire est un appareil simple qui transforme l'eau salée ou polluée en eau pure et distillée. Le principe de la distillation solaire est connu depuis longtemps. Au IVe siècle av. J.-C., Aristote proposa une méthode d'évaporation de l'eau de mer pour produire de l'eau potable. Cependant, le solaire n'a toujours pas été construit avant 1874, lorsque J. Harding et S. Wilson l'ont construit au Chili pour fournir de l'eau potable à une communauté minière. Ce distillateur de 4 700 m2 produisait 24 000 litres d'eau par jour. À l'heure actuelle, de telles centrales de grande capacité sont disponibles en Australie, en Grèce, en Espagne, en Tunisie et sur l'île de Saint-Vincent dans les Caraïbes. Des unités plus petites sont largement utilisées dans d'autres pays. Pratiquement toutes les zones côtières et désertiques peuvent être rendues habitables en utilisant l'énergie solaire pour élever et purifier l'eau. Toutes les étapes de ce procédé - fonctionnement de la pompe, épuration et alimentation en eau du distillateur - sont réalisées grâce à l'énergie solaire.

LA QUALITÉ D'EAU

L'eau obtenue à partir d'une telle usine est de haute qualité. Il montre généralement le meilleur résultat lorsqu'il est testé pour la quantité de substances dissoutes dans l'eau. Il est également saturé d'air car il se condense dans le distillateur en présence d'air. L'eau peut avoir un goût étrange au début, car elle manque des minéraux auxquels la plupart d'entre nous sont habitués. Les tests montrent que la distillation a éliminé toutes les bactéries et que la teneur en pesticides, engrais et solvants est réduite de 75 à 99,5 %. Tout cela est d'une grande importance dans les pays où les gens continuent de mourir du choléra et d'autres maladies infectieuses.

CENTRALES SOLAIRES THERMIQUES

CONCENTRATEURS SOLAIRES

Ces centrales concentrent l'énergie solaire à l'aide de lentilles et de réflecteurs. Cette chaleur pouvant être stockée, ces stations peuvent produire de l'électricité selon les besoins, de jour comme de nuit, par tous les temps. faire tourner la turbine. Luz Corp. installé d'immenses champs de tels miroirs dans le désert californien. Ils produisent 354 MW d'électricité. Ces systèmes permettent de convertir l'énergie solaire en électricité avec un rendement d'environ 15 % Les technologies de production d'électricité solaire thermique basées sur la concentration de la lumière solaire sont à divers stades de développement. Les concentrateurs paraboliques sont déjà utilisés à l'échelle industrielle aujourd'hui : dans le désert de Mojave (Californie), la capacité de l'installation est de 354 MW. Les tours d'énergie solaire sont en phase de projets de démonstration. Un projet pilote appelé "Solar Two" d'une capacité de 10 MW est en cours de test à Barstow (USA). Les systèmes de type disque traversent l'étape des projets de démonstration. Plusieurs projets sont en développement de conception. Une station prototype de 25 kilowatts fonctionne à Golden (USA). Les centrales solaires thermiques présentent un certain nombre de caractéristiques qui en font une technologie très attrayante sur le marché mondial en expansion des énergies renouvelables.Les centrales solaires thermiques ont parcouru un long chemin au cours des dernières décennies. La poursuite des travaux de développement devrait rendre ces systèmes plus compétitifs par rapport aux énergies fossiles, accroître leur fiabilité et constituer une alternative sérieuse face à une demande en électricité toujours croissante. . A cet effet, l'énergie solaire accumulée pendant la journée doit être stockée dans des réservoirs de stockage de chaleur. Ce processus se produit naturellement dans les bassins dits solaires.Les bassins solaires ont une forte concentration en sel au fond de l'eau, une couche intermédiaire d'eau non convective dans laquelle la concentration en sel augmente avec la profondeur et une couche convective à faible teneur en sel. concentration en surface. La lumière du soleil tombe à la surface de l'étang et la chaleur est retenue dans les couches inférieures de l'eau en raison de la forte concentration de sel. L'eau à haute salinité, chauffée par l'énergie solaire absorbée par le fond de l'étang, ne peut pas monter en raison de sa forte densité. Il reste au fond de l'étang, se réchauffant progressivement jusqu'à presque bouillir (alors que les couches supérieures de l'eau restent relativement froides). La "saumure" à fond chaud est utilisée jour et nuit comme source de chaleur, grâce à laquelle une turbine de refroidissement organique spéciale peut produire de l'électricité. La couche intermédiaire du bassin solaire agit comme une isolation thermique, empêchant la convection et la perte de chaleur du fond vers la surface. La différence de température entre le fond et la surface de l'eau du bassin est suffisante pour entraîner le générateur. Le liquide de refroidissement, passé à travers les tuyaux à travers la couche d'eau inférieure, est ensuite introduit dans le système Rankin fermé, dans lequel la turbine tourne pour produire de l'électricité.1. Haute concentration de sel2. Couche intermédiaire.3. Faible concentration en sel4. Eau froide "entrée" et eau chaude "sortie"

CELLULES PHOTOÉLECTRIQUES

MODULES SOLAIRES

Un module solaire est une batterie de cellules solaires interconnectées enfermées sous un couvercle en verre. Plus la lumière tombant sur les photocellules est intense et plus leur surface est grande, plus la production d'électricité est importante et plus l'intensité du courant est élevée. Les modules sont classés par puissance de crête en watts (Wp). Le watt est une unité de mesure de la puissance. Un watt crête est une caractéristique technique qui indique la valeur de la puissance de l'installation sous certaines conditions, c'est-à-dire lorsqu'un rayonnement solaire de 1 kW/m2 tombe sur l'élément à une température de 25 °C. Cette intensité est atteinte dans de bonnes conditions météorologiques et le Soleil à son zénith. Une cellule de 10 x 10 cm est nécessaire pour produire un watt de crête. Des modules plus grands, 1 m x 40 cm, produisent environ 40 à 50 Wp. Cependant, l'éclairement solaire atteint rarement 1 kW/m2. De plus, au soleil, le module chauffe beaucoup plus que la température nominale. Ces deux facteurs réduisent les performances du module. Dans des conditions typiques, la performance moyenne est d'environ 6 Wh par jour et 2000 Wh par an et par Wc. 5 Wh est la quantité d'énergie consommée par une ampoule de 50 W en 6 minutes (50 W x 0,1 h = 5 W h) ou une radio portable en une heure (5 W x 1 h = 5 W h) .

INSTALLATIONS PHOTOÉLECTRIQUES INDUSTRIELLES

Depuis plusieurs années, de petits systèmes photovoltaïques sont utilisés dans l'approvisionnement public en électricité, gaz et eau, prouvant leur rentabilité. La plupart d'entre eux ont une puissance allant jusqu'à 1 kW et comprennent des batteries pour le stockage de l'énergie. Ils remplissent diverses fonctions, allant de l'alimentation des feux de signalisation sur les pylônes électriques à l'alerte des aéronefs en passant par la surveillance de la qualité de l'air. Ils ont démontré leur fiabilité et leur durabilité dans l'industrie des services publics et préparent le terrain pour l'introduction future de systèmes plus puissants.

CONCLUSION

Dans la voie du milieu, le système solaire permet de subvenir partiellement aux besoins de chauffage. L'expérience d'exploitation montre que les économies de carburant saisonnières dues à l'utilisation de l'énergie solaire atteignent 60 % Ils peuvent fonctionner indéfiniment.La baisse constante du coût du watt solaire permettra aux centrales solaires de concurrencer d'autres sources d'énergie autonomes, telles que les centrales diesel.

LISTE DE LA LITTÉRATURE UTILISÉE

1. Lavrus VS Sources d'énergie / Série "Information Edition", Numéro 3 "Science et technologie", 1997

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Types d'énergie éolienne (parcs éoliens)

Perspectives et développement

INTRODUCTION

COMBIEN D'ÉNERGIE SOLAIRE ARRIVE SUR LA TERRE ?

UTILISER L'ÉNERGIE SOLAIRE

ÉNERGIE SOLAIRE PASSIVE

HISTOIRE

SYSTÈMES SOLAIRES PASSIFS

ARCHITECTURE SOLAIRE ET SOLAIRE ACTIF SYSTÈMES

SOMMAIRE

CAPTEURS SOLAIRES

HISTOIRE

TYPES DE CAPTEURS SOLAIRES

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

MOYEUX

FOURS ET DISTILLATEURS SOLAIRES

EXEMPLES D'ÉNERGIE SOLAIRE

SYSTÈMES D'EAU CHAUDE SOLAIRE

UN COLLECTEUR SOLAIRE PEUT-IL CONCURRENCE AVEC DES CHAUFFAGES HABITUELS ?

CHAUFFAGE DES LOCAUX À L'ÉNERGIE SOLAIRE

UTILISATION INDUSTRIELLE DE LA CHALEUR SOLAIRE

REFROIDISSEMENT SOLAIRE

SÉCHAGE

FOURS SOLAIRES

BOX FOUR SOLAIRE

FOURS MIROIR (AVEC REFLECTEUR)

DISTILLATION SOLAIRE

LA QUALITÉ D'EAU

CENTRALES SOLAIRES THERMIQUES

CONCENTRATEURS SOLAIRES

CELLULES PHOTOÉLECTRIQUES

MODULES SOLAIRES

INSTALLATIONS PHOTOÉLECTRIQUES INDUSTRIELLES

CONCLUSION

LISTE DE LA LITTÉRATURE UTILISÉE

ARCHITECTURE SOLAIRE ET SOLAIRE ACTIF
SYSTÈMES

UN COLLECTEUR SOLAIRE PEUT-IL CONCURRENCE
AVEC DES CHAUFFAGES HABITUELS ?