Comment calculer la quantité d'énergie solaire dans la région. Combien d'énergie donne un panneau solaire

L'intensité de la lumière solaire qui atteint la terre varie selon l'heure de la journée, l'année, le lieu et les conditions météorologiques. La quantité totale d'énergie calculée par jour ou par an est appelée irradiation (ou d'une autre manière "l'arrivée du rayonnement solaire") et montre la puissance du rayonnement solaire. L'irradiation est mesurée en W*h/m² par jour ou autre période.

L'intensité du rayonnement solaire dans l'espace libre à une distance égale à la distance moyenne entre la Terre et le Soleil est appelée la constante solaire. Sa valeur est de 1353 W/m². Lorsqu'elle traverse l'atmosphère, la lumière du soleil est atténuée principalement en raison de l'absorption du rayonnement infrarouge par la vapeur d'eau, du rayonnement ultraviolet par l'ozone et de la diffusion du rayonnement par les particules de poussière et les aérosols atmosphériques. L'indicateur de l'influence atmosphérique sur l'intensité du rayonnement solaire atteignant la surface de la terre est appelé "masse d'air" (AM). AM est défini comme la sécante de l'angle entre le Soleil et le zénith.

La figure 1 montre la distribution spectrale de l'intensité du rayonnement solaire dans diverses conditions. La courbe supérieure (AM0) correspond au spectre solaire en dehors de l'atmosphère terrestre (par exemple, à bord d'un engin spatial), c'est-à-dire à masse d'air nulle. Elle est approchée par la distribution d'intensité du rayonnement du corps noir à une température de 5800 K. Les courbes AM1 et AM2 illustrent la distribution spectrale du rayonnement solaire à la surface de la Terre lorsque le Soleil est au zénith et à un angle entre le Soleil et le zénith de 60°, respectivement. Dans ce cas, la puissance de rayonnement totale est d'environ 925 et 691 W / m², respectivement. L'intensité moyenne du rayonnement sur Terre coïncide approximativement avec l'intensité du rayonnement à AM=1,5 (le Soleil est à un angle de 45° par rapport à l'horizon).

Près de la surface de la Terre, on peut prendre la valeur moyenne de l'intensité du rayonnement solaire à 635 W/m². Par une journée ensoleillée très claire, cette valeur varie de 950 W/m² à 1220 W/m². La valeur moyenne est d'environ 1000 W / m². Exemple : Intensité de rayonnement totale à Zurich (47°30′ N, 400 m au-dessus du niveau de la mer) sur une surface perpendiculaire au rayonnement : 1er mai 12h00 1080 W/m² ; 21 décembre 12h00 930 W/m² .

Pour simplifier le calcul de l'énergie solaire, celle-ci est généralement exprimée en heures d'ensoleillement avec une intensité de 1000 W/m². Ceux. 1 heure correspond à l'arrivée d'un rayonnement solaire de 1000 W*h/m². Cela correspond à peu près à la période où le soleil brille en été au milieu d'une journée ensoleillée sans nuage sur une surface perpendiculaire aux rayons du soleil.

Exemple
Le soleil éclatant brille avec une intensité de 1000 W/m² sur une surface perpendiculaire aux rayons du soleil. Pendant 1 heure, 1 kWh d'énergie tombe sur 1 m² (l'énergie est égale au produit de la puissance et du temps). De même, un apport solaire moyen de 5 kWh/m² par jour correspond à 5 heures de pointe d'ensoleillement par jour. Ne confondez pas les heures de pointe avec les heures de clarté réelles. Pendant la journée, le soleil brille avec une intensité différente, mais au total, il donne la même quantité d'énergie que s'il avait brillé pendant 5 heures à son intensité maximale. Ce sont les heures de pointe d'ensoleillement qui sont utilisées dans les calculs des centrales solaires.

L'arrivée du rayonnement solaire varie au cours de la journée et d'un endroit à l'autre, en particulier dans les zones montagneuses. L'irradiation varie en moyenne de 1000 kWh/m² par an pour les pays d'Europe du Nord, à 2000-2500 kWh/m² par an pour les déserts. Les conditions météorologiques et la déclinaison du soleil (qui dépend de la latitude de la zone) entraînent également des différences dans l'arrivée du rayonnement solaire.

En Russie, contrairement à la croyance populaire, il existe de nombreux endroits où il est rentable de convertir l'énergie solaire en électricité. Vous trouverez ci-dessous une carte des ressources d'énergie solaire en Russie. Comme vous pouvez le voir, dans la majeure partie de la Russie, il peut être utilisé avec succès en mode saisonnier et dans les zones avec plus de 2000 heures d'ensoleillement par an - toute l'année. Naturellement, en hiver, la production d'énergie par des panneaux solaires est considérablement réduite, mais le coût de l'électricité d'une centrale solaire reste nettement inférieur à celui d'un générateur diesel ou à essence.

Il est particulièrement avantageux de l'utiliser là où il n'y a pas de réseaux électriques centralisés et où l'alimentation en énergie est assurée par des générateurs diesel. Et il y a beaucoup de ces régions en Russie.

De plus, même là où il y a des réseaux, l'utilisation de panneaux solaires fonctionnant en parallèle avec le réseau peut réduire considérablement les coûts énergétiques. Avec la tendance actuelle à l'augmentation des tarifs des monopoles russes de l'énergie naturelle, l'installation de panneaux solaires devient un investissement intelligent.

4.1.1. Évaluation de la ressource énergétique brute (potentiel) de l'énergie solaire

Analyse des facteurs affectant la valeur de la ressource énergétique brute de l'énergie solaire. L'énergie du rayonnement solaire tombant sur la Terre est 10 000 fois supérieure à la quantité d'énergie produite par l'humanité. Le marché commercial mondial achète et vend environ 85∙103 milliards de kWh d'énergie par an. Il est extrêmement difficile d'estimer la quantité d'énergie non commerciale que l'humanité consomme. Certains experts estiment que la composante non commerciale représente près de 20 % de toute l'énergie utilisée.

La consommation d'électricité dans l'ensemble de la Russie en 2015 s'élevait à 1,036∙103 milliards de kWh. ressource brute l'utilisation de l'énergie solaire. L'énergie du rayonnement solaire annuel total tombant sur la surface horizontale du territoire de notre pays est d'environ 20,743∙10 6 milliards de kWh/an, ce qui dépasse le besoin d'énergie d'environ 20 000 fois.

L'irradiation de la surface de la terre par le rayonnement solaire, qui a un effet léger, thermique et bactéricide, est appelée insolation.

L'insolation est mesurée par la quantité d'énergie de rayonnement solaire tombant sur une unité de surface horizontale par unité de temps.

Le flux de rayonnement solaire traversant une surface de 1 m 2 située perpendiculaire au flux le rayonnement à une distance d'une unité astronomique du centre du Soleil (c'est-à-dire en dehors de l'atmosphère terrestre), est égal à 1367 W / m 2 - la constante solaire.

En raison de l'absorption par l'atmosphère terrestre, le flux maximal de rayonnement solaire au niveau de la mer est de 1020 W/m 2 . Cependant, il convient de tenir compte du fait que la valeur quotidienne moyenne du flux de rayonnement solaire à travers une seule zone est au moins trois fois inférieure (en raison du changement de jour et de nuit et du changement de l'angle du soleil au-dessus de l'horizon) . En hiver, sous les latitudes tempérées, cette valeur est deux fois moindre. Cette quantité d'énergie par unité de surface détermine les possibilités de l'énergie solaire. Les perspectives de production d'énergie solaire diminuent également en raison de la gradation globale, la réduction d'origine humaine du rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre.

Le rayonnement solaire total dans l'atmosphère terrestre se compose de rayonnement direct et diffusé . La quantité d'énergie qui tombe par unité de surface par unité de temps dépend de :

- latitude géographique de la zone,

– le climat local et la période de l'année,

- densité, humidité et degré de pollution de l'air atmosphérique,

– mouvement annuel et journalier de la Terre,

- la nature de la surface terrestre,

- de l'angle d'inclinaison de la surface sur laquelle tombe le rayonnement, par rapport au Soleil.

L'atmosphère absorbe une partie de l'énergie solaire. Plus le trajet de la lumière solaire dans l'atmosphère est long, moins l'énergie solaire directe atteint la surface de la Terre. Lorsque le Soleil est à son zénith (l'angle d'incidence des rayons est de 90°), ses rayons frappent la Terre de la manière la plus courte et dégagent intensément leur énergie sur une petite zone. Sur Terre, cela se produit autour de l'équateur sous les tropiques. Au fur et à mesure que l'on s'éloigne de cette zone vers le sud ou le nord, la longueur du trajet des rayons solaires augmente et l'angle de leur incidence sur la surface terrestre diminue. Par conséquent:

augmentation de la perte d'énergie dans l'air,

le rayonnement solaire est réparti sur une grande surface,

réduire la quantité d'énergie directe tombant sur une unité de surface, et

augmenter la proportion de rayonnement diffusé.

De plus, la longueur du jour à différents moments de l'année dépend également de la latitude de la région, qui détermine également la quantité de rayonnement solaire pénétrant à la surface de la Terre. Un facteur important déterminant le potentiel de l'énergie solaire est la durée du rayonnement solaire au cours de l'année (Fig. 4.1).

Riz. 4.1. Durée d'ensoleillement en Russie, heure/an

Pour les territoires de haute latitude, où une partie importante de l'heure d'hiver tombe la nuit polaire, la différence d'apport de rayonnement en été et en hiver peut être assez importante. Ainsi au-delà du cercle arctique, la durée d'ensoleillement varie de 0 heures en décembre à 200-300 heures en juin et juillet, avec une durée annuelle d'environ 1200-1600 heures. Dans le nord du pays, la quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la Terre en hiver diffère de la valeur annuelle moyenne de moins de 0,8 kWh / (m 2 × jour), en été - de plus de 4 kWh / m 2. Si pendant les mois d'hiver, les niveaux de rayonnement solaire dans les régions du nord et du sud de la Russie sont très différents, les indicateurs d'insolation estivale dans ces territoires en raison des longues heures de clarté dans les latitudes nord s'avèrent assez comparables. Cependant, en raison de la durée annuelle d'ensoleillement plus faible, les territoires circumpolaires sont inférieurs en rayonnement solaire total aux régions de la zone médiane et du sud, respectivement, de 1,3 et 1,7 fois.

Les conditions climatiques dans une zone particulière déterminent la durée et le niveau de nébulosité dans la région, l'humidité et la densité de l'air. Les nuages ​​sont le principal phénomène atmosphérique qui réduit la quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la Terre. Leur formation est influencée par des caractéristiques du relief local telles que les montagnes, les mers et les océans, ainsi que par les grands lacs. Par conséquent, la quantité de rayonnement solaire reçue dans ces zones et dans les régions adjacentes peut différer.

La nature de la surface et du terrain terrestre affecte également sa réflectivité. La capacité d'une surface à réfléchir le rayonnement est appelée albédo (du latin - blancheur). Il a été établi que l'albédo de la surface terrestre varie dans une très large gamme. Ainsi, l'albédo de la neige pure est de 85-90%, le sable - 30-35%, le chernozem - 5-14%, les feuilles vertes - 20-25%, les feuilles jaunes - 33-39%, la surface de l'eau à une hauteur de soleil de 90 0 - 2 %, la surface de l'eau à une hauteur solaire de 20 0 - 78 %. Le rayonnement réfléchi augmente la composante de rayonnement diffusé.

La pollution atmosphérique anthropique et naturelle peut également limiter la quantité de rayonnement solaire qui peut atteindre la surface de la terre. Le smog urbain, la fumée des incendies de forêt et les cendres volcaniques en suspension dans l'air réduisent l'utilisation de l'énergie solaire en augmentant la dispersion et l'absorption du rayonnement solaire. Ces facteurs ont une plus grande influence sur le rayonnement solaire direct que sur le total. Avec une pollution atmosphérique grave, par exemple avec le smog, le rayonnement direct est réduit de 40% et le total - seulement de 15 à 25%. Une forte éruption volcanique peut réduire, et sur une grande partie de la surface de la Terre, le rayonnement solaire direct de 20%, et total - de 10% pendant une période de 6 mois à 2 ans. Avec une diminution de la quantité de cendres volcaniques dans l'atmosphère, l'effet s'affaiblit, mais le processus de récupération complète peut prendre plusieurs années.

La quantité d'énergie solaire incidente sur la surface réceptrice change également lorsque la position du Soleil change au cours de la journée à différents mois de l'année. Habituellement, plus de rayonnement solaire frappe la Terre à midi que tôt le matin ou tard le soir. A midi, le Soleil est haut au-dessus de l'horizon et la longueur du chemin de passage de la lumière du soleil à travers l'atmosphère terrestre est réduite. Par conséquent, moins de rayonnement solaire est diffusé et absorbé, ce qui signifie que plus atteint la surface. De plus, la déviation de l'angle d'incidence de la lumière solaire sur la surface réceptrice à partir de 90 ° entraîne une diminution de la quantité d'énergie par unité de surface - l'effet de projection. L'influence de cet effet sur le niveau d'ensoleillement est visible sur la figure 4.2.

Riz. 4.2. L'effet de la modification de l'angle d'incidence des rayons du soleil sur la valeur

insolation - effet de projection

Un flux d'énergie solaire de 1 km de large tombe sur la terre sous un angle de 90 ° et un autre de la même largeur sous un angle de 30 °. Les deux flux transportent la même quantité d'énergie. Dans ce cas, un faisceau solaire oblique répartit son énergie sur une surface deux fois plus grande qu'un faisceau perpendiculaire à la surface de réception et, par conséquent, la moitié de l'énergie circulera par unité de surface par unité de temps.

La surface de la Terre, absorbant le rayonnement solaire (rayonnement absorbé), se réchauffe et dégage de la chaleur dans l'atmosphère (rayonnement réfléchi). Les basses couches de l'atmosphère retardent largement le rayonnement terrestre. Le rayonnement absorbé par la surface terrestre sert à chauffer le sol, l'air et l'eau.

La partie du rayonnement total qui reste après réflexion et rayonnement thermique de la surface de la terre est appelée bilan radiatif. Le bilan radiatif de la surface terrestre change au cours de la journée et des saisons.

Sources d'information pour évaluer la valeur de la ressource brute (potentiel) de l'énergie solaire. La base d'information pour estimer la valeur de cette ressource brute (potentiel) d'énergie solaire est constituée par les données de mesure du rayonnement solaire dans diverses régions du pays, avec la division ultérieure de la région en zones avec une valeur relativement uniforme du niveau d'insolation. À ces fins, des données générées à partir des résultats d'observations actinométriques sont nécessaires, c'est-à-dire des données sur l'intensité du rayonnement solaire direct, diffusé et total, sur le bilan radiatif et la nature de la réflexion du rayonnement par la surface terrestre (albédo).

Compte tenu de la forte réduction du nombre de stations météorologiques effectuant des observations actinométriques au sol en Russie, en 2014, les informations sur la répartition des ressources en énergie solaire de la base de données NASA Surface meteorology and Solar Energy (NASA SSE) ont été utilisées pour estimer le potentiel brut (ressource) d'énergie solaire. Cette base a été constituée sur la base de mesures satellitaires du bilan radiatif de la surface terrestre, réalisées dans le cadre du Programme international de climatologie satellitaire et nuageuse (ISCCP) du Programme mondial de recherche sur le climat de juillet 1983 à juin 2005. Sur la base de leurs résultats, compte tenu de la nature de la réflexion du rayonnement de la surface terrestre, de l'état de nébulosité, de la pollution atmosphérique par les aérosols et d'autres facteurs, les valeurs des quantités mensuelles de rayonnement solaire incident sur une surface horizontale ont été calculé pour une grille de 1º × 1º couvrant l'ensemble du globe, y compris le territoire de la Fédération de Russie.

Calcul du rayonnement total incident sur une surface inclinée avec un angle d'orientation donné. Lors de l'évaluation du potentiel, il est nécessaire de pouvoir déterminer la quantité de rayonnement total tombant à un certain moment sur une surface inclinée orientée par rapport à la surface de la Terre selon un angle qui nous intéresse.

Avant de procéder à la description de la méthodologie de calcul du rayonnement total, il est nécessaire d'introduire les concepts de base liés à l'évaluation du rayonnement solaire.

L'examen aura lieu dans système de coordonnées horizontales. Dans ce système, l'origine des coordonnées est placée à l'emplacement de l'observateur sur la surface de la terre. Le plan horizontal agit comme le plan principal - le plan horizon mathématique. Une coordonnée dans ce système est soit hauteur du soleil α, ou son distance zénithale z. Une autre coordonnée est azimut A.

L'horizon mathématique est un grand cercle de la sphère céleste dont le plan est perpendiculaire au fil à plomb au point où se trouve l'observateur.

L'horizon mathématique ne coïncide pas avec horizon visible en raison de l'irrégularité de la surface de la Terre, des différentes hauteurs des points d'observation, ainsi que de la courbure des rayons lumineux dans l'atmosphère.

Angle zénithal solaire z est l'angle entre le rayon de soleil et la normale au plan horizontal au point d'observation A.

Angle d'altitude du soleil α est l'angle dans le plan vertical entre le rayon de soleil et sa projection sur le plan horizontal. La somme de α+z est 90°.

Azimut du Soleil a- c'est l'angle dans le plan horizontal entre la projection du rayon du soleil et la direction vers le sud.

Azimut de surface a p mesuré comme l'angle entre la normale à la surface en question et la direction sud.

Angle de déclinaison du soleil- c'est l'angle entre la ligne reliant les centres de la Terre et du Soleil, et sa projection sur le plan équatorial. La déclinaison du Soleil change continuellement tout au long de l'année - de -23 ° 27 "le jour du solstice d'hiver le 22 décembre à + 23 ° 27" le jour du solstice d'été le 22 juin et est nulle les jours de les équinoxes de printemps et d'automne (21 mars et 23 septembre).

L'heure solaire vraie locale est l'heure déterminée à l'emplacement de l'observateur par la position apparente du Soleil sur la sphère céleste. 12 heures d'heure solaire locale correspondent à l'heure à laquelle le Soleil est à son zénith (le plus haut dans le ciel).

L'heure locale diffère généralement de l'heure solaire locale en raison de l'excentricité de l'orbite terrestre, de l'utilisation humaine des fuseaux horaires et des décalages horaires artificiels pour économiser de l'énergie.

Équateur céleste- c'est un grand cercle de la sphère céleste dont le plan est perpendiculaire à l'axe du monde (l'axe de rotation de la terre) et coïncide avec le plan de l'équateur terrestre.

L'équateur céleste divise la surface de la sphère céleste en deux hémisphères : l'hémisphère nord, avec un pic au pôle nord céleste, et l'hémisphère sud, avec un pic au pôle sud céleste.

méridien du ciel- un grand cercle de la sphère céleste dont le plan passe par un fil à plomb et l'axe du monde (l'axe de rotation de la terre).

angle horaire- la distance angulaire mesurée le long de l'équateur céleste à l'ouest depuis le méridien céleste (la partie de celui-ci que le soleil traverse au moment du point culminant supérieur) jusqu'au cercle horaire passant par un point choisi sur la sphère céleste.

L'angle horaire est le résultat de la conversion de l'heure solaire locale en nombre de degrés que le soleil parcourt dans le ciel. Par définition, l'angle horaire est nul à midi. Puisque la Terre tourne de 15 0 en une heure (360 o / 24 heures), alors pour chaque heure de l'après-midi le Soleil se déplace de 15 0 . Le matin l'angle du soleil est négatif, le soir il est positif.

Comme Informations d'arrière-plan pour calculer le rayonnement total, les valeurs des indicateurs suivants sont utilisées, obtenues par traitement statistique des données d'observation:

- la quantité mensuelle moyenne de rayonnement solaire total tombant sur une surface horizontale pendant la journée, ;

est la quantité mensuelle moyenne de rayonnement solaire dispersé (diffus) tombant sur une zone horizontale pendant la journée, ;

– albédo de la surface de la Terre - le rapport mensuel moyen entre la quantité de rayonnement solaire réfléchie par la surface de la Terre et la quantité de rayonnement solaire total incident sur la surface de la Terre (c'est-à-dire la fraction de rayonnement réfléchie par la surface de la Terre), part.

Tous les autres calculs sont effectués pour le "jour moyen du mois", c'est-à-dire jour où l'angle de déclinaison du Soleil est le plus proche de l'angle mensuel moyen.

Rayonnement solaire sur une surface horizontale. En utilisant ces informations, les valeurs du rayonnement solaire total (et diffusé () incident sur surface horizontale par t-ème heure d'observation :

Et - les coefficients de transition du rayonnement quotidien au rayonnement horaire - sont déterminés comme suit:

- angle horaire en t-ième heure estimée de la journée, degrés ;

- angle horaire du coucher du soleil (coucher du soleil), deg.

angle horaire du soleil calculé à l'aide du rapport

– heure du midi solaire, dont les informations peuvent être trouvées dans la base de données de la NASA, heure.

Angle d'heure du coucher du soleilévalué comme

– latitude, degrés;

est l'angle de déclinaison du soleil, deg.

Angle de déclinaison du soleil déterminé par la formule suivante

– jour de l'année (de 1 à 365).

Rayonnement solaire sur une surface inclinée arbitrairement orientée . Calcul rayonnement solaire total horaire, tombant sur une surface inclinée orientée selon un angle avec l'horizon, se produit comme suit

est l'angle d'incidence du rayonnement solaire direct sur une surface inclinée arbitrairement orientée à un angle par rapport à l'horizon dans t-ième heure, degrés ;

est l'angle zénithal du Soleil dans t-ième heure, degrés ;

est l'angle d'inclinaison de la surface par rapport à l'horizon, en degrés ;

Angle zénithal du soleil

Angle d'incidence droit radiation solaire sur une surface inclinée arbitrairement orientée selon un angle avec l'horizon :

est l'angle d'azimut du Soleil dans t-ième heure du jour, degrés ;

est l'azimut de la surface inclinée, deg.

L'angle d'incidence du rayonnement solaire direct sur une surface inclinée arbitrairement orientée selon un angle par rapport à l'horizon peut également être calculé à l'aide des relations suivantes :

Les relations considérées ci-dessus peuvent être utilisées pour estimer le potentiel énergétique du soleil avec une différenciation en intervalles horaires (ou trihoraires) de la journée.

Ressource électrique brute (potentiel) d'énergie solaire. Pour estimer la ressource brute d'énergie électrique de l'énergie solaire dans notre pays, les valeurs quotidiennes mensuelles moyennes du rayonnement solaire total incident sur 1 m 2 ont été utilisées. plan horizontal (kWh / (m 2 ∙ jour)). Sur la base de ces informations, avec différenciation selon les sujets de la fédération, la quantité moyenne de rayonnement solaire a été estimée en millions de kWh, tombant sur 1 kilomètre carré de territoire au cours de l'année (ou en kWh / (m 2 ∙ an)) figue. 4.3.

Riz. 4.3. Répartition des ressources annuelles d'énergie solaire sur le territoire de la Fédération de Russie avec des détails par sujets fédéraux

Sur la carte, chaque sujet de la fédération se voit attribuer son code.

La liste des sujets de la fédération avec leurs codes avec différenciation par districts fédéraux de Russie est présentée ci-dessous. Compte tenu des spécificités de l'évaluation du potentiel énergétique des sources d'énergie renouvelables, les villes de Moscou et de Saint-Pétersbourg sont fusionnées avec les régions de Moscou et de Leningrad, respectivement, avec l'attribution du territoire uni du code régional. Les sujets de la fédération avec une large étendue du Nord au Sud peuvent être divisés en parties : Nord, Centre, Sud.

1. District fédéral central: (31) Région de Belgorod, (32) Région de Briansk, (33) Région de Vladimir, (36) Région de Voronej, (37) Région d'Ivanovo, (40) Région de Kalouga, (44) Région de Kostroma, (46) Région de Koursk, ( 48) Région de Lipetsk, (50) Région de Moscou et Moscou, (57) Région d'Orel, (62) Région de Riazan, (67) Région de Smolensk, (68) Région de Tambov, (69) Région de Tver, (71) Région de Toula, ( 76) Région de Iaroslavl.

2. District fédéral du Nord-Ouest : ( 10) République de Carélie, (11) République de Komi, (29) Région d'Arkhangelsk, (35) Région de Vologda, (39) Région de Kaliningrad, (47) Région de Leningrad et Saint-Pétersbourg, (51) Région de Mourmansk, (53) Région de Novgorod , (60) Région de Pskov, (83) District autonome des Nenets.

3. District fédéral du Sud : ( 1) République d'Adyguée, (8) République de Kalmoukie, (23) Territoire de Krasnodar, (30) Région d'Astrakhan, (34) Région de Volgograd, (61) Région de Rostov, (91) République de Crimée et Sébastopol.

4. District fédéral du Caucase du Nord : ( 5) République du Daghestan, (6) République d'Ingouchie, (7) République de Kabardino-Balkarie, (9) République de Karachay-Cherkessia, (15) République d'Ossétie du Nord-Alanie, (20) République tchétchène, (26) Territoire de Stavropol.

5. District fédéral de la Volga : ( 2) République du Bachkortostan, (12) République de Mari El, (13) République de Mordovie, (16) République du Tatarstan, (18) République d'Oudmourtie, (21) République de Tchouvachie, (43) Région de Kirov, (52 ) Région de Nijni Novgorod, (56) ) Région d'Orenbourg, (58) Région de Penza, (59) Région de Perm, (63) Région de Samara, (64) Région de Saratov, (73) Région d'Oulianovsk.

6. District fédéral de l'Oural : ( 45) Région de Kourgan, (66) Région de Sverdlovsk, (72) Région de Tioumen, (74) Région de Tcheliabinsk, (86) Khanty-Mansiysk Aok-Yugra, (89) Yamal-Nenets Aok.

7. District fédéral sibérien: (3) République de Bouriatie, (4) République de l'Altaï, (17) République de Touva, (19) République de Khakassie, (22) Territoire de l'Altaï, (24) Territoire de Krasnoïarsk (24-1. Nord, 24-2 . Centre, 24 -3. Sud), (38) Région d'Irkoutsk (38-1. Nord, 38-2. Sud), (42) Région de Kemerovo, (54) Région de Novossibirsk, (55) Région d'Omsk, (70) Région de Tomsk, ( 75) Territoire transbaïkal.

8. District fédéral extrême-oriental : ( 14) République de Sakha (Iakoutie) (14-1. Nord, 14-2. Centre, 14-3. Sud), (25) Territoire de Primorsky, (27) Territoire de Khabarovsk, (27-1. Nord, 27-2 . Sud), (28) Région de l'Amour, (41) Territoire du Kamtchatka, (49) Région de Magadan, (65) Région de Sakhaline, (79) Région autonome juive, (87) Okrug autonome de Tchoukotka.

L'opinion actuelle selon laquelle la Russie, située principalement dans les latitudes moyennes et élevées, ne dispose pas de ressources d'énergie solaire importantes pour son utilisation efficace de l'énergie, n'est pas vraie. La carte ci-dessous (Fig. 4.4) montre la distribution annuelle moyenne des ressources énergétiques du rayonnement solaire sur le territoire de la Russie, qui arrive en moyenne par jour par 1 plates-formes d'orientation sud avec un angle d'inclinaison optimal par rapport à l'horizon(pour chaque point géographique, il s'agit de son propre angle auquel l'apport annuel total d'énergie de rayonnement solaire à un seul site est maximal).

Fig.4.4. Répartition de l'ensoleillement journalier moyen annuel

rayonnement sur le territoire de la Russie, kW × heure / (m 2 × jour) (de manière optimale

surface orientée sud)

L'examen de la carte présentée montre qu'à l'intérieur des frontières actuelles de la Russie, les régions les plus "ensoleillées" ne sont pas les régions du Caucase du Nord, comme beaucoup le supposent, mais les régions de Primorye et du sud de la Sibérie (4,5-5 kWh / (m 2 * jour) et plus). Il est intéressant de noter que les stations balnéaires bien connues de la mer Noire (Sochi et autres), selon l'apport annuel moyen de rayonnement solaire (en termes de potentiel naturel et de ressource d'insolation solaire) appartiennent à la même zone que la plupart de la Sibérie, y compris la Yakoutie (4,0 -4. 5 kW × heure / (m 2 × jour)).

Pour les zones pauvres en énergie avec un approvisionnement énergétique décentralisé, il est important que plus de 60% du territoire du pays, y compris de nombreuses régions du nord, se caractérisent par un apport quotidien annuel moyen de rayonnement solaire de 3,5 à 4,5 kWh / (m 2 × jour), ce qui n'est pas différent du sud de l'Allemagne, qui utilise largement les installations solaires.

L'analyse de la carte montre qu'en Fédération de Russie, l'intensité d'insolation la plus élevée de 4,5 à 5,0 kWh / m 2 ou plus par jour est observée à Primorye, dans le sud de la Sibérie, dans le sud de la République de Tuva et de la République de Bouriatie, et même au-delà du cercle polaire arctique dans la partie orientale de Severnaya Zemlya, et non dans les régions méridionales du pays. Par potentiel solaire, 4,0 - 4,5 kWh / (m 2 * jour), territoire de Krasnodar, région de Rostov, partie sud de la région de la Volga, la majeure partie de la Sibérie (y compris la Yakoutie), régions du sud de Novossibirsk, régions d'Irkoutsk, Bouriatie, Tyva , Khakassie , Territoires de Primorsky et Khabarovsk, région de l'Amour, île de Sakhaline, vastes territoires du territoire de Krasnoïarsk à Magadan, Severnaya Zemlya, le nord-est de l'Okrug autonome de Yamalo-Nenets appartiennent à la même zone que le Caucase du Nord avec les célèbres stations balnéaires russes de la mer Noire. Nijni Novgorod, Moscou, Saint-Pétersbourg, Salekhard, la partie orientale de la Tchoukotka et le Kamtchatka se caractérisent par un rayonnement solaire moyen de 2,5 à 3 kWh/m 2 par jour. Dans le reste du pays, l'intensité d'insolation de 3 à 4 kWh/m 2 par jour prévaut.

Le flux d'énergie a la plus grande intensité en mai, juin et juillet. Pendant cette période, dans le centre de la Russie, par 1 m². mètre de surface représente 5 kWh par jour. L'intensité la plus faible est en décembre-janvier, lorsque 1 m². mètre de surface représente 0,7 kWh par jour.

Compte tenu de la situation actuelle, sur la carte de l'Ukraine (Fig. 4.3), il est possible d'analyser le niveau de rayonnement solaire sur le territoire de la Crimée.

Riz. 4.3. Répartition du rayonnement solaire entrant annuel par

territoire de l'Ukraine, kW × heure / (m 2 × an) (orienté de manière optimale

surface exposée au sud)

Ressource énergétique thermique brute de l'énergie solaire. La ressource énergétique thermique brute (potentiel) fixe la quantité maximale d'énergie thermique correspondant à l'énergie du rayonnement solaire pénétrant sur le territoire de la Russie.

Les informations permettant d'évaluer cette ressource peuvent être l'insolation en méga- ou kilocalories par unité de surface de la surface recevant le rayonnement par unité de temps.

La figure 4.4 donne une idée de la répartition du rayonnement solaire total sur la surface horizontale du territoire de la Fédération de Russie en kilocalories par 1 cm2 par an.

Fig.4.4. Répartition du rayonnement solaire entrant annuel par

territoire de la Russie, kcal / (cm 2 × année)

Le zonage complet du territoire de la Russie en fonction du potentiel de rayonnement solaire est illustré à la figure 4.6. 10 zones ont été attribuées en fonction de la priorité du potentiel d'utilisation. De toute évidence, les régions méridionales de la partie européenne, le sud de la Transbaïkalie et l'Extrême-Orient présentent les conditions les plus favorables à l'utilisation pratique de l'énergie solaire.

Riz. 19. Zonage du territoire de la Russie en fonction du potentiel solaire

rayonnement (le nombre dans le cercle est le nombre selon la priorité du potentiel)

Valeurs des potentiels énergétiques bruts de l'énergie solaire avec différenciation par districts fédéraux de la Fédération de Russie.

Lors de l'évaluation du potentiel technique de l'industrie de l'énergie solaire, les indicateurs des cellules photovoltaïques à base de silicium les plus courantes (90%) à l'époque avec une efficacité de 15% ont été utilisés. La zone de travail des installations solaires, compte tenu de la densité de placement des cellules photovoltaïques dans les modules photovoltaïques, a été prise égale à 0,1% de la superficie du territoire de la région considérée qui est homogène en termes de niveau de rayonnement . Le potentiel technique a été calculé en tonnes de combustible standard comme le produit du potentiel solaire brut du territoire par la part de surface occupée par les cellules photovoltaïques et leur rendement.

La définition du potentiel technique de chaleur et d'électricité de la région est axée sur les possibilités techniques de conversion de l'énergie du rayonnement solaire en énergie thermique au niveau des installations les plus efficaces d'approvisionnement en eau chaude solaire. L'évaluation du potentiel technique a été réalisée sur la base de données sur la puissance calorifique de telles installations dans chacune des zones avec un niveau d'ensoleillement uniforme et les hypothèses retenues : sur la surface occupée par les capteurs solaires égale à 1 % de la zone du territoire considéré, le rapport entre les zones d'installations thermiques et électriques - 0,8 et 0 ,2, respectivement, et l'efficacité du dispositif à combustible est de 0,7. La conversion en tonnes de combustible standard a été effectuée avec un coefficient de 0,34 tec/kWh.

Le plus objectif des indicateurs connus caractérisant la possibilité d'utilisation pratique des ressources d'énergie solaire est considéré comme un indicateur de son potentiel économique. La faisabilité économique et l'étendue de l'utilisation des installations solaires électriques et thermiques doivent être déterminées en fonction de leur compétitivité par rapport aux sources d'énergie traditionnelles. L'absence de la quantité requise d'informations nécessaires et fiables a motivé l'utilisation de méthodes simplifiées basées sur les avis d'experts qualifiés pour évaluer l'ampleur du potentiel économique.

Conformément aux estimations d'experts, le potentiel économique de l'industrie de l'énergie solaire a été pris égal à 0,05 % de la consommation annuelle d'électricité dans la région considérée (selon Rosstat) avec sa conversion en tonnes de combustible standard.

Avec une intensité connue du rayonnement solaire, le potentiel énergétique total du rayonnement solaire peut être calculé en tonnes de carburant standard, kilowattheures, gigacalories. Compte tenu de l'utilisation des cellules photovoltaïques dans l'énergie solaire pour la production d'énergie électrique et des capteurs solaires pour la production de chaleur, le potentiel technico-économique total est divisé en énergie électrique et en énergie thermique conformément à la méthodologie évoquée ci-dessus (tableau 9).

Le soleil est une source d'énergie inépuisable, respectueuse de l'environnement et bon marché. Selon les experts, la quantité d'énergie solaire qui atteint la surface de la Terre pendant une semaine dépasse l'énergie de toutes les réserves mondiales de pétrole, de gaz, de charbon et d'uranium 1 . Selon l'académicien Zh.I. Alferov, "l'humanité a un réacteur thermonucléaire naturel fiable - le Soleil. C'est une étoile de la classe Zh-2, très moyenne, dont on dénombre jusqu'à 150 milliards dans la Galaxie. Mais c'est notre étoile, et elle envoie d'énormes pouvoirs sur Terre, dont la transformation nous permet de satisfaire presque toutes les demandes énergétiques de l'humanité pendant plusieurs centaines d'années. De plus, l'énergie solaire est « propre » et n'a pas d'impact négatif sur l'écologie de la planète 2 .

Un point important est le fait que la matière première pour la fabrication des cellules solaires est l'un des éléments les plus courants - le silicium. Dans la croûte terrestre, le silicium est le deuxième élément après l'oxygène (29,5 % en masse) 3 . Selon de nombreux scientifiques, le silicium est le « pétrole du XXIe siècle » : depuis 30 ans, un kilogramme de silicium dans une centrale photovoltaïque génère autant d'électricité que 75 tonnes de pétrole dans une centrale thermique.

Cependant, certains experts estiment que l'énergie solaire ne peut pas être qualifiée de respectueuse de l'environnement du fait que la production de silicium pur pour le photovoltaïque est une production très "sale" et très énergivore. Parallèlement, la construction de centrales solaires nécessite l'attribution de vastes terrains, comparables en superficie à des réservoirs hydroélectriques. Un autre inconvénient de l'énergie solaire, selon les experts, est sa forte volatilité. Assurer le fonctionnement efficace du système énergétique, dont les éléments sont des centrales solaires, est possible à condition :
- la présence d'importantes capacités de réserve utilisant des vecteurs énergétiques traditionnels connectables la nuit ou par temps nuageux ;
- mener une modernisation à grande échelle et coûteuse des réseaux électriques 4 .

Malgré cette lacune, l'énergie solaire poursuit son développement dans le monde. Tout d'abord, compte tenu du fait que l'énergie rayonnante deviendra moins chère et sera dans quelques années un concurrent important du pétrole et du gaz.

A l'heure actuelle dans le monde il y a installations photovoltaïques, convertir l'énergie solaire en énergie électrique selon la méthode de conversion directe, et installations thermodynamiques, dans lequel l'énergie solaire est d'abord convertie en chaleur, puis dans le cycle thermodynamique d'un moteur thermique, elle est convertie en énergie mécanique, et dans le générateur, elle est convertie en énergie électrique.

Les cellules solaires comme source d'énergie peuvent être utilisées :
- dans l'industrie (industrie aéronautique, industrie automobile, etc.),
- en agriculture,
- dans le secteur des ménages,
- dans le BTP (par exemple, éco-maisons),
- dans les centrales solaires,
- dans les systèmes de vidéosurveillance autonomes,
- dans les systèmes d'éclairage autonomes,
- dans l'industrie spatiale.

Selon l'Energy Strategy Institute, le potentiel théorique de l'énergie solaire en Russie est de plus de 2 300 milliards de tonnes de carburant standard, le potentiel économique est de 12,5 millions de tonnes d'équivalent carburant. Le potentiel d'énergie solaire entrant sur le territoire de la Russie pendant trois jours dépasse l'énergie de toute la production annuelle d'électricité de notre pays.
En raison de la situation géographique de la Russie (entre 41 et 82 degrés de latitude nord), le niveau de rayonnement solaire varie considérablement : de 810 kWh/m 2 par an dans les régions éloignées du nord à 1 400 kWh/m 2 par an dans les régions du sud. De grandes fluctuations saisonnières influencent également le niveau de rayonnement solaire: à une largeur de 55 degrés, le rayonnement solaire en janvier est de 1,69 kWh / m 2 et en juillet de 11,41 kWh / m 2 par jour.

Le potentiel de l'énergie solaire est le plus élevé dans le sud-ouest (Caucase du Nord, région des mers Noire et Caspienne) et dans le sud de la Sibérie et l'Extrême-Orient.

Les régions les plus prometteuses en termes d'utilisation de l'énergie solaire: Kalmoukie, territoire de Stavropol, région de Rostov, territoire de Krasnodar, région de Volgograd, région d'Astrakhan et autres régions du sud-ouest, Altaï, Primorye, région de Chita, Bouriatie et autres régions du sud-est . De plus, certaines régions de la Sibérie occidentale et orientale et de l'Extrême-Orient dépassent le niveau de rayonnement solaire dans les régions du sud. Ainsi, par exemple, à Irkoutsk (52 degrés de latitude nord), le niveau de rayonnement solaire atteint 1340 kWh/m2, tandis qu'en République de Yakoutie-Sakha (62 degrés de latitude nord), ce chiffre est de 1290 kWh/m2. 5

Actuellement, la Russie dispose de technologies avancées pour convertir l'énergie solaire en énergie électrique. Il existe un certain nombre d'entreprises et d'organisations qui ont développé et améliorent la technologie des convertisseurs photoélectriques: à la fois sur silicium et sur structures multijonctions. Il existe un certain nombre de développements dans l'utilisation de systèmes de concentration pour les centrales solaires.

Le cadre législatif pour soutenir le développement de l'énergie solaire en Russie en est à ses balbutiements. Cependant, les premières mesures ont déjà été prises :
- 3 juillet 2008 : décret gouvernemental n° 426 « relatif à la qualification d'une installation de production fonctionnant sur la base de l'utilisation de sources d'énergie renouvelables » ;
- 8 janvier 2009 : Décret du gouvernement de la Fédération de Russie N 1-r "Sur les principales orientations de la politique de l'État dans le domaine de l'augmentation de l'efficacité énergétique de l'industrie de l'électricité basée sur l'utilisation de sources d'énergie renouvelables pour la période allant jusqu'à à 2020"

Des objectifs ont été approuvés pour augmenter d'ici 2015 et 2020 la part des SER dans le niveau global du bilan énergétique russe à 2,5 % et 4,5 %, respectivement 6 .

Selon diverses estimations, à l'heure actuelle en Russie, la capacité totale de production solaire mise en service ne dépasse pas 5 MW, dont la plupart incombent aux ménages. La plus grande installation industrielle de l'industrie russe de l'énergie solaire est une centrale solaire de 100 kW mise en service dans la région de Belgorod en 2010 (à titre de comparaison, la plus grande centrale solaire au monde est située au Canada avec une capacité de 80 000 kW).

Deux projets sont actuellement mis en œuvre en Russie : la construction de parcs solaires dans le territoire de Stavropol (capacité - 12 MW) et dans la République du Daghestan (10 MW) 7 . Malgré le manque de soutien aux énergies renouvelables, un certain nombre d'entreprises mettent en œuvre de petits projets dans le domaine de l'énergie solaire. Par exemple, Sakhaenergo a installé une petite station en Yakoutie d'une capacité de 10 kW.

Il existe de petites installations à Moscou: dans la ruelle Leontievsky et sur la perspective Michurinsky, les entrées et les cours de plusieurs maisons sont éclairées à l'aide de modules solaires, ce qui a réduit les coûts d'éclairage de 25%. Dans la rue Timiryazevskaya, des panneaux solaires sont installés sur le toit de l'un des arrêts de bus, qui fournissent un système de transport de référence et d'information et une connexion Wi-Fi.

Le développement de l'énergie solaire en Russie est dû à plusieurs facteurs :

1) conditions climatiques: ce facteur affecte non seulement l'année d'atteinte de la parité réseau, mais également le choix de la technologie d'installation solaire la mieux adaptée à une région particulière ;

2)soutien gouvernemental : la présence d'incitations économiques légalement établies pour l'énergie solaire est essentielle pour
son développement. Parmi les types d'aides d'État utilisées avec succès dans un certain nombre de pays européens et aux États-Unis, on peut distinguer : un tarif de rachat pour les centrales solaires, des subventions pour la construction de centrales solaires, diverses options d'incitations fiscales, des compensations pour une partie des frais de gestion des emprunts pour l'achat d'installations solaires ;

3)coût du SFEU (installations solaires photovoltaïques) : Aujourd'hui, les centrales solaires sont l'une des technologies de production d'électricité les plus chères utilisées. Cependant, à mesure que le coût de 1 kWh d'électricité produite diminue, l'énergie solaire devient compétitive. La demande de SPPM dépend de la baisse du coût de 1W de capacité installée de SPPM (~$3,000 en 2010). La réduction des coûts est obtenue en augmentant l'efficacité, en réduisant les coûts technologiques et en réduisant la rentabilité de la production (l'impact de la concurrence). Le potentiel de réduction du coût de 1 kW d'électricité dépend de la technologie et varie de 5 % à 15 % par an ;

4) Normes environnementales: le marché de l'énergie solaire pourrait être positivement affecté par le durcissement des réglementations environnementales (restrictions et amendes) en raison d'une éventuelle révision du protocole de Kyoto. L'amélioration des mécanismes de vente des quotas d'émission peut donner un nouvel élan économique au marché du SFE ;

5) équilibre de la demande et de l'offre d'électricité : mise en œuvre des plans ambitieux existants pour la construction et la reconstruction du réseau de production et d'alimentation
capacité des entreprises issues de RAO "UES of Russia" dans le cadre de la réforme de l'industrie, augmentera considérablement l'approvisionnement en électricité et pourrait accroître la pression sur les prix
sur le marché de gros. Cependant, le retrait de l'ancienne capacité et l'augmentation simultanée de la demande entraîneront une augmentation du prix ;

6)présence de problèmes de connexion technologique : les retards dans l'exécution des demandes de raccordement technologique au système d'alimentation électrique centralisé sont une incitation à se tourner vers des sources d'énergie alternatives, y compris le SFEU. Ces retards sont déterminés à la fois par un manque objectif de capacité, et par l'inefficacité de l'organisation du raccordement technologique par les sociétés de réseau ou par le manque de financement du raccordement technologique par le tarif ;

7) Initiatives des collectivités territoriales : les gouvernements régionaux et municipaux peuvent mettre en œuvre leurs propres programmes pour le développement de l'énergie solaire ou, plus généralement, des sources d'énergie renouvelables / non traditionnelles. Aujourd'hui, de tels programmes sont déjà mis en œuvre dans les territoires de Krasnoïarsk et de Krasnodar, la République de Bouriatie, etc.

8) développement de sa propre production : La production russe de SFEU peut avoir un impact positif sur le développement de la consommation russe d'énergie solaire. Premièrement, en raison de sa propre production, la prise de conscience générale de la population sur la disponibilité des technologies solaires et leur popularité augmente. Deuxièmement, le coût du SFEM pour les utilisateurs finaux est réduit en réduisant les maillons intermédiaires de la chaîne de distribution et en réduisant la composante transport 8 .

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 L'organisateur est Hevel LLC, dont les fondateurs sont le groupe d'entreprises Renova (51 %) et la State Corporation Russian Corporation of Nanotechnologies (49 %).

Une batterie solaire est une série de modules solaires qui convertissent l'énergie solaire en électricité et, à l'aide d'électrodes, la transmettent à d'autres dispositifs de conversion. Ces derniers sont nécessaires pour produire du courant alternatif à partir du courant continu, que les appareils électroménagers sont capables de percevoir. Le courant continu est obtenu lorsque l'énergie solaire est perçue par les cellules photoélectriques et l'énergie des photons est convertie en courant électrique.

Le nombre de photons qui frappent la cellule photoélectrique détermine la quantité d'énergie fournie par la batterie solaire. Pour cette raison, les performances de la batterie sont affectées non seulement par le matériau de la cellule photoélectrique, mais également par le nombre de jours ensoleillés par an, l'angle d'incidence de la lumière du soleil sur la batterie et d'autres facteurs indépendants de la volonté humaine.

Aspects affectant la quantité d'énergie produite par un panneau solaire

Tout d'abord, les performances des panneaux solaires dépendent du matériau de fabrication et de la technologie de production. Parmi ceux qui sont sur le marché, vous pouvez trouver des batteries avec une performance de 5 à 22 %. Toutes les cellules solaires sont divisées en silicium et film.

Performances du module silicium :

• Panneaux de silicium monocristallin - jusqu'à 22%.
• Panneaux polycristallins - jusqu'à 18%.
• Amorphe (flexible) - jusqu'à 5%.

Performances du module cinéma :

• À base de tellurure de cadmium - jusqu'à 12%.
• À base de séléniure de méli-indium-gallium - jusqu'à 20 %.
• Sur une base polymère - jusqu'à 5%.

Il existe également des types mixtes de panneaux, qui, avec les avantages d'un type, permettent de couvrir les inconvénients d'un autre, augmentant ainsi l'efficacité du module.

Le nombre de jours clairs dans une année affecte également la quantité d'énergie fournie par une batterie solaire. On sait que si le soleil dans votre région apparaît pendant une journée complète moins de 200 jours par an, l'installation et l'utilisation de panneaux solaires ne seront probablement pas rentables.

De plus, l'efficacité des panneaux est également affectée par la température de chauffage de la batterie. Ainsi, lorsqu'il est chauffé par 1̊С, les performances chutent de 0,5%, respectivement, lorsqu'il est chauffé par 10̊С, nous avons une efficacité réduite de moitié. Pour éviter de tels problèmes, des systèmes de refroidissement sont installés, ce qui nécessite également une consommation d'énergie.

Pour maintenir des performances élevées tout au long de la journée, des systèmes de suivi solaire sont installés pour aider à maintenir les rayons sur les panneaux solaires à angle droit. Mais ces systèmes sont assez chers, sans parler des batteries elles-mêmes, donc tout le monde ne peut pas se permettre de les installer pour alimenter sa maison.

La quantité d'énergie générée par une batterie solaire dépend également de la surface totale des modules installés, car chaque photocellule peut en accepter une quantité limitée.

Comment calculer la quantité d'énergie qu'un panneau solaire fournit à votre maison ?

Sur la base des points ci-dessus qui doivent être pris en compte lors de l'achat de panneaux solaires, nous pouvons dériver une formule simple par laquelle nous pouvons calculer la quantité d'énergie qu'un module produira.

Disons que vous avez choisi l'un des modules les plus productifs d'une superficie de 2 m2. La quantité d'énergie solaire lors d'une journée ensoleillée typique est d'environ 1000 watts par m2. En conséquence, nous obtenons la formule suivante : énergie solaire (1000 W/m2) × productivité (20 %) × surface du module (2 m2) = puissance (400 W).

Si vous souhaitez calculer la quantité d'énergie solaire reçue par une batterie le soir et par temps nuageux, vous pouvez utiliser la formule suivante : la quantité d'énergie solaire par temps clair × le sinus de l'angle d'ensoleillement et la surface du panneau × le pourcentage d'énergie convertie par temps nuageux = combien d'énergie solaire convertit finalement la batterie. Par exemple, disons que le soir l'angle d'incidence des rayons est de 30̊. Nous obtenons le calcul suivant : 1000 W/m2 × sin30̊ × 60 % = 300 W/m2, et le dernier chiffre sert de base au calcul de la puissance.

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.

Le rayonnement solaire dans l'atmosphère terrestre est divisé en rayonnement dit direct et diffusé par les particules d'air, de poussière, d'eau, etc. contenues dans l'atmosphère. Leur somme forme le rayonnement solaire total. La quantité d'énergie qui tombe par unité de surface par unité de temps dépend d'un certain nombre de facteurs :

• latitude
• saison climatique locale de l'année
• l'angle d'inclinaison de la surface par rapport au soleil.

Heure et lieu géographique

La quantité d'énergie solaire tombant sur la surface de la Terre change en raison du mouvement du Soleil. Ces changements dépendent de l'heure de la journée et de la saison. Habituellement, plus de rayonnement solaire frappe la Terre à midi que tôt le matin ou tard le soir. A midi, le Soleil est haut au-dessus de l'horizon et la longueur du trajet des rayons du Soleil à travers l'atmosphère terrestre est réduite. Par conséquent, moins de rayonnement solaire est diffusé et absorbé, ce qui signifie que plus atteint la surface.

La quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la Terre diffère de la valeur annuelle moyenne : en hiver - moins de 0,8 kWh/m2 par jour en Europe du Nord et plus de 4 kWh/m2 par jour en été dans cette même région. La différence diminue à mesure que vous vous rapprochez de l'équateur.

La quantité d'énergie solaire dépend aussi de la situation géographique du site : plus elle est proche de l'équateur, plus elle est importante. Par exemple, le rayonnement solaire total annuel moyen incident sur une surface horizontale est : en Europe centrale, en Asie centrale et au Canada - environ 1 000 kWh/m2 ; en Méditerranée - environ 1700 kWh / m2; dans la plupart des régions désertiques d'Afrique, du Moyen-Orient et d'Australie, environ 2200 kWh/m2.

Ainsi, la quantité de rayonnement solaire varie considérablement en fonction de la période de l'année et de la situation géographique (voir tableau). Ce facteur doit être pris en compte lors de l'utilisation de l'énergie solaire.

	Europe du Sud	Europe centrale	Europe du Nord	Région des Caraïbes
Janvier	2,6	1,7	0,8	5,1
Février	3,9	3,2	1,5	5,6
Mars	4,6	3,6	2,6	6,0
Avril	5,9	4,7	3,4	6,2
Peut	6,3	5,3	4,2	6,1
Juin	6,9	5,9	5,0	5,9
Juillet	7,5	6,0	4,4	6,0
Août	6,6	5,3	4,0	6,1
Septembre	5,5	4,4	3,3	5,7
Octobre	4,5	3,3	2,1	5,3
Novembre	3,0	2,1	1,2	5,1
Décembre	2,7	1,7	0,8	4,8
AN	5,0	3,9	2,8	5,7

L'influence des nuages ​​sur l'énergie solaire

La quantité de rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre dépend de divers phénomènes atmosphériques et de la position du Soleil pendant la journée et tout au long de l'année. Les nuages ​​sont le principal phénomène atmosphérique qui détermine la quantité de rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre. En tout point de la Terre, le rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre diminue avec l'augmentation de la couverture nuageuse. Par conséquent, les pays où le temps est principalement nuageux reçoivent moins de rayonnement solaire que les déserts, où le temps est généralement sans nuages.

La formation des nuages ​​est influencée par la présence de caractéristiques locales telles que les montagnes, les mers et les océans, ainsi que les grands lacs. Par conséquent, la quantité de rayonnement solaire reçue dans ces zones et dans les régions adjacentes peut différer. Par exemple, les montagnes peuvent recevoir moins de rayonnement solaire que les contreforts et les plaines adjacentes. Les vents soufflant vers les montagnes font monter une partie de l'air et, refroidissant l'humidité de l'air, forment des nuages. La quantité de rayonnement solaire dans les zones côtières peut également différer de celles enregistrées dans les zones situées à l'intérieur des terres.

La quantité d'énergie solaire reçue pendant la journée dépend largement des phénomènes atmosphériques locaux. A midi avec un ciel clair, le total solaire

le rayonnement tombant sur une surface horizontale peut atteindre (par exemple, en Europe centrale) une valeur de 1000 W/m2 (dans des conditions météorologiques très favorables, ce chiffre peut être plus élevé), tandis que par temps très nuageux, il est inférieur à 100 W/m2 même à midi.

Effets de la pollution atmosphérique sur l'énergie solaire

Les phénomènes anthropiques et naturels peuvent également limiter la quantité de rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre. Le smog urbain, la fumée des incendies de forêt et les cendres volcaniques en suspension dans l'air réduisent l'utilisation de l'énergie solaire en augmentant la dispersion et l'absorption du rayonnement solaire. Autrement dit, ces facteurs ont une plus grande influence sur le rayonnement solaire direct que sur le total. Avec une pollution atmosphérique grave, par exemple avec le smog, le rayonnement direct est réduit de 40% et le total - seulement de 15 à 25%. Une forte éruption volcanique peut réduire, et sur une grande partie de la surface de la Terre, le rayonnement solaire direct de 20%, et total - de 10% pendant une période de 6 mois à 2 ans. Avec une diminution de la quantité de cendres volcaniques dans l'atmosphère, l'effet s'affaiblit, mais le processus de récupération complète peut prendre plusieurs années.

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.

La quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la Terre est plusieurs fois supérieure à sa consommation, même dans des pays comme les États-Unis, où la consommation d'énergie est énorme. Si seulement 1% du territoire du pays était utilisé pour installer des équipements solaires (panneaux photovoltaïques ou chauffe-eau solaires) fonctionnant à 10% d'efficacité, alors les États-Unis seraient entièrement approvisionnés en énergie. On peut dire la même chose de tous les autres pays développés. Cependant, dans un certain sens, cela n'est pas réaliste - d'une part, en raison du coût élevé des systèmes photovoltaïques, et d'autre part, il est impossible de couvrir des zones aussi vastes avec des équipements solaires sans nuire à l'écosystème. Mais le principe lui-même est correct.

Il est possible de couvrir une même surface en dispersant les installations sur les toits des bâtiments, sur les maisons, le long des routes, sur des terrains prédéterminés, etc. En outre, dans de nombreux pays déjà plus de 1% des terres sont allouées à l'extraction, la conversion, la production et le transport de l'énergie. Et, comme la majeure partie de cette énergie est non renouvelable à l'échelle de l'existence humaine, ce type de production d'énergie est beaucoup plus nocif pour l'environnement que les systèmes solaires.