L'utilisation de l'énergie solaire, l'énergie solaire - histoire du développement, avantages et inconvénients

La mode des énergies alternatives prend de l'ampleur. De plus, l'accent est mis sur les sources d'énergie renouvelables - marées, vent, solaire. L'énergie solaire (ou photovoltaïque) est considérée comme l'un des secteurs industriels à la croissance la plus rapide. Des déclarations assez souvent très optimistes telles que le fait que toute l'énergie des temps à venir, pas moins, sera basée sur l'énergie solaire.

À proprement parler, l'énergie d'une étoile appelée Soleil est présente sous une forme "préservée" dans tous les types de combustibles fossiles - charbon, pétrole, gaz. Cette énergie commence à s'accumuler au stade de la croissance des plantes, qui consomment la lumière du soleil et la chaleur, qui, en raison de processus biologiques complexes, se transforment en fossiles de carbone. L'énergie de l'eau, sa circulation est également soutenue par le Soleil.

La densité d'énergie solaire à la limite supérieure de l'atmosphère est de 1350 W/m2, on l'appelle la « constante solaire ». Lorsque les rayons du soleil traversent l'atmosphère terrestre, une partie du rayonnement est diffusée.Mais même à la surface même de la Terre, sa densité est suffisante pour une éventuelle utilisation, même par temps nuageux.

L'histoire du développement

L'effet photovoltaïque (c'est-à-dire l'apparition d'un courant stationnaire dans un matériau homogène avec sa photoexcitation homogène) a été découvert en 1839 par le physicien français Alexandre-Edmond Becquerel. Un peu plus tard, l'Anglais Willoughby Smith et l'Allemand Heinrich-Rudolph Hertz ont découvert indépendamment la photoconductivité du sélénium et la photoconductivité ultraviolette.

En 1888, le premier "dispositif de récupération du rayonnement solaire" a été breveté en Amérique. Les premières réalisations des scientifiques russes dans le domaine de la photoconductivité remontent à 1938. Puis, dans le laboratoire de l'académicien Abram Joffe, un élément de conversion d'énergie solaire a été créé pour la première fois, qui devait être utilisé dans l'énergie solaire.

Le développement de l'énergie solaire terrestre a été précédé par de nombreux travaux de scientifiques (dont les physiciens de l'École scientifique de Leningrad-Pétersbourg Boris Kolomiets et Yuri Maslakovts) dans le domaine des batteries solaires à des fins spatiales. Ils ont créé à l'Institut de physique et de technologie de Leningrad des photocellules à partir de soufre de thallium, dont l'efficacité était égale à 1% - un véritable record pour l'époque.

Abram Joffe est également devenu l'auteur de la solution d'installation désormais populaire photocellules sur les toits (bien que l'idée n'ait pas été largement répandue au début simplement parce que personne ne connaissait de pénurie de combustibles fossiles à l'époque). Aujourd'hui, des pays comme l'Allemagne, les États-Unis, le Japon, Israël installent de plus en plus de panneaux solaires sur les toits des bâtiments, créant ainsi des "maisons économes en énergie".

L'énergie solaire a commencé à susciter plus d'intérêt dans la seconde moitié du 20e siècle.Grâce aux développements pratiques dans ce domaine, des centrales thermiques ont été créées, où le fluide caloporteur est chauffé par rayonnement solaire direct, et un turbo-générateur électrique entraîne la vapeur générée dans la chaudière.

Avec l'accumulation des connaissances et le passage de la théorie à la pratique, la question de la rentabilité de la production solaire se pose. Initialement, les missions de l'énergie solaire n'allaient pas au-delà de la fourniture d'objets locaux, par exemple difficiles d'accès ou éloignés du système électrique central. Déjà en 1975, la puissance totale de toutes les installations solaires de la planète n'était que de 300 kW et le prix d'un kilowatt de puissance de pointe atteignait 20 000 dollars.

Le principe de fonctionnement des centrales solaires :

Comment l'énergie solaire est convertie en électricité

Types courants de panneaux solaires

Mais bien sûr, faire décoller l'énergie solaire, même sans tenir compte de la composante économique, nécessitait une efficacité nettement supérieure. Et ils ont réussi à y parvenir quelque peu. L'efficacité des générateurs de semi-conducteurs au silicium modernes est déjà de 15 à 24% (voir - Efficacité des cellules et modules solaires), c'est pourquoi (ainsi que leur baisse de prix) il y a une demande constante aujourd'hui.

La production de panneaux solaires est maîtrisée par de grandes entreprises mondiales telles que Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell et autres. Le coût d'un watt de puissance électrique installée de cellules solaires à semi-conducteurs est tombé à 2 dollars.

Même à l'époque soviétique, on estimait que 4 000 km2 de modules solaires pouvaient couvrir les besoins annuels en électricité du monde entier. Et l'efficacité des batteries à cette époque ne dépassait pas 6%.

Au siècle dernier, des centrales solaires (SPP) de 10 mégawatts ont été implantées aux États-Unis, en France, en Espagne, en Italie et dans d'autres pays "solaires". En URSS, la première centrale solaire expérimentale d'une capacité de 5 MW a été construite sur la péninsule de Kertch, où le nombre de jours ensoleillés par an est l'un des plus élevés de la région.

Certaines de ces stations sont toujours en activité, beaucoup ont cessé de fonctionner, mais on peut dire sans risque de se tromper qu'elles ne peuvent en principe pas concurrencer les systèmes solaires photovoltaïques modernes.

Centrales solaires :

Types de centrales solaires

Centrales solaires flottantes

Concentrateurs solaires

professionnels

Les atouts de l'énergie solaire sont évidents pour tous et ne nécessitent aucune explication détaillée.

Premièrement, les ressources du Soleil dureront longtemps - la durée de vie d'une étoile est estimée par les scientifiques à environ 5 milliards d'années.

Deuxièmement, l'utilisation de l'énergie solaire ne menace pas les émissions de gaz à effet de serre, le réchauffement climatique et la pollution générale de l'environnement, c'est-à-dire n'affecte pas l'équilibre écologique de la planète.

Une centrale photovoltaïque d'une capacité de 1 MW produit annuellement environ 2 millions de kW, ce qui évite les émissions de dioxyde de carbone par rapport à une centrale électrique à combustion dans les volumes suivants : au gaz environ 11 000 tonnes, aux produits pétroliers 1,1 à 1,5 000 tonnes, au charbon 1,7-2,3 mille tonnes...

Les inconvénients

Les goulots d'étranglement de l'énergie solaire comprennent, premièrement, une efficacité encore insuffisante et, deuxièmement, un coût par kilowattheure pas assez bas, ce qui soulève des questions sur l'utilisation généralisée de toute source d'énergie renouvelable.

A cela s'ajoute le fait qu'une bonne partie du rayonnement solaire à la surface de la terre est diffusée de manière incontrôlable.

La sécurité de l'environnement est également strictement remise en question - après tout, on ne sait toujours pas quoi faire de l'élimination des éléments usagés.

Enfin, le degré d'étude de l'énergie solaire, quoi qu'on en dise, est encore loin d'être parfait.

Le maillon le plus faible de l'énergie solaire est le faible rendement des batteries ; la solution à ce problème n'est qu'une question de temps.

Usage

Oui, obtenir de l'énergie du Soleil n'est pas le projet le moins cher. Mais, d'abord, au cours des trente dernières années, un watt généré à l'aide de photocellules est devenu dix fois moins cher. Et deuxièmement, la volonté des pays européens de réduire la dépendance aux sources d'énergie traditionnelles joue le rôle de l'énergie solaire. N'oubliez pas non plus le protocole de Kyoto. On peut dire aujourd'hui que l'énergie solaire se développe à un rythme soutenu tant du point de vue de la science que du point de vue du commerce.

Aujourd'hui, l'énergie solaire est utilisée le plus activement à trois fins :

• chauffage et eau chaude et climatisation;

• conversion en énergie électrique à l'aide de convertisseurs solaires photovoltaïques ;

• production d'électricité à grande échelle basée sur le cycle thermique.

L'énergie solaire n'a pas à être convertie en électricité, mais il est tout à fait possible de l'utiliser comme chaleur. Par exemple, pour le chauffage et l'eau chaude des installations résidentielles et industrielles.

La base du principe de fonctionnement de la conception des systèmes de chauffage solaire est le chauffage de l'antigel.La chaleur est ensuite transférée dans des réservoirs de stockage, généralement situés au sous-sol, et consommée à partir de là.

L'un des plus grands consommateurs potentiels d'énergie photovoltaïque est le secteur agricole, qui peut consommer indépendamment des centaines de mégawatts d'énergie solaire de pointe par an. À cela peuvent s'ajouter un support de navigation, l'alimentation des systèmes de télécommunications, des systèmes pour les activités de villégiature et de santé et de tourisme, ainsi que des villas, des lampadaires solaires et plus encore.

Aujourd'hui, la possibilité de manières absolument fantastiques, du point de vue du profane, d'utiliser l'énergie solaire est sérieusement envisagée. Par exemple, des projets d'orbite autour de stations solaires ou, plus fantastique encore, des centrales solaires sur la lune.

Et en effet, il y a de tels projets. Dans l'espace, la concentration d'énergie solaire est beaucoup plus élevée par rapport à notre planète bleue. La transmission d'énergie vers la Terre est possible à l'aide d'un rayonnement lumineux dirigé (laser) ou ultra-haute fréquence (micro-ondes).

Suite du sujet : Cultiver l'énergie solaire dans le monde