Quand à l’école, nous avons appris qu’en plus de l’eau, nous avions besoin que le soleil brille sur la Terre Mère pour aider à soutenir la vie dans tous ses différents types et formes. Cela comprenait la vie animale et végétale qui l’habite, ainsi que pour cultiver nos cultures pour se nourrir. Mais nous pouvons également utiliser l’énergie lumineuse rayonnante du soleil pour produire de la chaleur, de la lumière et de l’énergie sous forme d’électricité en utilisant la vaste énergie solaire du soleil.
Les rayons électromagnétiques sous forme d’énergie rayonnante sont constamment émis dans l’espace par l’action brûlante du soleil. Ces rayons voyagent dans l’espace dans toutes les directions tandis que certains atteignent la surface de la Terre. L’énergie rayonnante émise par le soleil atteint la terre en très peu de temps.
En fait, la quantité d’énergie solaire qui atteint la surface de la Terre chaque heure de la journée est supérieure à notre demande totale d’énergie en une année entière. Comme le soleil brille dans le système solaire 24 heures par jour, 365 jours par an, l’énergie solaire sous la forme de « l’énergie solaire » est classée comme une source d’énergie renouvelable, et à toutes fins pratiques, nous pouvons envisagerÉnergie solairecomme puissance du soleil.
La Terre reçoit l’énergie rayonnante du soleil sous forme d’ondes électromagnétiques. La quantité de rayonnement solaire qui tombe réellement sur la surface de la Terre à un endroit et à un moment donnés dépend de nombreux facteurs, tels que l’heure de la journée (matin, après-midi ou nuit), la période de l’année (saisons) et la latitude géographique à la surface de la Terre, pour n’en nommer que quelques-uns.
La quantité d’énergie rayonnante disponible pour une utilisation dans un système d’énergie solaire n’est qu’une très petite quantité du rayonnement solaire total reçu par la terre au-dessus de son atmosphère. C’est principalement parce que les nuages, l’atmosphère elle-même et les conditions du sol peuvent absorber ou réfléchir la majeure partie de cette énergie solaire dans le ciel et l’espace.
La Terre est essentiellement un énorme capteur d’énergie solaire qui reçoit de grandes quantités d’énergie du soleil. Cette énergie solaire peut être utilisée directement comme énergie solaire à l’aide d’un panneau solaire photovoltaïque, et indirectement comme énergie éolienne, marémotrice ou houlomotrice. L’énergie solaire est une source d’énergie renouvelable inépuisable et disponible localement partout sur la planète. Mais afin de collecter l’énergie solaire plus efficacement, les récepteurs d’énergie solaire nécessitent la lumière directe du soleil et non la lumière réfléchie, ce qui les rend inefficaces dans des conditions nuageuses.
La puissance brute de notre soleil qui atteint l’atmosphère extérieure de la terre est d’environ 1373 watts par mètre carré (1,37 kW / m2) au-dessus de la couche nuageuse. Cette quantité est ensuite réduite par l’atmosphère et les couches protectrices pour arriver à la surface de la Terre à midi à partir d’un ciel sans nuages à environ 1000 watts par mètre carré (1,0 kW / m2) ou un peu moins.
Cela signifie alors que l’irradiance solaire atteignant la surface de la Terre se compose d’environ 70% de lumière directe et d’environ 30% de lumière diffuse parce que l’atmosphère et les nuages agissent comme des filtres géants bloquant et diffusant l’énergie rayonnante du soleil dans toutes les directions.
Par exemple, les gaz et les petites particules de poussière en suspension dans l’atmosphère provoqueront un effet de diffusion sur le rayonnement solaire entrant, ce qui entraînera la réflexion d’une partie dans l’espace dans toutes les directions en raison de l’air, des nuages, de la pluie et de la brume. Les nuages constitués de particules d’eau liquide et gelée se disperseront et réfléchiront le rayonnement solaire dans l’espace, comme nous le voyons par temps nuageux et terne.
De plus, la réflectivité de la surface de la Terre varie selon les différents types de matériaux qui la recouvrent, qu’il s’agisse de sable, de neige ou de mer, tandis que l’énergie lumineuse rayonnante du soleil est absorbée par les différents gaz qui composent l’atmosphère tels que la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone et l’ozone.
Comme décrit ci-dessus, le rayonnement solaire est à la fois dispersé et réfléchi dans toutes les directions lorsqu’il traverse l’atmosphère. Cette dispersion peut représenter jusqu’à 60% de la valeur totale qui atteint l’atmosphère terrestre à travers l’espace. Le rayonnement solaire direct projette cependant des ombres, car il est directionnel provenant directement du soleil. La position et l’emplacement du soleil dans le ciel jouent également un rôle important dans l’efficacité de toutSystème d’énergie solaire.
À midi, par une journée claire et ensoleillée et sans nuages au milieu du désert, l’énergie solaire disponible au niveau du sol peut atteindre 1 000 watts par mètre carré, soit 1 000 W ou 1 kW par m2 de surface pointant directement vers le soleil, mais pour de nombreux endroits dans le monde, 600 à 800 W par m2 est une valeur plus réaliste.
Pour obtenir la quantité maximale d’énergie solaire par m2, nous devons compenser l’inclinaison et l’angle entre le soleil et la terre et le fait qu’il n’est pas midi tout le temps en pointant un capteur d’énergie solaire dans une direction sud où le soleil est le plus brillant et peut-être l’ajuster pour différentes saisons pour suivre le soleil d’est en ouest.
La viabilité de l’énergie solaire
L’emplacement des Suns
La viabilité de l’utilisation du rayonnement solaire solaire comme source d’énergie solaire, que ce soit pour chauffer l’eau ou pour produire de l’électricité, dépend principalement de la quantité d’irradiance solaire reçue à un endroit donné de la surface de la Terre et cela variera avec le temps et les saisons, la Terre dans son ensemble recevant plus d’énergie solaire pendant les mois d’été de mai à août.
La disponibilité ou l’absence du rayonnement solaire solaire dépend beaucoup de la rotation de la Terre car il y a moins d’énergie solaire disponible la nuit que pendant la journée, ainsi que du mouvement orbital de la Terre qui produit des cycles saisonniers de l’été à l’hiver avec le soleil plus haut et plus brillant.
Le soleil est donc plus puissant dans le ciel pendant les mois d’été que pendant les mois d’hiver. En outre, la latitude géographique joue un rôle important dans la disponibilité d’une énergie solaire suffisante ainsi que dans l’état de l’atmosphère, de la couverture nuageuse, etc., le potentiel le plus élevé de production d’énergie solaire étant en baisse dans l’hémisphère sud. L’énergie solaire concentrée nous aide à surmonter certaines de ces lacunes.
Cela dit, suffisamment d’énergie solaire du soleil brille sur la Terre en une heure pour répondre à tous nos besoins pendant une année complète et la première étape pour déterminer la viabilité de tout système énergétique alternatif est d’effectuer une estimation réaliste de la quantité d’énergie et du type d’énergie réellement nécessaire. Prendre le temps d’y réfléchir et de planifier correctement un système d’énergie solaire garantira que le système achevé, lorsqu’il sera opérationnel, répondra aux besoins électriques attendus et sera également rentable.
Systèmes d’énergie solaire
Alors, quels types deSystèmes d’énergie solairesont disponibles pour exploiter la puissance des soleils dans la maison. Eh bien, nous savons maintenant d’en haut que les technologies solaires convertissent la puissance infinie de l’énergie solaire en chaleur, lumière et puissance. L’une des meilleures utilisations de l’énergie solaire est l’utilisation du photovoltaïque pour produire de l’électricité. L’énergie solaire active fait référence à la production d’énergie électrique à l’aide de l’énergie solaire et il existe deux façons différentes de le faire.
Il existe aujourd’hui d’énormes centrales électriques commerciales qui utilisent l’énergie solaire pour chauffer l’eau afin de produire de la vapeur qui est ensuite utilisée pour produire de l’électricité, tout comme dans le charbon à combustibles fossiles ou les centrales électriques nucléaires. Une autre méthode consiste à utiliser de grandes surfaces de cellules photovoltaïques connectées entre elles pour former des panneaux solaires capables de générer de l’électricité à des tensions et des courants élevés.
Pour un système d’énergie solaire à domicile, il n’est pas nécessaire de dépenser de grosses sommes d’argent pour concevoir des systèmes solaires photovoltaïques mécaniques très élaborés, de nombreux débutants commencent par de simples conceptions photovoltaïques « faites maison » pour économiser de l’argent en enfermant le photovoltaïque dans une boîte en bois pour l’énergie solaire concentrée.
L’énergie solaire est utilisée pour convertir l’énergie de la lumière du soleil en un milieu énergétique stockable et transportable tel que l’électricité à l’aide de panneaux solaires photovoltaïques. Le photovoltaïque (ou « PV ») est la technologie qui convertit la lumière directement en électricité et c’est le panneau solaire emblématique monté sur le toit que la plupart des gens associent à l’énergie solaire. Il existe de nombreux avantages et inconvénients de l’énergie solaire et dans le prochain tutoriel, nous examinerons le photovoltaïque plus en détail et verrons comment convertir l’énergie du soleil en énergie solaire utilisable.
Dans le prochain tutoriel de cette section sur « l’énergie solaire », nous examinerons les cellules solaires et verrons comment elles peuvent convertir la lumière du soleil sous forme de photons en énergie électrique pour nos maisons.