À l’école, nous avons appris qu’en plus de l’eau, nous avions besoin que le soleil brille sur Mère Terre pour aider à soutenir la vie sous toutes ses formes et types. Cela incluait la faune et la végétation qui l’habitent, ainsi que la culture de nos cultures pour la nourriture. Mais nous pouvons aussi 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 l’immense énergie solaire du soleil.
Les rayons électromagnétiques sous forme d’énergie rayonnante sont constamment émis dans l’espace par l’action de combustion 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 sur une année entière. Alors que le soleil brille intensément dans le système solaire 24 heures sur 24, 365 jours par an, l’énergie solaire sous la forme d'« énergie solaire » est considérée comme une ressource d’énergie renouvelable, et pour toutes fins pratiques, nous pouvons envisagerÉnergie solairecomme la puissance du soleil.
La Terre reçoit l’énergie rayonnante du soleil sous forme d’ondes électromagnétiques. La quantité de rayonnement solaire qui s’abat effectivement sur la surface de la Terre à un endroit et à une heure 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 citer que quelques-uns.
La quantité d’énergie rayonnante disponible pour une utilisation dans un système solaire n’est qu’une très petite partie du rayonnement solaire total reçu par la Terre au-dessus de son atmosphère. Cela s’explique principalement par les nuages, l’atmosphère elle-même et les conditions du sol, qui peuvent soit absorber, soit réfléchir la majeure partie de cette énergie solaire dans le ciel et l’espace.
La Terre est essentiellement un énorme collecteur d’énergie solaire qui reçoit de grandes quantités d’énergie du soleil. Cette énergie solaire peut être utilisée directement comme énergie solaire via un panneau solaire photovoltaïque, et indirectement comme énergie éolienne, marémotrice ou vague. L’énergie solaire est une ressource renouvelable inépuisable et disponible localement partout sur terre. Mais pour collecter l’énergie solaire plus efficacement, les récepteurs d’énergie solaire nécessitent une lumière directe et non 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 depuis un ciel sans nuages à environ 1000 watts par mètre carré (1,0 kW/m2) ou légèrement moins.
Cela signifie donc que l’irradiation solaire atteignant la surface terrestre est composée d’environ 70 % de lumière directe et environ 30 % de lumière diffuse, car l’atmosphère et les nuages agissent comme d’immenses filtres, bloquant et diffusant l’énergie rayonnante du soleil dans toutes les directions.
Par exemple, des gaz et de petites particules de poussière en suspension dans l’atmosphère provoquent un effet de diffusion sur le rayonnement solaire entrant, ce qui entraîne une partie de son reflet dans l’espace dans toutes les directions à cause de l’air, des nuages, de la pluie et de la brume. Les nuages, composés de particules d’eau liquide et gelée, vont disperser et réfléchir le rayonnement solaire vers l’espace, comme on le voit lors des journées ternes et nuageuses.
De plus, la réflectivité de la surface terrestre varie selon les différents types de matériaux qui la recouvrent, que ce soit le sable, la neige ou la mer, tandis qu’une partie de 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 diffusé 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 venant directement du soleil. La position et la position du soleil dans le ciel jouent également un rôle important dans l’efficacité de toutSystème solaire.
À midi, par une journée claire et ensoleillée sans nuages au milieu du désert, l’énergie solaire disponible au niveau du sol peut atteindre jusqu’à 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, il faut compenser l’inclinaison et l’angle entre le soleil et la Terre, ainsi que le fait qu’il n’est pas toujours midi, en pointant un collecteur solaire vers le sud, là où le soleil est le plus brillant, et peut-être l’ajuster selon les saisons pour suivre le soleil d’est en ouest.
La viabilité de l’énergie solaire
Emplacement des Suns
La viabilité d’utiliser le rayonnement solaire du soleil comme source d’énergie solaire, que ce soit pour chauffer de l’eau ou pour produire de l’électricité, dépend principalement de la quantité d’irradiance solaire reçue à chaque endroit de la surface terrestre, et cela variera à la fois avec le temps et les saisons, la Terre dans son ensemble recevant plus d’énergie solaire durant les mois d’été de mai à août.
La disponibilité ou l’absence du rayonnement solaire du soleil dépend beaucoup de la rotation de la Terre, car il y a moins d’énergie solaire disponible la nuit qu’en journée, ainsi que du mouvement orbital de la Terre qui produit des cycles saisonniers de l’été à l’hiver, avec un 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. De plus, 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 situé dans l’hémisphère sud. L’énergie solaire concentrée nous aide à surmonter certains de ces défauts.
Cela dit, suffisamment d’énergie solaire provenant du soleil éclaire la Terre en une heure pour répondre à tous nos besoins pendant une année entière, et la première étape pour déterminer la viabilité de tout système énergétique alternatif est d’estimer de manière réaliste la quantité d’énergie et le type d’énergie réellement nécessaire. Prendre le temps de réfléchir à cela et de bien planifier un système solaire garantira que le système terminé, une fois opérationnel, répondra aux besoins électriques attendus et sera également rentable.
Systèmes d’énergie solaire
Alors, quels typesSystèmes d’énergie solairesont disponibles pour exploiter la puissance du soleil dans la maison. Eh bien, nous savons maintenant d’en haut que les technologies solaires convertissent l’énergie infinie du soleil en chaleur, lumière et énergie. L’une des meilleures utilisations de l’énergie solaire est l’utilisation du photovoltaïque pour produire de l’électricité. L’énergie solaire active désigne la production d’énergie électrique à partir de l’énergie solaire, et il existe deux façons différentes de procéder.
Il existe aujourd’hui d’immenses centrales commerciales qui utilisent l’énergie solaire pour chauffer l’eau afin de produire de la vapeur, qui sert ensuite à produire de l’électricité, tout comme dans les centrales au charbon fossile ou aux centrales 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 haute tension et à haute intensité.
Pour un système solaire domestique, il n’est pas nécessaire de dépenser des sommes importantes pour concevoir des systèmes solaires photovoltaïques mécaniques très élaborés ; de nombreux débutants commencent simplement par des conceptions photovoltaïques « faites maison » pour économiser de l’argent en enfermant les photovoltaïques dans une boîte en bois pour l’énergie solaire concentrée.
L’énergie solaire est utilisée pour convertir l’énergie du soleil en un support énergétique stockable et transportable, comme l’électricité, à l’aide de panneaux solaires photovoltaïques. Le photovoltaïque (ou « PV ») est la technologie qui convertit directement la lumière en électricité et c’est le panneau solaire emblématique monté sur le toit que la plupart des gens associent à l’énergie solaire. L’énergie solaire présente de nombreux avantages et inconvénients et, dans le prochain tutoriel, nous examinerons le photovoltaïque plus en détail pour voir comment ils convertissent l’énergie solaire en énergie solaire utilisable.
Dans le prochain tutoriel de cette section sur « l’énergie solaire », nous allons examiner les cellules solaires et voir comment elles peuvent convertir la lumière solaire sous forme de photons en énergie électrique pour nos foyers.