Quand nous étions 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 maintenir la vie sous tous ses types et formes. Cela comprenait la vie animale et végétale qui l’habite, ainsi que la culture de nos cultures pour l’alimentation. 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 dans un laps de temps très court.
En fait, la quantité d’énergie solaire qui atteint la surface de la Terre à 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 sur 24, 365 jours par an, l’énergie solaire sous forme d’énergie solaire est classée comme une ressource d’énergie renouvelable, et à toutes fins pratiques, nous pouvons considérer Énergie solaire comme l’énergie 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 ne représente qu’une très petite quantité du rayonnement solaire total reçu par la terre au-dessus de son atmosphère. Cela est principalement dû aux nuages, à l’atmosphère elle-même et aux conditions du sol qui 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 ressource d’énergie renouvelable inépuisable et disponible localement partout sur la terre. Mais afin de collecter l’énergie solaire plus efficacement, les récepteurs d’énergie solaire nécessitent la lumière directe du soleil et non la lumière du soleil réfléchie, ce qui les rend inefficaces dans des conditions nuageuses.
La puissance brute de notre soleil, qui atteint l’atmosphère externe 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 solaire directe et d’environ 30 % de lumière solaire diffuse, car l’atmosphère et les nuages agissent comme des filtres géants, bloquant et dispersant 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 incident, ce qui fera qu’une partie de celui-ci sera réfléchie dans l’espace dans toutes les directions en raison de l’air, des nuages, de la pluie et de la brume. Les nuages, qui sont constitués de particules d’eau liquide et gelée, se dispersent et réfléchissent 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 avec les différents types de matériaux qui la recouvrent, qu’il s’agisse de sable, de neige ou de 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 par l’espace. Le rayonnement solaire direct projette cependant des ombres, car il est directionnel et provient directement du soleil. La position et l’emplacement du soleil dans le ciel jouent également un rôle important dans l’efficacité de tout Système d’énergie 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 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 tout le temps midi 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
Emplacement des Suns
La viabilité de l’utilisation du rayonnement solaire du soleil comme source d’énergie solaire, que ce soit pour chauffer l’eau ou pour produire de l’électricité, dépend principalement de la quantité d’irradiation 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 du soleil dépend beaucoup de la rotation de la Terre, car il y a moins d’énergie solaire disponible la nuit que le jour, ainsi que du mouvement orbital de la Terre qui produit des cycles saisonniers de l’été à l’hiver, le soleil étant 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, la couverture nuageuse, etc., le potentiel le plus élevé de production d’énergie solaire se trouvant dans l’hémisphère sud. L’énergie solaire concentrée nous aide à surmonter certaines de ces lacunes.
Cela dit, suffisamment d’énergie solaire provenant 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 d’énergie alternative est d’effectuer une estimation réaliste de la quantité d’énergie et du type d’énergie réellement nécessaire. En prenant le temps de réfléchir à cela et de planifier correctement un système d’énergie solaire, vous vous assurerez que le système terminé, une fois opérationnel, répondra aux besoins électriques attendus et sera également rentable.
Systèmes d’énergie solaire
Alors, quels types de Systèmes d’énergie solaire sont disponibles pour exploiter la puissance du soleil dans la maison. Eh bien, nous savons maintenant d’en haut que les technologies solaires convertissent la puissance infinie de l’énergie du soleil en chaleur, en lumière et en énergie. 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 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 les centrales électriques à combustibles fossiles, au charbon ou 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 domestique, 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 les panneaux photovoltaïques 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 support 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. L’énergie solaire présente de nombreux avantages et inconvénients 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.