L'énergie solaire est tout type d'énergie générée par le soleil.

L'énergie solaire est créée par la fusion nucléaire qui a lieu au soleil. La fusion se produit lorsque des protons d'atomes d'hydrogène entrent violemment en collision dans le noyau du soleil et en fusible pour créer un atome d'hélium.

Ce processus, connu sous le nom de réaction en chaîne PP (proton-proton), émet une énorme quantité d'énergie. Dans son cœur, le soleil fusionne environ 620 millions de tonnes métriques d'hydrogène chaque seconde. La réaction en chaîne PP se produit dans d'autres étoiles qui sont à peu près de la taille de notre soleil et leur fournit une énergie et une chaleur continues. La température de ces étoiles est d'environ 4 millions de degrés sur l'échelle de Kelvin (environ 4 millions de degrés Celsius, 7 millions de degrés Fahrenheit).

Dans les étoiles qui sont environ 1,3 fois plus grandes que le soleil, le cycle CNO entraîne la création d'énergie. Le cycle CNO convertit également l'hydrogène en hélium, mais repose sur le carbone, l'azote et l'oxygène (C, N et O) pour le faire. Actuellement, moins de deux pour cent de l'énergie du soleil est créée par le cycle CNO.

La fusion nucléaire par la réaction en chaîne PP ou le cycle CNO libère d'énormes quantités d'énergie sous forme de vagues et de particules. L'énergie solaire s'éloigne constamment du soleil et dans tout le système solaire. L'énergie solaire réchauffe la Terre, provoque le vent et les intempéries et maintient la vie végétale et animale.

L'énergie, la chaleur et la lumière du soleil s'écoulent sous forme de rayonnement électromagnétique (DME).

Le spectre électromagnétique existe sous forme d'ondes de différentes fréquences et longueurs d'onde. La fréquence d'une onde représente combien de fois l'onde se répète dans une certaine unité de temps. Les vagues avec des longueurs d'onde très courtes se répètent plusieurs fois dans une unité de temps donnée, elles sont donc à haute fréquence. En revanche, les ondes à basse fréquence ont des longueurs d'onde beaucoup plus longues.

La grande majorité des ondes électromagnétiques nous sont invisibles. Les ondes les plus à haute fréquence émises par le soleil sont les rayons gamma, les rayons X et le rayonnement ultraviolet (rayons UV). Les rayons UV les plus nocifs sont presque complètement absorbés par l'atmosphère de la Terre. Les rayons UV moins puissants traversent l'atmosphère et peuvent provoquer des coups de soleil.

Le soleil émet également un rayonnement infrarouge, dont les vagues sont beaucoup plus basse fréquence. La plupart des chaleur du soleil arrivent sous forme d'énergie infrarouge.

Sandwich entre l'infrarouge et les UV est le spectre visible, qui contient toutes les couleurs que nous voyons sur Terre. La couleur rouge a les longueurs d'onde les plus longues (les plus proches de l'infrarouge) et la violet (la plus proche des UV) la plus courte.

Énergie solaire naturelle

Effet de serre
Les vagues infrarouges, visibles et UV qui atteignent la Terre participent à un processus de réchauffement de la planète et de rendement possible de la vie - le soi-disant «effet de serre».

Environ 30% de l'énergie solaire qui atteint la Terre se reflète dans l'espace. Le reste est absorbé par l'atmosphère de la Terre. Le rayonnement réchauffe la surface de la Terre et la surface rayonne une partie de l'énergie sous forme d'ondes infrarouges. Au fur et à mesure qu'ils montent dans l'atmosphère, ils sont interceptés par des gaz à effet de serre, comme la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone.

Les gaz à effet de serre piègent la chaleur qui se reflète dans l'atmosphère. De cette façon, ils agissent comme les murs en verre d'une serre. Cet effet de serre maintient la terre suffisamment chaude pour maintenir la vie.

Photosynthèse
Presque toute la vie sur Terre repose sur l'énergie solaire pour les aliments, directement ou indirectement.

Les producteurs comptent directement sur l'énergie solaire. Ils absorbent la lumière du soleil et les convertissent en nutriments grâce à un processus appelé photosynthèse. Les producteurs, également appelés autotrophes, comprennent des plantes, des algues, des bactéries et des champignons. Les autotrophes sont le fondement de la toile alimentaire.

Les consommateurs comptent sur les producteurs de nutriments. Les herbivores, les carnivores, les omnivores et les détritivores comptent indirectement l'énergie solaire. Les herbivores mangent des plantes et d'autres producteurs. Les carnivores et les omnivores mangent des producteurs et des herbivores. Les détritivores décomposent la matière végétale et animale en la consommant.

Combustibles fossiles
La photosynthèse est également responsable de tous les combustibles fossiles sur Terre. Les scientifiques estiment qu'il y a environ trois milliards d'années, les premiers autotrophes ont évolué en milieu aquatique. La lumière du soleil a permis à la vie de plantes de prospérer et d'évoluer. Après la mort des autotrophes, ils se décomposaient et se sont déplacés plus profondément dans la terre, parfois des milliers de mètres. Ce processus s'est poursuivi pendant des millions d'années.

Sous une pression intense et des températures élevées, ces restes sont devenus ce que nous connaissons sous le nom de combustibles fossiles. Les micro-organismes sont devenus du pétrole, du gaz naturel et du charbon.

Les gens ont développé des processus pour extraire ces combustibles fossiles et les utiliser pour l'énergie. Cependant, les combustibles fossiles sont une ressource non renouvelable. Ils prennent des millions d'années à former.

Exploitation d'énergie solaire

L'énergie solaire est une ressource renouvelable, et de nombreuses technologies peuvent la récolter directement pour une utilisation dans les maisons, les entreprises, les écoles et les hôpitaux. Certaines technologies d'énergie solaire comprennent les cellules et les panneaux photovoltaïques, l'énergie solaire concentrée et l'architecture solaire.

Il existe différentes façons de capturer le rayonnement solaire et de la convertir en énergie utilisable. Les méthodes utilisent l'énergie solaire active ou l'énergie solaire passive.

Les technologies solaires actives utilisent des dispositifs électriques ou mécaniques pour convertir activement l'énergie solaire en une autre forme d'énergie, le plus souvent la chaleur ou l'électricité. Les technologies solaires passives n'utilisent aucun dispositif externe. Au lieu de cela, ils profitent du climat local aux structures de chaleur pendant l'hiver et reflètent la chaleur pendant l'été.

Photovoltaïque

Le photovoltaïque est une forme de technologie solaire active découverte en 1839 par le physicien français de 19 ans Alexandre-Edmond Becquerel. Becquerel a découvert que lorsqu'il plaçait le chlorure d'argent dans une solution acide et l'a exposé au soleil, les électrodes en platine qui y sont attachées ont généré un courant électrique. Ce processus de production d'électricité directement à partir du rayonnement solaire est appelé effet photovoltaïque ou photovoltaïque.

Aujourd'hui, le photovoltaïque est probablement le moyen le plus familier d'exploiter l'énergie solaire. Les réseaux photovoltaïques impliquent généralement des panneaux solaires, une collection de dizaines, voire des centaines de cellules solaires.

Chaque cellule solaire contient un semi-conducteur, généralement en silicium. Lorsque le semi-conducteur absorbe la lumière du soleil, il renverse les électrons. Un champ électrique dirige ces électrons en vrac dans un courant électrique, s'écoulant dans une direction. Les contacts métalliques en haut et en bas d'une cellule solaire diminuent ce courant vers un objet externe. L'objet externe peut être aussi petit qu'une calculatrice à énergie solaire ou aussi grande qu'une centrale électrique.

Le photovoltaïque a d'abord été largement utilisé sur le vaisseau spatial. De nombreux satellites, y compris la Station spatiale internationale (ISS), présentent des «ailes» larges et réfléchissantes de panneaux solaires. L'ISS possède deux ailes de réseau solaire (scies), chacune utilisant environ 33 000 cellules solaires. Ces cellules photovoltaïques fournissent toute l'électricité à l'ISS, permettant aux astronautes d'exploiter la station, vivent en toute sécurité dans l'espace pendant des mois à la fois et effectuent des expériences scientifiques et techniques.

Des centrales photovoltaïques ont été construites dans le monde entier. Les plus grandes stations se trouvent aux États-Unis, en Inde et en Chine. Ces centrales électriques émettent des centaines de mégawatts d'électricité, utilisées pour fournir des maisons, des entreprises, des écoles et des hôpitaux.

La technologie photovoltaïque peut également être installée à plus petite échelle. Les panneaux solaires et les cellules peuvent être fixés sur les toits ou les parois extérieures des bâtiments, fournissant de l'électricité pour la structure. Ils peuvent être placés le long des routes vers les autoroutes légères. Les cellules solaires sont suffisamment petites pour alimenter des dispositifs encore plus petits, tels que les calculatrices, les parcmètres, les compacteurs poubelles et les pompes à eau.

Énergie solaire concentrée

Un autre type de technologie solaire active est l'énergie solaire concentrée ou l'énergie solaire concentrée (CSP). La technologie CSP utilise des objectifs et des miroirs pour concentrer (concentrer) la lumière du soleil d'une grande zone dans une zone beaucoup plus petite. Cette zone intense de rayonnement chauffe un liquide, qui à son tour génère de l'électricité ou alimente un autre processus.

Les fours solaires sont un exemple d'énergie solaire concentrée. Il existe de nombreux types de fours solaires, notamment des tours d'énergie solaire, des creux paraboliques et des réflecteurs de Fresnel. Ils utilisent la même méthode générale pour capturer et convertir l'énergie.

Les tours d'énergie solaire utilisent des héliostats, des miroirs plats qui se tournent pour suivre l'arc du soleil dans le ciel. Les miroirs sont disposés autour d'une «tour de collection» centrale et reflètent la lumière du soleil dans un rayon de lumière concentré qui brille sur un point focal sur la tour.

Dans les conceptions précédentes de tours d'énergie solaire, la lumière du soleil concentrée a chauffé un récipient d'eau, qui produisait de la vapeur qui alimentait une turbine. Plus récemment, certaines tours d'énergie solaire utilisent du sodium liquide, qui a une capacité thermique plus élevée et conserve la chaleur pendant une période plus longue. Cela signifie que le fluide atteint non seulement des températures de 773 à 1 273K (500 ° à 1 000 ° C ou 932 ° à 1832 ° F), mais il peut continuer à faire bouillir l'eau et générer de la puissance même lorsque le soleil ne brille pas.

Les creux paraboliques et les réflecteurs de Fresnel utilisent également CSP, mais leurs miroirs sont façonnés différemment. Les miroirs paraboliques sont incurvés, avec une forme similaire à une selle. Les réflecteurs de Fresnel utilisent des bandes de miroir plates et minces pour capturer la lumière du soleil et la diriger sur un tube de liquide. Les réflecteurs de Fresnel ont plus de surface que les creux paraboliques et peuvent concentrer l'énergie du soleil à environ 30 fois son intensité normale.

Les centrales solaires concentrées ont été développées pour la première fois dans les années 1980. La plus grande installation au monde est une série de plantes dans le désert de Mojave dans l'État américain de Californie. Ce système de production d'énergie solaire (SEGS) génère plus de 650 gigawattheures d'électricité chaque année. D'autres plantes grandes et efficaces ont été développées en Espagne et en Inde.

L'énergie solaire concentrée peut également être utilisée à plus petite échelle. Il peut générer de la chaleur pour les cuisinières solaires, par exemple. Les habitants des villages du monde entier utilisent des cuiseurs solaires pour faire bouillir l'eau pour l'assainissement et cuire les aliments.

Les cuisinières solaires offrent de nombreux avantages par rapport aux poêles à bois: ils ne sont pas un risque d'incendie, ne produisent pas de fumée, ne nécessitent pas de carburant et réduisent la perte d'habitat dans les forêts où les arbres seraient récoltés pour le carburant. Les cuiseurs solaires permettent également aux villageois de poursuivre le temps pour l'éducation, les affaires, la santé ou la famille pendant le temps qui était auparavant utilisé pour la collecte de bois de chauffage. Les cuiseurs solaires sont utilisés dans des zones aussi diverses que le Tchad, Israël, l'Inde et le Pérou.

Architecture solaire

Tout au long d'une journée, l'énergie solaire fait partie du processus de convection thermique ou le mouvement de la chaleur d'un espace plus chaud à un espace plus frais. Lorsque le soleil se lève, il commence à réchauffer des objets et du matériel sur Terre. Tout au long de la journée, ces matériaux absorbent la chaleur du rayonnement solaire. La nuit, lorsque le soleil se couche et que l'atmosphère s'est refroidie, les matériaux relâchent leur chaleur dans l'atmosphère.

Les techniques d'énergie solaire passive profitent de ce processus de chauffage et de refroidissement naturel.

Les maisons et autres bâtiments utilisent l'énergie solaire passive pour distribuer la chaleur efficacement et à peu de frais. Le calcul de la «masse thermique» d'un bâtiment en est un exemple. La masse thermique d'un bâtiment est la majeure partie du matériau chauffé tout au long de la journée. Des exemples de masse thermique d'un bâtiment sont le bois, le métal, le béton, l'argile, la pierre ou la boue. La nuit, la masse thermique libère sa chaleur dans la pièce. Les systèmes de ventilation efficaces - halles, fenêtres et conduits d'air - diffusent l'air réchauffé et maintiennent une température intérieure modérée et cohérente.

La technologie solaire passive est souvent impliquée dans la conception d'un bâtiment. Par exemple, au stade de planification de la construction, l'ingénieur ou l'architecte peut aligner le bâtiment sur le chemin quotidien du soleil pour recevoir des quantités souhaitables de soleil. Cette méthode prend en compte la latitude, l'altitude et la couverture nuageuse typique d'une zone spécifique. De plus, les bâtiments peuvent être construits ou modernisés pour avoir une isolation thermique, une masse thermique ou un ombrage supplémentaire.

Les autres exemples d'architecture solaire passive sont les toits frais, les barrières rayonnantes et les toits verts. Les toits frais sont peints en blanc et reflètent le rayonnement du soleil au lieu de l'absorber. La surface blanche réduit la quantité de chaleur qui atteint l'intérieur du bâtiment, ce qui réduit à son tour la quantité d'énergie nécessaire pour refroidir le bâtiment.

Les barrières rayonnantes fonctionnent de manière similaire aux toits frais. Ils fournissent une isolation avec des matériaux hautement réfléchissants, tels que le papier d'aluminium. Le feuille reflète, au lieu d'absorber, de chaleur et peut réduire les coûts de refroidissement jusqu'à 10%. En plus des toits et des greniers, des barrières rayonnantes peuvent également être installées sous les planchers.

Les toits verts sont des toits complètement recouverts de végétation. Ils ont besoin du sol et de l'irrigation pour soutenir les plantes et une couche étanche en dessous. Les toits verts réduisent non seulement la quantité de chaleur absorbée ou perdue, mais offrent également de la végétation. Grâce à la photosynthèse, les plantes sur les toits verts absorbent le dioxyde de carbone et émettent de l'oxygène. Ils filtrent les polluants hors de l'eau de pluie et de l'air et compensent certains des effets de la consommation d'énergie dans cet espace.

Les toits verts sont une tradition en Scandinavie depuis des siècles et sont récemment devenus populaires en Australie, en Europe occidentale, au Canada et aux États-Unis. Par exemple, la Ford Motor Company a couvert 42 000 mètres carrés (450 000 pieds carrés) de ses toits d'usine d'assemblage à Dearborn, Michigan, avec une végétation. En plus de réduire les émissions de gaz à effet de serre, les toits réduisent le ruissellement des eaux pluviales en absorbant plusieurs centimètres de précipitations.

Les toits verts et les toits frais peuvent également contrer l'effet «îlot de chaleur urbain». Dans les villes animées, la température peut être toujours plus élevée que les zones environnantes. De nombreux facteurs y contribuent: les villes sont construites de matériaux tels que l'asphalte et le béton qui absorbent la chaleur; Les bâtiments hauts bloquent le vent et ses effets de refroidissement; et des quantités élevées de chaleur déchet sont générées par l'industrie, le trafic et les populations élevées. L'utilisation de l'espace disponible sur le toit pour planter des arbres ou refléter la chaleur avec des toits blancs peut atténuer partiellement les augmentations de température locale dans les zones urbaines.

Énergie solaire et personnes

Étant donné que la lumière du soleil ne brille que pendant environ la moitié de la journée dans la plupart des régions du monde, les technologies d'énergie solaire doivent inclure des méthodes de stockage de l'énergie pendant les heures sombres.

Les systèmes de masse thermique utilisent de la cire de paraffine ou diverses formes de sel pour stocker l'énergie sous forme de chaleur. Les systèmes photovoltaïques peuvent envoyer un excès d'électricité au réseau électrique local ou stocker l'énergie dans les batteries rechargeables.

Il existe de nombreux avantages et inconvénients à l'utilisation d'énergie solaire.

Avantages
Un avantage majeur pour utiliser l'énergie solaire est qu'il s'agit d'une ressource renouvelable. Nous aurons un approvisionnement régulier et illimité de soleil pendant cinq milliards d'années. En une heure, l'atmosphère de la Terre reçoit suffisamment de soleil pour alimenter les besoins en électricité de chaque être humain sur Terre pendant un an.

L'énergie solaire est propre. Une fois l'équipement technologique solaire construit et mis en place, l'énergie solaire n'a pas besoin de carburant pour fonctionner. Il n'émet pas non plus de gaz à effet de serre ou de matières toxiques. L'utilisation d'énergie solaire peut réduire considérablement l'impact que nous avons sur l'environnement.

Il y a des emplacements où l'énergie solaire est pratique. Les maisons et les bâtiments dans des zones à grande quantité de soleil et de couverture nuageuse faible ont la possibilité d'exploiter l'énergie abondante du soleil.

Les cuiseurs solaires offrent une excellente alternative à la cuisine avec des poêles à bois - sur lesquels deux milliards de personnes comptent encore. Les cuisinières solaires offrent un moyen plus propre et plus sûr de désinfecter l'eau et de cuisiner les aliments.

L'énergie solaire complète d'autres sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie éolienne ou hydroélectrique.

Les maisons ou les entreprises qui installent des panneaux solaires réussis peuvent réellement produire un excès d'électricité. Ces propriétaires ou propriétaires de maisons peuvent vendre de l'énergie au fournisseur d'électricité, réduisant ou même éliminant les factures d'énergie.

Désavantage
Le principal moyen de dissuasion de l'utilisation de l'énergie solaire est l'équipement requis. L'équipement de technologie solaire est cher. L'achat et l'installation de l'équipement peuvent coûter des dizaines de milliers de dollars pour les maisons individuelles. Bien que le gouvernement offre souvent des taxes réduites aux personnes et aux entreprises utilisant l'énergie solaire et que la technologie peut éliminer les factures d'électricité, le coût initial est trop élevé pour que beaucoup puissent considérer.

L'équipement d'énergie solaire est également lourd. Afin de moderniser ou d'installer des panneaux solaires sur le toit d'un bâtiment, le toit doit être solide, grand et orienté vers le chemin du soleil.

La technologie solaire active et passive dépend des facteurs qui sont hors de notre contrôle, tels que le climat et la couverture cloud. Les zones locales doivent être étudiées pour déterminer si l'énergie solaire serait efficace dans cette zone.

La lumière du soleil doit être abondante et cohérente pour que l'énergie solaire soit un choix efficace. Dans la plupart des endroits sur terre, la variabilité de Sunlight rend difficile la mise en œuvre comme la seule source d'énergie.