Aujourd'hui, le problème de la consommation d'énergie est assez aigu - les ressources de la planète ne sont pas infinies, et au cours de son existence, l'humanité a pratiquement dévasté ce que la nature lui avait donné. À l'heure actuelle, le charbon et le pétrole sont activement extraits, dont les réserves diminuent chaque jour. Le pouvoir de la pensée a permis à l'humanité de faire un pas incroyable vers l'avenir et d'utiliser l'énergie atomique, entraînant avec cette aubaine un énorme danger pour l'environnement tout entier.
Le problème environnemental n'est pas moins aigu - l'extraction active des ressources et leur utilisation ultérieure ont des effets néfastes sur l'état de la planète, modifiant non seulement la nature des sols, mais même les conditions climatiques.
C'est pourquoi une attention particulière a toujours été accordée aux sources d'énergie naturelles, telles que l'eau ou le vent. Enfin, après tant d'années de recherche et de développement actifs, l'humanité a « grandi » pour utiliser l'énergie solaire sur Terre. C'est de lui que nous parlerons plus loin.
Qu'est-ce qu'il y a de si attirant dans ça
Avant de passer à des exemples précis, découvrons pourquoi les chercheurs du monde entier s'intéressent tant à ce type de production d'énergie. Son principal atout peut être appelé inépuisabilité. Malgré de nombreuses hypothèses, la probabilité qu'une étoile comme le Soleil s'éteigne dans un avenir proche est extrêmement faible. Cela signifie que l'humanité a la possibilité de recevoir de l'énergie propre de manière tout à fait naturelle.
Le deuxième avantage incontestable de l'utilisation de l'énergie solaire sur Terre est le respect de l'environnement de cette option. L'impact sur l'environnement dans de telles conditions sera nul, ce qui à son tour offre au monde entier un avenir bien meilleur que celui qui s'ouvre avec l'extraction constante de ressources souterraines limitées.
Enfin, une attention particulière doit être portée au fait que l'utilisation de l'énergie solaire présente le moins de danger pour l'homme.
Vraiment
Maintenant, venons-en au fait. Le nom quelque peu poétique "énergie solaire" cache en fait la conversion du rayonnement en électricité à l'aide de technologies spécialement développées. Ce processus est assuré par les cellules photovoltaïques, que l'humanité utilise très activement à ses propres fins, et avec beaucoup de succès.
Rayonnement solaire
Il est arrivé historiquement que le nom "rayonnement" évoque plus d'associations négatives que positives en rapport avec ces catastrophes d'origine humaine auxquelles le monde a réussi à survivre de son vivant. Néanmoins, la technologie d'utilisation de l'énergie du Soleil sur Terre permet de travailler avec elle.
En gros,ce type de rayonnement est un rayonnement électromagnétique dont la plage est comprise entre 2,8 et 3,0 microns.
Le spectre solaire utilisé avec tant de succès par l'humanité se compose en fait de trois types d'ondes: les ultraviolets (environ 2 %), environ 49 % sont des ondes lumineuses et, enfin, la même quantité est un rayonnement infrarouge. L'énergie solaire a un petit nombre d'autres composants, mais leur rôle est si insignifiant qu'ils n'ont pas d'impact particulier sur la vie de la Terre.
La quantité d'énergie solaire frappant la Terre
Maintenant que la composition du spectre utilisé au profit de l'humanité a été déterminée, il convient de noter une autre caractéristique importante de cette ressource. L'utilisation de l'énergie solaire sur Terre semble très prometteuse aussi parce qu'elle est disponible en quantités assez importantes à des coûts de traitement presque minimes. La quantité totale d'énergie émise par une étoile est extrêmement élevée, mais environ 47% atteint la surface de la Terre, ce qui équivaut à sept cents quadrillions de kilowattheures. A titre de comparaison, notons qu'un seul kilowattheure peut assurer un fonctionnement de dix ans d'une ampoule d'une puissance de cent watts.
La puissance du rayonnement solaire et l'utilisation de l'énergie sur Terre dépendent bien sûr d'un certain nombre de facteurs: les conditions climatiques, l'angle d'incidence des rayons à la surface, la saison et la situation géographique.
Quand et combien
Il est facile de deviner que la quantité quotidienne d'énergie solaire tombant à la surfaceLa Terre change constamment, car elle dépend directement de la position de la planète par rapport au Soleil et du mouvement du luminaire lui-même. On sait depuis longtemps qu'à midi le rayonnement est maximal, alors que le matin et le soir le nombre de rayons atteignant la surface est bien moindre.
On peut affirmer avec certitude que l'utilisation de l'énergie solaire sera la plus productive dans les régions les plus proches possible de la bande équatoriale, car c'est là que la différence entre les indicateurs les plus élevés et les plus bas est minime, ce qui indique la quantité maximale de rayonnement atteignant la surface de la planète. Par exemple, dans les zones désertiques africaines, la quantité annuelle de rayonnement atteint en moyenne 2200 kilowattheures, tandis qu'au Canada ou, par exemple, en Europe centrale, les chiffres ne dépassent pas 1000 kilowattheures.
L'énergie solaire dans l'histoire
Si vous pensez aussi largement que possible, les tentatives pour "apprivoiser" le grand luminaire qui réchauffe notre planète ont commencé dans les temps anciens pendant le paganisme, lorsque chaque élément était incarné par une divinité distincte. Cependant, bien sûr, l'utilisation de l'énergie solaire était alors hors de question - la magie régnait dans le monde.
Le sujet de l'utilisation de l'énergie du Soleil sur Terre n'a commencé à être activement soulevé qu'à la fin du 14e - début du 20e siècle. Une véritable percée scientifique est réalisée en 1839 par Alexandre Edmond Becquerel, qui réussit à devenir le découvreur de l'effet photovoltaïque. L'étude de ce sujet a considérablement augmenté et après 44 ans, Charles Fritts a pu concevoir le tout premiermodule à base de sélénium plaqué or. Cette utilisation de l'énergie du Soleil sur Terre a donné une petite quantité d'électricité libérée - la quantité totale de production ne s'élevait alors qu'à 1%. Néanmoins, pour toute l'humanité, ce fut une véritable percée, ouvrant de nouveaux horizons à la science, qui n'avaient même pas été imaginés auparavant.
Albert Einstein lui-même a apporté une contribution significative au développement de l'énergie solaire. Dans le monde moderne, le nom du scientifique est plus souvent associé à sa célèbre théorie de la relativité, mais en fait, il a reçu le prix Nobel précisément pour avoir étudié l'effet photoélectrique externe.
À ce jour, la technologie d'utilisation de l'énergie solaire sur Terre connaît des montées rapides ou des chutes non moins rapides, cependant, cette branche de la connaissance est constamment mise à jour avec de nouveaux faits, et nous pouvons espérer que dans un avenir prévisible, la porte d'un monde complètement nouveau s'ouvrira devant nous. paix.
La nature est contre nous
Nous avons déjà parlé des avantages d'utiliser l'énergie du Soleil sur Terre. Faisons maintenant attention aux inconvénients de cette méthode, qui malheureusement ne sont pas moindres.
En raison de la dépendance directe de la situation géographique, des conditions climatiques et du mouvement du Soleil, la production d'énergie solaire en quantité suffisante nécessite des coûts territoriaux énormes. L'essentiel est que plus la zone de consommation et de traitement du rayonnement solaire est grande, plus la quantité d'énergie respectueuse de l'environnement que nous recevrons à la sortie est importante. Le placement d'un teld'énormes systèmes nécessitent beaucoup d'espace libre, ce qui entraîne certaines difficultés.
Un autre problème concernant l'utilisation de l'énergie solaire sur Terre est en relation directe avec l'heure de la journée, puisque la génération sera nulle la nuit, et extrêmement insignifiante le matin et le soir.
Un facteur de risque supplémentaire est la météo elle-même - des changements brusques de conditions peuvent avoir un impact extrêmement négatif sur le fonctionnement de ce type de système, car ils entraînent des difficultés à déboguer la puissance requise. Dans un sens, les situations avec un changement brusque dans le montant de la consommation et de la production peuvent être dangereuses.
Propre mais cher
L'utilisation de l'énergie solaire sur Terre est actuellement difficile en raison de son coût élevé. Les photocellules nécessaires à la mise en œuvre des principaux processus ont un coût assez élevé. Bien sûr, les aspects positifs de l'utilisation de ce type de ressource sont payants, mais d'un point de vue économique, pour le moment, il n'est pas nécessaire de parler du remboursement intégral des coûts en espèces.
Cependant, comme le montre la tendance, le prix des cellules solaires baisse progressivement, de sorte qu'avec le temps, ce problème peut être complètement résolu.
Inconvénient du processus
L'utilisation du Soleil comme source d'énergie est également difficile car cette méthode de traitement des ressources est plutôt laborieuse et peu pratique. La consommation et le traitement du rayonnement dépendent directement de la propreté des plaques, ce qui est assez problématique à assurer. De plus, extrêmementL'échauffement des éléments affecte également négativement le processus, ce qui ne peut être évité qu'en utilisant les systèmes de refroidissement les plus puissants, ce qui nécessite des coûts de matériel supplémentaires, et considérables.
De plus, les plaques utilisées dans les capteurs solaires, après 30 ans de travail actif, deviennent progressivement inutilisables, et le coût des cellules solaires a été évoqué précédemment.
Problème environnemental
Auparavant, il a été dit que l'utilisation de ce type de ressource peut sauver l'humanité de problèmes environnementaux assez graves à l'avenir. La source des ressources et le produit final sont vraiment aussi respectueux de l'environnement que possible.
Néanmoins, l'utilisation de l'énergie solaire, le principe de fonctionnement des capteurs solaires est d'utiliser des plaques spéciales avec des photocellules, dont la fabrication nécessite beaucoup de substances toxiques: plomb, arsenic ou potassium. Leur utilisation ne nuit pas à l'environnement, cependant, étant donné leur durée de vie limitée, avec le temps, l'élimination des plaques peut devenir un problème sérieux.
Pour limiter l'impact négatif sur l'environnement, les fabricants se tournent progressivement vers les wafers à couches minces, qui ont un coût moindre et un effet moins néfaste sur l'environnement.
Méthodes de conversion du rayonnement en énergie
Les films et les livres sur l'avenir de l'humanité nous donnent presque toujours à peu près la même image de ce processus, qui, en fait,peut différer sensiblement de la réalité. Il existe plusieurs façons de convertir.
Le plus courant est l'utilisation de photocellules décrite précédemment.
Comme alternative, l'humanité utilise activement l'énergie solaire thermique, basée sur le chauffage de surfaces spéciales, qui permet de chauffer l'eau avec la bonne direction de la température obtenue. Si vous simplifiez ce processus autant que possible, il peut être comparé aux réservoirs utilisés pour les douches d'été dans les maisons privées.
Une autre façon d'utiliser le rayonnement pour générer de l'énergie est la "voile solaire", qui ne peut fonctionner que dans le vide. Ce type de système convertit le rayonnement en énergie cinétique.
Le problème du manque de production la nuit est partiellement résolu par les centrales solaires à ballons, dont le fonctionnement se poursuit en raison de l'accumulation d'énergie libérée et de la durée du processus de refroidissement.
Nous et l'énergie solaire
Les ressources d'énergie solaire et éolienne sur Terre sont utilisées assez activement, bien que nous ne le remarquions souvent pas. Plus tôt, le chauffage folklorique de l'eau dans une douche extérieure a déjà été mentionné. En fait, le plus souvent, l'énergie solaire est utilisée à ces fins. Cependant, il existe de nombreux autres exemples: dans presque tous les magasins d'éclairage, vous pouvez trouver des ampoules à accumulation qui peuvent fonctionner sans électricité même la nuit grâce à l'énergie accumulée pendant la journée.
Les installations basées sur des photocellules sont activement utilisées dans toutes sortes de stations de pompage et de systèmes de ventilation.
Hier, aujourd'hui, demain
L'énergie solaire est l'une des ressources les plus importantes pour l'humanité, et les perspectives d'utilisation sont extrêmement élevées. Cette industrie est activement financée, élargie et améliorée. Aujourd'hui, l'énergie solaire est la plus développée aux États-Unis, où certaines régions l'utilisent comme une source d'énergie alternative à part entière. De plus, des centrales électriques de ce type fonctionnent dans le désert de Mojave. D'autres pays se dirigent depuis longtemps vers ce type de production d'électricité, qui pourrait bientôt résoudre le problème de la pollution de l'environnement.
