Méthodes de conversion de l'énergie solaire et de leur efficacité

Le rayonnement du Soleil transporte tout le temps de l'énergie vers la Terre. Il s'agit essentiellement d'énergie électromagnétique. Le spectre du rayonnement électromagnétique du soleil se situe dans une large gamme: des ondes radio aux rayons X. Le maximum de son intensité tombe sur la lumière visible, à savoir sur la partie jaune-vert du spectre. En général, on peut dire que l'énergie du rayonnement solaire contrôle la vie sur Terre, le climat et la météo sur notre planète - toute la nature vivante sur Terre doit son existence au Soleil.

Le fait est que du Soleil - aux couches supérieures de l'atmosphère terrestre, une puissance de l'ordre de 174 pétawatts (péta - 10 au 15e degré) se présente continuellement sous forme de rayonnement. Dans le même temps, 16% de l'énergie entrante est absorbée par les couches supérieures de l'atmosphère et 6% en est réfléchie. Selon les conditions météorologiques, jusqu'à 20% se reflètent également dans les couches moyennes de l'atmosphère et environ 3% de l'énergie provenant du Soleil est absorbée.

Ainsi, notre atmosphère diffuse et filtre une partie importante du spectre, en passant cependant à sa surface une partie considérable sous forme infrarouge et un peu ultraviolette. En conséquence, nous pouvons observer le cycle de l'eau dans la nature, la photosynthèse des plantes, et nous avons une température moyenne de la surface de la terre d'environ 14 ° C.

La technologie qui permet à l'humanité d'utiliser cette énergie presque et consciemment s'appelle l'énergie solaire. Et cette situation n'est pas sans fondement, car selon les scientifiques, le potentiel de l'énergie solaire, qui peut être acceptée à la surface de la terre et convertie en une forme utile pour l'homme, est aujourd'hui au maximum de près de 49,9 exajoules par an (exa - 10 à 18 degrés), ce qui dépasse 10 000 les besoins actuels de l’humanité.

Même en Allemagne, où le climat n'est pas très ensoleillé, l'énergie qui pourrait idéalement être obtenue du soleil serait 100 fois supérieure aux besoins de tout le pays. Et en Autriche, jusqu'à 1480 kWh par an pour 1 mètre carré de surface terrestre. Et seulement 50% de cette énergie est reçue dans le pays par des concentrateurs solaires, chauffant le liquide de refroidissement dans son foyer.

Ensuite, regardons les méthodes les plus acceptables pour convertir l'énergie solaire à ce jour et évaluons-les coefficient de performance (COP).

Capteur solaire

Les capteurs solaires, bien qu'ils concernent des installations à basse température, peuvent néanmoins produire environ 1250 kWh par mètre carré d'énergie par an. L'énergie est obtenue ici sous forme de chaleur, adaptée au chauffage industriel et fournissant de l'eau chaude.

Dans la pratique, l'installation convertit l'énergie fournie par la lumière visible et le rayonnement infrarouge proche en chaleur, car le liquide de refroidissement, l'eau, y est chauffé. En l'absence d'apport calorifique (stagnation), les collecteurs de ce plan sont capables de chauffer l'eau à 200 ° C.

L'installation a un revêtement d'un absorbeur spécial qui absorbe bien le rayonnement solaire et transfère la chaleur au système conducteur de chaleur. Le revêtement sélectif est généralement une projection de nickel noir ou d'oxyde de titane. L'efficacité moyenne de ces installations est de 50%.

Miroir cylindrique parabolique

Les installations à base de miroirs cylindriques paraboliques appartiennent à des installations à moyenne température. Ils vous permettent d'obtenir 375 kWh par mètre carré d'énergie électrique et thermique par an. Le point central d'une telle installation est un tube (à l'intérieur duquel le liquide de refroidissement est de l'huile) ou un convertisseur photoélectrique. L'huile dans le tube est chauffée ici à 350 ° C et plus encore.

Un cylindre parabolique, à partir duquel une grande centrale électrique est recrutée, a une longueur maximale de 50 mètres.L'efficacité thermique des concentrateurs paraboliques atteint 73% à une température de fluide caloporteur de 350 ° C. L'efficacité moyenne de ces installations atteint 20%.

Systèmes héliostatiques

Les systèmes solaires appartiennent à des installations à haute température. Ils reçoivent 500 kWh par mètre carré d'énergie électrique par an, de plus, les unités héliostatiques permettent de recevoir de l'énergie thermique. Ici, le caloporteur à base de sodium et de gaz (système à double circuit avec sel thermique) est chauffé. De nombreux miroirs réfléchissent le rayonnement solaire, le dirigeant vers un réservoir avec un liquide de refroidissement situé en haut de la tour. L'efficacité de tels systèmes atteint 20%.

Batterie solaire

Les batteries solaires sont liées aux installations électriques et permettent de recevoir 250 kWh d'électricité par an à l'aide de convertisseurs photoélectriques. Leur efficacité est suffisante pour fournir de l'électricité à un petit ménage dans la région solaire, et de petits panneaux solaires peuvent fournir de l'électricité aux panneaux de signalisation, aux appareils d'éclairage, aux systèmes d'irrigation, etc.

Aujourd'hui, l'efficacité des panneaux solaires laisse beaucoup à désirer, leur efficacité moyenne est relativement faible, environ 10%, mais la technologie est constamment améliorée.

Voir aussi:Centrale solaire Gemasolar de 24 heures et Panneaux solaires d'efficacité