Ces dernières années, les scientifiques se sont particulièrement intéressés aux sources d'énergie alternatives. Le pétrole et le gaz s'épuiseront tôt ou tard, nous devons donc réfléchir à la façon dont nous allons survivre dans cette situation maintenant. Les éoliennes sont activement utilisées en Europe, quelqu'un essaie d'extraire l'énergie de l'océan et nous parlerons de l'énergie solaire. Après tout, une étoile que nous voyons presque tous les jours dans le ciel peut nous aider à économiser des ressources non renouvelables et à améliorer l'environnement. La valeur du soleil pour la Terre est difficile à surestimer - il donne de la chaleur, de la lumière et permet à toute vie sur la planète de fonctionner. Alors pourquoi ne pas lui trouver un autre usage ?
Un peu d'histoire
Au milieu du XIXe siècle, le physicien Alexandre Edmond Becquerel découvre l'effet photovoltaïque. Et à la fin du siècle, Charles Fritts a créé le premier appareil capable de convertir l'énergie solaire en électricité. Pour cela, du sélénium recouvert d'une fine couche d'or a été utilisé. L'effet était faible, mais cette invention est souvent associée au début de l'ère de l'énergie solaire. Certains savants ne sont pas d'accord avec cette formulation. Ils appellent le fondateur de l'ère de l'énergie solaire le scientifique de renommée mondiale Albert Einstein. En 1921année où il a reçu le prix Nobel pour avoir expliqué les lois de l'effet photoélectrique externe.
Il semblerait que l'énergie solaire soit une voie de développement prometteuse. Mais il existe de nombreux obstacles à son entrée dans chaque foyer - principalement économiques et environnementaux. Ce qui compose le coût des panneaux solaires, les dommages qu'ils peuvent causer à l'environnement et les autres moyens de générer de l'énergie, nous le découvrirons ci-dessous.
Méthodes d'épargne
La tâche la plus urgente associée à l'apprivoisement de l'énergie du soleil n'est pas seulement sa réception, mais aussi son accumulation. Et c'est ce qui est le plus difficile. Actuellement, les scientifiques n'ont développé que 3 façons d'apprivoiser complètement l'énergie solaire.
Le premier est basé sur l'utilisation d'un miroir parabolique et c'est un peu comme jouer avec une loupe, que tout le monde connaît depuis l'enfance. La lumière passe à travers la lentille, se rassemblant en un point. Si vous mettez un morceau de papier à cet endroit, il s'allumera, car la température des rayons du soleil croisés est incroyablement élevée. Un miroir parabolique est un disque concave ressemblant à un bol peu profond. Ce miroir, contrairement à une loupe, ne transmet pas, mais réfléchit la lumière du soleil, la collectant en un point, qui est généralement dirigé vers un tuyau noir avec de l'eau. Cette couleur est utilisée car elle absorbe le mieux la lumière. L'eau dans le tuyau est chauffée par la lumière du soleil et peut être utilisée pour produire de l'électricité ou pour chauffer de petites maisons.
Chauffage plat
Cette méthode utiliseun système complètement différent. Le récepteur d'énergie solaire ressemble à une structure multicouche. Le principe de son fonctionnement ressemble à ceci.
En traversant le verre, les rayons frappent le métal noirci qui, comme vous le savez, absorbe mieux la lumière. Le rayonnement solaire se transforme en énergie thermique et chauffe l'eau qui se trouve sous la plaque de fer. De plus, tout se passe comme dans la première méthode. L'eau chauffée peut être utilisée soit pour le chauffage des locaux, soit pour produire de l'énergie électrique. Certes, l'efficacité de cette méthode n'est pas suffisamment élevée pour être utilisée partout.
En règle générale, l'énergie solaire ainsi obtenue est de la chaleur. Pour générer de l'électricité, la troisième méthode est beaucoup plus souvent utilisée.
Cellules solaires
Surtout, nous connaissons cette façon d'obtenir de l'énergie. Cela implique l'utilisation de diverses batteries ou panneaux solaires, que l'on retrouve sur les toits de nombreuses maisons modernes. Cette méthode est plus compliquée que celle décrite précédemment, mais est beaucoup plus prometteuse. C'est lui qui permet de convertir l'énergie solaire en électricité à l'échelle industrielle.
Les panneaux spéciaux conçus pour capter les rayons sont fabriqués à partir de cristaux de silicium enrichis. La lumière du soleil, tombant sur eux, fait sortir l'électron de son orbite. Un autre s'efforce immédiatement de prendre sa place, on obtient ainsi une chaîne continue en mouvement, ce qui crée un courant. Si nécessaire, il est immédiatement utilisé pour fournir des appareils ou accumulé sous la formel'électricité dans des batteries spéciales.
La popularité de cette méthode se justifie par le fait qu'elle permet d'obtenir plus de 120 watts à partir d'un seul mètre carré de panneaux solaires. Dans le même temps, les panneaux ont une épaisseur relativement faible, ce qui permet de les placer presque n'importe où.
Types de panneaux en silicone
Il existe plusieurs types de cellules solaires. Les premiers sont fabriqués à partir de silicium monocristallin. Leur efficacité est d'environ 15%. Ces panneaux solaires sont les plus chers.
L'efficacité des éléments en silicium polycristallin atteint 11 %. Ils coûtent moins cher, car leur matériau est obtenu à l'aide d'une technologie simplifiée. Le troisième type est le plus économique et a une efficacité minimale. Ce sont des panneaux en silicium amorphe, c'est-à-dire non cristallin. En plus de leur faible efficacité, ils présentent un autre inconvénient majeur: leur fragilité.
Certains fabricants utilisent les deux côtés du panneau solaire pour augmenter l'efficacité - à l'arrière et à l'avant. Cela vous permet de capturer la lumière dans de grands volumes et d'augmenter la quantité d'énergie reçue de 15 à 20 %.
Producteurs nationaux
L'énergie solaire sur Terre se répand de plus en plus. Même dans notre pays, ils sont intéressés à étudier cette industrie. Malgré le fait que le développement des énergies alternatives n'est pas très actif en Russie, un certain succès a été obtenu. Actuellement, plusieurs organisations sont engagées dans la création de panneaux pour l'énergie solaire - principalementinstituts scientifiques de divers domaines et usines de production d'équipements électriques.
- NPF "Kvark".
- OJSC Usine mécanique de Kovrov.
- Institut panrusse de recherche sur l'électrification de l'agriculture.
- ONG Ingénierie.
- AO VIEN.
- OJSC "Usine Ryazan d'appareils en métal-céramique".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Ce n'est qu'une petite partie des entreprises activement impliquées dans le développement des énergies alternatives en Russie.
Impact environnemental
Le rejet des sources d'énergie du charbon et du pétrole n'est pas seulement lié au fait que ces ressources s'épuiseront tôt ou tard. Le fait est qu'ils nuisent grandement à l'environnement - ils polluent le sol, l'air et l'eau, contribuent au développement de maladies chez l'homme et réduisent l'immunité. C'est pourquoi les sources d'énergie alternatives doivent être respectueuses de l'environnement.
Le silicium, utilisé pour fabriquer des cellules photovoltaïques, est lui-même sûr car c'est un matériau naturel. Mais après le nettoyage, il reste des déchets. Ce sont eux qui peuvent nuire à l'homme et à l'environnement s'ils sont mal utilisés.
De plus, dans une zone entièrement remplie de panneaux solaires, l'éclairage naturel peut être perturbé. Cela conduira à des changements dans l'écosystème existant. Mais en général, l'impact environnemental des appareils conçus pour convertir l'énergie solaire est minime.
Économie
Les coûts les plus importants pour la production de panneaux solaires sont associés au coût élevé des matières premières. Comme nous l'avons déjà découvert, des panneaux spéciaux sont créés à l'aide de silicium. Malgré le fait que ce minéral soit largement répandu dans la nature, son extraction pose de gros problèmes. Le fait est que le silicium, qui représente plus du quart de la masse de la croûte terrestre, n'est pas adapté à la production de cellules solaires. A ces fins, seul le matériau le plus pur obtenu par un procédé industriel convient. Malheureusement, obtenir le silicium le plus pur du sable est extrêmement problématique.
Le prix de cette ressource est comparable à celui de l'uranium utilisé dans les centrales nucléaires. C'est pourquoi le coût des panneaux solaires reste actuellement à un niveau assez élevé.
Technologies modernes
Les premières tentatives pour apprivoiser l'énergie solaire sont apparues il y a longtemps. Depuis lors, de nombreux scientifiques se sont activement engagés dans la recherche de l'équipement le plus efficace. Il doit être non seulement rentable, mais aussi compact. Son efficacité doit tendre au maximum.
Les premiers pas vers un appareil idéal pour recevoir et convertir l'énergie solaire ont été faits avec l'invention des batteries au silicium. Bien sûr, le prix est assez élevé, mais les panneaux peuvent être placés sur les toits et les murs des maisons, où ils ne dérangeront personne. Et l'efficacité de telles batteries est indéniable.
Mais la meilleure façon d'accroître la popularité de l'énergie solaire est de la rendre moins chère. Des scientifiques allemands ont déjà proposé de remplacer le silicium par des fibres synthétiques pouvant être intégrées danstissu ou d'autres matériaux. L'efficacité d'une telle batterie solaire n'est pas très élevée. Mais une chemise entremêlée de fibres synthétiques peut au moins fournir de l'électricité à un smartphone ou à un lecteur. Des travaux sont également menés activement dans le domaine des nanotechnologies. Il est probable qu'ils permettront au soleil de devenir la source d'énergie la plus populaire de ce siècle. Les spécialistes norvégiens de Scates AS ont déjà déclaré que la nanotechnologie réduirait de 2 fois le coût des panneaux solaires.
L'énergie solaire pour la maison
Le logement autonome est le rêve de beaucoup: pas de dépendance au chauffage centralisé, pas de problèmes de paiement des factures et pas de nuisance pour l'environnement. Déjà, de nombreux pays construisent activement des logements qui ne consomment que de l'énergie obtenue à partir de sources alternatives. Un exemple frappant est la soi-disant maison solaire.
Pendant le processus de construction, cela nécessitera plus d'investissement que le traditionnel. Mais après plusieurs années de fonctionnement, tous les coûts seront amortis - vous n'aurez pas à payer le chauffage, l'eau chaude et l'électricité. Dans une maison solaire, toutes ces communications sont liées à des panneaux photovoltaïques spéciaux placés sur le toit. De plus, les ressources énergétiques ainsi obtenues ne sont pas seulement dépensées pour les besoins actuels, mais également accumulées pour être utilisées la nuit et par temps nuageux.
Actuellement, la construction de telles maisons est réalisée non seulement dans les pays proches de l'équateur, où il est plus facile d'obtenir de l'énergie solaire. Ils sont également érigés enCanada, Finlande et Suède.
Pour et contre
Le développement de technologies permettant l'utilisation de l'énergie solaire partout pourrait être plus actif. Mais il y a certaines raisons pour lesquelles ce n'est toujours pas une priorité. Comme nous l'avons dit plus haut, lors de la production de panneaux, des substances nocives pour l'environnement sont produites. De plus, l'équipement fini contient du gallium, de l'arsenic, du cadmium et du plomb.
La nécessité de recycler les panneaux photovoltaïques soulève également de nombreuses questions. Après 50 ans de fonctionnement, ils deviendront inutilisables et devront être détruits tant bien que mal. Cela causera-t-il d'énormes dommages à la nature? Il convient également de considérer que l'énergie solaire est une ressource instable, dont l'efficacité dépend de l'heure de la journée et de la météo. Et c'est un inconvénient majeur.
Mais, bien sûr, il y a des avantages. L'énergie solaire peut être extraite presque partout sur Terre, et l'équipement pour la produire et la convertir peut être suffisamment petit pour tenir à l'arrière d'un smartphone. Plus important encore, il s'agit d'une ressource renouvelable, c'est-à-dire que la quantité d'énergie solaire restera inchangée pendant encore au moins mille ans.
Prospects
Le développement des technologies dans le domaine de l'énergie solaire devrait conduire à une réduction du coût de création des éléments. Des panneaux de verre apparaissent déjà qui peuvent être installés sur les fenêtres. Le développement des nanotechnologies a permis d'inventer une peinture qui sera pulvérisée sur les panneaux solaires et pourra remplacer la couche de silicium. Si le coût de l'énergie solaire chute vraiment plusieurs fois, sa popularité augmentera également plusieurs fois.
La création de petits panneaux à usage individuel permettra aux gens d'utiliser l'énergie solaire dans n'importe quel environnement - à la maison, dans la voiture ou même en dehors de la ville. Grâce à leur distribution, la charge sur le réseau électrique centralisé diminuera, puisque les gens pourront recharger eux-mêmes les petits appareils électroniques.
Les experts de Shell estiment que d'ici 2040, environ la moitié de l'énergie mondiale sera générée à partir de ressources renouvelables. Déjà en Allemagne, la consommation d'énergie solaire augmente activement et la puissance de la batterie dépasse 35 gigawatts. Le Japon développe également activement cette industrie. Ces deux pays sont les leaders de la consommation d'énergie solaire dans le monde. Les États-Unis devraient bientôt les rejoindre.
Autres sources d'énergie alternatives
Les scientifiques n'arrêtent pas de se demander quoi d'autre peut être utilisé pour produire de l'électricité ou de la chaleur. Voici des exemples des sources d'énergie alternatives les plus prometteuses.
Les moulins à vent peuvent maintenant être trouvés dans presque tous les pays. Même dans les rues de nombreuses villes russes, des lanternes sont installées qui se fournissent en électricité à partir de l'énergie éolienne. Certes, leur coût est supérieur à la moyenne, mais avec le temps, ils compenseront cette différence.
Il y a assez longtemps, une technologie a été inventée qui vous permet d'obtenir de l'énergie en utilisantdifférence de température de l'eau à la surface de l'océan et en profondeur. La Chine va activement développer cette direction. Dans les années à venir, au large de l'Empire du Milieu, ils vont construire la plus grande centrale électrique fonctionnant sur cette technologie. Il existe d'autres façons d'utiliser la mer. Par exemple, en Australie, ils envisagent de créer une centrale électrique qui génère de l'énergie à partir de la force des courants.
Il existe de nombreuses autres façons de produire de l'électricité ou de la chaleur. Mais dans le contexte de nombreuses autres options, l'énergie solaire est vraiment une direction prometteuse dans le développement de la science.
