À propos de l'énergie solaire : Définition de l'énergie solaire

L'énergie solaire génère de l'énergie renouvelable ou « verte » en exploitant la lumière et la chaleur du soleil.

Les panneaux solaires, également appelés cellules photovoltaïques, sont le moyen le plus courant d'exploiter l'énergie solaire.

Ils sont presque bord à bord dans les centrales solaires pour capter la lumière du soleil dans de larges champs.

Vous les trouverez parfois au sommet des bâtiments.

Des matériaux semi-conducteurs sont utilisés pour fabriquer les cellules.

Les rayons du soleil libèrent les électrons de leurs atomes lorsqu'ils frappent les cellules.

Cela permet aux électrons de circuler librement à travers la cellule, ce qui entraîne la génération d'électricité.

Les capteurs solaires peuvent produire de l'électricité pour des milliers de personnes à la fois à une échelle beaucoup plus large.

Les centrales solaires thermiques utilisent diverses méthodes pour produire de l'électricité à partir du soleil.

L'énergie du soleil est utilisée pour faire bouillir de l'eau, qui alimente ensuite une turbine à vapeur, qui génère de l'électricité similaire au charbon ou aux centrales nucléaires.

Technologies solaires

L'énergie solaire peut être exploitée à l'aide de trois technologies différentes :

1. Le photovoltaïque (PV), qui convertit directement la lumière en électricité.

2. L'énergie solaire à concentration (CSP), qui utilise l'énergie solaire thermique pour alimenter des turbines électriques à grande échelle.

3. Systèmes de chauffage et de refroidissement solaires (SHC) qui collectent l'énergie thermique et l'utilisent pour chauffer ou refroidir l'eau et l'air.

Photovoltaïque (PV)

Photovoltaïque (PV) L'énergie solaire libère des électrons dans ces matériaux, qui peuvent ensuite être induits à se déplacer à travers un circuit électrique, à faire fonctionner des appareils ou à transmettre de l'électricité au réseau.

Les gadgets photovoltaïques peuvent être utilisés pour tout alimenter, des calculatrices aux panneaux de signalisation, en passant par les ménages et les grandes entreprises commerciales.

Comment fonctionne la technologie photovoltaïque (PV) ?

Les photons ionisent le matériau semi-conducteur du panneau solaire, provoquant la rupture des liaisons atomiques des électrons extérieurs.

Les électrons sont entraînés dans une direction par la structure semi-conductrice, ce qui entraîne un flux de courant électrique.

Les cellules solaires en silicium cristallin ne sont pas efficaces à 100 %, en partie parce que seules des longueurs d'onde de lumière spécifiques peuvent être absorbées.

Une partie du spectre lumineux est réfléchie, tandis que d'autres (infrarouges) sont trop faibles pour générer de l'électricité, et d'autres encore (ultraviolets) génèrent de l'énergie thermique plutôt que de l'électricité.

La technologie photovoltaïque sous d'autres formes

Il existe deux formes de base de la technologie PV, en plus du silicium cristallin (c-Si) :

• Le photovoltaïque à couche mince est un segment minuscule mais en pleine expansion du secteur solaire commercial.

  De nombreuses entreprises de couches minces sont des start-ups qui expérimentent de nouvelles technologies.

  Ils sont moins efficaces que les modules c-Si, bien qu'ils soient souvent moins chers.

  Les panneaux photovoltaïques à concentration se trouvent principalement dans le désert du sud-ouest des États-Unis.

  Ils réfléchissent l'énergie solaire concentrée sur des cellules à haut rendement à l'aide de lentilles et de miroirs.

• Photovoltaïque intégré au bâtiment

fonctionnent comme la couche externe de la structure et génèrent de l'énergie pour une utilisation sur site ou une exportation vers le réseau.

Ils nécessitent un ensoleillement direct et des dispositifs de suivi pour réussir.

Les systèmes BIPV peuvent économiser de l'argent sur les matériaux et l'électricité, réduire la pollution et améliorer l'esthétique d'un bâtiment.

Solaire à concentration (CSP)

Les centrales CSP utilisent des miroirs pour concentrer l'énergie du soleil, qui est ensuite utilisée pour alimenter des turbines à vapeur traditionnelles ou même des moteurs pour produire de l'électricité.

L'énergie thermique concentrée d'une centrale CSP peut être stockée et utilisée pour produire de l'électricité chaque fois que cela est nécessaire, de jour comme de nuit.

Aux États-Unis, environ 1 815 mégawatts (MWac) d'installations CSP sont actuellement opérationnelles.

Creux parabolique

Les miroirs incurvés concentrent la puissance du soleil sur un tube récepteur qui fonctionne le long du centre du creux dans les systèmes de creux paraboliques.

Un fluide caloporteur à haute température (comme l'huile synthétique) absorbe l'énergie du soleil dans le tube récepteur, chauffe l'eau et produit de la vapeur en passant à travers un échangeur de chaleur à des températures de 750°F ou plus.

Pour produire de l'électricité, la vapeur alimente une centrale électrique à turbine à vapeur traditionnelle.

Des milliers de rangées parallèles de creux reliées en une série de boucles sont positionnées sur l'axe nord-sud de sorte que les creux puissent suivre le soleil de la direction est à la direction ouest dans un champ de capteurs solaires typique.

Les modules collecteurs individuels varient en élévation de 15 à 20 pieds à 300 à 450 pieds.

Réflecteur de Fresnel linéaire compact

Le CLFR est basé sur des technologies à miroirs incurvés mais avec de longues rangées parallèles de miroirs plats moins chers.

L'énergie du soleil est focalisée sur des récepteurs surélevés, qui sont constitués de la structure de tubes par lesquels l'eau s'écoule.

La lumière solaire concentrée peut faire bouillir l'eau, produisant de la vapeur à haute pression qui peut être utilisée directement dans les centrales électriques et les applications de vapeur industrielles.

Tour de puissance

Un système de récepteur central est utilisé dans les systèmes de tours électriques, permettant des températures de fonctionnement plus élevées et par conséquent une efficacité plus élevée.

Le soleil est suivi le long de deux axes par des miroirs contrôlés par ordinateur (appelés héliostats), concentrant l'énergie solaire sur le récepteur au sommet d'une haute tour.

L'énergie concentrée est utilisée pour chauffer le fluide de transfert à plus de 1 000 degrés Fahrenheit pour générer de la vapeur et alimenter un générateur électrique central.

Ces projets peuvent intégrer facilement et de manière rentable le stockage d'énergie, permettant une production d'électricité 24 heures sur 24.

Plat-Engine

La surface d'une parabole est recouverte de miroirs, qui concentrent la lumière du soleil sur le récepteur fixé à un point focal.

Contrairement à d'autres technologies CSP qui utilisent de la vapeur pour générer de l'énergie via la turbine, ce système de moteur parabolique entraîne un moteur utilisant un fluide de travail comme l'hydrogène chauffé à 1 200 ° F dans le récepteur.

Pour suivre le soleil, chaque plat tourne le long de deux axes.

Les exigences les plus importantes pour les centrales solaires à concentration

• Financement - Le financement de projet est l'aspect le plus difficile de toute infrastructure de production d'énergie à grande échelle, y compris CSP.

• Zones à fort rayonnement solaire - L'énergie du soleil ne doit pas être trop diffuse pour se concentrer sur elle.

  Une intensité normale directe (DNI) de l'énergie du soleil est utilisée pour déterminer cela.

• Des étendues de terre contiguës avec peu de couverture nuageuse - Les centrales CSP d'une capacité de 100 MW et plus fonctionnent de la manière la plus efficace et donc la plus rentable.

  Bien que la quantité de terrain requise varie en fonction de la technologie, une installation CSP typique nécessite 5 à 10 acres par MW de capacité.

  Le stockage d'énergie thermique est possible en raison de la plus grande superficie du terrain.

• Ressources en eau - Comme les centrales thermiques similaires comme le charbon, le gaz naturel et le nucléaire, la plupart des systèmes CSP nécessitent de l'eau pour le refroidissement.

  Pour nettoyer la collection et les surfaces du miroir, seule une petite quantité d'eau est nécessaire.

  Les installations CSP peuvent utiliser des systèmes de refroidissement humides, secs et hybrides pour améliorer l'efficacité de la production d'électricité et de la conservation de l'eau.

• Un accès au transport à la fois disponible et proche - Les centrales CSP doivent être construites sur un terrain approprié pour la production d'électricité et avoir un accès adéquat à un réseau de transport rapidement surchargé et vétuste.

  La construction d'installations d'énergie solaire à grande échelle nécessite l'accessibilité aux lignes de transmission à haute utilité pour transporter l'électricité vers les consommateurs finaux à partir de la centrale solaire.

  Une grande partie du réseau de transport existant du Sud-Ouest est à pleine capacité et un nouveau réseau de transport est désespérément nécessaire.

Les systèmes SHC (chauffage et refroidissement solaires) sont un type de système de chauffage et de

Les systèmes de chauffage et de refroidissement solaires (SHC) captent l'énergie thermique du soleil et l'utilisent pour produire de l'eau chaude, le chauffage des pièces, le refroidissement et le chauffage de la piscine dans des environnements résidentiels, commerciaux et industriels.

L'électricité et le gaz naturel ne sont plus nécessaires grâce à ces technologies.

Des solutions de chauffage et de refroidissement solaires sont fabriquées et installées dans le monde entier, ce qui réduit considérablement notre dépendance aux combustibles importés.

Pour développer ce secteur à croissance rapide et créateur d'emplois, les gouvernements ont besoin de politiques judicieuses.

Stockage d'énergie solaire

Les panneaux solaires ont un inconvénient sur lequel même les évangélistes solaires les plus enthousiastes peuvent s'accorder : ils ne produisent de l'électricité que lorsque le soleil brille.

D'un autre côté, la consommation d'énergie de pointe se produit pendant la nuit, coïncidant avec une production solaire plus faible et entraînant un problème d'offre et de demande.

D'autre part, les panneaux solaires produisent fréquemment suffisamment d'énergie pendant les heures de faible demande lorsque le soleil brille pour répondre aux pics de demande par la suite dans la journée.

Cela signifie qu'un stockage efficace de l'énergie solaire peut offrir un large éventail d'avantages aux propriétaires et aux entreprises.

Cet article couvrira les avantages du stockage de l'énergie solaire, son fonctionnement et son utilité.

Quels sont les avantages du stockage d'énergie solaire ?

Le stockage de l'excès d'énergie est essentiel pour extraire le maximum du système de panneaux solaires.

Cela peut conduire à des économies de coûts, à des réseaux énergétiques plus efficaces et à une réduction des émissions de combustibles fossiles.

Le stockage de l'énergie solaire présente plusieurs avantages :

1. Équilibrage de la charge électrique

Si l'électricité n'est pas stockée, elle doit être consommée immédiatement après sa production.

Le stockage d'énergie permet de stocker la production excédentaire pour les pics de demande.

En ce qui concerne les énergies renouvelables, stocker l'excès d'énergie signifie permettre aux lumières de rester allumées même lorsque le soleil se couche ou que le vent cesse de souffler.

En termes simples, le stockage d'énergie permet un réservoir d'énergie qui sera chargé lorsque la demande est faible et la production élevée, puis libéré lorsque la demande augmente et la production diminue.

2. Combler les lacunes.

Le stockage d'énergie solaire à court terme assure un flux d'énergie constant pendant les pannes de générateur, comme l'entretien de routine ou le passage des nuages.

3. Résilience énergétique.

Des incendies de forêt aux tempêtes extrêmes, le réseau électrique est sujet aux perturbations et aux pannes.

En décentralisant où nous acquérons notre énergie, le stockage de l'énergie solaire offre une bulle de protection lors d'événements catastrophiques.

Quelle est la meilleure façon de stocker l'énergie solaire ?

Le stockage de l'énergie solaire peut être classé en trois parties : thermique, batterie et mécanique.

Jetons un coup d'oeil à chacun séparément.

Qu'est-ce que le stockage thermique ?

Le stockage d'énergie thermique absorbe et retient la chaleur du soleil en utilisant une variété de matériaux, comme l'eau ou le sel fondu.

Ce milieu chauffé est conservé dans le réservoir isolé jusqu'au moment de son utilisation, qui consiste normalement à faire bouillir de l'eau pour la production d'énergie.

Qu'est-ce que le stockage de la batterie ?

Les batteries électrochimiques peuvent également être utilisées pour stocker l'énergie solaire.

Lorsque l'énergie solaire est injectée dans une batterie, l'énergie est stockée par un processus chimique parmi les composants de la batterie.

Lorsque la batterie est épuisée, la réaction est inversée, permettant au courant de quitter la batterie.

Les batteries lithium-ion sont le type de batterie le plus utilisé dans les applications solaires, et la nouvelle technologie de batterie se développe rapidement, promettant des solutions de stockage de batterie supplémentaires et évolutives moins chères.

En effet, d'ici 2025, le stockage annuel d'énergie au Royaume-Uni devrait atteindre près de 7,5 GW, soit une multiplication par six par rapport à 2020, créant une valeur marchande de plus de 7,3 milliards de dollars.

Qu'est-ce que le stockage mécanique ?

Pour produire de l'électricité, le stockage d'énergie mécanique utilise l'énergie prospective d'un objet.

L'énergie électrique excédentaire est transformée en énergie mécanique, qui est ensuite reconvertie en énergie pour une utilisation ultérieure.

Les dispositifs de stockage d'énergie mécanique sont divisés en trois catégories :

• Volant. Cette approche tire parti de la puissance excédentaire pour faire tourner le volant d'inertie, qui crée ensuite de l'électricité pour répondre à la demande de pointe.

• Pompe hydraulique. L'eau est pompée vers le haut vers un réservoir au-dessus des générateurs à turbine dans l'hydroélectricité pompée.

  Lorsque la demande d'électricité est importante, l'eau est autorisée à circuler dans des turbines et à produire de l'électricité.

• Air comprimé. L'air comprimé est injecté dans d'énormes récipients tels que des réservoirs ou des formations souterraines grâce à cette technologie de stockage d'énergie.

  Pendant la demande de pointe, l'air est évacué pour générer de l'électricité.

Le stockage d'énergie solaire le plus efficace

Il n'y a pas de réponse unique au stockage de l'énergie solaire.

Les options de stockage d'énergie solaire dépendent de vos besoins et de vos ressources.

Jetons un coup d'œil à certaines des alternatives de stockage d'énergie solaire les plus répandues pour un usage commercial et résidentiel.

Stockage d'énergie solaire commercial

Le stockage mécanique et thermique sont des solutions viables pour les sociétés de services publics et autres entreprises disposant de budgets plus importants que les particuliers.

Même si ces systèmes de stockage peuvent être coûteux, ils aident les services publics à répondre à la demande d'énergie de pointe.

• Stockage d'énergie en réseau avec des batteries de nouvelle génération. Aux États-Unis, 2020 a été une année charnière pour le nouveau stockage d'énergie.

  La nation a installé 476 MW de stockage supplémentaire au cours du seul 3ème trimestre, en hausse de 240 % par rapport au total record du trimestre précédent.

  Bien que la majorité des nouveaux déploiements soient des systèmes de stockage en front-of-the-meter (FTM) d'une heure, ils offrent un aperçu prometteur de l'avenir du stockage commercial de l'énergie solaire.

• Air comprimé. Selon les estimations les plus récentes du gouvernement, l'air comprimé coûte 105 $ le kWh, ce qui en fait l'alternative de stockage mécanique la plus rentable pour les applications à grande échelle.

• Pompe hydraulique. L'énergie solaire qui n'est pas consommée pourrait être utilisée pour pomper l'eau vers le haut, générant une énorme quantité d'énergie potentielle.

  L'hydroélectricité pompée coûte actuellement environ 165 $/kWh, ce qui en fait la deuxième meilleure option pour le stockage d'énergie mécanique à grande échelle.

  Cependant, comme la nouvelle hydroélectricité pompée implique des coûts initiaux substantiels et des obstacles réglementaires considérables, elle n'est viable que dans des endroits spécifiques.

Stockage d'énergie solaire à domicile

Les économies de coûts, la résilience et la décentralisation de la production d'électricité (parfois appelées « centrales électriques virtuelles ») ne sont que quelques-uns des avantages du solaire résidentiel.

Cependant, les solutions commerciales de stockage d'énergie que nous avons décrites ci-dessus sont probablement d'un coût prohibitif pour le propriétaire moyen.

Heureusement, le stockage sur batterie peut désormais fournir aux ménages une solution rentable et fiable pour stocker l'énergie solaire.

Les batteries lithium-ion sont de loin le choix le plus populaire pour stocker l'énergie solaire à la maison.

Ils sont peu coûteux (et de moins en moins chers), ont un profil bas et peuvent être utilisés à diverses fins.

Les batteries à eau salée et les batteries au plomb sont deux autres types de batteries souvent utilisées dans les maisons.

Quel que soit le type de batterie, les batteries de secours domestiques permettent aux propriétaires de conserver l'énergie pendant les périodes de forte production et de faible demande (par exemple, tout au long de la journée de travail) pour une utilisation pendant les périodes de forte demande lorsque la production diminue.

Les avantages du stockage d'énergie solaire domestique sont similaires à ceux du stockage d'énergie solaire à grande échelle, ce qui se traduit par une résilience, une électricité ininterrompue et des économies de coûts.

Ces avantages sont répercutés sur le propriétaire.

Alors, comment fonctionnent exactement les batteries ?

Les batteries sont l'appareil qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique.

Ils sont constitués de deux électrodes, une anode et une cathode, constituées de matériaux conducteurs et séparées par un séparateur.

L'électrolyte, une substance chimique comprenant des ions, se trouve entre l'anode et la cathode, réagissant avec les éléments conducteurs de la cathode et de l'anode pour produire un courant électrique.

Les réactions chimiques d'oxydoréduction (oxydation-réduction) dans les électrodes provoquent le déplacement des ions entre les deux électrodes et la libération des électrons d'une électrode.

Les électrons libres s'accumulent à une électrode, entraînant des charges différentes que les électrons essaieront d'équilibrer en se déplaçant vers l'autre électrode.

Le séparateur, quant à lui, les empêche de bouger, brisant ainsi le circuit électrique.

Les électrons peuvent se déplacer entre les électrodes une fois le circuit formé (à la fois l'anode et la cathode sont liées), et la batterie est effectivement épuisée.

Différents types de piles

Les batteries présentent une variété de caractéristiques chimiques, de cycles de vie, de densité énergétique, de températures de fonctionnement et de paramètres de densité de puissance.

Les technologies de batterie les plus courantes sont les suivantes :

• Plomb-acide (PbA)

• Nickel-Métal Hydrure (NiMH)

• Nickel-Cadium (NiCd)

• Lithium-Ion (Li-ion)

• Sodium-Soufre (NaS)

• Carbone-Zinc f) Zinc-Brome

Résumé de la définition de l'énergie solaire

Alors que de plus en plus de personnes passent aux énergies renouvelables et vertes, il est crucial de comprendre les avantages et les inconvénients de chacune.

Avant de passer à une source d'énergie moderne et plus verte, essayez de trouver un budget que vous et votre famille pouvez vous permettre.

Ensuite, déterminez combien le choix de l'énergie solaire vous coûtera à long terme et combien vous économiseriez.

Faites une liste des avantages et des inconvénients qui sont particuliers à vous et à votre famille afin que vous puissiez mieux comprendre quelles solutions vous sont plus utiles que d'autres.