RESSOURCES POUR L’ÉNERGIE
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La fusion nucléaire se produit dans le soleil et produit de l’énergie solaire. Il peut être recueilli pour des applications humaines, telles que l’énergie, et est nécessaire à la vie sur Terre.
Toute énergie produite par le soleil est appelée énergie solaire.
La fusion nucléaire se produit dans le soleil et produit de l’énergie solaire. Dans le noyau du soleil, la fusion se produit lorsque les protons des atomes d’hydrogène en collision fusionnent pour former des atomes d’hélium.
Une réaction en chaîne PP (proton-proton) est ce qui fait que ce processus produit une si grande quantité d’énergie. Le soleil brûle 620 millions de tonnes métriques d’hydrogène chaque seconde dans son noyau. D’autres étoiles de taille similaire à notre soleil subissent la réaction en chaîne PP, qui leur donne une énergie et une chaleur constantes. Ces étoiles ont une température Kelvin d’environ 4 millions de degrés (environ 4 millions de degrés Celsius, 7 millions de degrés Fahrenheit).
L’énergie est produite par le cycle CNO dans des étoiles qui sont environ 1,3 fois plus grandes que le soleil. Le cycle CNO produit également de l’hélium à partir de l’hydrogène, mais il le fait en utilisant du carbone, de l’azote et de l’oxygène (C, N et O). Le cycle CNO produit maintenant moins de 2% de l’énergie solaire.
En utilisant la réaction en chaîne PP ou cycle CNO, la fusion nucléaire libère d’énormes quantités d’énergie dans les ondes et les particules. Dans tout le système solaire, l’énergie solaire s’éloigne toujours du soleil. L’énergie du soleil réchauffe la planète, génère du vent et des intempéries, et maintient la vie végétale et animale en vie.
Le rayonnement électromagnétique est la façon dont la chaleur, la lumière et l’énergie du soleil sont envoyées (EMR).
Il y a des ondes de différentes fréquences et longueurs d’onde dans tout le spectre électromagnétique. La fréquence à laquelle une onde se répète dans un laps de temps donné est indiquée par sa fréquence. Les ondes à haute fréquence sont celles qui ont des longueurs d’onde très courtes et se répètent plusieurs fois dans une période de temps donnée. Les ondes de basse fréquence, en revanche, ont des longueurs d’onde beaucoup plus longues.
Nous ne pouvons pas voir la grande majorité du rayonnement électromagnétique. Les rayons gamma, les rayons X et les rayons ultraviolets sont les ondes les plus haute fréquences du soleil (rayons UV). L’atmosphère de la Terre absorbe presque entièrement les rayons UV les plus dangereux. Dans l’atmosphère, des photons UV moins intenses peuvent produire des coups de soleil.
Le rayonnement infrarouge, qui a des ondes avec une fréquence considérablement plus basse, est également produit par le soleil. L’
énergie infrarouge est la façon dont la chaleur du soleil est principalement produite.
Le spectre visible, qui comprend toutes les teintes que nous voyons sur Terre, se trouve dans l’espace entre le rayonnement infrarouge et ultraviolet. Le violet a les longueurs d’onde les plus courtes (les plus proches des UV), tandis que le rouge a les plus longues (les plus proches de l’infrarouge).
Énergie solaire du soleil
Effet dioxyde de carbone
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Le soi-disant « effet de serre », qui est un processus de réchauffement de la planète et de facilitation de la vie, est aidé par les rayons infrarouges, visibles et ultraviolets qui atteignent la Terre.
La quantité d’énergie solaire qui est réfléchie dans l’espace sur Terre est d’environ 30%. L’atmosphère de la Terre absorbe le reste. La chaleur du rayonnement fait que la surface de la Terre rayonne une partie de l’énergie dans l’espace sous forme d’ondes infrarouges. Les gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau les piègent lorsqu’ils s’élèvent dans l’atmosphère.
La chaleur qui est réfléchie dans l’atmosphère est captée par les gaz à effet de serre. Ils remplissent ainsi la même fonction que les parois vitrées d’une serre. La Terre est maintenue suffisamment chaude pour que la vie existe grâce à l’effet de serre.
Photosynthèse
Pour la nourriture, presque toute la vie sur Terre dépend directement ou indirectement de l’énergie solaire.
L’énergie solaire est directement utilisée par les producteurs. Grâce à un processus connu sous le nom de photosynthèse, ils absorbent l’énergie du soleil et la transforment en nutrition. Les autotrophes, souvent connus sous le nom de producteurs, comprennent les champignons, les bactéries, les algues et les plantes. La base de la chaîne alimentaire est constituée d’autotrophes.
Les producteurs sont la source de nutrition pour les consommateurs. L’utilisation indirecte de l’énergie solaire est une nécessité pour les herbivores, les carnivores, les omnivores et les détritivores. Mangeurs de plantes et autres producteurs, herbivores. Les producteurs et les herbivores sont consommés par les carnivores et les omnivores. Les déchets végétaux et animaux sont décomposés par les détritivores en les mangeant.
Combustibles enflammés
Tous les combustibles fossiles sur Terre sont produits par photosynthèse. Les premiers autotrophes seraient originaires des milieux aquatiques il y a environ 3 milliards d’années, selon les scientifiques. La vie végétale a évolué et prospéré grâce à la lumière du soleil. Les autotrophes se sont désintégrés et se sont déplacés des milliers de mètres plus profondément dans la Terre lorsqu’ils ont péri. Des millions d’années se sont écoulées à la suite de cette procédure.
Ces ruines se sont transformées en ce que nous connaissons maintenant sous le nom de combustibles fossiles lorsqu’elles sont soumises à une chaleur et à une pression élevées. Le charbon, le gaz naturel et le pétrole sont des produits de micro-organismes.
Ces combustibles fossiles peuvent maintenant être extraits et utilisés pour l’énergie grâce à l’invention humaine. Les combustibles fossiles, en revanche, sont une ressource non renouvelable. Ils se développent sur des millions d’années.
Utilisation de l’énergie solaire
L’énergie solaire est une ressource renouvelable qui peut être directement récoltée par une variété de technologies pour une utilisation dans des bâtiments tels que les maisons, les bureaux, les écoles et les hôpitaux. Les cellules et panneaux photovoltaïques, l’énergie solaire concentrée et l’architecture solaire sont quelques exemples de technologie de l’énergie solaire.
Le rayonnement solaire peut être collecté de diverses manières et transformé en énergie utile. L’énergie solaire active et passive est utilisée par les techniques.
Les technologies solaires actives transforment activement l’énergie solaire en un autre type d’énergie, le plus souvent la chaleur ou l’électricité, à l’aide d’appareils mécaniques ou électriques. Aucun dispositif externe n’est requis pour les technologies solaires passives. Au lieu de cela, ils utilisent la météo locale pour réfléchir la chaleur en été et l’utilisent pour chauffer les structures en hiver.
Photovoltaïque
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La technologie solaire active connue sous le nom de photovoltaïque a été inventée en 1839 par Alexandre-Edmond Becquerel, un physicien Français. Becquerel a observé que les électrodes de platine attachées au chlorure d’argent produisaient un courant électrique lorsqu’il était immergé dans une solution acide et exposé au soleil. L’effet photovoltaïque, également appelé photovoltaïque, est la méthode utilisée pour produire de l’énergie directement à partir du rayonnement solaire.
La méthode d’utilisation de l’énergie solaire la plus connue aujourd’hui est le photovoltaïque. Les panneaux solaires, qui sont constitués de dizaines, voire de centaines de cellules solaires, sont le composant le plus courant des panneaux photovoltaïques.
Un semi-
conducteur à base de silicium se trouve à l’intérieur de chaque cellule solaire. Le semi-conducteur libère des électrons lorsque la lumière du soleil est absorbée par lui. Ces électrons libres sont guidés dans un courant électrique par un champ électrique, qui circule dans une direction. Ce courant est dirigé vers un objet extérieur via des contacts métalliques en haut et en bas d’une cellule solaire. L’objet externe peut être aussi grand qu’une centrale électrique ou aussi petit qu’une calculatrice solaire.
Initialement, les vaisseaux spatiaux étaient les principaux utilisateurs du photovoltaïque. Les « ailes » larges et réfléchissantes des panneaux solaires sont une caractéristique commune des satellites, y compris la Station spatiale internationale. Au total, 33 000 cellules solaires sont utilisées dans chacune des deux ailes de panneaux solaires (SAW) de l’ISS. Toute l’électricité de la station est générée par ces cellules photovoltaïques, ce qui permet aux astronautes d’exploiter l’installation, de vivre en sécurité dans l’espace pendant de longues périodes et de mener des recherches techniques et scientifiques.
Partout dans le monde, des centrales photovoltaïques ont été construites. Les plus grandes stations se trouvent en Chine, en Inde et aux États-Unis. Pour alimenter les maisons, les entreprises, les écoles et les hôpitaux, ces centrales produisent des centaines de mégawatts d’électricité.
Des installations de technologie photovoltaïque à plus petite échelle sont également possibles. Les toits ou les murs extérieurs des bâtiments peuvent être utilisés pour fixer des panneaux solaires et des cellules, ce qui fournira de l’électricité au bâtiment. Ils peuvent être positionnés le long des routes pour les éclairer. Encore plus de gadgets miniatures, comme les calculatrices, les parcomètres, les compacteurs à ordures et les pompes à eau, peuvent être alimentés par l’énergie solaire.
Énergie solaire concentrée
L’énergie solaire concentrée, souvent connue sous le nom d’énergie solaire concentrée, est une autre forme de technologie solaire active (CSP). La technologie CSP concentre (concentre) la lumière du soleil d’une large zone dans une zone beaucoup plus petite à l’aide de lentilles et de miroirs. Cette zone concentrée de rayonnement chauffe un fluide, qui alimente ensuite un processus supplémentaire ou produit de l’électricité.
Une application de l’énergie solaire concentrée est les fours solaires. Les fours solaires sont disponibles dans une grande variété de conceptions, y compris comme tours d’énergie solaire, auges paraboliques et réflecteurs de Fresnel. Pour capter et transformer l’énergie, ils utilisent tous deux la même stratégie de base.
Les héliostats, des miroirs plats qui tournent pour suivre la trajectoire du soleil dans le ciel, sont utilisés dans les tours d’énergie solaire. La lumière du soleil est réfléchie par les miroirs, qui sont positionnés autour d’une « tour de collecte » centrale, produisant un rayon de lumière focalisé qui frappe un point focal sur la tour.
La lumière du soleil focalisée dans les conceptions antérieures de tours d’énergie solaire chauffait un récipient d’eau, qui produisait ensuite de la vapeur qui alimentait une turbine. Le sodium liquide, qui a une capacité thermique plus élevée et maintient la chaleur pendant une plus longue période de temps, est utilisé dans certaines tours d’énergie solaire. Cela signifie que le fluide peut continuer à faire bouillir de l’eau et à produire de l’énergie même lorsque le soleil ne brille pas. Le fluide peut atteindre des températures de 773 à 1 273 K (500 à 1 000 ° C ou 932 à 1 832 ° F).
Bien qu’ils utilisent également le CSP, les réflecteurs de Fresnel et les auges paraboliques ont des miroirs de forme différente. Les miroirs paraboliques incurvés ont un aspect de selle. La lumière du soleil est capturée et dirigée sur un tube de liquide par des réflecteurs de Fresnel, qui sont constitués de bandes de miroir plates et minces. Les réflecteurs de Fresnel peuvent concentrer le rayonnement solaire à environ 30 fois son intensité normale et ont une plus grande surface que les creux paraboliques.
Dans les années 1980, les premières installations d’énergie solaire concentrée ont été créées. Un groupe de plantes dans le désert de Mojave en Californie constitue le plus grand complexe du monde entier. Plus de 650 gigawattheures d’énergie sont produits chaque année par ce système de production d’énergie solaire (SEGS). En Inde et en Espagne, d’autres usines importantes ont été créées.
Des applications à plus petite échelle pour l’énergie solaire concentrée sont également possibles. Par exemple, il peut produire de la chaleur pour les fours solaires. Les cuisinières solaires sont utilisées par les villageois du monde entier pour cuire les aliments et faire bouillir l’eau à des fins de boisson et d’assainissement.
Les cuisinières solaires offrent un certain nombre d’avantages par rapport aux poêles à bois, notamment le fait qu’elles n’émettent pas de fumée, n’ont pas besoin de combustible et ne causent pas de perte d’habitat dans les forêts où les arbres seraient autrement coupés pour le combustible. Le temps qui aurait été auparavant consacré à la collecte de bois de chauffage peut maintenant être consacré à des activités telles que l’éducation, les affaires, la santé et la famille par les gens grâce aux cuisinières solaires. Dans des pays comme le Tchad, Israël, l’Inde et le Pérou, des cuisinières solaires sont utilisées.
Ingénierie solaire
La convection thermique, ou le transfert de chaleur d’une zone plus chaude vers une zone plus froide, se produit tout au long d’une journée à la suite du rayonnement solaire. Les objets et les matériaux de la Terre commencent à se réchauffer dès que le soleil se lève. Ces substances absorbent la chaleur des rayons du soleil toute la journée. Les matériaux libèrent leur chaleur dans l’environnement la nuit après le coucher du soleil et le refroidissement de l’atmosphère.
Les techniques d’énergie solaire passive utilisent ce système de chauffage et de refroidissement intégré.
L’énergie solaire passive est utilisée dans les maisons et autres structures pour transporter efficacement et économiquement la chaleur. Une illustration de ceci est le calcul de la « masse thermique » d’une structure. La majorité des matériaux chauffés tout au long de la journée constituent la masse thermique d’un bâtiment. La masse thermique d’un bâtiment peut être représentée par des matériaux comme le bois, le métal, le béton, l’argile, la pierre ou la boue. La masse thermique renvoie sa chaleur dans l’espace la nuit. L’air réchauffé est distribué par des systèmes de ventilation efficaces –couloirs, fenêtres et conduits d’air – qui aident à maintenir la température intérieure modérée et constante.
Souvent, la technologie solaire passive est incorporée dans la conception des bâtiments. Pour s’assurer que le bâtiment reçoit la quantité idéale d’ensoleillement, l’ingénieur ou l’architecte pourrait, par exemple, l’aligner sur la trajectoire du soleil pendant la phase de conception de la construction. Cette approche tient compte de la latitude locale, de l’altitude et de la couverture nuageuse normale. De plus, une isolation thermique, une masse thermique ou un ombrage supplémentaire peuvent être ajoutés lors de la construction ou de la modernisation des structures.
L’utilisation de toits froids, de barrières radiantes et de toits verts sont d’autres exemples de conception solaire passive. Les toits froids peints en blanc réfléchissent le rayonnement solaire plutôt que de l’absorber. L’intérieur du bâtiment reçoit moins de chaleur grâce à la surface blanche du bâtiment, ce qui réduit l’énergie nécessaire pour refroidir l’installation.
Les toits frais et les barrières radiantes fonctionnent tous deux de la même manière. Ils utilisent des matériaux hautement réfléchissants, comme le papier d’aluminium, pour fournir une isolation. Le film peut réduire les dépenses de refroidissement jusqu’à 10% et réfléchit la chaleur plutôt que de l’absorber. Des barrières radiantes peuvent être placées sous les planchers en plus des toits et des greniers.
Les toits entièrement recouverts de plantes sont connus sous le nom de toits verts. Ils ont besoin d’un revêtement imperméable en dessous, ainsi que de terre et d’irrigation pour soutenir les plantes. Les toits verts fournissent de la végétation en plus de réduire la quantité de chaleur absorbée ou perdue. La végétation sur les toits verts produit de l’oxygène et absorbe le dioxyde de carbone par photosynthèse. Ils réduisent certaines des conséquences négatives de la consommation d’énergie dans cette région en filtrant les polluants de l’air et des précipitations.
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