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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Quelle quantité d’énergie solaire atteint la Terre ? Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Le soleil rayonne une énorme quantité d'énergie - environ 1,1 x 1020 100 kWh par seconde. Un kilowattheure est la quantité d'énergie nécessaire pour faire fonctionner une ampoule à incandescence de 10 watts pendant 1500 heures. L'atmosphère extérieure de la Terre intercepte environ un millionième de l'énergie émise par le Soleil, soit environ 1,5 1018 quadrillions (47 x 700 7) kWh par an. Cependant, en raison de la réflexion, de la diffusion et de l'absorption par les gaz et les aérosols atmosphériques, seulement 1017 % de toute l'énergie, soit environ XNUMX quadrillions (XNUMX x XNUMX XNUMX) kWh, atteint la surface de la Terre.
Le rayonnement solaire dans l'atmosphère terrestre est divisé en rayonnement dit direct et diffusé par les particules d'air, de poussière, d'eau, etc. contenues dans l'atmosphère. Leur somme forme le rayonnement solaire total. La quantité d'énergie tombant par unité de surface et par unité de temps dépend d'un certain nombre de facteurs :
Heure et lieu géographique La quantité d'énergie solaire tombant sur la surface de la Terre change en raison du mouvement du Soleil. Ces changements dépendent de l'heure de la journée et de la saison. Habituellement, le rayonnement solaire frappe la Terre à midi plutôt que tôt le matin ou tard le soir. À midi, le Soleil est haut au-dessus de l'horizon et la longueur du trajet des rayons du Soleil à travers l'atmosphère terrestre est réduite. Par conséquent, moins de rayonnement solaire est diffusé et absorbé, ce qui signifie qu’une plus grande quantité atteint la surface. La quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la Terre diffère de la valeur annuelle moyenne : en hiver - moins de 0,8 kWh/m2 par jour dans le nord de l'Europe et plus de 4 kWh/m2 par jour en été dans cette même région. La différence diminue à mesure que l’on se rapproche de l’équateur.
La quantité d'énergie solaire dépend également de la situation géographique du site : plus elle est proche de l'équateur, plus elle est importante. Par exemple, le rayonnement solaire total annuel moyen incident sur une surface horizontale est : en Europe centrale, en Asie centrale et au Canada – environ 1000 2 kWh/m1700 ; en Méditerranée - environ 2 kWh/m2200 ; dans la plupart des régions désertiques d'Afrique, du Moyen-Orient et d'Australie, environ 2 XNUMX kWh/mXNUMX. Ainsi, la quantité de rayonnement solaire varie considérablement en fonction de la période de l'année et de la situation géographique (voir tableau). Ce facteur doit être pris en compte lors de l'utilisation de l'énergie solaire.
L'influence des nuages sur l'énergie solaire La quantité de rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre dépend de divers phénomènes atmosphériques et de la position du Soleil pendant la journée et tout au long de l'année. Les nuages sont le principal phénomène atmosphérique qui détermine la quantité de rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre. En tout point de la Terre, le rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre diminue avec l'augmentation de la nébulosité. Par conséquent, les pays où le temps est majoritairement nuageux reçoivent moins de rayonnement solaire que les déserts où le temps est généralement sans nuages. La formation des nuages est influencée par la présence de caractéristiques locales telles que les montagnes, les mers et les océans, ainsi que de grands lacs. Par conséquent, la quantité de rayonnement solaire reçue dans ces zones et dans les régions adjacentes peut différer. Par exemple, les montagnes peuvent recevoir moins de rayonnement solaire que les contreforts et les plaines adjacentes. Les vents soufflant vers les montagnes font monter une partie de l’air et, refroidissant l’humidité de l’air, forment des nuages. La quantité de rayonnement solaire dans les zones côtières peut également différer de celle enregistrée dans les zones situées à l'intérieur des terres. La quantité d'énergie solaire reçue pendant la journée dépend largement des phénomènes atmosphériques locaux. A midi par temps clair, le rayonnement solaire total le rayonnement tombant sur une surface horizontale peut atteindre (par exemple en Europe centrale) une valeur de 1000 W/m2 (dans des conditions météorologiques très favorables, ce chiffre peut être plus élevé), tandis que par temps très nuageux, il est inférieur à 100 W/m2 même à midi. Effets de la pollution atmosphérique sur l'énergie solaire Les phénomènes anthropiques et naturels peuvent également limiter la quantité de rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre. Le smog urbain, la fumée des incendies de forêt et les cendres volcaniques en suspension dans l'air réduisent l'utilisation de l'énergie solaire en augmentant la dispersion et l'absorption du rayonnement solaire. Autrement dit, ces facteurs ont une plus grande influence sur le rayonnement solaire direct que sur le total. En cas de forte pollution de l'air, par exemple avec le smog, le rayonnement direct est réduit de 40 % et le total de seulement 15 à 25 %. Une forte éruption volcanique peut réduire, sur une grande partie de la surface de la Terre, le rayonnement solaire direct de 20 %, et total - de 10 % pour une période de 6 mois à 2 ans. Avec une diminution de la quantité de cendres volcaniques dans l'atmosphère, l'effet s'affaiblit, mais le processus de récupération complète peut prendre plusieurs années. Le potentiel de l'énergie solaire Le soleil nous fournit 10 000 fois plus d’énergie gratuite que celle réellement utilisée dans le monde. Le marché commercial mondial à lui seul achète et vend un peu moins de 85 8,5 milliards (1013 x XNUMX XNUMX) kWh d’énergie par an. Puisqu'il est impossible de suivre l'ensemble du processus, il n'est pas possible de dire avec certitude quelle quantité d'énergie non commerciale les gens consomment (par exemple, combien de bois et d'engrais sont collectés et brûlés, quelle quantité d'eau est utilisée pour produire des équipements mécaniques ou électriques). énergie). Certains experts estiment que cette énergie non commerciale représente un cinquième de toute l’énergie utilisée. Mais même si cela est vrai, l’énergie totale consommée par l’humanité au cours de l’année ne représente qu’environ un sept millième de l’énergie solaire qui atteint la surface de la Terre au cours de la même période. Dans les pays développés, comme les États-Unis, la consommation d'énergie est d'environ 25 2.5 milliards (1013 x 260 100) kWh par an, ce qui correspond à plus de 33 kWh par personne et par jour. Ce chiffre équivaut à faire fonctionner quotidiennement plus d’une centaine d’ampoules à incandescence de 13 W pendant une journée entière. Le citoyen américain moyen consomme XNUMX fois plus d’énergie qu’un Indien, XNUMX fois plus qu’un Chinois, deux fois et demie plus qu’un Japonais et deux fois plus qu’un Suédois. La quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la Terre est plusieurs fois supérieure à sa consommation, même dans des pays comme les États-Unis, où la consommation d'énergie est énorme. Si seulement 1 % du territoire du pays était utilisé pour installer des équipements solaires (panneaux photovoltaïques ou chauffe-eau solaires) fonctionnant avec un rendement de 10 %, les États-Unis seraient alors entièrement approvisionnés en énergie. On peut en dire autant de tous les autres pays développés. Cependant, dans un certain sens, cela est irréaliste - d'une part, en raison du coût élevé des systèmes photovoltaïques, et d'autre part, il est impossible de couvrir des zones aussi vastes avec des équipements solaires sans nuire à l'écosystème. Mais le principe lui-même est correct. Il est possible de couvrir une même superficie en dispersant les installations sur les toits des immeubles, sur les maisons, le long des routes, sur des terrains prédéterminés, etc. En outre, dans de nombreux pays, plus de 1 % des terres sont déjà affectées à l’extraction, à la conversion, à la production et au transport de l’énergie. Et comme la majeure partie de cette énergie n’est pas renouvelable à l’échelle de l’existence humaine, ce type de production d’énergie est bien plus nocif pour l’environnement que les systèmes solaires.
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