Énergie solaire: 10 principales applications de l'énergie solaire - Expliqué!

Les principales applications de l'énergie solaire sont notamment les suivantes: a) chauffage solaire de l'eau b) chauffage solaire des bâtiments c) distillation solaire d) pompage solaire e) séchage solaire des produits de l'agriculture et de l'élevage f) fours solaires (g) cuisson solaire (h) production d'énergie solaire (i) production d'énergie solaire (j) serres solaires.

a) Chauffage solaire de l'eau:

Une unité de chauffage à eau solaire comprend un collecteur de métal à plaque plate noirci avec un tube en métal associé faisant face à la direction générale du soleil. Le collecteur de plaques a un couvercle en verre transparent au-dessus et une couche d’isolation thermique en dessous.

La tubulure métallique du collecteur est reliée par un tuyau à un réservoir isolé qui stocke de l’eau chaude par temps nuageux. Le capteur absorbe les radiations solaires et transfère la chaleur à l'eau qui circule dans le tube, soit par gravité, soit par une pompe.

Cette eau chaude est fournie au réservoir de stockage via le tube métallique associé. Ce système de chauffage de l'eau est couramment utilisé dans les hôtels, les maisons d'hôtes, les bungalows touristiques, les hôpitaux, les cantines ainsi que dans les unités domestiques et industrielles.

b) Chauffage solaire des bâtiments:

L'énergie solaire peut être utilisée pour chauffer des bâtiments de plusieurs manières, notamment:

(a) La collecte du rayonnement solaire par un élément du bâtiment lui-même, c’est-à-dire que l’énergie solaire est admise directement dans le bâtiment par le biais de grandes fenêtres orientées au sud.

(b) Utilisation de capteurs solaires distincts pouvant chauffer soit de l'eau, soit de l'air, ou des dispositifs de stockage pouvant accumuler l'énergie solaire collectée pour une utilisation la nuit et les jours difficiles.

Lorsque le bâtiment a besoin de chaleur puis de ces collecteurs ou dispositifs de stockage, la chaleur est transférée par des équipements classiques tels que ventilateurs, gaines, sorties d’air, radiateurs et régulateurs d’air chaud, etc. pour réchauffer les espaces de vie d’un bâtiment.

Lorsque le bâtiment ne nécessite pas de chaleur, l'air chauffé ou l'eau du capteur peut être transféré vers le dispositif de stockage de chaleur, tel qu'un réservoir d'eau bien isolé ou un autre matériau thermo-calorifique. Pour les jours difficiles, un système de chauffage d'appoint utilisant du gaz, du mazout ou de l'électricité est requis en tant que système de secours.

c) distillation solaire:

Dans les zones arides semi-côtières ou côtières, l'eau potable est rare. La lumière solaire abondante dans ces zones peut être utilisée pour convertir de l'eau salée en eau distillée potable par la méthode de distillation solaire. Dans cette méthode, le rayonnement solaire est admis à travers un cache en verre transparent étanche à l'air dans un bassin noirci peu profond contenant de l'eau saline.

Le rayonnement solaire traverse les couvercles et est absorbé et transformé en chaleur à la surface noircie, provoquant l'évaporation de l'eau de la saumure (eau salée impure). Les vapeurs produites se condensent pour former de l’eau purifiée à l’intérieur frais du toit.

L'eau condensée coule sur le toit en pente et est collectée dans des bacs placés au fond, puis dans un réservoir de stockage d'eau pour fournir de l'eau distillée potable dans les zones de pénurie, dans les collèges, les laboratoires scientifiques scolaires, les laboratoires de défense, les pompes à essence, les hôpitaux et industries pharmaceutiques. Le coût du litre d'eau distillée obtenu avec ce système est meilleur marché que celui de l'eau distillée obtenue par d'autres procédés à base d'énergie électrique.

d) Pompage solaire:

Dans le pompage solaire, l'énergie générée par l'énergie solaire est utilisée pour pomper de l'eau à des fins d'irrigation. Les besoins en pompage d’eau sont plus importants pendant les chauds mois d’été qui coïncident avec l’augmentation des radiations solaires au cours de cette période; cette méthode est donc plus appropriée pour l’irrigation. Par temps clément, lorsque les radiations solaires sont faibles, le pompage de l’eau est également relativement moins nécessaire, car les pertes de transpiration des cultures sont également faibles.

e) Séchage solaire de produits agricoles et animaux:

Il s'agit d'une méthode traditionnelle d'utilisation de l'énergie solaire pour le séchage de produits agricoles et animaux. Les produits agricoles sont séchés dans un simple séchoir à armoire qui consiste en une boîte isolée à la base, peinte en noir sur la face intérieure et recouverte d'une feuille de verre transparente inclinée.

Des orifices de ventilation sont prévus à la base et au-dessus des côtés pour faciliter la circulation de l'air sur le matériau de séchage placé sur des plateaux perforés à l'intérieur du boîtier. Ces plateaux ou supports perforés sont soigneusement conçus pour permettre une exposition contrôlée aux radiations solaires.

Le séchage solaire, en particulier des fruits, améliore la qualité des fruits à mesure que la concentration en sucre augmente lors du séchage. Normalement, les fruits à baies sont particulièrement vulnérables aux attaques d'insectes, car leur teneur en sucre augmente au séchage. Cependant, un séchoir à fruits permet de gagner un temps considérable en séchant plus rapidement, ce qui minimise les risques d'attaque par les insectes.

La pratique actuelle consistant à sécher les piments en les épandant sur le sol nécessite non seulement beaucoup d'espace ouvert et du travail manuel pour la manipulation du matériel, mais il devient difficile de maintenir sa qualité et son goût si le séchage n'est pas effectué dans une atmosphère contrôlée. De plus, les produits en cours de séchage au soleil sont très souvent gâtés par les pluies soudaines, les tempêtes de poussière ou les oiseaux. En outre, des rapports révèlent qu'il n'est pas possible d'atteindre une très faible teneur en humidité chez les piments séchés au soleil.

En conséquence, les piments deviennent sujets aux attaques de champignons et de bactéries. Lors du séchage au soleil, le produit est parfois trop sec et sa qualité est perdue. Le séchoir à énergie solaire aide à surmonter la plupart de ces inconvénients.

Les autres produits agricoles couramment séchés au soleil sont les croustilles, le berseem, les grains de maïs et de paddy, le gingembre, les pois, le poivre, les noix de cajou, le séchage du bois et des placages et le séchage du tabac. Le séchage par pulvérisation du lait et le séchage du poisson sont des exemples de produits animaux séchés au soleil.

f) Fours solaires:

Dans un four solaire, on obtient une température élevée en concentrant les radiations solaires sur un échantillon en utilisant un certain nombre d'héliostats (miroirs tournants) disposés sur une surface en pente. Le four solaire est utilisé pour étudier les propriétés de la céramique à des températures extrêmement élevées, supérieures à la plage mesurée dans les laboratoires à flammes et à courants électriques.

Le chauffage peut être effectué sans aucune contamination et la température peut être facilement contrôlée en modifiant la position du matériau traité. Ceci est particulièrement utile pour les opérations métallurgiques et chimiques. Différentes mesures de propriétés sont possibles sur un échantillon ouvert. Une future application importante des fours solaires est la production d’acide nitrique et d’engrais à partir de l’air.

g) Cuisson solaire:

Une variété de combustibles tels que le charbon, le kérosène, le gaz de cuisine, le bois de chauffage, les tourteaux de bouse et les déchets agricoles sont utilisés à des fins de cuisson. En raison de la crise énergétique, l'approvisionnement en ces combustibles se dégrade (bois, charbon, kérosène, gaz de cuisine) ou est trop précieux pour être gaspillé pour la cuisson (la bouse de vache peut être mieux utilisée comme fumier pour améliorer la fertilité du sol). Cela nécessitait l'utilisation de l'énergie solaire pour la cuisine et la mise au point de fours solaires. Un simple cuiseur solaire est le cuiseur solaire du type à plaque plate.

Il consiste en une boîte en métal ou en bois bien isolée qui est noircie de l'intérieur. Les radiations solaires entrant dans la boîte sont de courte longueur d'onde. Etant donné que les radiations de longueur d'onde supérieure ne peuvent pas traverser les plaques de verre, le re-rayonnement de l'intérieur noirci à l'extérieur de la boîte à travers les deux plaques de verre est minimisé, minimisant ainsi la perte de chaleur.

La perte de chaleur due à la convection est minimisée en rendant la boîte étanche à l'air. Ceci est réalisé en prévoyant une bande de caoutchouc entre le couvercle supérieur et la boîte afin de minimiser les pertes de chaleur dues à la conduction, l'espace entre le plateau noirci et le couvercle extérieur de la boîte est rempli d'un matériau isolant tel que la laine de verre, la sciure de bois, balle de riz etc.

Lorsqu'ils sont exposés au soleil, les rayons solaires pénètrent dans les panneaux en verre et sont absorbés par la surface noircie, ce qui entraîne une augmentation de la température à l'intérieur de la boîte. Des casseroles noircies de l'extérieur sont placées dans la boîte solaire.

Les aliments non cuits sont cuits avec l'énergie thermique produite en raison de la température élevée de la boîte solaire. La surface du capteur d'un tel cuiseur solaire peut être augmentée en fournissant un miroir réflecteur plan. Lorsque ce réflecteur est réglé pour refléter les rayons du soleil dans la boîte, une augmentation de température de 15 à 25 ° C est obtenue à l'intérieur de la boîte de cuisson.

Le cuiseur solaire ne nécessite ni combustible ni attention lors de la cuisson des aliments et il n'y a pas de pollution, pas de carbonisation ni de débordement des aliments. L'avantage le plus important est que la valeur nutritive des aliments cuits est très élevée, car les vitamines et les goûts naturels des aliments ne sont pas suffisants. détruit.

Le coût de maintenance du cuiseur solaire est négligeable. Le principal inconvénient du cuiseur solaire est que les aliments ne peuvent pas être cuits la nuit, par temps nuageux ou à court préavis. La cuisson prend relativement plus de temps et les chapattis ne peuvent pas être cuits dans un four solaire.

h) Production d'énergie électrique solaire:

L'énergie électrique ou l'électricité peuvent être produites directement à partir de l'énergie solaire au moyen de cellules photovoltaïques. La cellule photovoltaïque est un dispositif de conversion d'énergie utilisé pour convertir directement les photons de la lumière solaire en électricité. Il est constitué de semi-conducteurs qui absorbent les photons reçus du soleil, créant des électrons libres de haute énergie.

Ces électrons libres de haute énergie sont induits par un champ électrique et sortent du semi-conducteur pour effectuer un travail utile. Ce champ électrique dans les cellules photovoltaïques est généralement fourni par une jonction pn de matériaux ayant des propriétés électriques différentes. Il existe différentes techniques de fabrication permettant à ces cellules d’obtenir une efficacité maximale.

Ces cellules sont disposées en parallèle ou en série pour former des modules de cellules. Certaines des caractéristiques spéciales de ces modules sont une fiabilité élevée, aucune dépense en carburant, un coût minimum d’entretien, une longue durée de vie, la portabilité, la modularité, un travail sans pollution, etc.

Les cellules photovoltaïques ont été utilisées pour faire fonctionner des pompes d’irrigation, des avertissements de croisement de voies ferrées, des signaux de navigation, des systèmes d’appel d’urgence routier, des stations météorologiques automatiques, etc. dans les zones où il est difficile de poser des lignes électriques.

Elles sont également utilisées pour la surveillance météorologique et comme source d’énergie portable pour les téléviseurs, les calculatrices, les montres, les lecteurs de cartes informatiques, le chargement de la batterie, les satellites, etc. Les cellules photovoltaïques sont également utilisées pour la mise sous tension des groupes motopompes d’irrigation, de distribution pour fournir de l'électricité dans les zones rurales, par exemple les lampadaires

i) Production d’énergie solaire thermique:

La production d'énergie solaire thermique signifie la conversion de l'énergie solaire en électricité par le biais de l'énergie thermique. Dans cette procédure, l’énergie solaire est d’abord utilisée pour chauffer un fluide de travail, un gaz, de l’eau ou tout autre liquide volatil. Cette énergie thermique est ensuite convertie en énergie mécanique ma turbine. Enfin, un générateur conventionnel couplé à une turbine convertit cette énergie mécanique en énergie électrique.

Production d'énergie à travers des bassins solaires:

Un bassin solaire est un plan d'eau naturel ou artificiel utilisé pour collecter et absorber le rayonnement solaire et le stocker sous forme de chaleur. Il est très peu profond (5-10 cm de profondeur) et a un fond absorbant les radiations (plastique noir). Il est recouvert d'une fibre de verre incurvée pour permettre l'entrée du rayonnement solaire tout en réduisant les pertes par rayonnement et par convection (mouvement de l'air). La perte de chaleur au sol est minimisée en fournissant un lit de matériau isolant sous l'étang.

Les bassins solaires utilisent de l’eau pour collecter et stocker l’énergie solaire, qui est utilisée dans de nombreuses applications telles que le chauffage de locaux, le chauffage industriel et la production d’électricité en faisant fonctionner une turbine alimentée par évaporation d’un fluide organique à point d’ébullition bas.

j) Maisons vertes solaires:

Une serre est une structure recouverte d'un matériau transparent (verre ou plastique) qui fait office de capteur solaire et utilise l'énergie du rayonnement solaire pour faire pousser des plantes. Il dispose de dispositifs de chauffage, de refroidissement et de ventilation pour contrôler la température à l'intérieur de la serre.

Les radiations solaires peuvent traverser le vitrage de la serre mais les radiations thermiques émises par les objets dans la serre ne peuvent pas s'échapper par la surface vitrée. En conséquence, les radiations sont piégées dans la serre et entraînent une augmentation de la température.

La structure de la serre ayant une frontière fermée, l'air à l'intérieur de la serre s'enrichit en CO ₂ car il n'y a pas de mélange d'air de la serre avec l'air ambiant. En outre, la perte d'humidité est réduite en raison d'une transpiration limitée. Toutes ces caractéristiques permettent de maintenir la croissance des plantes tout au long de la journée, de la nuit et toute l’année.