Question:
Pourquoi les panneaux solaires ne contribuent-ils pas au réchauffement climatique?
Joeri Hendrickx
2018-10-09 12:33:57 UTC
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Je me pose cette question depuis un moment mais je n'ai pas encore rencontré d'explication.

Cela vient de ma compréhension de la physique, qui n'est en aucun cas un expert, donc désolé pour mon explication grossière:

L'énergie dans la terre peut être considérée comme un système fermé; il se transforme mais ne peut pas être créé ou détruit - et d'après ce que je comprends, la chaleur semble être sa forme la plus naturelle, donc ça finira toujours comme ça d'une certaine manière.

Deux choses affectent la somme totale d'énergie sur terre: le rayonnement dans l'espace drainera de l'énergie (et est limité en raison de la présence de l'atmosphère). Le rayonnement du soleil ajoute de l'énergie au système.

Fondamentalement, le soleil est notre seule véritable source d'énergie (et nous pouvons le considérer comme illimité, car lorsque le soleil est épuisé, nous sommes de toute façon finis).

D'après ce que je comprends, les panneaux solaires augmentent l'efficacité de la façon dont nous «récoltons» cette énergie solaire, en réfléchissant moins dans l'espace et en la transformant davantage en énergie (dans ce cas, électrique). Nous prenons donc plus d'énergie du au soleil en mettant en place des panneaux solaires. Mais la quantité d'énergie retirée du système reste la même.

Par conséquent, la somme totale d'énergie sur terre augmente (davantage) lorsque nous utilisons des panneaux solaires. Alors, comment se fait-il que nous les considérions comme un moyen de contrer le réchauffement climatique, au lieu d'un facteur contributif?

modifier: puisque toutes les réponses concernent la comparaison des cellules solaires aux combustibles fossiles, permettez-moi de clarifier un peu plus.

Je comprends que les combustibles fossiles contribueront davantage au changement climatique que les cellules solaires - mais je voulais juste préciser qu'il me semble que les deux sont un net négatif (pas si vous remplacez l'un par l'autre). En d'autres termes, l'idée que les cellules solaires sont 100% propres (en dehors du coût de production) n'est donc pas vraiment vraie. Le vent de l'hydroélectricité serait cependant, car ils utilisent l'énergie qui est déjà présente dans le système terrestre. (et bien sûr, ce que nous devons vraiment faire est de consommer moins d'énergie)

Les commentaires ne sont pas destinés à une discussion approfondie;cette conversation a été [déplacée vers le chat] (https://chat.stackexchange.com/rooms/84447/discussion-on-question-by-joeri-hendrickx-why-dont-solar-panels-contribute-to-g).
«Donc, nous prenons plus d'énergie du soleil en mettant en place des panneaux solaires», oui mais de cette façon, nous extrayons moins d'énergie d'autres sources.Par exemple, si nous supposons qu'en tant que terriens, nous avons une consommation d'énergie constante;l'extraction de cette énergie du charbon ou du soleil aboutit au même résultat du point de vue de l'énergie totale de la planète, si elle obtient une source extérieure, on dépense le * réservoir *.
Onze réponses:
Peter Erwin
2018-10-09 14:42:14 UTC
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Le but des cellules solaires est de produire de l'électricité. Cela peut remplacer l'électricité produite en brûlant des combustibles fossiles pour produire de l'électricité. Le fait qu'il devient pratique de faire fonctionner les véhicules à l'électricité signifie que nous pouvons également remplacer les combustibles fossiles brûlés pour alimenter les véhicules, ce qui rend les choses encore meilleures.

Mais concentrons-nous sur la production d'électricité. Votre analyse ignore deux choses, une mineure et une absolument cruciale:

  1. Le point mineur: produire de l’électricité en brûlant des combustibles fossiles aussi ajoute de la chaleur à la planète. Par exemple, environ 1/3 seulement de l'énergie libérée par la combustion du charbon dans une centrale électrique au charbon est transformé en électricité; le reste est de la chaleur perdue.
  2. Le point majeur: les centrales à combustibles fossiles produisent continuellement du CO2.

Ce message sur RealClimate fait un excellent travail en examinant les détails. Pour prendre un cas extrême irréaliste, ils supposent que les cellules solaires sont parfaitement noires (albédo = 0), et ils ignorent le fait que de vraies cellules solaires sont parfois installées sur des surfaces déjà sombres (comme les toits). Afin de générer la fourniture d'électricité mondiale actuelle de 2 trillions de watts, des cellules solaires parfaitement noires ajouteraient environ 6,7 trillions de watts en raison de la chaleur perdue. Comme ils le soulignent, l'efficacité des centrales à combustibles fossiles signifie que 2 billions de watts d'énergie électrique seraient accompagnés d'environ 6 billions de watts de chaleur perdue.

Donc, si vous remplacez les centrales électriques à combustibles fossiles par des centrales à cellules solaires, vous ne modifiez pas vraiment la production de chaleur résiduelle.

Mais vous modifiez la production de CO2, et c'est crucial, car la chaleur ajoutée à l'atmosphère en ajoutant du CO2 est d'un ordre de grandeur plus grande que la chaleur résiduelle du processus de production d'électricité lui-même. (Il s'agit d'un processus continu: chaque seconde que vous exploitez les centrales à combustibles fossiles, vous ajoutez plus de CO2 à l'atmosphère.)

... au moment où cent ans se sont écoulés, la chaleur a piégé chacun année à partir du CO2 émis par l'utilisation du charbon au lieu de l'énergie solaire produire de l'électricité est 125 fois plus efficace que les déchets de combustibles fossiles chaleur.Et rappelez-vous que la chaleur résiduelle supplémentaire du passage à les cellules solaires sont encore plus petites que la chaleur résiduelle des combustibles fossiles.Qu'est-ce que plus, car chaque année qui passe voit plus de CO2 s'accumuler dans le atmosphère, la chaleur piégée par le CO2 continue d'augmenter, tandis que le effet de la chaleur résiduelle des combustibles fossiles ou des cellules solaires nécessaires produire une quantité donnée d'électricité reste fixe.

(Vous pouvez, si vous le souhaitez, affirmer que se débarrasser de la production d'électricité entièrement - fermer toutes les centrales électriques, solaires ou à combustibles fossiles - serait légèrement mieux que de convertir la production d'électricitésolaire. Mais c'est une très petite différence, et pas vraiment une option si vous voulez continuer à avoir une sorte de civilisation humaine sur la planète.)

Pour être honnête, nous avons eu une sorte de civilisation humaine sur la planète pendant beaucoup plus longtemps que la production d'électricité.
OK, oui - civilisation humaine "moderne", alors.
* pratique pour faire fonctionner les véhicules à l'électricité * - tant qu'ils sont à terre.Nous sommes assez loin de l'application pratique des cargos électriques (à moins que le nucléaire, mais cela pose d'autres problèmes) ou des avions électriques.
Donc, pour être clair, ce n'est pas que la production de chaleur électrique de la Terre change radicalement, mais l'énergie du Soleil reste plus longtemps.Ai-je ce droit?
@gerrit - c'est vrai, mais je pense que les émissions de CO2 des transports sont un facteur 5 à 10 fois plus petites que les émissions de CO2 des transports terrestres.
@Anoplexian - c'est probablement une façon raisonnable de voir les choses.
@Anoplexian Vraiment, il s'agit plus de «nous produisons de l'électricité en utilisant la chaleur actuellement reçue au lieu de libérer à la fois de la chaleur et du CO2 qui étaient capturés il y a longtemps dans les combustibles fossiles».
Il convient de préciser que le réchauffement climatique n'est pas causé par les moteurs à combustion interne et les centrales électriques chauffant directement l'air.Ce n'est fondamentalement rien de tout cela.Le réchauffement climatique provient du fait que le soleil réchauffe la Terre, et c'est l'effet de serre du CO2 qui nous pousse simplement à conserver plus d'énergie solaire.
Suis-je le seul à penser que cela ne répond vraiment pas à ce que l’op demandait?Il ne demandait pas comment les panneaux solaires se comportent en corrélation avec les combustibles fossiles, de toute façon.La question était clairement: «les panneaux solaires contribuent-ils à l'augmentation de la chaleur sur la planète?Non "les panneaux solaires contribuent-ils plus ou moins que les combustibles fossiles, à chauffer la planète?".
Si l'on veut savoir à quel point l'effet de serre peut être fort, il suffit de regarder Vénus.Nous pourrions être en mesure de transformer la Terre en une autre Vénus si nous essayons vraiment assez fort.
@MarinaM - Une partie de la question du PO était "Alors comment se fait-il que nous les considérions comme un moyen de contrer le réchauffement climatique, au lieu d'un facteur contributif?"
Vous écrivez "l'efficacité des centrales à combustibles fossiles signifie que 2 trillions de watts d'énergie électrique seraient accompagnés d'environ 6 trillions de watts de chaleur perdue";cependant, ces 2 trillions de watts d'énergie électrique finiront par devenir de la chaleur lorsqu'elle sera utilisée.Que ce soit par chauffage résistif ou par mise en mouvement de quelque chose qui ralentit ensuite par friction, tout devient finalement de la chaleur.Cela ne change pas votre argument (en fait, cela aide), mais j'ai pensé que je le soulignerais.
En particulier, la clé est que vous remplacez la production électrique produisant du CO2 par l'équivalent de la production solaire.Même si la production solaire contribue au réchauffement en augmentant l'albédo, elle ne contribuera pas autant que le CO2 qu'elle économise, vous obtenez donc une économie nette en termes de réchauffement.
tfb
2018-10-09 15:48:36 UTC
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Les panneaux solaires sont bons pour le réchauffement climatique car ils causent moins (beaucoup moins) de chauffage de surface que la récolte d'énergie équivalente due à la combustion de combustibles fossiles.

Un modèle simplifié à l'extrême

Pour voir pourquoi c'est un modèle (très simplifié!) de ce que devrait être la température de la surface. Dans ce modèle, nous considérerons simplement la lumière du soleil entrante et je supposerai que tout cela parvient à la surface (c'est faux, mais assez bien).

Deux choses se produisent à la surface:

  • une partie de la lumière du soleil est réfléchie et (par la même hypothèse que ci-dessus) retourne directement dans l'espace;
  • une certaine proportion est absorbée et fait chauffer la surface.

Parce que la surface est chaude, elle rayonne maintenant comme un corps noir (ou approximatif), et la plupart de ce rayonnement est dans l'infrarouge (si ce n'est pas le cas, alors vous n'êtes probablement pas intéressé à vivre sur cette planète, car sa surface est visiblement brillante).

Malheureusement, l'atmosphère n'est pas transparente aux infrarouges, de sorte qu'une partie du rayonnement sortant de la surface est absorbée dans l'atmosphère puis réémise, et une partie de cette reradiation redescend vers la surface. Ce processus est assez compliqué car vous devez savoir à quelles longueurs d'onde l'atmosphère n'est pas transparente, puis résoudre un tas d'équations de transfert radiatif poilues, sans parler des nuages, de la convection, du vent &c &c &c.

Mais il y a une réponse simple et évidente du physicien: le résultat final de ce processus autour de l'infrarouge (ce qu'un climatologue appellerait `` ondes longues '') dans l'atmosphère est que la surface finit un peu plus chaude que ce à quoi vous vous attendriez si il n'y avait pas d'ambiance.

(Notez que j'ai complètement ignoré la composante IR du rayonnement entrant du Soleil, ce qu'un modèle approprié ne devrait pas faire.)

Alors, OK, nous allons maintenant envisager deux ajustements à ce modèle: les panneaux solaires et la combustion de combustibles fossiles.

Panneaux solaires

Les panneaux solaires captent une partie de la lumière visible / UV du soleil et la transforment en infrarouge (via des machines fonctionnant &c et finalement le chauffage). Il n'est pas tout à fait évident que les panneaux solaires abaissent ou augmentent la proportion de la lumière du soleil entrante qui est réfléchie directement (ont-ils un albédo supérieur ou inférieur à la surface qu'ils couvrent en d'autres termes) mais supposons qu'ils l'abaissent, donc leur résultat net est de réduire l'albédo de la surface et d'augmenter la quantité d'infrarouge rayonnée. Cela augmente alors légèrement la température de surface.

Combustibles fossiles

Ceux-ci ne font rien à l'albédo, (en fait, ils le font: ils l'abaissent à cause de la suie, mais ils rejettent également de la suie dans l'atmosphère, ce qui la rend moins transparente à la lumière visible et c'est un processus compliqué que nous ignorerons mais ce qui compte beaucoup en fait). Ils créent deux choses:

  • à peu près la même quantité d'infrarouge que les panneaux solaires pour la même quantité d'énergie, qui chauffe légèrement la surface (ce chauffage provient de l'énergie précédemment piégée dans les combustibles fossiles, et capturée il y a longtemps par le soleil);
  • $ \ mathrm {CO_2} $ , en grandes quantités.

Malheureusement, $ \ mathrm {CO_2} $ est l’une des composantes de l’atmosphère qui absorbe et réexpédie les infrarouges, et donc cette émission de $ \ mathrm {CO_2} $ augmente la température de surface par le processus décrit ci-dessus.

Qu'est-ce qui cause plus de chauffage de surface?

Pour savoir lequel de ces facteurs provoque le plus de surchauffe, vous devez réellement modéliser le système avec des détails raisonnables (et c'est simplement parce que ces modèles finissent par être plutôt compliqués que les négationnistes peuvent entrer). Mais une solution consiste à comparer la quantité d'énergie provenant du Soleil (et renvoyée) et l'énergie que les humains génèrent.

La constante solaire, qui est le flux d'énergie du Soleil traversant l'orbite terrestre, est d'environ $ 1360 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $ , et cela signifie que la quantité d'énergie que le Soleil délivre à la Terre au sommet de l'atmosphère est d'environ 1,7 $ \ times 10 ^ {17} \, \ mathrm {W} $ span>. La production d'énergie humaine en 2013 était d'environ 1,8 $ \ fois 10 ^ {13} \, \ mathrm {W} $ .

Cela signifie que le flux d'énergie du Soleil est environ 10 $ ^ 4 $ fois plus important que la production d'énergie humaine: même un changement relativement minime dans la contribution de cette énergie le chauffage de surface éclipsera complètement tout chauffage dû à la production d'énergie humaine. Une autre façon de penser à ce sujet est que toute production d'énergie humaine concerne $ 0,04 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $ . Les déséquilibres du flux solaire dus aux variations des gaz à effet de serre sont de l’ordre de $ 1 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $ : bien plus.

Le modèle simple de corps noir

Une autre façon de voir cela est de considérer un modèle de corps noir sans esprit: supposons qu'il n'y a pas d'atmosphère et que la Terre est un corps noir parfait illuminé par le Soleil: quelle serait sa température. Eh bien, une petite réflexion vous montre qu'il resterait à une température de

$$ T_S = \ left (\ frac {F} {4 \ sigma} \ right) ^ \ frac {1} {4} $$

$ F $ est le flux solaire entrant, et $ \ sigma $ est le Stefan- Constante de Boltzmann. Et cela s'avère être 278 $ \, \ mathrm {K} $ , soit environ 5 $ \, \ mathrm {C} $ . C'est plus froid qu'en moyenne, mais c'est une première estimation décente.

Alors maintenant, faisons-le pour la production d'énergie humaine. La formule ici est

$$ T_H = \ left (\ frac {H} {4 \ pi R ^ 2 \ sigma} \ right) ^ \ frac {1} {4} $$

$ H $ est la production d'énergie humaine et $ R $ est le rayon de la Terre.

Et il s'agit de 28 $ \, \ mathrm {K} $ . Et rappelez-vous que le flux d'énergie est la quatrième puissance de la température ( $ \ sigma T ^ 4 $ ): la production d'énergie humaine n'est pas n'importe où près réchauffe considérablement la planète. Vous pouvez facilement voir cela en considérant la différence entre une planète entièrement réchauffée par le soleil et une planète où la production d'énergie humaine est ajoutée:

$$ \ begin {align} \ Delta T & = \ gauche (\ frac {F} {4 \ sigma} + \ frac {H} {4 \ pi R ^ 2 \ sigma} \ right) ^ \ frac {1} {4} - \ gauche (\ frac {F} {4 \ sigma} \ droite) ^ \ frac {1} {4} \\ & \ approx 0.007 \, \ mathrm {K} \ end {align} $$

C'est complètement négligeable.

Un petit problème sur une excellente réponse.Vous dites * "Malheureusement, l'atmosphère n'est pas transparente aux infrarouges." * En fait, il est très chanceux que l'atmosphère ne soit pas transparente aux infrarouges, parce que c'était le cas, nous vivrions sur une planète gelée et inhabitable.
@PeterShor: bon point.Je voulais dire «malheureusement, car cela rend les sommes plus difficiles» vraiment!
Je pense que la partie la plus importante de ceci est la phrase "le flux d'énergie du Soleil est environ 10 ^ 4 fois plus grand que la production d'énergie humaine".La puissance que nous utilisons ne fait pas vraiment une différence, par rapport à la modification de l'équilibre entrée / sortie de rayonnement.+1 pour cela, et pensez à lui donner plus d'importance
jkej
2018-10-09 19:34:51 UTC
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Simple calcul de l'arrière-plan de l'enveloppe:

Cette figure montre nos meilleures estimations du forçage radiatif de différents phénomènes anthropiques (causés par l'homme):

Radiative forcing figure

Il montre que le forçage radiatif de $ \ mathrm {CO_2} $ anthropique est la plus grande composante à environ 1,5 $ \ , \ mathrm {W / m ^ 2} $ .

La production d'électricité totale dans le monde est d'environ 25 000 $ TWh / an. C'est approximativement $ 2.9 \, \ mathrm {TW} = 2.9 \ cdot 10 ^ {12} \, \ mathrm {W} $ . La superficie totale de la Terre est d'environ 510 $ \, \ mathrm {million \, km ^ 2} $ , soit 510 $ \, \ mathrm {billion \, m ^ 2} = 510 \ cdot 10 ^ {12} \, \ mathrm {m ^ 2} $ . Donc, si le rapport entre la chaleur produite et l'électricité produite était de 1 $ pour toute la production d'électricité, le forçage radiatif serait:

$$ \ frac {2.9 \ cdot 10 ^ {12} \, \ mathrm {W}} {510 \ cdot 10 ^ {12} \, \ mathrm {m ^ 2}} = \ frac {2.9} {510} \, \ mathrm {W / m ^ 2} \ environ 0,0057 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $$

À l'heure actuelle, l'efficacité des panneaux photovoltaïques commerciaux ne dépasse pas beaucoup 20 $ \% $ , donc si nous voulons faire le pire des cas pour un scénario avec seuls les panneaux solaires à la production d'électricité totale actuelle, nous pourrions vouloir utiliser un rapport chaleur-électricité de 5 $ $ . Cela donne $ \ sim 0.03 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $ . Il s'agit toujours d'un facteur 50 $ $ plus petit que le forçage radiatif de $ \ mathrm {CO_2} $ anthropique aux niveaux actuels.

Conclusion:

Ce n'était qu'un simple calcul pour montrer que la chaleur issue de la production d'électricité est une contribution négligeable au changement climatique mondial, même si nous changeons toute la production d'électricité en photovoltaïque.Et ce calcul ne prend même pas la peine de prendre en compte que le photovoltaïque n'absorbe pas toute la lumière, que la surface sur laquelle il est placé absorbe également un peu de lumière, ou que de nombreuses sources alternatives d'électricité (notamment la combustion de combustibles fossiles et l'énergie nucléaire)produisent également de la chaleur.Si nous faisions cela, le forçage radiatif net de la commutation de toute la production d'électricité vers le photovoltaïque serait encore plus négligeable.

Si nous comparons 20% de cellules photovoltaïques efficaces à une base de référence de 100% de chaleur résiduelle, nous devrions multiplier ce chiffre par 0,8, et non par 5.
@gerrit Si les panneaux solaires ont une efficacité de 20%, cela signifie que l'énergie incidente sur eux doit être 5 fois supérieure à l'électricité produite.Si nous supposons que toute cette énergie est absorbée et finalement convertie en chaleur (même l'électricité), nous devrions multiplier l'électricité produite par 5 pour obtenir la quantité de chaleur produite.
Mais vous comparez à 100% de chaleur perdue, ce qui impliquerait une efficacité de 0%.Si toute la production d'électricité produisait 100% de chaleur perdue, nous ne produirions pas du tout d'électricité.La chaleur produite par une production d'électricité efficace à 20% équivaut à 0,8 fois la chaleur produite par une production électrique efficace à 0%, pour la même capacité de production.
Merci @jkej pour une excellente réponse - je crains un peu d'appeler quoi que ce soit de `` négligeable '', étant donné que c'est ce qui nous a mis dans cette situation en premier lieu :).
@gerrit Peut-être que le terme «chaleur résiduelle» est incorrect ici.J'aurais peut-être dû juste écrire la chaleur.Quand j'ai écrit «100% de chaleur résiduelle», je voulais simplement dire que le rapport entre la chaleur produite et l'électricité produite était de 1. Ce rapport est bien sûr supérieur à 1 pour les panneaux solaires, ainsi que pour la combustion de combustibles fossiles et l'énergie nucléaire.En fait, il s'agit le plus souvent de l'inverse de l'efficacité.Je vois maintenant que j'ai peut-être utilisé une terminologie déroutante, mais je pense toujours que c'est la bonne façon de faire les calculs.En multipliant par 0,8, vous diriez que moins de chaleur que d'électricité est produite.
@jkej Merci pour la clarification, je pense que je comprends ce que vous voulez dire maintenant (au moins je comprends ce que vous ne vouliez pas dire).
@JoeriHendrickx Je pense que votre question est basée sur un argument physiquement valable.Les panneaux solaires provoquent un certain réchauffement et nous pouvons quantifier relativement facilement cet effet.D'un autre côté, presque toutes les activités humaines ont un certain effet sur le climat et il y a aussi des changements climatiques qui ne sont pas dus à l'activité humaine.Par conséquent, je pense que nous devons être en mesure de distinguer les activités qui ont des effets suffisamment importants pour nous inquiéter.
Pour l'équilibre énergétique mondial, vous ne devriez pas du tout avoir à considérer la chaleur perdue ou l'efficacité.Toute l'énergie solaire absorbée à la surface de la terre devient finalement de la chaleur.Peu importe qu'il passe d'abord du temps en électricité.Par conséquent, la contribution des panneaux solaires au forçage net est simplement leur changement d'albédo pondéré par la surface.
@RPL Je suis d'accord que pour calculer l'effet pour une quantité donnée de panneaux solaires, vous n'avez pas besoin de connaître leur efficacité.Mais dans ma réponse, je commence par une quantité donnée d'électricité produite (le total mondial actuel pour toutes les sources d'électricité) et je demande quel serait l'effet si toute cette électricité était produite par des panneaux solaires.Ensuite, j'ai besoin de connaître l'efficacité des panneaux solaires pour calculer à rebours l'énergie incidente totale nécessaire sur les panneaux solaires afin de fournir cette quantité d'électricité.
J'ai maintenant reformulé certaines parties de ma réponse, car c'était un peu déroutant.L'argument de base et les calculs sont les mêmes, mais j'espère un peu plus clairs.
@jkej Compris.J'ai été distrait par le discours sur la chaleur perdue.Merci de clarifier.
Alex
2018-10-10 04:16:08 UTC
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Les panneaux solaires augmentent l'efficacité de la façon dont nous `` récoltons '' ce solaire l'énergie, en réfléchissant moins dans l'espace et en en transformant davantage en énergie (dans ce cas, électrique

Je ne suis pas un expert, mais je ne pense pas que ce soit vrai.

La lumière du soleil tombant sur un panneau solaire produit de l'électricité et de la chaleur, et une partie de l'énergie est réfléchie.Idem pour la lumière du soleil ne tombant PAS sur un panneau solaire, sauf pour le bit électrique.Je ne pense pas qu’il y ait une quelconque raison inhérente pour laquelle un panneau solaire refléterait moins.La chaleur totale + électricité produite par un panneau peut être identique ou même inférieure à la chaleur produite par la saleté, la roche ou l'asphalte.Et évidemment, le produit sera réellement utile, contrairement à la chaleur perdue.

Eh bien, les panneaux solaires sont délibérément optimisés pour absorber autant de lumière du soleil que possible et refléter le moins possible (car la lumière du soleil qui est réfléchie par eux ne peut certainement pas être convertie en électricité).C'est pourquoi ils sont généralement noirs.Ce n'est bien sûr pas une preuve qu'ils reflètent moins la lumière du soleil que la saleté et la roche, mais c'est un argument circonstanciel.
Quelque chose à considérer est que le fait de laisser l'électricité fonctionner (par exemple dans un moteur électrique) produit de la chaleur, donc dans un certain sens, l'électricité, les fils, etc. pourraient être considérés comme simplement déplacer l'endroit où la chaleur est produite à partir du panneau solaire vers quelque part.autre.Une autre chose à considérer est que les panneaux solaires sont généralement recouverts d'une feuille de verre ou de plastique, qui sont tous deux des matériaux qui peuvent souvent renvoyer directement une quantité importante de lumière dans l'espace, par opposition à l'asphalte, qui l'absorberait puis se reradierait.il s'agit d'un rayonnement de corps noir principalement infrarouge.
@SomeGuy: Laisser l'électricité fonctionner ne * produit * pas de chaleur;il convertit l'électricité en chaleur.Cette électricité aurait de toute façon été de la chaleur si le soleil avait heurté de l'asphalte plutôt qu'un panneau solaire.
@cHao: Oui, c'est ce que j'essayais de faire valoir.La cellule solaire produit moins de chaleur localement parce qu'elle produit de l'électricité à la place, mais l'électricité reproduit cette chaleur «économisée» ailleurs lorsqu'elle est finalement utilisée pour faire des travaux.Ainsi, les fils électriques agissent essentiellement pour transporter la chaleur de l'emplacement de la cellule solaire vers un autre endroit, via une transformation intermédiaire vers, puis depuis, l'électricité.
Ján Lalinský
2018-10-09 14:19:45 UTC
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L'avantage d'une centrale à panneaux solaires en remplacement d'une centrale au charbon (ou à un autre combustible fossile) est multiple:

1) moins de combustible fossile est brûlé, donc il peut être utilisé différemment, par exemple comme source de divers produits chimiques organiques;

2) beaucoup moins de pollution de l'environnement à proximité de l'usine;

3) La simple utilisation d'un panneau solaire ne dégage que peu ou pas de gaz à effet de serre

...

Cela dit, la fabrication, l'installation et l'entretien de panneaux solaires produisent des gaz à effet de serre et de la pollution. Le panneau solaire a une durée de vie, après quoi un nouveau doit être fabriqué et l'ancien éliminé. La pollution est peut-être bien meilleure que de brûler les fossiles, mais cela dépend de la façon dont le cycle de vie des panneaux est géré.

(Je comprends que c'est toujours mieux que de brûler des combustibles fossiles, mais je pense toujours que c'est un net négatif)

Je pense que c'est correct. La plupart de l'énergie électrique du réseau électrique, lorsqu'elle est consommée, contribue à chauffer la planète (la synthèse de produits chimiques riches en énergie peut être une exception mais je pense que l'énergie ainsi consommée est négligeable par rapport au reste). Lorsque 1 kWh d'énergie utile est généré:

  • en brûlant des combustibles fossiles, beaucoup plus de kWh de chaleur résiduelle sont libérés, ainsi que des gaz à effet de serre;

  • en récupérant l'énergie du rayonnement solaire, beaucoup moins de chaleur résiduelle est libérée et presque aucun gaz à effet de serre n'est libéré. Mais, une partie de la chaleur perdue est encore libérée .

L'énergie dans la terre peut être considérée comme un système fermé; il se transforme mais ne peut pas être créé ou détruit - et d'après ce que je comprends, la chaleur semble être sa forme la plus naturelle, donc ça finira toujours comme ça d'une certaine manière.

La Terre n'est pas un système fermé. Il échange de l'énergie avec l'espace environnant, via le rayonnement électromagnétique et la gravité (marées) et il y a aussi une interaction avec les particules cosmiques (vent solaire ...).

Fondamentalement, le soleil est notre seule vraie source d'énergie (et nous pouvons le considérer comme illimité, car lorsque le soleil est épuisé, nous sommes de toute façon fini).

Il existe également des combustibles fossiles, qui fournissent de l'énergie sans l'aide du soleil. Et il y a aussi des éléments radioactifs comme l'uranium, qui sont une source substantielle d'énergie disponible, là encore sans aucune aide du Soleil.

D'après ce que je comprends, les panneaux solaires augmentent l'efficacité de la façon dont nous `` récoltons '' cette énergie solaire, en réfléchissant moins dans l'espace et en la transformant davantage en énergie (dans ce cas, électrique).

Si vous comparez avoir un panneau solaire par opposition à n'en avoir aucun, alors oui, moins est réfléchi et plus est stocké à la surface de la Terre.

Mais la quantité d'énergie retirée du système reste la même.

Je ne sais pas ce que vous voulez dire ici; la quantité d'énergie rayonnée dans l'espace est diminuée en introduisant de grandes surfaces de panneaux solaires, car ce qui aurait été réfléchi vers l'espace sera désormais absorbé à la surface des panneaux solaires et partiellement transformé en énergie électrique.

Par conséquent, la somme totale d'énergie sur terre augmente (davantage) lorsque nous utilisons des panneaux solaires. Alors, comment se fait-il que nous les considérions comme un moyen de contrer le réchauffement climatique, au lieu d'un facteur contributif?

Parce qu'on suppose que l'énergie qu'ils fournissent amènera les gens à diminuer la consommation de combustibles fossiles. Cela réduira la production de gaz à effet de serre, mais pas leur quantité dans l'atmosphère. Le bénéfice immédiat est donc d'arrêter l'augmentation de la quantité de gaz à effet de serre causée par l'homme. Avec le temps, la quantité de gaz à effet de serre peut même diminuer par des processus naturels (croissance des plantes / algues) et l'atmosphère peut se refroidir.

Merci - ce que je voulais dire par `` notre seule source d'énergie '', c'est que le fossile est, quand vous y regardez en arrière, également de l'énergie solaire qui a été absorbée par la flore et la faune (indirectement) puis fossilisée et stockée pendant très longtemps, droite?Et ce qui prendrait un temps extrêmement long à se réapprovisionner, si on le voulait.
ShadSterling
2018-10-11 08:47:19 UTC
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Cette approximation brute est essentiellement correcte:

Deux choses affectent la somme totale d'énergie sur Terre: le rayonnement dans l'espace drainera de l'énergie (et est limité en raison de la présence de l'atmosphère). Le rayonnement solaire ajoute de l'énergie au système.

TL; DR - les panneaux solaires ne contribuent pas au réchauffement climatique car ils n'augmentent pas le rayonnement solaire ni ne diminuent le rayonnement dans l'espace.

Je vais essayer d'expliquer pourquoi pas tout en conservant une approximation tout aussi grossière.

La Terre a de l'énergie qui vient du soleil et qui sort dans l'espace lorsqu'elle brille. La température est (à peu près) de l'énergie par matière, donc la température moyenne de la Terre est essentiellement déterminée par la quantité d'énergie dont elle dispose.

La température sera stable lorsque l'énergie entre au même rythme qu'elle sort. La température changera lorsque l'énergie entrera et sortira à des rythmes différents.

Le taux d'énergie sortant (la quantité de lumière de la Terre) dépend de sa température et de la composition de ses couches extérieures. En substance, différents matériaux brillent à des vitesses différentes, donc sous la même lumière entrante, la température stable sera différente pour différents matériaux.

L '«effet de serre» fait référence à l'augmentation de la température stable en modifiant les matériaux dont les couches externes sont constituées - en augmentant la proportion de «gaz à effet de serre» plus faibles dans l'atmosphère.

(Il convient de noter qu'il peut y avoir un grand écart entre la température actuelle et la température stable, et à l'échelle de la durée de vie humaine, cela peut prendre beaucoup de temps pour atteindre la température stable.)

Mettre des panneaux solaires au fond de l'atmosphère ne change pas de manière significative le taux de rayonnement.En moyenne, les panneaux solaires n'absorbent pas plus de lumière que les roches, l'eau ou les feuilles (qui sont essentiellement des panneaux solaires biologiques), et même s'ils le faisaient, cela ne ferait pas beaucoup de différence - la lumière réfléchie par le sol ne le fait pas.aller directement dans l'espace, il est d'abord dispersé dans l'atmosphère, de sorte que la composition de l'atmosphère détermine toujours le taux de rayonnement sortant.

Ce que font les panneaux solaires, c'est rendre l'énergie qu'ils collectent disponible pour notre usage.La lumière du soleil qui atterrit sur presque tout le reste ne nous est utile qu'indirectement.Les panneaux solaires ne peuvent pas changer la température moyenne de la Terre, ils changent uniquement là où une partie de l'énergie entrante va, la dirigeant vers les systèmes d'alimentation électrique.

Lio Elbammalf
2018-10-11 14:32:50 UTC
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Je peux voir d'où vous venez - et pourquoi les réponses comparant les combustibles fossiles ne répondent pas à votre question - mais c'est une idée fausse sur l'énergie.

Je trouve toujours que les analogies de l'eau aident à donner une compréhension plus intuitive, alors imaginons un système avec un réservoir d'eau avec un tuyau laissant l'eau couler (c'est notre équivalent du soleil, le tuyau étant notre énergie qui arrive à la terre ).

Maintenant, en bas, vous pouvez laisser cette eau éclabousser dans un bol ou vous pouvez mettre une roue à eau sur le chemin. Pensez maintenant à la taille des ondulations auxquelles vous vous attendez dans les deux cas. Sans roue à eau, l'eau n'a rien eu pour l'empêcher, les ondulations sont donc importantes. Avec la roue à eau, vous avez ralenti votre eau (en prenant de l'énergie pour faire tourner la roue), et nous obtenons des ondulations plus petites.

Nos panneaux solaires prennent l'énergie du soleil qui aurait de toute façon frappé la terre, donc la même quantité d'énergie est transmise dans les deux sens.

Un point à noter:

Les panneaux solaires, étant noirs, sont beaucoup moins réfléchissants. Les calottes glaciaires sont de bons réflecteurs, mais si nous couvrions les calottes glaciaires de panneaux solaires noirs, nous verrons alors beaucoup moins d'énergie solaire quittant le système. Dans ce cas, les panneaux solaires augmenteraient le réchauffement climatique.

Bill K
2018-10-12 03:31:10 UTC
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J'aime votre modèle et vous l'avez formulé comme je le pense, alors peut-être que cela aidera:

En général, votre modèle de chaleur est correct, mais considérez que les panneaux solaires qui sont sur la planète depuis des lustres (les plantes) ont en fait éliminé la chaleur en la transformant en énergie chimique au lieu d'énergie thermique.

Cette énergie chimique a été stockée sous terre au lieu de devenir de la chaleur et a été soustraite de la chaleur atmosphérique plutôt que d'y ajouter. L'énergie chimique qui n'est pas stockée sous terre est utilisée pour alimenter TOUTE la vie animale sur la planète (qui finit par devenir de la chaleur ou une énergie chimique plus enfouie).

Si vous preniez toute l'électricité de nombreuses cellules solaires efficaces et la transformiez en une forme d'énergie autre que la chaleur, vous soustrayeriez en fait la chaleur nette.

Étant donné qu'une grande partie de l'énergie réfléchie par un miroir est captée par l'atmosphère et que les nuages ​​sont de toute façon conservés sous forme de chaleur, un panneau solaire pourrait en fait réduire la chaleur, car vous pourriez stocker l'énergie solaire sous forme d'énergie chimique ou potentielle au lieu de la transformer en énergie. la chaleur (j'imagine utiliser toute cette énergie solaire pour soulever une montagne ou quelque chose du genre, pas très pratique mais je suis presque sûr que cela réduirait la chaleur jusqu'à ce que vous laissiez tomber la montagne).

Bien sûr, ce produit chimique / potentiel / ??? l'énergie finira par se transformer en chaleur de toute façon, comme c'est le cas actuellement avec les combustibles fossiles.

Guill
2018-10-14 02:51:04 UTC
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Votre analyse serait correcte dans la mesure où les panneaux solaires are absorbeurs d'énergie plus efficaces que la saleté, le béton, etc. et étant considérés comme isolés par eux-mêmes.Cependant, si on les considère dans le contexte des générateurs replacing qui utilisent fossil fuels (qui est l'intention des générateurs de panneaux solaires), il y aurait alors une contribution net négative au réchauffement climatique.Pour clarifier cela, supposons qu'un générateur de panneaux solaires contribue à 1 unité au réchauffement climatique et qu'un générateur à combustibles fossiles contribue à 10 unités, puis, par remplaçant le générateur de combustibles fossiles par le générateur de panneaux solaires, on aurait save 9 unités (1 à 10= - 9), Cependant, si nous ne remplaçons pas le générateur de combustible fossile, alors le générateur de panneaux solaires ajouterait au réchauffement climatique (1 + 10 = 11).

Anthony X
2018-10-15 03:23:26 UTC
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Il y a deux parties à ceci:

  1. Remplacement de l'énergie provenant d'autres sources, c'est-à-dire remplacement de l'énergie provenant de combustibles fossiles par l'énergie solaire
  2. Remplacement d'une surface d'origine par un panneau solaire

Lorsque vous déployez un panneau solaire, vous modifiez l'albédo à cet endroit. Une partie de l'énergie incidente est réfléchie, mais ce qui ne l'est pas finira par se transformer en chaleur. Ce qui n'est pas converti en chaleur dans le réseau lui-même finira par devenir de la chaleur quelque part. Si le réseau était déployé sur un champ de neige arctique, cela augmentera l'énergie nette absorbée par la planète. S'il était déployé sur un toit sombre, cela pourrait diminuer l'énergie absorbée. Compte tenu de la surface totale de la planète exposée à la lumière du soleil, il faudrait beaucoup de panneaux solaires pour faire une différence pratique. De plus, l'Arctique est un mauvais endroit pour installer un panneau solaire parce que le Soleil ne monte jamais très haut dans le ciel - un angle faible signifie plus d'atmosphère et donc moins d'énergie parvient à la surface; aussi, il y a de longues périodes d'obscurité. Les meilleurs endroits pour installer des panneaux solaires peuvent avoir un albédo bas pour commencer. Les toits sont d'excellents candidats car ils peuvent alimenter directement les bâtiments, réduisant ainsi les pertes de transmission.

Lorsque vous déployez un panneau solaire et utilisez son énergie électrique, vous remplacez l'énergie générée par d'autres sources, comme les combustibles fossiles. Moins de combustibles fossiles consommés signifie moins d'émissions de gaz à effet de serre, ce qui affecte la charge de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, ce qui affecte la capacité de la planète à émettre de la chaleur dans l'espace. Il ne faut pas beaucoup de différence dans les niveaux de gaz à effet de serre pour avoir un effet mesurable sur les températures mondiales.

Un point clé dans tout cela est que ce n'est pas la chaleur générée par la combustion de combustibles fossiles qui est le problème du réchauffement climatique, c'est l'effet de tout ce que les gaz à effet de serre ont sur la capacité de la planète à se refroidir.Si nous arrêtions toute combustion de combustibles fossiles demain, cela n'aurait pas d'effet mesurable sur l'équilibre énergétique entre ce que la Terre reçoit du Soleil et ce qu'elle rayonne dans l'espace - il y a de nombreux ordres de grandeur de différence entre l'énergie arrivant du Soleil.et l'énergie que nous produisons.Si nous arrêtions soudainement de brûler tout ce combustible fossile, ce qui se passerait, c'est que les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère diminueraient progressivement et la Terre deviendrait un radiateur d'énergie thermique légèrement meilleur, donc refroidirait un peu.

Pour résumer, l'avantage de l'énergie solaire en ce qui concerne le réchauffement climatique est le déplacement des combustibles fossiles et la réduction associée des émissions de gaz à effet de serre.

Et la troisième partie de l'énergie fossile nécessaire à la fabrication des capteurs solaires.
mylovemhz
2018-10-14 10:33:28 UTC
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Pour l'expliquer grossièrement, la terre est plus chaude parce que la surface est chaude, pas parce que l'air est chaud.Les panneaux solaires ne contribuent pas au réchauffement climatique car, bien qu'ils absorbent l'énergie de la lumière, ils réfléchissent également beaucoup de lumière dans l'atmosphère.Cette énergie (vraisemblablement) finit par revenir dans l'espace.

D'un autre côté, la combustion de combustibles fossiles produit des sous-produits composés d'éléments lourds qui restent dans l'air et recouvrent la planète comme une énorme couverture.Le rayonnement solaire est donc piégé dans l'atmosphère par l'effet de serre, continuant à chauffer la surface.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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