Exploitation de L'energie Solaire [PDF]

Zitiervorschau

‫الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية‬ République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche scientifique

2/1/2021

Mini projet sur

Exploitation de l’énergie solaire

Réalisé par: AL-MUSHIAA Mohammed Mansoor AOUKLI Zakaria AMARA Abdelbaqi AMMAR BOUDJELLEL Okba BENATTIA Hamdi GROUPE 01

Encadré par: BENNIA Abderazak

sommaire Introduction ................................................................................................................................... 1

I.

L'énergie solaire ......................................................................................................................... 2

II.

II.1. L'importance de l'énergie solaire .............................................................................................. 2 III.

Cellule photovoltaïque ............................................................................................................... 3

IV.

Énergie solaire produite ............................................................................................................. 4

IV.1. Les tableaux photovoltaïques ................................................................................................... 4 IV.2. Les Onduleurs ........................................................................................................................... 4 IV.3. Contrôleurs photovoltaïques .................................................................................................... 5 IV.4. Fournir de l'énergie solaire ...................................................................................................... 6 Avantages et inconvénients de l'énergie solaire ............................................................................ 7

V.

V.1. Les avantages ............................................................................................................................. 7 V.2. Les inconvénients ....................................................................................................................... 8 Exploitation de l'énergie solaire ................................................................................................ 9

VI.

VI.1. Anciennes applications ............................................................................................................. 9 VI.2. Applications récentes ................................................................................................................ 9 VI.2.1. Les cellules solaires ............................................................................................................ 9 VI.2.2. Énergie solaire thermique................................................................................................ 12 VII. VIII.

Conclusion ................................................................................................................................ 13 Références ............................................................................................................................ 14

Mini projet sur Exploitation de l’énergie solaire

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I.Introduction Notre monde est aujourd'hui exposé à une crise économique persistante en raison de la hausse des prix de l'énergie et de l'augmentation de la demande en raison de son association avec des combustibles fossiles ou conventionnels (pétrole et gaz et le charbon), en plus de ce qui est exposé à la planète de la pollution environnementale due aux émissions de dioxyde de carbone et d'autres gaz, qui ont conduit au réchauffement climatique et à l'augmentation températures de l'air, pluies acides et fonte neige et inondation des terres arables et manque de pluie autres zones menant à la désertification. En retour, il est disponible les énergies renouvelables et durables dans toutes les régions du monde sont énergie propre, non polluante, renouvelable et durable pour l'atmosphère l'un des types les plus importants d'énergie renouvelable est l'énergie du soleil. Mais la question qui me vient à l'esprit est de savoir pourquoi ne pas l'utiliser l'énergie, malgré sa disponibilité, sa propreté et son respect de l’environnement ? là-bas de nombreuses raisons, mais ce qui nous importe, ce sont deux raisons, la première : le contrôle les monopoles pétroliers sur l'industrie énergétique et ainsi ils empêchent ou empêchent la propagation et l'exploitation des énergies renouvelables craignant sa concurrence sur le marché, La deuxième raison est: empêcher et ne pas vouloir des pays industrialisés et technologiquement avancés de transfert de technologies d'énergie renouvelable vers les pays non industrialisés et son monopole sur cette technologie et puisque cette énergie est disponible dans notre monde arabe, ce que nous devons faire mais frapper à sa porte avec force et non attendez qu'il soit importé des pays industrialisés puis le monde aura quitté cette technologie et deviendra un bon aussi vaste entre nous et eux qu'il y en a maintenant dans la technologie Nucléaire, électronique, chimique, etc. pour que nous soyons devenus les consommateurs au lieu d'être des producteurs.

L'histoire L'énergie solaire est utilisée depuis des temps immémoriaux pour sécher les produits agricoles, pour fournir de l'espace la chaleur pendant les saisons froides ou pour créer une ventilation dans les maisons, applications qui sont encore utilisées dans de nombreux pays en voie de développement. Il y a plus de deux mille ans, Heron d'Alexandrie a construit une pompe à eau simple entraînée par l'énergie solaire et en 214 av. Archimède de Syracuse utilize concentrer des miroirs solaires pour incendier les navires romains. Le travail quotidien de ces capteurs solaires complexes et élégants, les feuilles des plantes et des arbres, fournit directement ou indirectement notre nourriture, crée le combustible de cuisson pour des millions de ménages dans le monde entier, et a créé toutes nos réserves de combustibles fossiles dans le passé. Cela n'implique pas qu'il n'y a rien de nouveau dans l'application de l'énergie solaire (cellules solaires photovoltaïques ne datent que de quelques décennies), mais un aperçu historique permet de mettre les choses en perspective. Personnes utilisent et utilisent encore les technologies de l'énergie solaire sans même connaître le terme, simplement parce que cela leur est utile et pratique. [1]

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II.L'énergie solaire Rayonnement solaire capable de produire de la chaleur, de provoquer des réactions chimiques ou de produire de l'électricité. La quantité totale d’énergie solaire incidente sur Terre dépasse largement les besoins énergétiques actuels et prévus du monde. Si elle est convenablement exploitée, cette source hautement diffusée a le potentiel de satisfaire tous les besoins énergétiques futurs. Au 21e siècle, l'énergie solaire devrait devenir de plus en plus attrayante en tant que source d'énergie renouvelable en raison de son approvisionnement inépuisable et de son caractère non polluant, en contraste frappant avec les combustibles fossiles finis que sont le charbon, le pétrole et le gaz naturel. [2]

fig. (1) Carte du rayonnement solaire du monde .

II.1. L'importance de l'énergie solaire L’importance de l’énergie solaire réside au départ car les rayons du soleil ont facilité les processus d’évolution des organismes vivants et sont responsables des processus de photosynthèse chez les plantes pour produire de la nourriture et de la biomasse, en plus du rôle de ces rayons dans l’énergie hydraulique et éolienne. [3] En outre, il y a une grande importance de l'énergie solaire dans la culture de la terre et la production de Et la croissance des cultures et le séchage des aliments pour l'empêcher de se détériorer, en plus de l'utilisation de serres pour augmenter la chaleur. [4] De plus, l'énergie solaire est responsable du soi-disant groupe des sources d'énergie renouvelables et des plus importantes d'entre elles, et il est à noter que l'importance de l'énergie solaire en tant que source d'énergie renouvelable augmente car elle ne diminue pas. Un caractère non pollué, à une époque où les niveaux de combustibles fossiles, de pétrole, de charbon et de gaz naturel diminuent considérablement.

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III.Cellule photovoltaïque Cellule solaire, également appelée cellule photovoltaïque, tout appareil qui convertit directement l'énergie de la lumière en énergie électrique grâce à l'effet photovoltaïque. La majorité écrasante des cellules solaires sont fabriquées à partir de silicium - avec une efficacité croissante et un coût réduit car les matériaux vont des formes de silicium amorphe (non cristallin) à polycristallin à cristallin (monocristallin). Contrairement aux batteries ou aux piles à combustible, les cellules solaires n'utilisent pas de réactions chimiques ou nécessitent du carburant pour produire de l'énergie électrique et, contrairement aux générateurs électriques, elles n'ont pas de pièces mobiles.

fig. (2) schéma d'une structure de cellule solaire

Les cellules solaires peuvent être organisées en grands groupes appelés tableaux. Ces tableaux, composés de plusieurs milliers de cellules individuelles, peuvent fonctionner comme des centrales électriques centrales, convertissant la lumière du soleil en énergie électrique pour la distribution aux utilisateurs industriels, commerciaux et résidentiels. Des cellules solaires dans des configurations beaucoup plus petites, communément appelées panneaux de cellules solaires ou simplement panneaux solaires, ont été installées par les propriétaires sur leurs toits pour remplacer ou augmenter leur alimentation électrique conventionnelle. Les panneaux de cellules solaires sont également utilisés pour fournir de l'énergie électrique dans de nombreux endroits terrestres éloignés où les sources d'énergie électrique conventionnelles sont soit indisponibles, soit d'un coût prohibitif à installer. Parce qu'elles n'ont pas de pièces mobiles qui pourraient nécessiter un entretien ou des combustibles qui nécessiteraient un réapprovisionnement, les cellules solaires fournissent de l'énergie pour la plupart des installations spatiales, des satellites de communication et météorologiques aux stations spatiales. (L'énergie solaire est insuffisante pour les sondes spatiales envoyées vers les planètes extérieures du système solaire ou dans l'espace interstellaire, cependant, en raison de la diffusion de l'énergie radiante à distance du Soleil.) Les cellules solaires ont également été utilisées dans des produits de consommation, tels que jouets électroniques,

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calculatrices portatives et radios portables. Les cellules solaires utilisées dans les dispositifs de ce type peuvent utiliser la lumière artificielle (par exemple, des lampes à incandescence et fluorescentes) ainsi que la lumière du soleil.

IV.Énergie solaire produite Pour générer de l'énergie solaire et la convertir en une forme utilisable, certaines techniques devraient être disponibles pour collecter les photons produits par le rayonnement solaire et les convertir en électricité ou en chaleur. Parmi ces techniques : IV.1. Les tableaux photovoltaïques Les tableaux photovoltaïques (PV) sont des groupes de cellules PV connectées entre elles pour fournir plus d'énergie qu'une seule cellule ne pourrait en fournir. Les cellules photovoltaïques sont fabriquées à partir de silicium spécialement traité qui est fait de sorte que le matériau a un côté positif et un côté négatif, lui permettant de transmettre de l'électricité. La cellule est ensuite attachée à plusieurs autres cellules à l'aide de connecteurs métalliques ; ce groupe de cellules est connecté à un cadre de support, ce qui en fait un module PV. Les modules sont connectés ensemble pour former un générateur photovoltaïque avec une seule sortie électrique qui peut être connectée au reste du système.

Fig. (3) Les tableaux photovoltaïques

IV.2. Les Onduleurs L'énergie solaire générée par le PV Réseaux photovoltaïques est de l'électricité en courant continu (DC), qui ne peut pas être utilisée par de nombreux appareils électroniques ou renvoyée au réseau électrique car ils utilisent du courant alternatif (AC). De plus, les panneaux solaires ne génèrent pas une quantité d'énergie constante en raison des variations de la quantité de lumière frappant les cellules PV. L'onduleur et le transformateur corrigent ces problèmes en modifiant la quantité et le type d'énergie électrique fournie par le système. L'onduleur convertit le courant continu en courant 4

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alternatif qui peut être utilisé par d'autres systèmes électriques et garantit que le niveau de tension fourni par le système est constant.

Fig. (4) Les Onduleurs

IV.3. Contrôleurs photovoltaïques Étant donné que la quantité d'énergie générée par les cellules photovoltaïques est directement liée à la quantité de lumière solaire qui les frappe, la sortie d'un système d'énergie solaire est affectée par la position du générateur photovoltaïque par rapport au soleil. Pour maximiser l'efficacité du système de production, un traqueur solaire et des contrôleurs de champ peuvent être utilisés. Le traqueur solaire suivra la position du soleil en utilisant des capteurs de lumière ; les contrôleurs peuvent déplacer les panneaux photovoltaïques en fonction de la sortie du traqueur solaire, garantissant ainsi la production de la plus grande quantité d'énergie solaire possible.

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Fig. (5) Contrôleurs photovoltaïques

IV.4. Fournir de l'énergie solaire Une fois que l'électricité produite par le générateur photovoltaïque a été convertie en un format utilisable, elle peut être utilisée pour alimenter des appareils électriques. Le système de génération d'énergie solaire peut être installé de sorte que l'énergie soit fournie directement à tous les appareils électriques auxquels elle est reliée ou peut être connectée en parallèle avec le réseau électrique. [5]

Fig. (6) Utiliser l'énergie solaire pour l'éclairage

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V.Avantages et inconvénients de l'énergie solaire Saviez-vous que l'énergie que le soleil fournit à la terre pendant une heure pourrait répondre aux besoins énergétiques mondiaux pendant un an ? Sans aucun doute, le soleil est une source d'énergie puissante, et même si nous ne sommes pas capables de collecter une fraction de cette énergie, exploiter cette énergie en installant des panneaux solaires peut faire une différence significative pour la planète. Bien qu'elle ait été largement critiquée pour son coût ou son inefficacité, l'énergie solaire s'est maintenant révélée extrêmement bénéfique - non seulement pour l'environnement mais aussi pour l'économie privée. Grâce aux subventions disponibles pour les panneaux solaires, ainsi qu'aux prix de plus en plus compétitifs sur le marché, l'énergie solaire est devenue la principale source d'énergie pour de plus en plus de familles. La technologie a été considérablement améliorée ces dernières années et a été complétée par des systèmes de stockage de batteries solaires, transformant l'énergie solaire en une source d'énergie propre nettement plus efficace. [6] V.1. Les avantages 1. Source d'énergie renouvelable Parmi tous les avantages des panneaux solaires, le plus important est que l'énergie solaire est une source d'énergie véritablement renouvelable. Il peut être exploité dans toutes les régions du monde et est disponible tous les jours. Nous ne pouvons pas manquer d'énergie solaire, contrairement à certaines des autres sources d'énergie. 2. Réduit les factures d'électricité Étant donné que vous répondrez à certains de vos besoins énergétiques avec l'électricité produite par votre système solaire, vos factures d'énergie diminueront. Le montant que vous économiserez sur votre facture dépendra de la taille du système solaire et de votre consommation d'électricité ou de chaleur.

Par exemple, si vous êtes une entreprise utilisant des panneaux solaires commerciaux, ce commutateur peut présenter d'énormes avantages car la grande taille du système peut couvrir de grandes parties de vos factures d'énergie. 3. Applications diverses L'énergie solaire peut être utilisée à des fins diverses. Vous pouvez générer de l'électricité (photovoltaïque) ou de la chaleur (solaire thermique). L'énergie solaire peut être utilisée pour produire de l'électricité dans des zones sans accès au réseau énergétique, pour distiller de l'eau dans des régions où l'approvisionnement en eau propre est limité et pour alimenter des satellites dans l'espace.

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4. Faibles coûts de maintenance Les systèmes d’énergie solaire ne nécessitent généralement pas beaucoup d’entretien. Vous avez seulement besoin de les garder relativement propres, donc les nettoyer deux fois par an fera le travail. En cas de doute, vous pouvez toujours compter sur des entreprises de nettoyage spécialisées, qui offrent ce service à partir d'environ 25 £ à 35 £. Les fabricants de panneaux solaires les plus fiables offrent une garantie de 20 à 25 ans. 5. Développement de la technologie La technologie dans le secteur de l'énergie solaire progresse constamment et les améliorations s'intensifieront à l'avenir. Les innovations en physique quantique et en nanotechnologie peuvent potentiellement augmenter l'efficacité des panneaux solaires et doubler, voire tripler, l'entrée électrique des systèmes d'énergie solaire. [6]

V.2. Les inconvénients 1. Coût Le coût initial d'achat d'un système solaire est assez élevé. Cela comprend le paiement des panneaux solaires, de l'onduleur, des batteries, du câblage et de l'installation. Néanmoins, les technologies solaires se développent constamment, il est donc prudent de supposer que les prix vont baisser à l'avenir. 2. Dépendant de la météo Bien que l'énergie solaire puisse encore être collectée pendant les jours nuageux et pluvieux, l'efficacité du système solaire diminue. Les panneaux solaires dépendent de la lumière du soleil pour recueillir efficacement l'énergie solaire. Par conséquent, quelques jours nuageux et pluvieux peuvent avoir un effet notable sur le système énergétique. Vous devez également tenir compte du fait que l'énergie solaire ne peut pas être collectée pendant la nuit. 3. Le stockage de l'énergie solaire coûte cher L'énergie solaire doit être utilisée immédiatement, ou elle peut être stockée dans de grandes batteries. Ces batteries, utilisées dans les systèmes solaires hors réseau, peuvent être chargées pendant la journée afin que l'énergie soit utilisée la nuit. C'est une bonne solution pour utiliser l'énergie solaire toute la journée mais c'est aussi assez cher. 4. Utilise beaucoup d'espace Plus vous souhaitez produire d'électricité, plus vous aurez besoin de panneaux solaires, car vous souhaitez collecter le plus de lumière possible. Les panneaux solaires photovoltaïques nécessitent beaucoup d'espace et certains toits ne sont pas assez grands pour accueillir le nombre de panneaux solaires que vous souhaitez avoir

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5. Associé à la pollution Bien que la pollution liée aux systèmes d'énergie solaire soit bien moindre par rapport aux autres sources d'énergie, l'énergie solaire peut être associée à la pollution. Le transport et l'installation de systèmes solaires ont été associés à l'émission de gaz à effet de serre. [6]

VI.Exploitation de l'énergie solaire Notre soleil est la source de toute vie sur Terre et l'énergie solaire nous est utile de différentes manières. Le soleil crée deux principaux types d'énergie - la lumière et la chaleur - que nous pouvons exploiter pour de nombreuses activités allant de la photosynthèse dans les plantes à la création d'électricité avec des cellules photovoltaïques (PV) en passant par le chauffage de l'eau et des aliments. Il existe un grand nombre d'applications sur l'exploitation de l'énergie solaire dans nos vies, y compris des applications anciennes et modernes qui suivent le rythme de la technologie actuelle

VI.1. Anciennes applications 1. Orienter les maisons et leurs fenêtres vers les rayons du soleil, de manière à utiliser la lumière et la chaleur des habitations, en plus de choisir le type de matériaux du bâtiment afin qu'ils puissent absorber et stocker la chaleur. 2. L'agriculture dans les serres ou les maisons thermales, où vous convertissez la lumière du soleil en énergie thermique, ce qui a contribué à faciliter le processus de plantation et de croissance des plantes en basse saison. 3. Cuisiner à l'aide du cuiseur solaire, qui est une boîte dans laquelle les rayons du soleil sont recueillis et leur chaleur utilisée dans la cuisson des aliments, qui a été fabriquée pour la première fois en 1767 par le physicien suisse (Horace de Saussure). 4. Stérilisation des outils, il a été signalé que dans certaines régions, un cuiseur solaire modifié et spécialisé était utilisé pour stériliser les instruments médicaux dans les cliniques.

VI.2. Applications récentes VI.2.1. Les cellules solaires Les cellules solaires, qui convertissent directement les rayons du soleil en électricité, la quantité d'énergie générée dans une seule cellule est relativement petite, il est donc nécessaire de collecter un grand nombre de cellules ensemble, comme celles des panneaux solaires sur les toits des bâtiments pour génèrent une énergie suffisante, et ce type de cellules a été utilisé dans les satellites et les réseaux de communication. Au niveau spatial et au niveau du sol, ces cellules ont été utilisées dans des calculatrices, des montres, des maisons, des bâtiments commerciaux et même des stades. Kaohsiung national Stadium à Taïwan a été construit en 2009 et 8 800 panneaux solaires ont été utilisés sur le toit du stade. [4] 9

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Fig. (7) Le stade national de Taiwan

Fig. (8) Un satellite avec des panneaux solaires

La lumière électrique est une amélioration importante de la qualité de vie dans les zones, en particulier par rapport aux lampes au kérosène. L'éclairage électrique est donc l'un des premiers usages de l'électricité dans les maisons et autres bâtiments. Parce que l'éclairage ne nécessite pas beaucoup d'énergie, dans de nombreux cas, l'extension du réseau est trop coûteuse. L'utilisation du PV comme source d'énergie peut être utile. L'éclairage PV peut être utilisé pour les bâtiments

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domestiques et communautaires, tels que les écoles et les centres de santé. Le photovoltaïque est également utilisé comme source d'énergie pour les lampadaires (sécurité) et l'éclairage des tunnels.

Fig. (9) Lampes solaires

Le photovoltaïque peut également être utilisé pour pomper de l’eau, les pompes solaires sont utilisées pour pomper l'eau des forages ou des eaux de surface pour l'approvisionnement en eau potable rurale et pour l'irrigation. L'utilisation du PV pour le pompage doit être envisagée dans des endroits ensoleillés pour une demande d'eau pas trop importante dans les régions où l'approvisionnement en carburant est peu pratique. Lorsque le régime éolien local est suffisant, une pompe éolienne est généralement plus attractive qu'une pompe photovoltaïque. Il y a eu de nombreux problèmes dans l'application des pompes solaires dans les pays en développement, mais ils ont été surmontés. Plus de 5 000 pompes fonctionnent actuellement dans le monde. La garantie d'une performance satisfaisante dépend de données fiables sur l'insolation, les ressources en eau, la demande en eau et les caractéristiques des puits. La conception appropriée de l'ensemble du système est complexe, notamment en raison des nombreux types de pompes disponibles. [1]

Fig. (10) Pompe solaire

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VI.2.2. Énergie solaire thermique L'application la plus simple d'une installation d'énergie solaire thermique est la distillation de l'eau. Le distillateur solaire purifie l'eau en l'évaporant d'abord puis en la condensant. L'eau distillée ne contient pas de sels, de minéraux ou d'impuretés organiques. Elle n'est cependant pas aseptique, comme l'est l'eau stérilisée ; dont plus tard. L'eau distillée peut être utilisée pour l'eau potable, les applications dans les hôpitaux, l'eau des batteries, etc. Une telle installation est adaptée aux zones où l'eau est abondante mais polluée, salée ou saumâtre ; naturellement, il doit aussi y avoir un soleil abondant. Un distillateur solaire raisonnablement fonctionnel est capable de produire en moyenne quatre litres d'eau distillée par jour par mètre carré de surface de travail.

Fig. (11) Distillation solaire de l'eau

La chaudière solaire est légèrement plus complexe que le distillateur. Il se compose d'une ou plusieurs assiettes plates collecteurs et un réservoir de stockage isolé, et est conçu pour être utilisé comme chauffe-eau pour les hôpitaux, Blanchisseries, cuisines, douches, etc. Une chaudière solaire avec une surface de capteur de 3 à 4 m² et une capacité de stockage de 200 litres peut fournir 300 à 400 litres par jour d'eau entre 40þC et 60þC en température. Le rendement dépend naturellement de l'ensoleillement et d'une utilisation judicieuse de l'installation. Les conditions pour l'application utile d'une telle chaudière solaire sont : premièrement, un endroit en plein soleil aussi près que possible du point d'utilisation de l'eau, et deuxièmement, l'approvisionnement simple en (non chauffé) eau. Si un réseau d'aqueduc est disponible, c'est bien sûr la meilleure solution. Enfin, la surface du capteur et la demande de volume du réservoir en eau chaude. Le rendement déjà mentionné, 300 - 400 litres par jour à 40 - 60þC pour un collecteur de 12

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4 m et un réservoir 2001, peut être utilisé comme ligne directrice. Si plus d'eau est soutirée, sa température moyenne diminuera. [1]

Fig. (12) chaudière solaire

VII.Conclusion L'énergie solaire est l'une des sources d'énergie renouvelables et la plus abondante au monde, et c'est le rayonnement solaire qui peut être utilisé pour plusieurs choses, dont les plus importantes sont: la production de réactions chimiques, la production de chaleur et la génération d'électricité, en plus du fait que l'énergie solaire est répandue dans le monde entier, elle est considérée comme une source propre qui ne cause pas de pollution, donc, si exploité et utilisée de manière appropriée, elle répondra à une grande partie des besoins énergétiques mondiaux en l'avenir.

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VIII.Références [1] Vanderhulst, P., Lanser, H., Bergmeyer, P., Foeth, F., & Albers, R. (1990). Solar energy: small scale applications in developing countries. Int Food J, 8, 138-145. [2] S. Ashok, 2020, Solar energy, Encyclopaedia Britannica, 01 June

[3] E. W. McFarland, 2014, Solar energy: setting the economic bar from the top-down, Royal Society of Chemistry, 6th January < https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ee/c3ee43714k#!divAbstract> [4] Kimberly Dumke, 2011, The Power of the Sun, National Geographic, 21 January < https://www.nationalgeographic.org/article/power-sun/> [5] Gil Knier, 2008, How do Photovoltaics Work?, NASA SCIENCE, 6 Aug

[6] Aris Vourvoulias, 2021, Pros and Cons of Solar Energy, Green match, 12 January

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