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Centrale solaire
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Concentrateur solaire

Concentrateur solaire

Un concentrateur solaire est un système de concentration de l'énergie solaire utilisé pour convertir l'énergie solaire en énergie thermique. Son fonctionnement repose sur l'exploitation de la réflexion des rayons solaires obtenus à travers des surfaces réfléchissantes (essentiellement des miroirs), afin de se concentrer sur un récepteur de taille contenue. Semblable à une loupe concentrant sa lumière sur un point, les concentrateurs réfléchissent la lumière du soleil au moyen d'un arrangement de miroirs alignés vers une lentille capable de capter cette énergie pour son utilisation.

En général, la chaleur est convertie en énergie mécanique au moyen d'un moteur thermique (généralement une turbine à vapeur) auquel l'arbre de transmission est connecté (intégralement ou par transmission mécanique).

Dans un système de concentration solaire, par rapport aux capteurs solaires plats classiques, les avantages suivants sont obtenus:

  • Énergie: exprimable en termes d'efficacité de conversion solaire-thermique (comme les pertes par convection et rayonnement sont directement proportionnelles à la surface du récepteur, qui par définition est plus petite que la surface du réflecteur). Selon les lois de la thermodynamique.
  • Économique: les coûts de construction évoluent principalement sur les surfaces réfléchissantes et les dispositifs de pointage relatifs.

Types de concentrateurs solaires

Il existe deux types de concentrateurs solaires qui permettent de maximiser les performances de l'installation solaire:

  • Concentrateurs solaires paraboliques cylindriques. Ces concentrateurs ont une courbure unique; pour cette raison, ils sont appelés concentrateurs "2D" car ils sont "bidimensionnels". Ce système permet d'obtenir des températures moyennes dans l'environnement focal de 200-300 ºC.
  • Les concentrateurs solaires paraboloïdes de révolution. Ces concentrateurs ont une double courbure. Pour cette raison, ils sont appelés "3D" ou concentrateurs tridimensionnels. Ces systèmes permettent des températures même supérieures à 3000 ºC.

Suivi du soleil

L'une des difficultés de ces systèmes basés sur des concentrateurs solaires est d'assurer à tout moment de la journée, le rayonnement solaire incidente parallèlement à l'axe du paraboloïde.

Pour cela, un système de suivi du mouvement apparent du soleil (tracking) guidé par un système de contrôle est nécessaire. Ce système est essentiellement constitué d'un collimateur ou d'un tube étroit dans lequel pénètre le rayonnement et qui comporte une cellule photovoltaïque au fond. Lorsque le concentrateur est orienté vers le soleil, le rayonnement atteint le fond du tube collimateur et la cellule photovoltaïque génère de l'électricité. Lorsque cela ne se produit pas, une rotation du concentrateur est générée jusqu'à ce que la tension de la cellule soit restaurée.

Dans les petits concentrateurs solaires, comme une cuisinière solaire, ce mouvement apparent suivi du soleil peut être assurée avec un système de suivi appliqué directement au concentrateur (ou peut même être position réglée manuellement à chaque fois x).

Mais dans les grands concentrateurs solaires, la technologie est compliquée. Dans ces cas, des déformations de la surface parabolique apparaissent qui affectent l'opération.

Dans ces cas, on utilise un ou plusieurs miroirs plans intermédiaires, appelés héliostats.

Un système de concentrateur a alors deux réflexions: la première, de la lumière solaire sur la surface réfléchissante de l'héliostat, puis ce faisceau réfléchi est à nouveau réfléchi dans le concentrateur et traverse l'environnement focal. Ces deux réflectivités entraînent une perte d'intensité, car à chaque étape, il existe un pourcentage du rayonnement solaire qui n'est pas réfléchi (absorbé ou réfracté).

Cependant, les avantages du déplacement des héliostats plats l'emportent sur cette perte de réflectivité.

Applications des concentrateurs solaires

Les applications des concentrateurs solaires sont multiples. L'utilisation la plus courante est la production d'électricité, mais il existe également des installations solaires qui utilisent le rayonnement solaire pour une utilisation dans l'industrie métallurgique ou peuvent même être utilisées pour créer des cuiseurs solaires.

Production d'électricité

La production d'électricité est l'application la plus répandue des concentrateurs solaires. À cette fin, les concentrateurs solaires 2D ou 3D peuvent être utilisés indifféremment, mais les technologies sont différentes.

Dans le cas de flux de fluide confiné 2D des concentrateurs solaires à travers des tuyaux qui répondent à l'environnement chauffé focal à des températures d'environ 200 ° C et en vapeur.

D'autre part, dans les concentrateurs solaires 3D, l'électricité est générée, plaçant dans la zone focale une machine thermique capable de convertir la chaleur en électricité, par exemple un moteur Stirling à cycle confiné à l'hydrogène.

Cuiseurs solaires

Avec de petits concentrateurs 3D, des cuisinières solaires peuvent être réalisées. Le concentrateur peut avoir entre 80 cm et 2 mètres. Dans la zone focale, un "hornalla" est placé où le conteneur avec le contenu à préparer est pris en charge.

Applications industrielles

Les concentrateurs solaires permettent l'utilisation de l'énergie solaire dans de multiples applications industrielles, comme par exemple dans l'industrie métallurgique.

Les hautes températures obtenues dans l'environnement focal dans les grands concentrateurs 3D leur permettent d'être utilisées pour des applications métallurgiques telles que l'obtention d'alliages pour l'industrie.

    Histoire des concentrateurs solaires

    Même dans les temps anciens, il est dit que Archimedes de Syracuse a réussi à repousser les Romains qui ont essayé d'assiéger la ville de la mer de Sicile, en utilisant les concentrateurs solaires rudimentaires obtenues à partir de boucliers en bronze poli.

    En particulier à la fin du XIXe et au début du XXe siècle, de nombreuses machines ont été construites avec des systèmes de concentration solaire. Cette étape positive vers l'utilisation extensive de l'approche de l'énergie solaire, cependant, arrêté en raison de l'avènement du pétrole et la Première Guerre mondiale, puis a repris au début des années 70 après la crise pétrolière de 1973.

    À ce jour, nous sommes passés d'une phase de test à une pré-commercialisation des centrales CSP, principalement pour la production d'électricité. Une nouvelle classe de centrales de concentration appelée CPV (photovoltaic concentré en anglais) émerge également, capable de tirer pleinement parti de l'utilisation de cellules photovoltaïques à haut rendement, telles que les cellules multi-jonctions.

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    Dernier examen: 21 février 2018

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