Installation solaire thermique

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L'énergie solaire thermique

L'énergie solaire thermique

L'énergie solaire thermique consiste à utiliser l'énergie du Soleil pour la transférer vers un milieu qui transporte de la chaleur, généralement de l'eau ou de l'air.

Parmi les différentes applications de l'énergie solaire thermique, il y a la possibilité de produire de l'énergie électrique. La technologie actuelle permet de chauffer l'eau avec le rayonnement solaire pour produire de la vapeur et ensuite obtenir de l'énergie électrique.

Bien que le principe de fonctionnement soit très similaire, il existe deux principales applications de l'énergie solaire thermique:

  • Énergie unique thermique pour une utilisation dans les maisons et les petites installations
  • Les grandes centrales thermiques solaires. Dans ces usines, la chaleur est concentrée dans un point de générer de la vapeur, avec la vapeur d'une turbine est activée pour générer de l'énergie électrique. Une fois la chaleur générée, l'exploitation d'une centrale solaire thermique est très similaire à celle d'une centrale thermique ou d'une centrale nucléaire. La différence est que la centrale électrique de la chaleur pour générer de la vapeur provient de la combustion de combustibles fossiles, typiquement du charbon, et les centres nucléaires, la chaleur est obtenue à fission du noyau d'atomes d'uranium.

Les capteurs de l'énergie solaire thermique sont responsables de la capture de l' énergie thermique du rayonnement solaire. Ces capteurs solaires sont classés comme collecteurs basse, moyenne et haute température en fonction de leur fonctionnement.

  • Collecteurs à basse température. Ils fournissent de la chaleur utile à des températures inférieures à 65 ° C.
  • Collecteurs à moyenne température. Ce sont les dispositifs qui concentrent le rayonnement solaire pour fournir de la chaleur utile à une température plus élevée, généralement entre 100 et 300 ° C.
  • Collecteurs à haute température. Ils travaillent à des températures supérieures à 500ºC. Ils sont utilisés pour la production d'énergie électrique.

Les systèmes formant une installation solaire thermique

Le schéma de base d'une installation solaire thermique est le suivant:

Schéma de base d'une installation solaire thermique

Une installation solaire thermique comprend plusieurs systèmes:

Le système de collecte de rayonnement solaire

Le système de collecte de rayonnement solaire est constitué de capteurs solaires connectés les uns aux autres. Sa mission est de capturer l'énergie solaire pour la transformer en énergie thermique, en augmentant la température du fluide circulant à travers l'installation.

Il y a beaucoup de systèmes pour capturer le rayonnement solaire. Le choix d'un système ou d'un autre dépendra principalement s'il s'agit d'installations thermiques solaires à basse, moyenne ou haute température.

Parmi les différents systèmes de collecte solaire, nous soulignons:

  • Capteur solaire plat. C'est le capteur solaire le plus répandu, vous pouvez obtenir des augmentations de température de 60 ° C à un coût réduit. Il est utilisé dans les centrales solaires thermiques à basse température.
  • Collecteurs solaires thermiques non vitrés. Il est commun, par exemple, de chauffer l'eau de la piscine. L'augmentation de température est faible, autour de 30 ° C. Ils sont plus économiques que les capteurs solaires plats.
  • Capteurs solaires sous vide. Ils se composent de tubes métalliques qui recouvrent le tube métallique contenant le fluide de travail, laissant entre eux une chambre qui agit comme un isolant. Ils ont un rendement très élevé, mais leur coût est également élevé.
  • Capteurs solaires avec des systèmes de concentration de rayonnement. Ils sont utilisés pour les installations nécessitant des températures plus élevées. Des panneaux paraboliques ou semi-cylindriques sont utilisés.
  • Capteurs solaires thermiques avec des systèmes de suivi de la position du Soleil. Sa position varie tout au long de la journée pour maintenir une position perpendiculaire au rayonnement solaire reçu.

Le système de stockage d'énergie solaire thermique

Schéma d'une installation solaire thermique dans une maison Consiste à stocker l' énergie thermique dans un réservoir d'accumulation pour une utilisation ultérieure. L'eau chaude obtenue par le système de collecte est conduite à l'endroit où elle sera utilisée.

L'eau chaude stockée peut être utilisée directement, comme c'est le cas de chauffer l'eau d'une piscine, dans l'eau chaude ou les applications de chauffage à la demande.

Parce que le moment de besoin d'eau chaude ne coïncide pas toujours avec le moment où il y a suffisamment de rayonnement, il sera nécessaire de profiter au maximum des heures du soleil pour accumuler de l' énergie thermique sous forme d'eau chaude.

Le système de stockage d' énergie thermique comprend un ou plusieurs réservoirs d'eau chaude. La taille des réservoirs de stockage doit être proportionnelle à la consommation estimée et doit couvrir la demande en eau chaude d'un ou deux jours.

Le système de distribution d'énergie solaire thermique

Une fois que les capteurs solaires ont chauffé le fluide caloporteur (eau ou air) en augmentant son énergie thermique, nous pouvons transférer cette énergie thermique à d'autres sources plus froides.

Dans ce système, tous les éléments destinés à la distribution du fluide caloporteur et l'emballage à la consommation sont inclus: contrôle, tuyaux et conduits, vases d'expansion, pompes, purgeurs, vannes, etc. Le système de support basé sur des énergies conventionnelles (électriques, chaudières à gaz ou gasoil) est également nécessaire pour éviter d'éventuelles fautes dérivant de l'absence de rayonnement solaire et pour faire face à la demande de pointe.

Les systèmes de soutien à l'énergie conventionnels

Les installations thermiques solaires ont besoin de systèmes de soutien conventionnels en prévision de l'absence de rayonnement solaire ou d'une consommation dépassant le dimensionnement. Dans la plupart des cas, aussi bien dans les maisons unifamiliales que dans les bâtiments résidentiels, les installations solaires sont conçues pour fournir 60 à 80% de l'eau chaude demandée aux foyers, mais dans les zones à fort ensoleillement tout au long de l'année. année, le pourcentage de contribution est généralement plus élevé.

Ces systèmes de soutien énergétique peuvent provenir de diverses sources. Si l'installation est connectée au réseau, elle peut profiter de l'alimentation électrique de la compagnie d'électricité elle-même. Dans d'autres cas, vous pouvez utiliser d'autres sources d'énergie renouvelable (énergie éolienne ou énergie hydroélectrique si les conditions le permettent) ou des sources d'énergie non renouvelables. Les sources d'énergie non renouvelables peuvent provenir de combustibles fossiles (pétrole, charbon ou gaz naturel), dans certaines installations, des chaudières à granulés ou à biomasse sont utilisées.

Dans les mois de rayonnement solaire le plus bas n'atteint pas 60% des besoins énergétiques. Au contraire, dans les mois d'été près de 100% d'entre eux sont atteints. Ainsi, l'objectif des installations solaires thermiques est de couvrir au moins 60% des besoins énergétiques annuels selon les zones géographiques.

Faire semblant de couvrir plus de 60% ou 70% par an de l'énergie solaire thermique nécessiterait un très grand champ solaire, ce qui se traduirait par un coût très élevé qui ne serait jamais amorti. De plus, une installation solaire de grande taille causerait pendant les mois d'augmentation du rayonnement solaire un surplus de production qui ne pourrait pas être utilisé et qui causerait des problèmes de surchauffe dans toute l'installation.

Pour cette raison, les installations qui fonctionnent le mieux et qui sont auparavant rentables sont celles qui ont besoin d'eau chaude sanitaire pour toute l'année, de chauffage pour l'hiver et d'une piscine pour l'été ou même toute l'année.

Les aspects économiques et sociaux d'une installation solaire thermique dans une maison

L'investissement initial d'un système solaire thermique sera plus élevé par rapport à un système d'alimentation en énergie conventionnel. De plus, le coût de fonctionnement depuis plus de 25 ans de vie du système solaire thermique ne sera pas pertinente par rapport à l'achat de carburant ou d'électricité, les réparations, l'entretien, etc. associé au système énergétique conventionnel.

L'installation de l'énergie solaire thermique est économiquement plus avantageuse économiquement, puisque toute l'énergie que nous obtenons du soleil avec les capteurs solaires thermiques sera de l'énergie que nous la sauverons de produire (brûler du combustible dans une chaudière) ou consommer (du réseau) distribution électrique). Une installation solaire thermique finit par être rentable au fil des ans, puisque les économies d'énergie qu'elle produit se matérialisent en économies économiques, ce qui permet de finir par amortir le coût de l'installation. Cette dépréciation peut varier entre 5 et 12 ans selon la taille de l'installation, les aides obtenues du fonds perdu, l'endroit où elle est installée (plus ou moins de rayonnement solaire) et les besoins plus ou moins importants de l'utilisateur.

Dans le cas de la mise en place de ces installations thermiques solaires dans de nouveaux bâtiments de construction ou de réhabilitation, l'amortissement peut être considéré comme instantané, puisque l'augmentation qui représente dans le prix total de la maison est très faible; le montant payé pour ce coût plus élevé dans un prêt hypothécaire chaque année est inférieur au montant en euros qui implique le coût inférieur du gaz ou du diesel.

Nous soulignons les principaux avantages d'un système solaire thermique:

  • Avantages économiques. Pour les mêmes besoins, le système conventionnel devra consommer moins de carburant (dérivé des combustibles fossiles ou de la biomasse), ce qui représentera une dépense annuelle moindre pour l'utilisateur. En outre, l'énergie solaire est indépendante du combustible conventionnel et de son approvisionnement, étant donné qu'il est compatible avec tout système conventionnel et indépendant de la variation du prix d'achat du carburant.
  • Avantages environnementaux, puisque la production d'énergie avec des systèmes conventionnels a des coûts environnementaux très importants (émissions de CO2, changement climatique, effet de serre, rejets, déchets nucléaires, pluies acides, etc.) en relation avec les systèmes solaires. En moyenne, un m2 de capteur solaire thermique permet d'éviter l'émission d'une tonne de CO2 par an.
  • Entretien facile. La durée de vie des systèmes solaires thermiques est supérieure à 25 ans et l'entretien requis, bien que nécessaire, est l'intensité beaucoup plus faible que dans le cas des systèmes conventionnels.

Cependant, l'installation de systèmes thermiques présente un inconvénient: l'installation du même système conventionnel est requise comme ce serait le cas si les capteurs solaires n'étaient pas installés. Parfois, il est problématique de les assembler dans des bâtiments existants en raison de leur manque de prévoyance au niveau du projet.

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Références

Dernier examen: 17 avril 2018