L'énergie solaire thermique consiste en la transformation de les rayons du soleil en énergie thermique. C'est une forme d’énergie renouvelable, durable et respectueuse de l'environnement.
Cette façon de produire de l'énergie peut être appliquée dans les maisons et les petites installations et dans les grandes centrales électriques.
Il existe trois types d'énergie solaire thermodynamique:
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Haute température. Dans les centrales solaires thermiques pour la production d'électricité. Elles fonctionnent à des températures supérieures à 500 ºC (773 kelvin).
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Température moyenne. Ces systèmes utilisent des appareils qui concentrent le rayonnement solaire pour obtenir des températures plus élevées; entre 100 et 300 °C.
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Basse température. Ce serait le cas des installations dans les maisons. Dans ce cas, l'énergie thermique est utilisée directement. Ils fonctionnent avec des températures inférieures à 65 degrés Celsius. Les chauffe-eau solaires utilisent ce système.
Comment l'énergie solaire thermique est-elle obtenue? Types de capteurs thermiques
Un capteur solaire est un type de panneau solaire pour l'énergie solaire thermique. Ils sont également appelés panneaux solaires thermiques.
Les capteurs transforment l'énergie solaire en énergie thermique. Il existe trois types de capteurs en fonction de leur utilisation:
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Le capteur solaire plan. C'est le capteur solaire le plus répandu. Des augmentations de température de 60 degrés Celsius peuvent être obtenues à un coût réduit. Il est utilisé pour produire de l’eau chaude sanitaire et pour fournir de système de chauffage solaire.
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Capteurs solaires thermiques non vitrés. Il est fréquent de chauffer l'eau des piscines. L'augmentation de température est faible, autour de 30 degrés Celsius. Ils sont moins chers que les capteurs solaires plats.
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Capteurs solaires sous vide. Ils sont constitués de tubes métalliques qui recouvrent le tube métallique qui contient le liquide caloporteur, laissant entre eux une chambre qui fait office d'isolant. Ils ont des performances très élevées, mais leur coût est également élevé.
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Capteurs solaires avec systèmes de concentration de rayonnement. Ils sont utilisés pour les installations qui nécessitent des températures plus élevées. Des panneaux solaires sous formes paraboliques ou semi-cylindriques sont utilisés.
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Capteurs avec systèmes de suivi du soleil, leur position et leur inclinaison varient tout au long de la journée pour maintenir une position perpendiculaire au rayonnement solaire reçu.
Centrale solaire thermique. Comment ça marche?
Dans les centrales solaires thermiques, le rayonnement solaire est concentré à un moment donné pour générer de la vapeur. Avec la vapeur, une turbine à vapeur est alimentée. Avec lui, vous obtenez un travail mécanique. Enfin, la turbine est connectée à un générateur électrique.
Le fonctionnement d'une centrale solaire thermique est très similaire à celui d'une centrale thermique à charbon ou nucléaire. La différence réside dans la manière de générer de la chaleur pour obtenir de la vapeur.
Dans une centrale thermique, la chaleur provient de la combustion de combustibles fossiles. En revanche, l'énergie est obtenue par fission d'uranium. Dans notre cas, l'énergie initiale provient du Soleil.
Les performances thermodynamiques sont faibles, mais le prix du carburant est nul.
Contrairement aux centrales solaires photovoltaïques, seule l'énergie solaire est utilisée comme source de chaleur.
Schéma d'énergie solaire thermique pour une maison
Ces types d'installations sont des systèmes solaires thermiques à basse température.
Le schéma de base d'une installation d'énergie solaire thermique est le suivant:
Ce sont deux circuits fermés avec un échangeur de chaleur. Dans le primaire, le fluide froid traverse le panneau solaire. Le rayonnement solaire le chauffe. Avec la température élevée, il va à un échangeur où il transfère la chaleur au circuit secondaire. Répétez à nouveau le cycle.
Dans le circuit secondaire, le fluide caloporteur, après avoir reçu la chaleur dans l'échangeur, va à l'accumulateur. La chaleur est transférée à l'accumulateur par contact thermique mais sans mélange. Une fois froid, il retourne à l'échangeur de chaleur.
L'eau qui va être utilisée dans l'installation circule et est stockée dans l'accumulateur. Il peut s'agir d'eau sanitaire ou d'eau de chauffage.
Ballon de stockage
Ce système consiste à stocker l'énergie thermique dans un ballon de stockage pour une utilisation ultérieure. L'eau chaude obtenue grâce au système de collecte est acheminée jusqu'à l'endroit où elle va être utilisée.
Comme le temps 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 de soleil pour accumuler de l'énergie thermique sous forme d'eau chaude.
Le système de stockage d'énergie thermique est composé d'un ou plusieurs réservoirs d'eau chaude. La taille des réservoirs de stockage doit être proportionnelle à la consommation estimée et couvrir la demande d'eau chaude pendant un ou deux jours.
Système de distribution
Une fois que les capteurs solaires ont chauffé le liquide caloporteur en augmentant son énergie thermique, nous pouvons transférer cette énergie thermique vers d'autres sources plus froides.
Ce système comprend tous les éléments destinés à la distribution du caloporteur et au conditionnement pour la consommation.
Le système de soutien fait également partie de ce système. Le système de support est basé sur des énergies conventionnelles pour fournir de l'énergie en l'absence de soleil ou lors de pics de forte demande.
Systèmes conventionnels de soutien à l'énergie
Les installations d'énergie solaire thermique nécessitent des systèmes de support conventionnels en prévision du manque de rayonnement solaire ou d'une consommation supérieure à celle dimensionnée.
Dans la plupart des cas, les installations sont conçues pour fournir entre 60 et 80% de l'eau chaude demandée. Cependant, dans les zones à forte insolation tout au long de l'année, le pourcentage de contribution est généralement plus élevé.
Ces systèmes de soutien énergétique peuvent provenir de différentes sources:
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Directement depuis le réseau de la compagnie d'électricité elle-même.
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Autres sources d'énergie renouvelables. Par exemple, l'énergie éolienne ou l'hydroélectricité.
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Sources d'énergie non renouvelables. Les sources d'énergie non renouvelables peuvent provenir de dérivés de combustibles fossiles. Des chaudières à granulés ou à biomasse sont utilisées dans certaines installations.
Dans les mois où le rayonnement solaire est le plus faible, 60% des besoins ne sont pas couverts. Au contraire, en été, il atteint pratiquement 100%.
L'objectif avec lequel les installations solaires thermiques sont conçues est de couvrir au minimum 60% des besoins énergétiques annuels selon les zones géographiques.
Viser à couvrir plus de 60% ou 70% par an nécessiterait de placer un très grand champ solaire. Ce serait si cher qu'il ne serait jamais amorti.
En revanche, dans les mois de plus forte radiation solaire, un excédent de production serait généré qui ne pourrait pas être utilisé. Cela entraînerait également des problèmes de surchauffe.