Une centrale solaire thermique ou centrale solaire thermique est une installation industrielle basée sur la concentration du rayonnement solaire pour produire de l' électricité.
Ces types de centrales électriques ont le même principe de fonctionnement que les centrales thermiques conventionnelles, mais à la différence que la source de chaleur n'est pas les combustibles fossiles mais plutôt l'énergie solaire.
L'énergie solaire est une source d'énergie renouvelable. C'est donc une alternative à l'émission de gaz à effet de serre des centrales thermiques conventionnelles.
Ne pas confondre avec les centrales solaires photovoltaïques. Les deux sont des centrales dessinées pour la production d'électricité mais les thermiques utilisent la chaleur du soleil et les panneaux photovoltaïques utilisent l'effet photovoltaïque pour obtenir un courant électrique.
En plus, il y a des installations solaires thermiques qui ne génèrent pas d'électricité. Ces centrales utilisent des panneaux solaires thermiques tels que les panneaux plans vitrés, ou les tubes sous vide pour obtenir un stockage thermique.
Chaîne de conversion énergétique
La chaîne de conversion énergétique d'une centrale solaire thermique est:
Énergie solaire en forme de radiation.
Énergie thermique.
Énergie mécanique.
Énergie électrique.
Comment fonctionne une centrale solaire thermique ?
Le fonctionnement des centrales solaires thermodynamiques repose sur l'obtention de chaleur à partir du rayonnement solaire et son transfert vers un milieu caloporteur, généralement de l'eau.
Un ensemble de capteurs solaires réfléchit le rayonnement solaire en un point pour chauffer un fluide. De cette façon, le liquide atteint des températures de 300ºC à 1000ºC, qui serviront à générer de la vapeur à l'aide d'un échangeur de chaleur.
Ensuite, nous pouvons utiliser la vapeur générée pour entraîner des turbines à vapeur convertissant l' énergie thermique en énergie mécanique. Enfin, les turbines sont reliées à un générateur électrique pour produire de l'électricité.
Plus la température est élevée, plus les performances de la centrale solaire thermique sont élevées.
Systèmes solaires thermiques à concentration
La captation et la concentration des rayons solaires se font à l'aide de miroirs à orientation automatique qui pointent vers une tour centrale où le fluide est chauffé. De plus, certaines centrales solaires thermiques utilisent des mécanismes à géométrie parabolique plus petite tels que les miroirs cylindro-paraboliques.
L'ensemble de la surface réfléchissante et de son dispositif d'orientation est appelé héliostat.
Quels sont les types de centrales solaires thermiques ?
Il existe différentes technologies de production d'énergie solaire pour les centrales solaires thermiques. Nous avons différents types de centrales solaires thermiques en fonction de la technologie utilisée. Ce sont les principaux :
La centrale solaire thermique à auges paraboliques
Cette technologie utilise des miroirs concaves montés dans un canal pour diriger les rayons du soleil dans le fluide.
Les miroirs concentrent les rayons solaires reçus sur un tuyau dans lequel circule un fluide caloporteur. Ce fluide acquiert toute l'énergie solaire et est transporté vers un échangeur. C'est là qu'il va transférer l'énergie thermique pour sa transformation. Ce processus sera destiné à la génération d' énergie électrique, ou il sera stocké pour une utilisation ultérieure.
Les deux procédés font partie de ce type de centrale solaire thermique.
Les miroirs concaves sont dits paraboliques à travers des collecteurs. Ceux-ci sont montés sur une structure capable de les faire tourner. L'objectif de ce système est de suivre la trajectoire solaire pendant le maximum d'heures solaires possibles à l'emplacement de la centrale solaire.
Actuellement, la centrale solaire thermique parabolique est le type le plus répandu dans le monde.
Héliostats avec un récepteur central de tour d'énergie solaire
Il nécessite une grande surface où les héliostats sont placés et répartis à la surface de la plante.
Les héliostats sont de grands miroirs de surface montés sur une structure. Ils peuvent tourner dans deux directions. L'objectif est de capter les rayons du soleil suivant la trajectoire du soleil et reflétant les rayons du soleil en un point précis. Cette réflexion va vers une tour centrale de l'installation.
En raison de ce phénomène, nous pouvons nous concentrer à haute température au même point.
Cette technologie présente une grande difficulté. Chaque héliostat a un emplacement différent concernant le foyer de la tour.
Miroirs de Fresnel
Les centrales solaires thermiques à réflecteurs Fresnel linéaires montent des miroirs plats sur une structure. De cette manière, la rotation du miroir dans un axe permet de suivre la trajectoire solaire et de focaliser la captation sur le conduit qui contient le fluide caloporteur.
Ce type de centrale solaire thermique est en cours de développement et de meilleurs résultats sont attendus. Il est basé sur les expériences de parabolique à travers les plantes.
Quel est le rendement d'une centrale solaire thermique ?
L'efficacité d'un système d'énergie solaire à concentration dépendra des facteurs suivants :
La technologie que nous choisissons pour convertir l'énergie solaire en énergie électrique.
La température de fonctionnement du dissipateur thermique.
Il y a des pertes thermiques dans le système.
La présence ou l'absence d'autres pertes du système
En plus de l'efficacité de conversion, le système optique concentrant la lumière solaire ajoute également des pertes supplémentaires.
L'efficacité de conversion maximale pour les systèmes de type « power tower », fonctionnant à des températures de 250 à 565 degrés Celsius, est de 23 à 35 %. Avec une turbine à cycle combiné, le rendement est plus élevé.
L'efficacité des systèmes paraboliques Stirling, qui fonctionnent à des températures de 550 à 750 degrés Celsius (277 à 477 degrés Kelvin), offre une efficacité d'environ 30 %.
Du fait de la variation de l'incidence du soleil au cours de la journée, le rendement moyen de conversion atteint n'est pas égal à ces rendements maximaux.
Les rendements nets annuels sont d'environ 7 à 20 % pour les systèmes de tours à énergie solaire et de 12 à 25 % pour les systèmes de paraboles Stirling.
Quels sont les effets environnementaux des centrales solaires thermiques ?
La production d'énergie électrique par le biais d'une centrale solaire thermique à une série d'effets environnementaux, notamment dans :
La forte consommation d'eau.
Les grandes surfaces occupées.
L'utilisation de matières dangereuses.
Il a des effets néfastes sur les oiseaux.
L'eau est généralement utilisée pour refroidir et nettoyer les miroirs. Des agents de nettoyage (acide chlorhydrique, acide sulfurique, acide nitrique, fluorure d'hydrogène, acétone et autres) sont également utilisés pour nettoyer les surfaces réfléchissantes.
Certains projets étudient diverses approches pour réduire la consommation d'eau et les agents de nettoyage, y compris les barrières, les revêtements antiadhésifs sur les miroirs, les systèmes de brouillard d'eau et autres.
Effets sur la faune et les oiseaux
Les insectes peuvent être attirés par la lumière vive causée par la concentration du rayonnement solaire. Le résultat est que les oiseaux insectivores se rapprochent et peuvent être brûlés s'ils volent près du point où la lumière est focalisée.
Ce problème affecte également les oiseaux de proie qui chassent les oiseaux.
