L'énergie solaire thermique est une technologie permettant de générer de l'énergie thermique en utilisant l'énergie du Soleil. Cette technologie est généralement utilisée par les centrales solaires thermiques pour obtenir de l'électricité.
L’énergie solaire thermique est une source d’énergie renouvelable et n’émet donc pas de gaz à effet de serre.
Ce processus de production d'électricité est réalisé dans ce que l'on appelle des centrales solaires thermoélectriques ou des centrales solaires thermiques. Les premières centrales solaires thermiques ont été construites en Europe et au Japon au début des années 1980.
Conversion de l'énergie solaire thermique en électricité
L'énergie solaire thermique est obtenue en convertissant la chaleur solaire en énergie utile. Ceci est réalisé grâce à diverses technologies.
- Les capteurs solaires paraboliques utilisent des miroirs réfléchissants incurvés pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur contenant un fluide thermique. La chaleur générée est utilisée pour produire de la vapeur et produire de l’électricité.
- Les centrales à tour solaire entourent une haute tour dotée de miroirs qui concentrent la lumière du soleil au sommet, chauffant un fluide thermique qui génère également de la vapeur pour la production d'électricité.
- L'antenne parabolique concentre la lumière solaire sur un récepteur central.
De plus, de nombreuses installations intègrent des systèmes de stockage thermique pour assurer une production continue d’énergie. Certaines centrales utilisent du sel fondu comme moyen de stockage thermique, permettant ainsi de produire de l'électricité même après le coucher du soleil.
De plus, il existe des systèmes basés sur des moteurs Stirling qui convertissent la chaleur solaire en électricité.
Différence entre l'énergie solaire thermique et photovoltaïque
La différence entre l’énergie solaire thermique et l’énergie solaire photovoltaïque réside dans la manière dont l’énergie est utilisée. L'énergie solaire thermique génère de l'énergie thermique et de l'électricité photovoltaïque.
L’énergie solaire thermique est utilisée pour produire de l’eau chaude sanitaire qui s’accumule dans les réservoirs d’eau des installations à basse température. Dans les centrales thermoélectriques, le rayonnement solaire est concentré pour générer de la vapeur avec de l'énergie thermique. La vapeur entraîne des turbines et produit de l'électricité.
En revanche, les panneaux solaires photovoltaïques ne produisent de l’électricité qu’avec un autre type de technologie : l’effet photoélectrique. Les panneaux solaires sont constitués d'un matériau qui, lorsqu'il est touché par un photon, libère un électron, générant ainsi un courant électrique.
Les deux types d’énergie peuvent être utilisés pour produire de l’électricité, mais avec des technologies différentes.
Exploitation d'une centrale solaire thermique
Le fonctionnement d’une centrale solaire thermique est similaire à celui d’une centrale thermique ou d’une centrale nucléaire. L’élément distinctif entre eux est le combustible ou la source de chaleur.
Les centrales thermiques utilisent des combustibles fossiles comme le charbon ou le gaz pour produire de la chaleur, les centrales nucléaires utilisent l'énergie nucléaire présente dans les atomes d'uranium pour générer de l'énergie thermique. En revanche, les centrales thermoélectriques utilisent le rayonnement solaire.
Les rayons du soleil sont concentrés par des miroirs dans un récepteur qui atteint des températures élevées pouvant atteindre 1 000 degrés Celsius. Cette énergie thermique est utilisée pour chauffer un fluide et générer de la vapeur. La vapeur générée, qui a une pression élevée, permet à une turbine à vapeur de se déplacer. Parallèlement, cette turbine entraîne un générateur qui se chargera de convertir l'énergie mécanique en électricité.
Techniques de concentration du rayonnement solaire
Il existe différents types de concentrateurs avec lesquels différentes températures maximales sont obtenues avec leurs efficacités thermodynamiques correspondantes. Ils sont les suivants:
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Concentrateur solaire cylindrique parabolique. Un concentrateur solaire cylindrique parabolique se compose d'un réflecteur parabolique linéaire qui concentre la lumière sur un récepteur positionné le long de la ligne focale du réflecteur.
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Réflecteur de Fresnel linéaire compact. Les réflecteurs de Fresnel sont constitués de nombreuses bandes de miroirs minces et plats qui concentrent la lumière du soleil sur des tubes dans lesquels le fluide de travail est pompé.
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Disque Stirling. Un disque de Stirling est un réflecteur qui suit le Soleil sur deux axes. En particulier, la parabole est un réflecteur parabolique unique qui concentre la lumière sur un récepteur positionné au point focal du réflecteur.
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Centrale solaire à tour centrale. Une centrale solaire à tour centrale se compose d'un ensemble de réflecteurs appelés héliostats qui concentrent la lumière du soleil sur un récepteur central installé sur une tour. Étant donné que la position relative du Soleil varie, les héliostats doivent avoir la capacité de se réorienter grâce au suivi sur deux axes.
Avantages et inconvénients
Comme toutes les technologies, les centrales solaires thermiques présentent des avantages et des inconvénients :
Avantages des centrales solaires thermiques
Le principal avantage est que le combustible utilisé est le rayonnement solaire. Une ressource gratuite et inépuisable. Pour cette raison, elle est considérée comme une énergie renouvelable. Concernant les centrales à énergie fossile, elles n’utilisent pas de combustibles fossiles, elles n’émettent donc pas de gaz à effet de serre et ne contribuent pas à aggraver le problème du changement climatique.
Inconvénients des centrales solaires thermiques
Le principal inconvénient est le calendrier et la météo, qui ne permettent pas de produire une quantité constante d’énergie électrique. Initialement, les premières centrales ne pouvaient fonctionner que pendant les heures d'irradiation solaire, mais il est aujourd'hui possible de stocker de la chaleur pendant la journée pour produire de l'électricité la nuit.
D'autre part, l'entretien de ces installations implique de nettoyer en permanence de grandes surfaces de réflecteurs. Pour cette raison, la consommation d’eau et de produits chimiques est abondante.