Énergie Solaire Concentrée pour de l’Eau Très Chaude
Les capteurs thermiques solaires convertissent le rayonnement solaire en énergie thermique. La plupart des gens sont familiers avec les panneaux solaires plans situés sur les toits, fournissant de l’eau chaude et du chauffage pour la maison. Cependant, l’énergie solaire concentrée amène le chauffage de l’eau à un tout autre niveau, car les températures thermiques qu’elle peut potentiellement produire peuvent être très élevées.
En général, le verre utilisé pour sceller et couvrir la plaque d’absorbeur et les tuyaux à l’intérieur est souvent d’un type à faible oxydant de fer, qui possède un traitement anti-réfléchissant afin de réduire les pertes d’absorption et de réflexion. Qu’importe le type de verre ou le traitement du verre utilisé, l’utilisation d’un verre de couverture réduit la transmission du rayonnement solaire vers la plaque d’absorbeur, diminuant ainsi son efficacité.
Il est cependant possible d’améliorer considérablement la quantité d’énergie absorbée en concentrant et en intensifiant davantage de lumière solaire sur le collecteur solaire grâce à une technique appelée Énergie Solaire Concentrée.
Qu’est-ce que l’Énergie Solaire Concentrée
L’Énergie Solaire Concentrée, également connue sous le nom de puissance solaire thermique concentrée, ou simplement CSP, est une technologie qui utilise des miroirs, des réflecteurs ou des lentilles pour concentrer l’énergie rayonnante du soleil en un seul faisceau ou point.
L’énergie thermique produite à partir de la lumière solaire concentrée est utilisée pour atteindre des températures très élevées afin de créer de la vapeur, qui peut ensuite être utilisée pour entraîner une turbine et générer de l’électricité.
Un exemple simple de ce qu’est l’énergie solaire concentrée serait un enfant utilisant une loupe pour focaliser la lumière du soleil sur une zone spécifique en dessous, produisant une chaleur intense au point focal. Mais cette fois-ci, l’objectif du concentrateur est de chauffer de l’eau et non des fourmis ou tout autre insecte malchanceux.
Le niveau de température pouvant être atteint à l’aide de collecteurs thermiques plans non concentrants est limité, même avec des collecteurs à tubes sous vide haut de gamme. En concentrant la lumière solaire, des températures très élevées peuvent être générées à un point spécifique, augmentant considérablement l’efficacité du système, le CSP étant installé tant pour des applications domestiques qu’industrielles.
Le facteur de concentration, également connu sous le nom de « nombre de soleils », d’un collecteur solaire concentrant peut être supérieur à 1 000 soleils, atteignant des températures au point focal du récepteur (appelé « cible ») approchant plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de degrés Celsius, selon la taille de la parabole et son emplacement solaire. La chaleur produite peut alors être utilisée pour de l’eau chaude conventionnelle ou pour produire de la vapeur surchauffée, similaire à une tour solaire pour entraîner des générateurs électriques.
Ainsi, l’énergie solaire concentrée utilise l’énergie lumineuse du soleil et la convertit en chaleur, contrairement aux panneaux photovoltaïques qui utilisent la lumière du soleil (irradiance), plutôt que son énergie pour être convertie directement en électricité.
Le design de l’énergie solaire concentrée est simple, utilisant des matériaux réfléchissants tels que des miroirs et des métaux polis. Les concentrateurs solaires peuvent être très puissants avec les principaux types de systèmes « Énergie Solaire Concentrée » étant : les Trous Paraboliques et les Paraboles Paraboliques.
Comment Rendre l’Énergie Solaire Concentrée
Le système à Trou Parabolique, également appelé collecteur à concentration linéaire, concentre l’énergie solaire en utilisant des miroirs à l’intérieur du trou pour focaliser (ou rediriger) le rayonnement solaire capturé sur la grande surface du trou, le focalisant, ou plus généralement « le concentrant » sur un point central pour chauffer le fluide à l’intérieur et créer de l’eau chaude.
Le collecteur à trou parabolique tire son nom du fait que le concentrateur solaire est un trou réfléchi courbe qui reflète la lumière directe du soleil sur un tuyau ou une plaque unique contenant un fluide de transfert thermique, généralement de l’eau. Le tuyau thermique est positionné au-dessus du réflecteur à son point focal et court en parallèle avec lui. L’eau qui circule dans le tuyau est chauffée par la lumière concentrée et est ensuite stockée dans des réservoirs d’eau chaude.
Pour les systèmes d’énergie solaire concentrée de type commercial, un fluide de transfert thermique conducteur, généralement de l’huile, passe par un échangeur de chaleur créant de la vapeur pour faire fonctionner un générateur à vapeur conventionnel afin de produire de l’électricité. Des champs de collecteurs solaires sont créés lorsque ces collecteurs de puissance solaire concentrée sont modulaires, ce qui signifie qu’ils peuvent être liés ensemble en rangées pour produire plus d’eau chaude que ne le pourrait un trou individuel.
Chaque trou parabolique peut être incliné et est libre de bouger pour suivre la position du soleil, maintenant ainsi le focus du rayonnement solaire sur le tuyau tout au long de la journée, augmentant l’énergie solaire reçue par un facteur de plus de deux, ce qui signifie plus de chaleur globale par mètre carré de trou solaire.
La Parabole Parabolique, également connue sous le nom de système de concentration à point distribué, utilise une grande parabole réfléchissante, similaire en fonction à une antenne satellite de télévision, pour concentrer la lumière sur un récepteur positionné au-dessus de la parabole. Les miroirs réfléchissants en forme de parabole concentrent le rayonnement solaire sur un point focal central pour augmenter l’énergie solaire concentrée.
Comme le concentrateur de trou parabolique, la parabole parabolique est mobile, lui permettant de suivre la position du soleil dans le ciel de sorte que ses rayons incidents soient toujours perpendiculaires à la zone d’ouverture, maintenant un focus optimal.
L’eau située au point focal est chauffée et pompée dans la maison où la chaleur est libérée et est renvoyée au point de concentration solaire pour être réchauffée.
Le principal usage d’un réflecteur à parabole parabolique est d’augmenter la quantité de flux solaire sur le point focal des dishes, produisant beaucoup plus d’énergie thermique. Les systèmes de paraboles parabolique peuvent également être utilisés comme partie d’une autre technologie solaire appelée « générateur à moteur Stirling ». Les systèmes de dish et de moteur Stirling sont utilisés pour générer de l’énergie électrique.
Il a été constaté que les concentrateurs solaires ont des réflecteurs polis ou mirroités qui focalisent la lumière du soleil sur un point central. Les technologies d’énergie solaire concentrée (CSP) concentrent l’énergie solaire pour produire de la chaleur à haute température qui est ensuite convertie en électricité avec des miroirs paraboliques utilisés pour des applications industrielles, commerciales et domestiques. Cependant, la puissance solaire concentrée de ce type n’est pas garantie et n’est pas un processus actif 24 heures sur 24, car le soleil ne brille pas toujours.
Quels sont les Avantages de la CSP
Il est clair que l’avantage le plus évident de l’énergie solaire concentrée est qu’étant générée par le soleil, elle est entièrement renouvelable. L’énergie thermique du soleil ne sera jamais épuisée et peut donc être utilisée en continu durant les heures de clarté, en faisant une source d’énergie durable.
De plus, contrairement à la combustion des combustibles fossiles qui émettent du dioxyde de carbone (CO2) lorsqu’ils sont brûlés, la CSP produit très peu d’émissions de gaz à effet de serre pendant son fonctionnement, ce qui est plus bénéfique pour l’environnement. Cela contribue à réduire les impacts du changement climatique et notre empreinte carbone.
Bien que l’énergie solaire concentrée ait de nombreux avantages par rapport à un collecteur plateforme ou des collecteurs à tubes sous vide pour produire de l’eau chaude solaire, même les endroits les plus ensoleillés de la terre subissent des périodes de couverture nuageuse. Ainsi, les jours nuageux et les périodes nocturnes peuvent considérablement réduire la génération d’énergie.
De plus, en plus de sa dépendance aux conditions météorologiques, la poussière, les oiseaux et la lumière solaire intermittente contribuent tous à des inefficacités dans ce type de système, entraînant un nettoyage accru des tranchées et des dishes réfléchissantes.
Un des principaux avantages que les concentrateurs solaires ont sur les autres systèmes thermiques solaires standard est qu’ils nécessitent beaucoup moins d’espace. Par exemple, si vous pouvez concentrer la lumière du soleil à des niveaux de 100 soleils, vous pourriez potentiellement créer un faisceau de lumière solaire ayant 100 fois plus d’énergie que celle de la lumière du soleil habituelle. Cela signifie qu’un système de concentrateur solaire avec une amplification de 100 soleils pourrait potentiellement être 100 fois plus petit qu’un design thermique solaire conventionnel.
Cependant, les centrales solaires thermiques concentrées de type industriel à grande échelle peuvent occuper des superficies importantes, ce qui pourrait perturber les habitats. L’installation de centrales CSP dans des endroits éloignés peut nécessiter une infrastructure étendue pour acheminer l’énergie produite vers les centres urbains où elle est nécessaire.
Les Énergies Solaires Concentrées, utilisant des trous paraboliques ou des paraboles paraboliques, ne brûlent aucun combustible fossile et produisent zéro émission de gaz à effet de serre pendant la conversion de l’énergie solaire. Elles représentent également une technologie éprouvée et fiable. Les concentrateurs solaires ont une concentration maximale atteignable qui peut être encore augmentée en utilisant des concentrateurs et des systèmes de suivi plus sophistiqués ou élaborés.
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