Concentrateur Solaire en Forme de Plat
Un autre type de collecteur solaire concentrateur qui reflète et concentre optiquement l’énergie solaire incidente du soleil sur une petite zone de réception en utilisant des miroirs ou des lentilles est appelé un Collecteur Solaire en Plat, ou plus techniquement, un collecteur à point focal.
En concentrant la lumière du soleil sur un seul point, l’intensité de l’énergie solaire reçue est multipliée plusieurs fois, chaque miroir ou lentille agissant comme un soleil unique briller directement au même point focal sur le plat, ce qui signifie qu’une puissance globale plus importante par mètre carré de plateforme est atteinte.
Le facteur de concentration, également connu sous le nom de « nombre de soleils », d’un collecteur solaire en plat peut dépasser 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 du plat et son emplacement.
Contrairement au collecteur solaire précédent qui avait la forme d’un long trough, un collecteur solaire parabolique en forme de plat ressemble beaucoup à une grande antenne satellite ou à une antenne radar, ce qui le rend beaucoup plus petit qu’un collecteur en trough. Le plat parabolique, généralement appelé « concentrateur solaire », est le principal élément solaire de ce type de système de chauffage solaire.
Réflexion Solaire du Plat
Le plat solaire est formé en une forme paraboloïdale en étant découpé dans du métal mince ou de l’aluminium fin recouvert de mylar, et peut avoir un diamètre variant de quelques pieds à plusieurs mètres. Le plat parabolique collecte l’énergie solaire entrante directement du soleil et la concentre ou la focalise sur une petite zone de point focal située devant le plat.
Le plat parabolique est couvert de nombreux petits miroirs réfléchissants autour de sa forme pour aider à concentrer l’énergie thermique en un seul point focal où se trouve l’absorbeur de chaleur, produisant ainsi plus d’énergie thermique globale par mètre carré de plat.
Ces miroirs hautement polis peuvent réfléchir plus de 90 % de la lumière du soleil qui les frappe, augmentant l’efficacité du plat de plus de 20 % par rapport au collecteur à trough parabolique. Les miroirs sont généralement utilisés au lieu d’un seul plat hautement poli car ils sont relativement peu coûteux, peuvent être facilement nettoyés et durent longtemps dans un environnement extérieur extrême, ce qui en fait un excellent choix pour la surface réfléchissante d’un collecteur solaire en plat. De plus, les miroirs individuels peuvent être facilement remplacés en cas de dommage.
En plus du collecteur solaire en plat, une forme de récepteur thermique est nécessaire pour convertir le faisceau concentré d’énergie solaire intense en chaleur. Le récepteur solaire peut être aussi simple qu’un petit tube évacué ou un moteur thermique solaire plus complexe, comme un générateur Stirling.
En raison des températures très élevées au point focal, un fluide de type huile thermique est généralement utilisé au lieu de l’eau à l’intérieur du récepteur, qui transfère la chaleur intense créée en concentrant la lumière du soleil sur le récepteur. Comme les collecteurs à trough, les collecteurs solaires en plat peuvent être utilisés seuls ou reliés entre eux pour des applications industrielles plus importantes.
Les systèmes de type Collecteur Solaire en Plat peuvent également faire partie d’une autre technologie solaire appelée un système « moteur de plat solaire ». La partie plat d’un système moteur de plat solaire est très similaire à celle décrite ci-dessus, mais peut inclure de nombreux miroirs paraboliques individuels mais plus petits au lieu d’un seul grand plat, tous inclinés et focalisés vers le même point focal.
Moteur de Collecteur Solaire en Plat
Comme leur nom l’indique, les collecteurs solaires moteur de plat incluent un type spécial de moteur solaire intégré dans le récepteur solaire. Ce que l’on appelle moteur à chaleur est entraîné par l’énergie thermique solaire, la convertissant en sortie mécanique rotative par la compression cyclique du gaz de travail du moteur, qui est généralement de l’hélium ou de l’hydrogène.
La puissance mécanique produite est ensuite utilisée pour entraîner directement un générateur électrique ou un alternateur produisant une quantité significative d’énergie électrique alternative. Ces types de moteurs thermiques alimentés par solaire sont communément appelés Moteur Stirling, en l’honneur de son inventeur Robert Stirling en 1817.
Les moteurs Stirling appartiennent au groupe des machines à gaz chaud en boucle fermée qui fonctionnent sur le principe fondamental qu’un gaz changera de volume lorsqu’il est soumis à une variation de chaleur, produisant une compression isothermique de gaz froid et une expansion isothermique du gaz chaud à un volume constant. Ce changement de température, et donc le fonctionnement continu du moteur, est produit en déplaçant le gaz entre deux chambres différentes produisant une température constamment élevée et une température constamment basse.
L’efficacité et le fonctionnement du moteur à chaleur Stirling sont déterminés par la température de fonctionnement du gaz, qui est maintenue entre 650oC et 750oC. Pour maintenir en permanence le rayonnement solaire réfléchi au bon point focal et à la bonne température tout au long de la journée, un système de suivi solaire à deux axes est utilisé avec le plat, qui fait tourner en permanence le concentrateur solaire.
Comme les autres types de technologies de collecteurs solaires concentrateurs, les collecteurs solaires pratiques en plat ou les collecteurs Stirling ne conviennent pas aux systèmes d’eau chaude domestiques en raison de leur taille, de leur coût et de leurs très hautes températures de fonctionnement. Comme avec un réflecteur à trough parabolique, ou des systèmes solaire en plat/Stirling. Ils sont également modulaires dans leur conception, ce qui leur permet d’être connectés ensemble pour former un champ de collecteurs où ils sont connectés en rangées parallèles variant de quelques kilowatts à des dizaines de mégawatts.
Collecteur Solaire en Plat Comme Cuisinier
En plus d’utiliser des collecteurs solaires en plat pour générer de l’électricité à très haute température, le type de plat solaire parabolique concentré peut également être utilisé pour cuisiner des aliments. Un ancien plat satellite de un mètre de diamètre recouvert de papier d’aluminium peut être transformé en cuisinière solaire avec une casserole en fonte noire placée à son point focal. En fait, un cuiseur solaire paraboloïde peut même être fabriqué à l’aide d’un parapluie et en recouvrant l’intérieur de papier d’aluminium ordinaire, mais son efficacité serait limitée.
Les cuiseurs solaires peuvent être utilisés lors de campeurs ou dans des zones reculées pour faire bouillir de l’eau, frire des œufs, ou cuire des gâteaux et des pains à des températures bien supérieures à 200oC. Ces températures sont suffisamment chaudes pour cuire la plupart des aliments sans danger d’incendie.
Les cuiseurs solaires et les fours sont relativement peu coûteux et faciles à fabriquer pour des applications de cuisson à distance, même des versions pour sac à dos sont vendues pour le camping. Cependant, les cuiseurs solaires nécessitent un ajustement fréquent pour rester concentrés sur le soleil ainsi qu’une supervision pour une opération sûre.
Un mot d’avertissement concernant l’utilisation des cuiseurs solaires, le point focal et la casserole de cuisson deviennent très chauds, donc il est conseillé de porter des lunettes de soleil de bonne qualité et des gants, car l’éblouissement de l’énergie solaire concentrée peut provoquer de graves brûlures ou endommager gravement les yeux. Il est donc préférable d’éviter de se tenir du côté ensoleillé d’un collecteur solaire en plat.
Dans le prochain tutoriel sur le Chauffage Solaire, nous examinerons un autre type de collecteur thermique solaire conçu pour concentrer encore plus le rayonnement solaire reçu en un seul point focal à l’aide d’un ensemble de miroirs ajustables autour de sa base.
Ce type de collecteur thermique solaire peut atteindre des températures bien dans les milliers de degrés et est généralement connu sous le nom de Tour Solaire. Les tours solaires concentrent l’énergie du soleil sur un seul point suffisamment chaud pour faire fondre du sel.