Types de centrales solaires : tour, disque, concentrateur parabolique-cylindrique, solaire-vide, combiné

Pour convertir l'énergie du rayonnement solaire ou en d'autres termes - chaleur et lumière solaires, en énergie électrique, depuis de nombreuses années, de nombreux pays du monde utilisent des centrales solaires. Il s'agit d'ouvrages d'art de conception différente, fonctionnant sur des principes différents selon le type de centrale.

Si quelqu'un, entendant la combinaison "centrale solaire", imagine une immense zone couverte de panneaux solaires, ce n'est pas surprenant, car ce type de centrales, appelées photovoltaïques, est aujourd'hui très populaire dans de nombreux foyers. Mais ce n'est pas le seul type de centrale solaire.

Toutes les centrales solaires connues aujourd'hui qui produisent de l'électricité à l'échelle industrielle sont divisées en six types : tours, plaques, photovoltaïques, concentrateurs paraboliques-cylindriques, solaires à vide et combinés.Examinons en détail chaque type de centrale solaire et prêtons attention aux structures spécifiques dans différents pays du monde.

Centrales électriques à tour

Centrale solaire - Une centrale solaire dans laquelle le rayonnement d'un système de concentration optique formé par un champ d'héliostats est dirigé vers un récepteur solaire monté sur une tour.

Les centrales électriques à tour étaient à l'origine basées sur le principe de l'évaporation de l'eau sous l'influence du rayonnement solaire. Ici, la vapeur d'eau est utilisée comme fluide de travail. Située au centre d'une telle station, la tour est surmontée d'un réservoir d'eau peint en noir pour mieux absorber à la fois le rayonnement visible et la chaleur. De plus, la tour dispose d'un groupe de pompage dont la fonction est d'alimenter en eau le réservoir. La vapeur, dont la température dépasse 500 ° C, fait tourner un turbogénérateur situé sur le territoire de la station.

Afin de concentrer le maximum possible de rayonnement solaire au sommet de la tour, des centaines d'héliostats sont installés autour d'elle, dont la fonction est de diriger le rayonnement solaire réfléchi directement vers le réservoir d'eau. Les héliostats sont des miroirs dont la superficie de chacun peut atteindre des dizaines de mètres carrés.

Héliostat [héliostat] — Un élément miroir plat ou focalisant d'un système de concentration optique ayant un dispositif d'orientation individuel pour diriger le rayonnement solaire direct réfléchi vers un récepteur de rayonnement solaire.

Montés sur des supports équipés d'un système de focalisation automatique, tous les héliostats dirigent le rayonnement solaire réfléchi directement vers le haut de la tour, vers le réservoir, car le positionnement fonctionne en fonction du mouvement du soleil au cours de la journée.

Le jour le plus chaud, la température de la vapeur produite peut monter jusqu'à 700 °C, ce qui est plus que suffisant pour le fonctionnement normal de la turbine.

Par exemple, en Israël, sur le territoire du désert du Néguev, d'ici la fin de 2017, la construction d'une centrale électrique avec une tour d'une capacité de plus de 121 MW sera achevée, la hauteur de la tour sera de 240 mètres (la tour solaire la plus haute du monde au moment de la construction). , et autour d'elle se trouvera un étage de centaines de milliers d'héliostats qui seront positionnés via le contrôle Wi-Fi. La température de la vapeur dans le réservoir atteindra 540°C. Le projet de 773 millions de dollars couvrira 1% des besoins en électricité d'Israël.

L'eau n'est pas la seule chose qui peut être chauffée par le rayonnement solaire dans la tour. Par exemple, en Espagne, en 2011, la centrale solaire à tour Gemasolar a été mise en service, dans laquelle un liquide de refroidissement au sel est chauffé. Cette solution permettait de chauffer même la nuit.

Le sel, chauffé à 565 ° C, pénètre dans un réservoir spécial, après quoi il transmet de la chaleur au générateur de vapeur, qui fait tourner la turbine. L'ensemble du système a une capacité nominale de 19,9 MW et est capable de fournir 110 GWh d'électricité (moyenne annuelle) pour alimenter un réseau de 27 500 foyers fonctionnant à pleine capacité 24 heures sur 24 pendant 9 mois.

Centrales du Lot

En principe, les centrales électriques de ce type sont similaires aux centrales à tour, mais sont structurellement différentes. Il utilise des modules séparés, chacun produisant de l'électricité. Le module comprend à la fois un réflecteur et un récepteur. Un ensemble parabolique de miroirs formant réflecteur est monté sur le support.

Amplificateur miroir - Un concentrateur de rayonnement solaire avec un revêtement miroir.Concentrateur spéculaire à facettes — Concentrateur spéculaire de rayonnement solaire composé de miroirs individuels de forme plate ou incurvée formant une surface réfléchissante commune.

Le récepteur est situé au foyer du paraboloïde. Le réflecteur se compose de dizaines de miroirs, chacun personnalisé individuellement. Le récepteur peut être un moteur Stirling combiné à un générateur, ou un réservoir d'eau qui est converti en vapeur, et la vapeur fait tourner la turbine.

Par exemple, en 2015, Ripasso, en Suède, a testé une unité hélithermique parabolique avec un moteur Stirling en Afrique du Sud. Le réflecteur de l'installation est un miroir parabolique composé de 96 pièces et d'une superficie totale de 104 mètres carrés.

L'accent était mis sur un moteur à hydrogène Stirling équipé d'un volant d'inertie et relié à un générateur. L'assiette tournait lentement pour suivre le soleil pendant la journée. En conséquence, le facteur d'efficacité était de 34% et chacune de ces «plaques» était en mesure de fournir à l'utilisateur 85 MWh d'électricité par an.

En toute justice, nous notons qu'au foyer de la "plaque" d'une centrale solaire de ce type, un conteneur d'huile peut être localisé, dont la chaleur peut être transférée au générateur de vapeur, qui, à son tour, fait tourner le turbine du générateur électrique.

Centrales solaires à tubes paraboliques

Là encore, le milieu chauffant est chauffé par un rayonnement réfléchi concentré. Le miroir se présente sous la forme d'un cylindre parabolique pouvant atteindre 50 mètres de long, situé dans la direction nord-sud et tourne en suivant le mouvement du soleil. Au foyer du miroir se trouve un tube fixe le long duquel se déplace l'agent de refroidissement liquide.Une fois que le liquide de refroidissement est suffisamment chaud, la chaleur est transférée à l'eau dans l'échangeur de chaleur, où la vapeur fait à nouveau tourner le générateur.

Concentrateur à couloir parabolique - Concentrateur à miroir du rayonnement solaire, dont la forme est formée par une parabole se déplaçant parallèlement à elle-même.

Dans les années 1980 en Californie, Luz International a construit 9 centrales de ce type, d'une capacité totale de 354 MW. Cependant, après plusieurs années de pratique, les experts sont arrivés à la conclusion qu'aujourd'hui les centrales paraboliques sont inférieures à la fois en termes de rentabilité et d'efficacité aux centrales solaires à tour et à plaques.

Cependant, en 2016, une centrale électrique a été découverte dans le désert du Sahara près de Casablanca. concentrateurs solaires, d'une capacité de 500 MW. Un demi-million de miroirs de 12 mètres chauffent le liquide de refroidissement à 393 ° C pour transformer l'eau en vapeur pour faire tourner les turbines des générateurs. La nuit, l'énergie thermique continue de fonctionner en étant stockée dans du sel fondu. De cette manière, l'Etat marocain envisage de résoudre progressivement le problème d'une source d'énergie respectueuse de l'environnement.

Centrales photovoltaïques

Stations à base de modules photovoltaïques, panneaux solaires. Ils sont très populaires et répandus dans le monde moderne. Les modules basés sur des cellules au silicium sont largement utilisés pour alimenter de petits sites, tels que des sanatoriums, des villas privées et d'autres bâtiments, où une station avec la puissance requise est assemblée à partir de pièces séparées et installée sur le toit ou sur un terrain d'une zone appropriée. Les centrales photovoltaïques industrielles sont capables de fournir de l'électricité aux petites villes.

Centrale solaire (SES) [centrale solaire] — Une centrale électrique conçue pour convertir l'énergie du rayonnement solaire en électricité.

Par exemple, en Russie, la plus grande centrale photovoltaïque du pays a été lancée en 2015. La centrale solaire "Alexander Vlazhnev", composée de 100 000 panneaux solaires, d'une capacité totale de 25 MW, est située sur une superficie de 80 hectares entre les villes d'Orsk et de Gai. La capacité de la centrale est suffisante pour alimenter en électricité la moitié de la ville d'Orsk, y compris les bâtiments commerciaux et résidentiels.

Le principe de fonctionnement de telles stations est simple. L'énergie des photons lumineux est convertie en courant dans une tranche de silicium ; l'effet photoélectrique intrinsèque de ce semi-conducteur a longtemps été étudié et accepté par les fabricants de cellules solaires. Mais le silicium cristallin, qui donne un rendement de 24 %, n'est pas la seule option. La technologie s'améliore constamment. Ainsi, en 2013, les ingénieurs de Sharp ont atteint une efficacité de 44,4 % à partir d'un élément à l'arséniure d'indium-gallium, et l'utilisation de lentilles de focalisation permet d'atteindre les 46 %.

Centrales solaires sous vide

Stations solaires de type absolument écologique. En principe, le flux d'air naturel est utilisé, ce qui se produit en raison de la différence de température (l'air à la surface de la terre est chauffé et se précipite vers le haut). En 1929, cette idée a été brevetée en France.

Une serre est en cours de construction, qui est un morceau de terre recouvert de verre. Une tour dépasse du centre de la serre, un grand tuyau dans lequel une turbine génératrice est montée. Le soleil chauffe la serre et l'air qui monte à travers le tuyau fait tourner la turbine.Le tirage reste constant tant que le soleil chauffe l'air dans un volume de verre fermé et même la nuit tant que la surface de la terre retient la chaleur.

Une station expérimentale de ce type a été construite en 1982, à 150 kilomètres au sud de Madrid, en Espagne. La serre mesurait 244 mètres de diamètre et le tuyau 195 mètres de haut. La puissance maximale développée n'est que de 50 kW. Cependant, la turbine a fonctionné pendant 8 ans jusqu'à ce qu'elle tombe en panne à cause de la rouille et des vents violents. En 2010, la Chine a achevé la construction d'une station de vide solaire capable de fournir 200 kW. Il occupe une superficie de 277 hectares.

Centrales solaires combinées

Ce sont les stations où les communications d'eau chaude et de chauffage sont connectées aux échangeurs de chaleur, en général elles chauffent l'eau pour divers besoins. Les stations combinées comprennent également des solutions combinées lorsque les concentrateurs fonctionnent en parallèle avec les panneaux solaires. Les centrales solaires combinées sont souvent la seule solution pour l'alimentation électrique alternative et le chauffage des maisons privées.