Conversion du rayonnement solaire en courant électrique. Schéma, description

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Conversion du rayonnement solaire en courant électrique. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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À la fin du XXe siècle, l’humanité avait développé et maîtrisé un certain nombre de principes permettant de convertir l’énergie thermique en énergie électrique. Elles peuvent être divisées en méthodes avec ou sans machine. Ces dernières sont souvent appelées méthodes de conversion directe d'énergie, car elles n'impliquent pas l'étape de conversion de l'énergie thermique en travail mécanique.

Conversion mécanique de l'énergie solaire en électricité Parmi les machines de conversion, les plus connues sont les turbines à vapeur et à gaz, qui fonctionnent depuis un siècle dans toutes les centrales thermiques et nucléaires au sol. Ils conviennent également au travail dans l'espace, mais dans ce cas, un échangeur de chaleur spécial est requis - un radiateur qui fait office de condenseur de vapeur. De plus, si dans une installation de turbine à vapeur au sol, la chaleur de condensation est évacuée par la circulation de l'eau, alors dans des conditions spatiales, l'évacuation de la chaleur de la vapeur ou du gaz évacué dans une turbine (s'il s'agit d'une turbine à gaz) n'est possible que par rayonnement. La centrale électrique doit donc être fermée.

Le diagramme schématique d'une unité fermée de turbine à gaz (CGTU) est illustré à la Fig. 1, une. Ici, le rayonnement solaire collecté par le concentrateur 1 à la surface de la chaudière solaire 2 chauffe le fluide de travail - gaz inerte à des températures de l'ordre de 1200-1500 K et, sous la pression créée par le compresseur 3, fournit du gaz chaud au aubes de la turbine à gaz 4, qui entraîne le générateur électrique à courant alternatif 5. Le gaz évacué dans la turbine pénètre d'abord dans le régénérateur 6, où il réchauffe le gaz de travail après le compresseur, facilitant ainsi le fonctionnement du réchauffeur principal - la chaudière solaire , puis est refroidi dans le réfrigérateur - émetteur 7. Comme le montrent les essais au sol d'une installation de turbine à gaz de trois kilowatts réalisés en 1977 sur un concentrateur parabolique biseauté de cinq mètres à l'Institut physico-technique de l'Académie des sciences d'Ouzbékistan, les installations de ce type sont très maniables, atteindre la vitesse nominale (36000 1 tr/min) n'a pris pas plus d'une minute à partir du moment où la tache solaire a été placée sur la cavité de la chaudière cylindrique. Le rendement de cette installation était de 11%.

Il peut sembler que pour les centrales solaires utilisant de l'énergie gratuite, le rendement n'est pas aussi important que pour les moteurs thermiques traditionnels fonctionnant au combustible organique. Cependant, il n'en est rien, car les dimensions et le poids des parties les plus volumineuses et les plus lourdes des centrales solaires spatiales - le concentrateur et le réfrigérateur - émetteur - dépendent principalement de l'efficacité de l'installation.

Il est possible de créer une centrale électrique avec un convertisseur à turbine à vapeur (Fig. 1b).

Transformer le rayonnement solaire en courant électrique
Fig. 1. Schémas schématiques des installations électriques de turbine solaire à gaz (a) et de turbine à vapeur (b)

Ici, l'énergie solaire collectée par le concentrateur 1 chauffe le fluide de travail dans la chaudière solaire 2, qui se transforme en vapeur saturée puis surchauffée, qui se détend dans la turbine 4, qui se connecte au générateur électrique 5. Après condensation dans le refroidisseur- radiateur 7 de la vapeur évacuée dans la turbine, son condensat, comprimé par la pompe 8, entre à nouveau dans la chaudière. L'apport et l'évacuation de chaleur dans cette installation s'effectuant de manière isotherme, les températures moyennes d'apport et d'évacuation s'avèrent plus élevées que dans une centrale à turbine à gaz (aux mêmes températures d'apport de chaleur), et les zones spécifiques du radiateur et concentrateur peut s'avérer inférieur à celui d'une CCCG.

L'installation américaine de turbine solaire à vapeur « Tournesol », d'objectif similaire, avait un rendement de 12 % avec une surface spécifique du réfrigérateur-émetteur de l'ordre de 1 kW/m2. Avec de telles caractéristiques d'un SES de 10 GW (c'est exactement la puissance requise par les plus grandes mégalopoles du monde aujourd'hui), il faudrait un réfrigérateur-émetteur d'une superficie de 10 km2. Les centrales électriques équipées de machines à pistons à cycle fermé sont comparativement moins développées expérimentalement.

Un inconvénient commun à tous les convertisseurs de machines est la présence de pièces rotatives, ce qui crée des problèmes pour maintenir une orientation constante de la station.

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