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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Installations d'énergie solaire. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Aujourd’hui, l’utilisation de l’énergie solaire se résume principalement à la production de chaleur solaire de faible qualité à l’aide de simples capteurs solaires plats. Par exemple, aux États-Unis en 1990, sur les 3,6 millions de GJ d’énergie produite à partir du rayonnement solaire, 3,5 millions de GJ étaient de la chaleur de faible qualité utilisée pour l’approvisionnement en eau chaude, le chauffage des piscines et, dans une moindre mesure, pour le chauffage. En Israël, en raison d'une loi exigeant que chaque maison soit équipée d'un système de chauffe-eau solaire, environ 800 000 capteurs solaires ont été installés, produisant environ 15 millions de GJ d'énergie et fournissant de l'eau chaude à 70 % de la population. Dans les capteurs solaires plats modernes, l'absorbeur comporte le plus souvent une couche de revêtement sélectif avec un coefficient d'absorption du rayonnement solaire de 0,94 à 0,96 et une émissivité à la température de l'absorbeur de 0,09 à 0,12. Dans les maisons nouvellement construites, on tente de combiner les collecteurs avec des éléments du toit de la maison, ce qui rend l'installation plus facile et moins coûteuse. Une installation complète de chauffage de l'eau comprend, en plus des capteurs, un réservoir isolé thermiquement - un accumulateur, dans lequel est intégré un chauffage électrique d'appoint, les raccords et l'automatisation nécessaires. Le collecteur est généralement installé immobile à un angle par rapport à l'horizon approximativement égal à la latitude de la zone. Pour une maison individuelle d'une superficie d'environ 100 m2, 1 à 2 collecteurs sont généralement installés, avec une surface d'absorption de 1 à 1,5 m2 chacun et un réservoir accumulateur d'une capacité d'environ 150 litres. Une telle installation sur le marché occidental coûte aujourd'hui environ 500 $/m2 de surface de capteur. La puissance calorifique d’une telle installation dépend dans une large mesure de l’ensoleillement, de la température ambiante et d’autres paramètres climatiques. En fonction de la latitude de la zone et des conditions climatiques, l'apport annuel d'énergie solaire pour 1 m2 de surface varie considérablement. Pour les latitudes autour de 30°, elle peut être de 8 à 10 GJ/(m2/an), tandis que pour les latitudes 50-60°, elle tombe à 2-4 GJ/(m2/an). L'efficacité d'un capteur solaire est déterminée par ses caractéristiques optiques, la qualité de l'isolation thermique, l'ensoleillement et les températures du liquide de refroidissement et de l'air ambiant. Dans la plupart des installations existantes, l'efficacité de fonctionnement annuelle moyenne du collecteur est de 40 à 50 %. Cela signifie que pour des latitudes autour de 30°, 1 m2 de capteur peut produire 3 à 5 GJ de chaleur par an à une température de 60 à 70°C. Le coût de cette chaleur avec de tels indicateurs et une durée de vie de l'installation de 30 ans est de 3 à 4 dollars/GJ, ce qui rend ces installations attrayantes pour les consommateurs. Pour les latitudes plus élevées, les chauffe-eau solaires sont préférables aux chauffe-eau saisonniers. Outre les capteurs, des méthodes passives basées sur l'optimisation des solutions architecturales et de planification sont utilisées pour utiliser la chaleur solaire pour chauffer les maisons. Par ailleurs, le développement d'isolants dits transparents pour les murs des maisons, de films sélectifs pour les fenêtres, etc. présente un intérêt. L'électricité grâce à l'utilisation de l'énergie solaire peut être obtenue soit dans des centrales thermiques, dans lesquelles la chaleur issue de la combustion du combustible est remplacée par un flux de rayonnement solaire concentré, soit dans des installations de conversion directe d'énergie basées sur l'utilisation de convertisseurs photovoltaïques à semi-conducteurs (PVC). . Un projet intéressant développé en Australie. Le Comité olympique a décidé de rendre les Jeux « verts », pour lesquels, notamment, une centrale solaire thermique à cycle de conversion thermodynamique a été construite dans le complexe olympique. Le projet est basé sur des concentrateurs linéaires constitués de miroirs plats ou légèrement incurvés et concentrant le rayonnement solaire (degré de concentration 10-15) sur un récepteur constitué de tuyaux sous vide, à l'intérieur duquel se trouve un tube absorbeur à paroi mince équipé d'un récepteur de chaleur. nervure et recouvert d'un revêtement sélectif très avancé. De l'absorbeur, la chaleur est transférée par des caloducs au générateur de vapeur, où de la vapeur d'eau est produite. La vapeur est surchauffée jusqu'à une température de 330°C en brûlant une certaine quantité de gaz naturel. La chaleur de la turbine est utilisée pour chauffer la piscine olympique et d'autres installations. Un autre type est un SES avec un concentrateur paraboloïde (PC) qui suit le soleil le long de deux axes. Le concentrateur paraboloïde est théoriquement le meilleur appareil de concentration, permettant une concentration de plusieurs milliers de soleils, et donc des températures de chauffe très élevées. Cependant, les PC, contrairement aux tours et aux SPP dotés d'un circuit de contrôle central, ne permettent pas, pour des raisons de conception, d'avoir de grandes capacités unitaires dans un seul module. Par conséquent, le domaine d'application de SES avec PC est relativement restreint, ne dépassant pas plusieurs dizaines de kilowatts, pour la plupart des installations autonomes. Dans ce cas, de telles installations ne devraient pas concurrencer les grandes centrales thermiques, mais les centrales diesel de faible et moyenne puissance, qui produisent de l'électricité à un coût 2 à 3 fois plus élevé. Dans une conception modulaire, le point central du PC est le plus souvent le moteur lui-même, qui convertit la chaleur en énergie mécanique puis électrique. Jusqu'à récemment, seul le moteur Stirling était utilisé à cet effet ; aujourd'hui, une turbine à gaz est également envisagée. Récemment, on a constaté un intérêt accru pour les installations qui convertissent directement le rayonnement solaire en électricité à l'aide de cellules solaires. Le coût de l'électricité produite par les installations photovoltaïques (PVS) est aujourd'hui plusieurs fois supérieur à celui des centrales solaires à cycle thermique. Néanmoins, les PMT sont activement mis en œuvre dans les pays développés et en développement. Dans ce cas, deux tendances opposées peuvent être observées.
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