La quantité de chaleur donnée par le capteur solaire

Gisement Solaire

Les centrales solaires

Introduction 

La production d’électricité dans les tours solaires suit le même principe que les autres transformations de chaleur en électricité (centrales thermiques, centrales nucléaires…). On transforme la chaleur en énergie mécanique, sous la forme d’un gaz porté à haute température et haute pression qui fait tourner une turbine. Puis cette énergie mécanique est transformée en électricité : la turbine entraîne un alternateur. Pour que le système ait un bon rendement, il est indispensable d’obtenir des hautes températures pour chauffer le gaz. Les capteurs solaires, même
sous vide, ne permettent pas d’atteindre les très hautes températures nécessaires. Le principe d’une centrale solaire va donc être de concentrer les rayons solaires vers un point, comme on le fait avec une loupe pour enflammer un bout de papier.
La production d’électricité à partir du rayonnement solaire est un processus direct. L’énergie solaire étant peu dense, il est nécessaire de la concentrer pour obtenir des températures exploitables pour la production d’électricité. Le rayonnement est concentré en un point ou en une ligne, où l’énergie thermique est transmise au fluide caloporteur. L’intensité de la concentration est définie par le facteur de concentration. Plus celui-ci est élevé, plus la température atteinte sera importante.

Les centrales solaires:

Les centrales solaires utilisent le rayonnement solaire pour produire de l’électricité. Il existe différents types de centrales solaires mais toutes sont basées sur le même principe. Elles concentrent les rayons du soleil pour chauffer à très haute température un liquide particulier non vaporisable. Ce liquide chauffe à son tour l’eau d’une chaudière à vapeur, elle- même reliée à une turbine et à un alternateur pour produire de l’électricité. La vapeur d’eau est alors condensée (retourne à l’état liquide) grâce à L’inconvénient des centrales solaires est qu’elles ne peuvent pas produire d’électricité la nuit. Pour pallier à ce problème, on a deux solutions : • soit on stocke durant le jour une partie de la chaleur apportée par le fluide non vaporisable dans un accumulateur (cette chaleur sera libérée durant la nuit et exploitée pour produire de l’électricité) ; • soit on utilise des carburants fossiles comme le gaz par exemple pour chauffer le liquide non vaporisable. Pour cela, on installe dans la centrale une chaudière à gaz qui prend le relais des miroirs la nuit et qui s’arrête au matin.

Rendement

Les centrales solaires ont un faible rendement, environ 15 %, en comparaison des autres centrales existantes: centrales thermiques, entre 38 et 55% et centrales nucléaires, environ 33%. Du fait de ce faible rendement, on installe ces centrales dans des zones dites favorables, c’est-à-dire des zones de climat sec avec un ensoleillement fort (supérieur à 1800 kWh/m2) et longue durée (supérieure à 3000 heures par an).

Aperçu de la technologie

Les centrales solaires sont une technologie relativement récente, possédant un important potentiel de développement. Elles offrent une opportunité aux pays ensoleillés comparable à celle des fermes éoliennes pour les pays côtiers. Les endroits les plus prometteurs pour l’implantation de ces technologies sont ceux du sud- ouest des États Unis, l’Amérique du Sud, une grande partie de l’Afrique, les pays méditerranéens et du Moyen Orient, les plaines désertiques d’Inde et du Pakistan, la Chine, l’Australie, etc.[10] Dans beaucoup de régions du monde, un kilomètre carré de terrain suffirait à générer jusqu’à 120 Gwh d’électricité par an, grâce à la technologie des centrales solaire. Cette énergie est équivalente à la production annuelle d’une centrale classique de 50 MW.

Les différents types des centrales solaires :

Les centrales à capteur cylindro-parabolique :

La technologie des capteurs cylindro-paraboliques et actuellement la plus éprouvée des techniques de concentration solaire. De nombreuses installations ont déjà été testées et commercialisées, dont certaines dans les années 80. L’installation typique est constituée de trois éléments principaux : le champ solaire, le système de transfert de la chaleur et le système de génération électrique. L’énergie thermique reçue au collecteur est absorbée par un tuyau métallique à l’intérieur d’un tube en verre sous vide. Le fluide (huile synthétique) qui circule à l’intérieur du tuyau, est chauffé à une température d’environ 400°C. Ce fluide est ensuite pompé à travers des échangeurs conventionnels afin de produire de vapeur surchauffée qui fait fonctionner une turbine/générateur électrique. Le collecteur: Le collecteur est le composant de base du champ solaire. Il est composé d’un réflecteur parabolique (miroir), d’une structure métallique, d’un tube récepteur et du système de poursuite solaire. Les miroirs sont composés de verre pauvre en fer, dont la transmissivité atteint 98%. Ce verre est recouvert d’une pellicule d’argent en sa partie inférieure, et d’un enduit spécial de protection. Un réflecteur de bonne qualité peut réfléchir 97% du rayonnement incident. Le facteur de concentration pour un capteur cylindro-parabolique est d’approximativement 80.
Le rôle du mécanisme de poursuite est d’adapter l’inclinaison du capteur de manière à ce que la radiation solaire incidente soit toujours perpendiculaire au réflecteur. De cette manière, la radiation est réfléchie au foyer de la parabole et concentrée sur un tube récepteur dans lequel circule le fluide caloporteur. La structure métallique doit suffisamment solide pour résister aux importantes contraintes mécaniques liées au vent. Elle doit de plus être munie d’extrémités assurant la compatibilité entre les dilatations thermiques inégales de l’acier et du verre.

Table des matières

Introduction Générale
CHAPITRE I : Gisement Solaire
Introduction  
I.1 Le soleil
I .2 Structure et composition de l’atmosphère
I .3 L’effet de l’atmosphère
I .3.1 Émissions solaire
I .3.2 Émissions terrestres
I .3.3 Deux autres termes existent
I.4 Le rayonnement solaire au sol
I.5 Géométrie Terre-Soleil
I.5.1 Les coordonnées horaires
I.5.1.1 La variation de la déclinaison du soleil
I.5.1.2 Angle horaire
I.5.2 Les coordonnées horizontales
I.5.2.1 Hauteur du soleil
I.5.2.2 Azimut du soleil
I.5.3 Les coordonnées géographiques
I.5.3.1 La latitude
I.5.3.2 La longitude
I.6 La constante solaire
I.7 Les temps solaires
I .8 Potentiel solaire en Algérie
CHAPITRE II : Les centrales solaires
Introduction  
II-1-Les centrales solaires
II-2-Rendement
II-3-Aperçu de technologie
II-3- Les différents types des centrales solaires
II-3-1- Les centrales à capteur cylindro-parabolique
II-3-2- La Tour Solaire
II-3-3- Les centrales à capteurs paraboliques
II-4- Le transport et le stockage de la chaleur
II-4-1- Cas de l’eau-vapeur
II-4-2- Cas du sel fondu
II-4-3- Cas du sodium
II-4-4- Cas de l’air
II-5-La transformation thermo-électrique de l’énergie récoltée
II-5-1- Le cycle à vapeur
II-5-2- Le cycle combiné
II-5-3-Le cycle Stirling
CHAPITRE III : cycles thermodynamiques
III.1 Le cycle de base de Rankine
III.2 Le cycle à vapeur surchauffée (cycle de Hirn
III.3 Le cycle à vapeur resurchauffée
III.4 Les cycles à vapeur à régénération (cycles à soutirage)
III.5 La cogeneration
CHAPITRE IV : Résultats et interprétations
IV-1- Cycle thermodynamique solaire
IV-1 Bouilleur
IV-1-2 Turbine
IV-2 Optimisation de ?1
IV-3-Résultats et discussions
IV-3-1- L’énergie reçue sur le capteur solaire
IV-3-2- La quantité de chaleur donnée par le capteur solaire
IV-3-2-1- L’influence du débit massique
IV-3-2-2- L’influence de la température T0
IV-3-2-3- L’influence de la température T1
IV-3-3- La puissance de la turbine
IV-3-3-1- L’influence du débit massique
IV-3-3-2- L’influence de la température T0
IV-3-3-3- L’influence de la température T1
IV-3-4- Le rendement du capteur
IV-3-4-1- L’influence de la température T0
IV-3-4-2- L’influence de la température T1
IV-3-5- L’influence de k
Conclusion générale
Références bibliographiques

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