L'énergie solaire thermique continue de souffler même lorsque le soleil se couche. Voir plus de photos de la vie verte. Photo AP/SkyFuel, Jack Dempsey La plupart d'entre nous ne pensent pas beaucoup à la provenance de notre électricité, seulement qu'il est disponible et abondant. L'électricité produite par la combustion de combustibles fossiles tels que le charbon, pétrole et gaz naturel, émet du dioxyde de carbone, les oxydes d'azote et les oxydes de soufre - des gaz qui, selon les scientifiques, contribuent au changement climatique. Énergie solaire thermique (chaleur) est un sans carbone, alternative renouvelable à l'électricité que nous produisons avec des combustibles fossiles comme le charbon et le gaz. Ce n'est pas une chose du futur, Soit. Entre 1984 et 1991, les États-Unis ont construit neuf usines de ce type dans le désert de Mojave en Californie, et aujourd'hui, ils continuent de fournir une capacité combinée de 354 mégawatts par an, puissance utilisée en 500, 000 foyers californiens [source :Hutchinson]. Puissance fiable, à ce. En 2008, lorsque six jours de demande de pointe ont bouclé le réseau électrique et entraîné des pannes d'électricité en Californie, ces centrales solaires thermiques ont continué à produire à 110 % de leur capacité [source :Kanellos].
Vous vous demandez où est passée la technologie depuis ? Dans les années 90, lorsque les prix du gaz naturel ont chuté, il en va de même de l'intérêt pour l'énergie solaire thermique. Aujourd'hui, bien que, la technologie est prête pour un retour. Le National Renewable Energy Laboratories des États-Unis estime que l'énergie solaire thermique pourrait fournir des centaines de gigawatts d'électricité, égal à plus de 10 % de la demande aux États-Unis [source :LaMonica].
Secouez l'image des panneaux solaires de votre tête - ce genre de demande va nécessiter des centrales électriques. Il existe deux manières principales de produire de l'énergie à partir du soleil. Photovoltaïque ( PV ) et solaire thermique à concentration ( CST ), également connu sous le nom de technologies d'énergie solaire à concentration (CSP).
Le PV convertit directement la lumière du soleil en électricité. Ces cellules solaires sont généralement utilisées pour alimenter des appareils tels que des montres, lunettes de soleil et sacs à dos, ainsi que de fournir de l'électricité dans les régions éloignées.
La technologie solaire thermique est à grande échelle en comparaison. Une grande différence par rapport au PV est que les centrales solaires thermiques produisent de l'électricité indirectement. La chaleur des rayons du soleil est collectée et utilisée pour chauffer un fluide. La vapeur produite à partir du fluide chauffé alimente un générateur qui produit de l'électricité. C'est similaire au fonctionnement des centrales électriques à combustibles fossiles, sauf que la vapeur est produite par la chaleur collectée plutôt que par la combustion de combustibles fossiles.
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Cuvettes paraboliques, comme ceux utilisés dans le Colorado, concentrer l'énergie du soleil à des températures élevées. Photo AP/SkyFuel, Jack Dempsey Il existe deux types de systèmes solaires thermiques :passifs et actifs. Un système passif ne nécessite aucun équipement, comme lorsque la chaleur s'accumule à l'intérieur de votre voiture lorsqu'elle est garée au soleil. Un système actif nécessite un moyen d'absorber et de collecter le rayonnement solaire, puis de le stocker.
Les centrales solaires thermiques sont des systèmes actifs, et bien qu'il existe quelques types, il y a quelques similitudes de base :les miroirs réfléchissent et concentrent la lumière du soleil, et les récepteurs collectent cette énergie solaire et la convertissent en énergie thermique. Un générateur peut alors être utilisé pour produire de l'électricité à partir de cette énergie thermique.
Le type le plus courant de centrales solaires thermiques, y compris les plantes du désert de Mojave en Californie, utiliser un Creux parabolique conception pour recueillir le rayonnement du soleil. Ces collecteurs sont connus sous le nom de systèmes à concentrateur linéaire, et les plus grands sont capables de générer 80 mégawatts d'électricité [source :U.S. Department of Energy]. Ils ont la forme d'un half-pipe que vous verriez utilisé pour le snowboard ou le skateboard, et ont linéaire, réflecteurs de forme parabolique recouverts de plus de 900, 000 miroirs alignés nord-sud et capables de pivoter pour suivre le soleil lorsqu'il se déplace d'est en ouest pendant la journée. En raison de sa forme, ce type d'installation peut atteindre des températures de fonctionnement d'environ 750 degrés F (400 degrés C), concentrant les rayons du soleil à 30 à 100 fois leur intensité normale sur des tuyaux remplis de fluide caloporteur ou d'eau/vapeur [source :Energy Information Administration]. Le fluide chaud est utilisé pour produire de la vapeur, et la vapeur fait ensuite tourner une turbine qui alimente un générateur pour produire de l'électricité.
Alors que les conceptions à auge parabolique peuvent fonctionner à pleine puissance en tant que centrales solaires, ils sont plus souvent utilisés comme hybrides solaire et fossile, ajoutant la capacité de combustible fossile comme sauvegarde.
Systèmes de tours d'énergie solaire sont un autre type de système solaire thermique. Les pylônes électriques reposent sur des milliers de héliostats , qui sont grands, miroirs de suivi du soleil plats, pour focaliser et concentrer le rayonnement solaire sur un seul récepteur monté sur tour. Comme des auges paraboliques, un fluide caloporteur ou de l'eau/de la vapeur est chauffé dans le récepteur (pylônes électriques, bien que, sont capables de concentrer l'énergie du soleil jusqu'à 1, 500 fois), finalement converti en vapeur et utilisé pour produire de l'électricité avec une turbine et un générateur.
Les conceptions de tours électriques sont encore en cours de développement, mais pourraient un jour être réalisées sous forme de centrales électriques connectées au réseau produisant environ 200 mégawatts d'électricité par tour.
Un troisième système est le parabole/moteur solaire . Par rapport à la cuvette parabolique et aux tours de puissance, les systèmes paraboliques sont de petits producteurs (environ 3 à 25 kilowatts). Il y a deux composants principaux :le concentrateur solaire (la parabole) et l'unité de conversion de puissance (le moteur/générateur). La parabole est pointée et suit le soleil et recueille l'énergie solaire ; il est capable de concentrer cette énergie d'environ 2, 000 fois. Un récepteur thermique, une série de tubes remplis d'un fluide de refroidissement (tel que l'hydrogène ou l'hélium), se trouve entre la parabole et le moteur. Il absorbe l'énergie solaire concentrée de la parabole, la convertit en chaleur et envoie cette chaleur au moteur où elle devient de l'électricité.
Les systèmes solaires thermiques sont une solution d'énergie renouvelable prometteuse - le soleil est une ressource abondante. Sauf quand il fait nuit. Ou lorsque le soleil est bloqué par la couverture nuageuse. Stockage d'énergie thermique ( TES ) systèmes sont des réservoirs de stockage de liquide à haute pression utilisés avec un système solaire thermique pour permettre aux usines de stocker plusieurs heures d'électricité potentielle. Le stockage en heures creuses est un élément essentiel de l'efficacité des centrales solaires thermiques.
Trois principales technologies TES ont été testées depuis les années 1980, lorsque les premières centrales solaires thermiques ont été construites :un système direct à deux réservoirs, un système indirect à deux réservoirs et un système de thermocline à un réservoir.
Dans un système direct à deux réservoirs , l'énergie solaire thermique est stockée dans le même fluide caloporteur qui l'a collectée. Le fluide est divisé en deux réservoirs, un réservoir le stockant à basse température et l'autre à haute température. Le fluide stocké dans le réservoir basse température traverse le capteur solaire de la centrale où il est réchauffé et envoyé au réservoir haute température. Le fluide stocké à haute température est envoyé dans un échangeur de chaleur qui produit de la vapeur, qui est ensuite utilisé pour produire de l'électricité dans le générateur. Et une fois qu'il a traversé l'échangeur de chaleur, le fluide retourne ensuite dans le réservoir basse température.
UNE système indirect à deux réservoirs fonctionne essentiellement de la même manière que le système direct, sauf qu'il fonctionne avec différents types de fluides caloporteurs, généralement ceux qui sont coûteux ou non destinés à être utilisés comme fluide de stockage. Pour surmonter cela, les systèmes indirects font passer les fluides à basse température à travers un échangeur de chaleur supplémentaire.
Contrairement aux systèmes à deux réservoirs, les système de thermocline à réservoir unique emmagasine l'énergie thermique sous forme de solide, généralement du sable de silice. À l'intérieur du réservoir unique, des parties du solide sont maintenues à des températures basses à élevées, dans un gradient de température, en fonction du débit de fluide. À des fins de stockage, le fluide caloporteur chaud s'écoule dans le haut du réservoir et se refroidit en descendant, sortant sous forme de liquide à basse température. Pour produire de la vapeur et produire de l'électricité, le processus est inversé.
Les systèmes solaires thermiques qui utilisent de l'huile minérale ou du sel fondu comme moyen de transfert de chaleur sont les meilleurs pour TES, mais malheureusement sans autre recherche, les systèmes fonctionnant à l'eau/à la vapeur ne sont pas capables de stocker l'énergie thermique. D'autres avancées dans les fluides caloporteurs incluent la recherche de fluides alternatifs, utilisant des matériaux à changement de phase et de nouveaux concepts de stockage thermique, le tout dans le but de réduire les coûts de stockage et d'améliorer les performances et l'efficacité.
Lisa Kivirist et John Ivanko se tiennent à côté d'un système solaire thermique qui chauffe une serre dans leur chambre d'hôtes. Photo AP/Andy Manis L'idée d'utiliser des matériaux de masse thermique - des matériaux qui ont la capacité de stocker de la chaleur - pour stocker l'énergie solaire est applicable à bien plus que des centrales solaires thermiques à grande échelle et des installations de stockage. L'idée peut fonctionner dans quelque chose d'aussi banal qu'une serre.
Toutes les serres captent l'énergie solaire pendant la journée, généralement avec l'avantage d'un placement orienté au sud et d'un toit en pente pour maximiser l'exposition au soleil. Mais une fois le soleil couché, que doit faire un cultivateur ? Les serres solaires thermiques sont capables de retenir cette chaleur thermique et de l'utiliser pour réchauffer la serre la nuit.
Des pierres, le ciment et l'eau ou les barils remplis d'eau peuvent tous être utilisés comme simples, matériaux de masse thermique passive (dissipateurs thermiques), capter la chaleur du soleil pendant la journée et la renvoyer la nuit.
De plus grandes aspirations ? Appliquez les mêmes idées utilisées dans les centrales solaires thermiques (bien qu'à un niveau beaucoup plus petit) et vous êtes sur la bonne voie pour cultiver toute l'année. Serres solaires thermiques, aussi appelées serres solaires actives, nécessitent les mêmes bases que tout autre système solaire thermique :un capteur solaire, un réservoir de stockage d'eau, tubes ou tuyauteries (enterrés dans le sol), une pompe pour déplacer le fluide caloporteur (air ou eau) dans le capteur solaire vers le stockage et l'électricité (ou une autre source d'alimentation) pour alimenter la pompe.
Dans un scénario, l'air qui s'accumule au sommet du toit de la serre est aspiré par des tuyaux et sous le sol. Au cours de la journée, cet air est chaud et réchauffe le sol. La nuit, l'air frais est aspiré dans les tuyaux. Le sol chaud réchauffe l'air frais, qui à son tour chauffe la serre. Alternativement, l'eau est parfois utilisée comme fluide caloporteur. L'eau est collectée et chauffée à l'énergie solaire dans un réservoir de stockage externe, puis pompée à travers les tuyaux pour réchauffer la serre.
L'énergie solaire thermique a un grand potentiel car la technologie est déjà là. Guang Niu/Getty Images Tout comme les serres solaires thermiques sont un moyen d'appliquer les technologies solaires thermiques à un besoin quotidien, cheminées solaires thermiques, ou cheminées thermiques, capitaliser également sur les matériaux de masse thermique. Les cheminées thermiques sont des systèmes de ventilation solaire passive, ce qui signifie qu'ils ne sont pas mécaniques. Des exemples de ventilation mécanique comprennent la ventilation dans toute la maison qui utilise des ventilateurs et des conduits pour évacuer l'air vicié et fournir de l'air frais. Grâce aux principes de refroidissement par convection, les cheminées thermiques laissent entrer l'air frais tout en poussant l'air chaud de l'intérieur vers l'extérieur. Conçu sur la base du fait que l'air chaud monte, ils réduisent la chaleur indésirable pendant la journée et échangent l'air intérieur (chaud) contre l'air extérieur (froid).
Les cheminées thermiques sont généralement faites d'un noir, masse thermique creuse avec une ouverture au sommet pour l'évacuation de l'air chaud. Les ouvertures d'entrée sont plus petites que les sorties d'échappement et sont placées à une hauteur faible à moyenne dans une pièce. Lorsque l'air chaud monte, il s'échappe par la sortie d'échappement extérieure, soit vers l'extérieur, soit dans une cage d'escalier ou des atriums ouverts. Comme cela se produit, un courant ascendant aspire l'air frais par les entrées.
Face au réchauffement climatique, la hausse des prix des carburants et une demande d'énergie toujours croissante, les besoins énergétiques devraient augmenter de près de l'équivalent de 335 millions de barils de pétrole par jour, principalement pour l'électricité [source :Meisen]. Qu'elles soient grandes ou petites, sur ou hors réseau, l'un des avantages de l'énergie solaire thermique est qu'elle existe en ce moment, pas d'attente. En concentrant l'énergie solaire avec des matériaux réfléchissants et en la convertissant en électricité, centrales solaires thermiques modernes, s'il est adopté aujourd'hui comme élément indispensable de la production d'énergie, pourrait être capable de fournir de l'électricité à plus de 100 millions de personnes dans les 20 prochaines années [source :Brakmann]. Le tout à partir d'une seule grande ressource renouvelable :le soleil.
