L’énergie solaire concentrée est utilisée par les systèmes solaires thermiques.
Système de production d’énergie thermique solaire recueillent et concentrent la lumière solaire pour produire la chaleur à haute température nécessaire à la production d’électricité. Les réflecteurs (miroirs) captent et concentrent la lumière du soleil sur un récepteur dans tous les capteurs d’énergie solaire thermique de tous les systèmes d’énergie solaire.
Dans la majorité des systèmes, la vapeur est produite en chauffant et en faisant circuler un fluide caloporteur dans le récepteur. Une turbine convertit la vapeur en énergie mécanique, qui entraîne ensuite un générateur pour produire de l’électricité.
Les systèmes d’énergie solaire thermique ont des mécanismes de suivi qui maintiennent les rayons du soleil concentrés sur le récepteur tout au long de la journée, malgré le mouvement du soleil dans le ciel.
Dans la plupart des centrales solaires thermiques, un grand champ ou un réseau de capteurs fournit de la chaleur à une turbine et à un générateur. Plusieurs centrales solaires thermiques aux États-Unis contiennent deux centrales solaires ou plus avec des réseaux et des générateurs séparés.
Les systèmes d’énergie solaire thermique peuvent également inclure un composant de système de stockage d’énergie thermique qui permet au système de capteurs solaires de chauffer un système de stockage d’énergie pendant la journée, la chaleur du système de stockage étant utilisée pour produire de l’électricité la nuit ou par temps nuageux.
Les centrales solaires thermiques peuvent également être des systèmes hybrides qui complètent l’énergie solaire pendant les périodes de faible rayonnement solaire avec d’autres combustibles (généralement du gaz naturel).
Variétés de centrales solaires thermiques à concentration
Il existe trois principaux types de systèmes de concentration solaire thermique:
Les systèmes de concentration linéaire, qui comprennent des auges paraboliques et des réflecteurs de Fresnel, sont utilisés pour concentrer la lumière.
Tours solaires
Système d’antenne parabolique / moteurs solaires
Systèmes linéaires de concentration
Utilisant de longs miroirs rectangulaires incurvés (en forme de U), les systèmes de concentration linéaire recueillent l’énergie solaire. Les miroirs concentrent la lumière du soleil sur des tubes qui courent sur toute la longueur des miroirs.
La lumière solaire concentrée réchauffe le fluide à l’intérieur des tubes. Le fluide est acheminé vers un échangeur de chaleur pour faire bouillir de l’eau dans un générateur à turbine à vapeur conventionnel afin de produire de l’électricité.
Il existe deux grands types de systèmes de concentrateurs linéaires: les systèmes cylindro-cylindres paraboliques, dans lesquels les tubes récepteurs sont positionnés le long de la ligne focale de chaque miroir parabolique, et les systèmes de réflecteur de Fresnel linéaires, dans lesquels un seul tube récepteur est positionné au-dessus de plusieurs miroirs pour permettre aux miroirs de suivre le soleil avec une plus grande flexibilité.
Une centrale électrique à capteur à concentration linéaire a un grand nombre de capteurs disposés en rangées parallèles, généralement alignées nord-sud pour maximiser la collecte de l’énergie solaire.
Cette disposition permet aux miroirs de suivre le soleil d’est en ouest tout au long de la journée et de concentrer continuellement la lumière du soleil sur les tubes récepteurs.
Vallées paraboliques
Un collecteur cylindro-parabolique se compose d’un long réflecteur de forme parabolique qui concentre les rayons du soleil sur un tuyau récepteur situé au foyer de la parabole.
Lorsque le soleil se déplace d’est en ouest pendant la journée, le collecteur s’incline pour maintenir la concentration de la lumière du soleil sur le récepteur.
En raison de sa forme parabolique, un creux peut concentrer les rayons du soleil à 30 à 100 fois leur intensité normale (rapport de concentration) sur un tuyau récepteur situé le long de la ligne focale du creux, atteignant des températures de fonctionnement supérieures à 750 degrés Fahrenheit.
Le système de production d’énergie solaire (SEGS) dans le désert de Mojave en Californie est l’une des centrales solaires thermiques les plus anciennes au monde, utilisant des systèmes de concentration linéaire avec des auges paraboliques.
L’installation a eu neuf usines distinctes tout au long de son histoire, SEGS I fonctionnant de 1984 à 2015 et SEGS II de 1985 à 2015. En 1986, 1987 et 1988, les SEGS III-VII (3-7) ont été mis en service, chacun avec des capacités nettes de production d’électricité d’été de 36 mégawatts (MW).
En 1989 et 1990, les SEGS VIII (8) et IX (9), d’une capacité nette de production d’électricité estivale de 88 MW, sont entrés en service. Tous les SEGS 3, 4, 5, 6, 7 et 8 ont cessé leurs activités en 2021, ne laissant que SEGS 9 opérationnels au 31 décembre 2021.
Les autres installations d’énergie solaire thermique parabolique en exploitation aux États-Unis en décembre 2021, ainsi que leur capacité nette de production d’électricité d’été, leur emplacement et leur année d’exploitation initiale, sont les suivants:
La centrale de Solana est une installation de 296 MW à deux centrales avec une composante de stockage d’énergie qui a commencé ses activités en 2013 à Gila Bend, en Arizona.
Le projet solaire Mojave est une installation de 275 MW à deux centrales qui a commencé ses activités en 2014 à Barstow, en Californie.
Genèse Le projet d’énergie solaire est une installation de 250 MW à deux centrales située à Blythe, en Californie, qui a commencé ses activités en 2013 et 2014.
Nevada Solar One est une installation de 69 MW qui a commencé ses activités en 2007 près de Boulder City, Nevada.