La présente invention est une nouvelle approche
basée sur un piégeage progressif des rayons
solaires permettant un rendement de conversion de
l’énergie solaire directe en énergie
électrique jusqu'à 60%, soit une
performance :
- 5 fois meilleure que celle du solaire photovoltaïque,
- 2 fois meilleure que celle du solaire thermo-électrique
actuel,
- voisine de celle des meilleures centrales thermiques.
en particulier si la conversion thermomécanique est
réalisée par une machine SPRATL
1. Dimensions et implantations
La
taille des pièges solaires hyperthermiques (1) peut
être très variable : toutefois, des
miroirs (5) de quelques
mètres carrés permettent une captation optimale
du flux solaire.
Concentration
et canalisation optimale des rayons solaires directs
Des dimensions de l'ordre du m² sont
donc suffisantes pour obtenir par beau temps (flux solaire de 1000
W/m²) :
- une puissance thermique de quelques milliers de Watt
- une puissance mécanique de 300 à 600
W/m² selon le cycle thermodynamique et la qualité
du moteur et collecteur utilisés.
- une prise au vent de l’ordre de celle d’une
parabole satellite qui ne pose pas de problème particulier.
Pour des installations
à usage industriel, on obtient une centrale
électrique solaire de haut rendement en juxtaposant les
pièges solaires (1) sur toute la surface mise à
disposition.
Des
dispositifs rehausseurs (36) montés ou non sur des socles
rotatifs (37) peuvent être envisagés pour
éviter les phénomènes
d’ombre intervenant en incidence rasante du soleil à
son lever et à son couche
Bâtiment
rotatif optimal en rayonnement solaire
rasant
fonctionnement au zenith (15B),
au lever/coucher(15C) et champ solaire traditionnel
(15D)
Le caractère modulaire de la centrale sera
particulièrement profitable en terme de fiabilité
et de maintenance, car :
- la probabilité de panne simultanée sur tous les
pièges hyperthermiques est quasi nulle,
-
une intervention sur un piège se fait en le
déconnectant sans arrêter la centrale, avec une
influence faible sur sa puissance dès que le nombre de
pièges juxtaposés dépasse 10.
De telles installations
trouveront particulièrement bien leur place dans des zones
bien
insolées et peu valorisées,
représentant des milliers de km² telles
que les crêtes à valeur agricole
très faible, les mers et
océans, les
déserts..
2. Régulation et gestion de la
production solaire
La ressource
solaire étant intermittente et
irrégulière, la régulation de la
production électrique de telles centrales doit
être prévue :
-
sans stockage
d’énergie : le réseau
gère les irrégularités en jouant sur
la production d’autres centrales électriques
régulatrices (notamment thermiques ou hydrauliques), comme
il le fait actuellement pour gérer
l’irrégularité des centrales
éoliennes,
-
avec
stockage d’énergie : les
pièges solaires hyperthermiques présentent
l’avantage de permettre un stockage thermique de grande
ampleur, efficace et peu onéreux puisqu’il suffira
de chauffer à environ 1000°C, à
l’aide d’un fluide caloporteur et de tubulures
d’échange thermique (27,30), une masse importante
de matériaux de bonne capacité thermique (29) :
roche, terre, sable, métaux, eau, fluide
spécifique…
PHRSD à stockage
thermique :
l'énergie
accumulée en période diurne
est
déstockable à volonté en
période nocturne
3. Des productions thermiques et
électriques dans une très large gamme de
puissances
Dans
le
cadre d'une production électrique de moyenne et haute
puissance
(> 1 MW), sur la base d’un rendement de 60%, il reste
40% de
l’énergie solaire incidente rejetée
sous la forme
de chaleur. Deux options
de cogénération sont envisageables :
- source froide peu refroidie : rejetant un fluide à environ
90°C et plus, permettant l’alimentation en
appoint d’un chauffage urbain,
- source froide très refroidie : rejetant un fluide
à moins de 25°C permettant de réchauffer
gratuitement une serre à vocation agricole toute
l’année, ce qui est
actuellement impossible selon les saisons et/ou les pays.
Ces conversions peuvent se faire avantageusement avec une machine SPRATL.
Toutefois, le potentiel solaire
est très important puisque, avec un rendement
de conversion thermoélectrique de 60% et 100 W/m²
de puissance solaire moyenne annuelle et tout type d'installation est
envisageable :
- une
installation semi-industrielle de 100 m² (soit
10x10m) a une puissance moyenne électrique de 6 kW
adaptée à un immeuble bien insolé de
15 appartements « 3 pièces
»
-
une grosse
installation de 900 km², en un seul carré de 30 km
de côté, ou répartie en plusieurs ilots
en mer produirait 54 GW, soit
l’équivalent de 54 centrales
nucléaires, ce qui doublerait la puissance
électrique installée en France.
Ces plates-formes off-shore sont tout à fait envisageables
puisqu’elles sont largement maîtrisées
depuis des années dans le cadre d’extractions
pétrolières et que
l’électricité produite peut transiter
par câble sous-marin.
Pour une installation
à usage domestique, un ou plusieurs
pièges solaires sont implantables sur les toits des
immeubles ou des maisons. Les
puissances sont alors beaucoup plus faibles, mais amplement suffisantes
pour couvrir plus de la moitié des besoins
électriques, voire la totalité. Sur la base de 3500 kWh annuels
par foyer, cela représente une puissance moyenne de 400 W,
ce qui correspond à la production de 4 paraboles de 150 cm
de diamètre, de rendement 60% et insolées
à 100 W/m² en moyenne.
La cogénération
domestrique est aussi envisageable en utilisant
l’air de la maison, ou son eau « chaude »
comme source froide. La maison dispose dans ce cas de 2333
kWh thermiques d’appoint et de 3500 kWh
électriques par année.
Enfin, quel que soit le type
d’installation (industrielle, semi-industrielle
ou domestique), lorsque le piège hyperthermique (1) se
destine à la production d’énergie
électrique, la
face non réfléchissante de son miroir collecteur
(5) peut être tapissée de panneaux
photovoltaïques (33) qui sont les seuls
dispositifs capables de convertir directement un rayonnement solaire
indirect ou diffus en électricité.
Hybridation PHRSD solaire
direct/ solaire diffus : panneau photovoltaïque
(33) sur l'envers du miroir collecteur (22)
En période diurne,
cette conversion du rayonnement diffus sera permanente quelles que
soient les conditions atmosphériques. Toutefois, si les
conditions deviennent nuageuses, et avec une cinématique
d’orientation adéquate, le miroir collecteur
pourra être basculé de 180° environ afin
de placer face aux nuages les panneaux photovoltaïques (33).
Une
telle machine, combinant un haut rendement de conversion
électrique du rayonnement solaire direct (grâce
à
son piège hyperthermique) et la
récupération
optimale du rayonnement solaire diffus (grâce à
ses
panneaux photovoltaïques), se
classe immédiatement parmi
les machines hélioélectriques les plus efficaces
et
adaptatives pour des applications variées et
respectueuses de
l’environnement, qu’elles soient industrielles ou
à
plus petite échelle.
4. La
production massive et écologique des vecteurs
énergétiques nécessaires au
XXIème
siècle
