Des systèmes solaires à petite échelle au potentiel démesuré
Les bâtiments consomment environ 40 % de l’énergie mondiale et émettent près d’un tiers des émissions de gaz à effet de serre, ce qui fait d’eux une cible prioritaire pour les actions visant à améliorer l’efficacité énergétique et à réduire les émissions. Le projet Innova MicroSolar, financé par l’UE, a mis au point un système d’énergie solaire concentrée (CSP) de haute performance et rentable destiné à la production d’électricité et de chaleur sur site à petite échelle.
Le CSP au service de la plus petite turbine à cycle organique de Rankine au monde
Les systèmes photovoltaïques (PV) utilisent la lumière du soleil pour produire de l’électricité directement par le biais de cellules PV à base de semi-conducteurs. Les systèmes CSP utilisent des dispositifs réfléchissants comme des miroirs pour exploiter la chaleur du soleil. Les réflecteurs linéaires de Fresnel sont moins complexes et plus rentables et efficaces que les autres systèmes. Les miroirs concentrent la lumière du soleil sur un tube récepteur linéaire. Le fluide caloporteur chauffé génère directement de la vapeur, ce qui élimine le besoin d’utiliser des échangeurs de chaleur complexes et onéreux. La vapeur est ensuite utilisée pour faire tourner une turbine qui entraîne un générateur afin de produire de l’électricité. «Innova MicroSolar a mis au point un nouveau concentrateur à réflecteur linéaire de Fresnel léger utilisant le Therminol 62, un fluide caloporteur synthétique à haute performance. Le système a fonctionné à des températures modérées, comprises entre 220 ⁰C et 280 ⁰C», explique Khamid Mahkamov de l’université de Northumbria et coordinateur du projet. Ce système a été couplé à une turbine à cycle micro-organique de Rankine qui utilise un fluide caloporteur organique doté d’un bas point d’ébullition, ce qui permet de générer de la vapeur avec de la chaleur à basse température. «La turbine à cycle organique de Rankine d’Innova MicroSolar, d’une puissance de 2 kilowatts, est la plus petite au monde», ajoute Khamid Mahkamov.
Stockage innovant de l’énergie thermique pour le CSP
Le CSP peut être combiné au stockage de l’énergie thermique (SET) grâce à des matériaux à changement de phase (MCP) afin d’utiliser efficacement la chaleur du soleil lorsque ce dernier ne brille pas. «Nous avons élaboré un nouveau concept de MCP-SET pourvu de caloducs réversibles qui permettent de transférer l’énergie thermique du Therminol 62 au MCP et vice versa, ce qui permet d’assurer des dimensions compactes et un rendement élevé. Un nouveau MCP a été créé à partir de sel solaire (un mélange de sels fondus) et de graphite expansible, ce qui permet d’augmenter la conductivité thermique du sel solaire par un facteur de 20», explique Khamid Mahkamov. Le SET est en mesure de faire fonctionner la turbine à cycle organique de Rankine jusqu’à 4 heures en absence de lumière solaire.
De l’électricité et de la chaleur solaire à petite échelle associées à une réduction des émissions
La centrale Innova MicroSolar, qui délivre une puissance électrique de 2 kilowatts et une puissance thermique de 18 kilowatts, a été testée sur le terrain en Espagne, démontrant ainsi sa capacité à atteindre l’objectif de production électrique/thermique fixé tout au long de la période printemps-été-automne. En hiver, l’énergie thermique produite par le champ solaire a été utilisée directement pour chauffer l’eau pour un usage domestique. Khamid Mahkamov ajoute: «le système génère les plus grandes économies d’énergie dans les pays du sud de l’UE, allant jusqu’à couvrir la totalité de la demande d’électricité dans certains pays. Ailleurs, il couvre entre 20 % et 60 % de la demande. Installé dans un logement unifamilial, il réduit les émissions de CO2 de 70 % à 95 % dans les contrées du Sud et d’environ 30 % en moyenne dans les autres pays.» Une analyse technico-économique et environnementale a confirmé la position hautement concurrentielle de la solution par rapport aux autres technologies avancées d’énergie renouvelable. Des organisations commerciales et gouvernementales de la région du Golfe, d’Inde, d’Italie, d’Amérique latine et du Nigeria mènent des discussions en vue d’adopter cette technologie. Ensuite, le projet mettra le cap sur la Sardaigne, où les performances du système Innova Microsolar seront optimisées tout en assurant l’approvisionnement électrique des écoles locales et d’un établissement de formation pour un collège technique. Les petits bâtiments du monde entier pourront à présent bénéficier d’une production fiable, rentable et indépendante d’électricité et de chaleur provenant de sources renouvelables.
Mots‑clés
Innova Microsolar, solaire, CSP, émissions, SET, réflecteur linéaire de Fresnel, cycle organique de Rankine, stockage d’énergie thermique, Therminol 62, énergie solaire concentrée
