Les héliostats et les panneaux solaires comptent parmi les dispositifs les plus remarquables utilisés pour capter l’énergie solaire afin de produire de l’énergie renouvelable et réduire l’empreinte carbone. Bien que ces deux technologies soient utilisées dans les systèmes d’énergie solaire, elles remplissent des rôles différents et présentent des caractéristiques distinctes qui offrent des avantages variés selon les conditions. Cet article couvre les aspects importants du suivi des héliostats à l’aide de vérins linéaires industriels, notamment leurs avantages, leurs cas d’usage idéaux et les spécifications essentielles à prendre en compte.
Comparer les héliostats et les panneaux solaires
Les héliostats et les panneaux solaires sont tous deux utilisés dans les systèmes d’énergie solaire, mais ils servent des objectifs différents et présentent des caractéristiques distinctes. Un héliostat est un dispositif qui utilise des miroirs pour suivre le mouvement du soleil et réfléchir la lumière vers une cible précise, comme un récepteur central. Les héliostats sont couramment employés dans les systèmes à concentration solaire (CSP), où la lumière concentrée sert à produire de l’électricité ou de la chaleur. Ces installations sont généralement de grande envergure, nécessitent beaucoup d’espace et offrent leurs meilleures performances dans des zones telles que les grands déserts. L’utilisation d’héliostats requiert moins d’infrastructures que l’intégration de panneaux solaires sur une surface équivalente. Les héliostats atteignent également des niveaux de concentration bien plus élevés que les panneaux solaires, ce qui peut conduire à des températures et à une production d’énergie supérieures.
Les panneaux solaires convertissent directement la lumière du soleil en électricité grâce à des matériaux semi-conducteurs et constituent l’option la plus courante pour les applications résidentielles, commerciales et à l’échelle des services publics. Ils sont polyvalents et peuvent être installés sur des toitures, en systèmes au sol, ou intégrés de façon compacte aux matériaux de construction. Comparés aux héliostats, les panneaux solaires offrent un facteur de concentration plus faible tout en générant de l’électricité de manière efficace. Le choix entre héliostats et panneaux solaires dépend de l’application, de l’espace disponible, des contraintes de coût et de la production énergétique souhaitée.
Comment les héliostats sont utilisés
En ajustant continuellement la position de leurs miroirs, les héliostats veillent à ce que la quantité maximale de lumière soit dirigée vers un récepteur central tout au long de la journée. Cela permet de maximiser l’efficacité de la collecte et de l’utilisation de l’énergie solaire à partir du récepteur central, chargé de convertir la lumière réfléchie en énergie thermique ou en électricité, que l’on retrouve dans :
- un panneau solaire
- un capteur solaire thermique
- un four solaire
- un cuiseur solaire
- une tour solaire
Fours solaires
Souvent utilisés avec des héliostats, les fours solaires sont des structures de chauffage fermées exploitant l’énergie solaire concentrée pour produire de la chaleur. Ils peuvent être constitués de grands miroirs paraboliques appelés « concentrateurs », mais peuvent aussi être associés à un réseau de miroirs d’héliostat qui focalisent la lumière sur un point ou un récepteur central. Dans de bonnes conditions, la lumière concentrée peut atteindre des températures très élevées, supérieures à 3 500 °C. Cela permet d’employer le four solaire pour diverses applications, telles que :
- chauffer des fluides
- fondre des métaux
- générer de la vapeur/des turbines à vapeur
- produire de l’électricité
Cuiseurs solaires
Les cuiseurs solaires existent en plusieurs versions, notamment à boîte, paraboliques et à panneaux. Leurs conceptions présentent des similitudes avec les fours solaires, mais à plus petite échelle, en utilisant la lumière du soleil pour :
- faire bouillir de l’eau
- pasteuriser des boissons
- cuire des aliments
- réchauffer d’autres aliments
Ils offrent une solution durable et écologique face aux méthodes de cuisson traditionnelles dépendant des combustibles fossiles. Abordables et portables, les cuiseurs solaires sont utilisés dans les zones où l’accès à l’électricité ou au gaz est limité, ce qui les rend particulièrement utiles dans les pays en développement.
Spécifications importantes des actionneurs pour les héliostats
La rotation des héliostats peut être assurée par un système à un axe ou à deux axes, entraîné par des actionneurs ou des entraînements d’orientation — des réducteurs capables de supporter en toute sécurité des charges radiales et axiales et de transmettre le couple nécessaire à la rotation. Les vérins linéaires électriques sont couramment utilisés pour les systèmes de suivi solaire des panneaux solaires et des héliostats. Dans certains cas, les suiveurs solaires peuvent utiliser une combinaison d’actionneurs et d’entraînements d’orientation ; toutefois, les spécifications importantes qui doivent toujours être testées et prises en compte pour ces systèmes d’entraînement sont leurs :
- Forces nominales
- Indices de protection (IP)
- Options de rétroaction
- Dimensions physiques
Force nominale
Choisir la bonne force pour des vérins linéaires électriques est crucial pour garantir un fonctionnement fluide et une longue durée de vie. Nous recommandons de calculer la force requise de votre application avant d’acheter un actionneur. Les applications solaires n’exigent pas une grande vitesse de déplacement, mais bénéficient souvent d’une force nominale élevée. Outre une robustesse structurelle accrue, une force nominale élevée — typique des vérins linéaires industriels — garantit plus sûrement qu’il y aura suffisamment de couple pour positionner vos héliostats en cas de fortes rafales de vent.
Indice de protection
Un indice de protection suffisant assure une durée de vie plus longue du produit en présence d’eau. Nous recommandons un indice d’au moins IP66 pour les applications extérieures, comme les héliostats. Notre gamme d’actionneurs propose des options avec des indices de IP66 pour l’extérieur, jusqu’à IP68M en dynamique/IP69K en statique pour une immersion complète. Les unités classées IP66 conviennent à la plupart des usages extérieurs, car elles résistent à la poussière et à une pénétration modérée de liquides. Des certifications Rayons UV et Brouillard salin, comme celles de notre vérin linéaire de suivi solaire PA-100, améliorent également la longévité de l’unité dans les déserts ou les zones exposées au sel.
Options de rétroaction
Certains systèmes existants d’héliostats peuvent nécessiter des actionneurs avec un type de rétroaction spécifique pour fonctionner correctement avec leurs contrôleurs. Les interrupteurs de fin de course et les capteurs de rétroaction de position sont conçus pour aider à prévenir une sur-rotation ou des dommages à l’héliostat pendant le fonctionnement. En effet, connaître la position d’un actionneur est utile pour les applications exigeant que plusieurs actionneurs se déplacent à la même vitesse, mémorisent des positions préréglées et/ou collectent des informations de position pour l’analyse utilisateur. Lors du choix d’un actionneur, il est important de s’assurer qu’il dispose d’une rétroaction adaptée pour garantir la compatibilité avec votre système.
Dimensions physiques
Avant l’installation, il est important de vérifier si l’espace disponible peut accueillir la longueur, la largeur et la hauteur d’un actionneur. La dimension trou à trou (H2H) d’un actionneur en position rétractée est la première mesure cruciale pour déterminer ses exigences physiques. Cette mesure correspond à la distance entre le centre du trou de montage arrière et le centre du trou de montage avant. Il est essentiel de s’assurer que cette dimension correspond du centre du trou arrière de votre application au centre du trou avant. Nos vérins linéaires industriels existent en différentes tailles, du compact vérin industriel mini PA-09 à notre plus grand vérin linéaire de suivi solaire PA-100, selon l’échelle nécessaire pour vos héliostats.
Un axe VS deux axes
Un suiveur d’héliostat à un axe déplace les miroirs dans une seule direction, généralement d’est en ouest, en suivant la trajectoire du soleil au cours de la journée. Un suiveur à deux axes peut déplacer les miroirs horizontalement (d’est en ouest) et verticalement (de haut en bas), ce qui permet de suivre la position du soleil non seulement tout au long de la journée mais aussi tout au long de l’année, pour une efficacité globale accrue. Les suiveurs à un axe sont plus simples et moins coûteux que les suiveurs à deux axes ; toutefois, ces derniers offrent une meilleure efficacité sur l’ensemble de l’année.
Le choix entre suiveurs à un axe et à deux axes dépend généralement de facteurs tels que les exigences spécifiques du système solaire, l’espace disponible, le budget et la production d’énergie souhaitée. Les suiveurs à un axe conviennent généralement à la plupart des applications et offrent un bon compromis entre coût et performances. Les suiveurs à deux axes sont généralement préférables lorsque la production d’énergie maximale est cruciale, comme dans les centrales solaires à concentration ou les systèmes photovoltaïques à haut rendement. En fin de compte, la décision entre suiveurs d’héliostats à un ou deux axes doit reposer sur une évaluation attentive des besoins de votre projet et une analyse coûts-avantages.
EN RÉSUMÉ
Les héliostats offrent plusieurs avantages en tant que solution d’énergie propre et renouvelable pour réduire notre empreinte carbone. Combinés à des vérins linéaires industriels, leur rentabilité, leur simplicité et leurs capacités élevées de production d’énergie en font d’excellentes options pour maximiser l’usage de l’énergie solaire dans des systèmes à grande échelle.
En tant que l’un des principaux fournisseurs de vérins linéaires électriques, Progressive Automations offre une flexibilité, une qualité, un soutien et une expérience terrain de premier plan pour répondre à tous vos besoins. Si vous avez d’autres questions sur nos offres, n’hésitez pas à nous contacter ! Nous sommes experts dans notre domaine et voulons nous assurer que vous trouviez les meilleures solutions pour votre application.
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