Les ingénieurs de Sandia National Laboratories ont mis au point un nouveau type de récepteur pour la concentration de centrales solaires, ce qui devrait améliorer l’efficacité de la capture de la lumière du soleil pour les petites installations

Les usines à concentration d’énergie solaire (CSP) peuvent être un élément clé d’une stratégie globale d’énergie renouvelable, mais les progrès sont souvent axés sur l’agrandissement des installations. Aujourd’hui, des ingénieurs de Sandia National Laboratories améliorent l’efficacité des petites usines, en concevant un nouveau récepteur capable d’absorber davantage de lumière solaire.

Lorsque les panneaux solaires photovoltaïques fonctionnent en absorbant la lumière du soleil et en la convertissant directement en électricité, les installations CSP utilisent d’énormes réseaux de miroirs appelés héliostats pour réfléchir cette lumière du soleil sur les récepteurs. Cette lumière concentrée réchauffe les fluides traversant les panneaux récepteurs, produisant de la vapeur qui entraîne ensuite une turbine pour créer de l’énergie.

Normalement, ces panneaux récepteurs sont constitués de tubes disposés dans des panneaux plats ou des cylindres, mais ces modèles ne capturent pas 100% de la lumière, ce qui signifie qu’il y a de la place pour une amélioration. À cette fin, l’équipe de Sandia a peaufiné la conception du récepteur de sorte que, au lieu de panneaux plats, le nouveau design utilise une forme fractale pour capturer plus de lumière solaire entrante.

«Quand la lumière est réfléchie sur une surface plane, elle est partie», explique Cliff Ho, ingénieur en mécanique chez Sandia. «Avec une conception de récepteur plat, 5% ou plus de la lumière du soleil concentrée se réfléchit. Nous avons donc configuré les panneaux de tubes dans un motif radial ou à persiennes qui piège la lumière à différentes échelles. Nous voulions que la lumière se réfléchisse vers l’intérieur du récepteur et soit absorbé, un peu comme les murs d’une pièce insonorisée. « 

Les chercheurs affirment que le nouveau design rend les récepteurs jusqu’à 20% plus efficaces pour absorber la lumière solaire que les systèmes actuels. Mieux encore, les nouveaux récepteurs peuvent être imprimés en 3D à partir d’un alliage de nickel appelé Inconel 718, ce qui signifie qu’ils peuvent être produits relativement rapidement et à peu de frais.

L’équipe teste les récepteurs avec de l’air, du dioxyde de carbone et de l’hélium circulant dans les tubes et alimentant une turbine, mais l’objectif à long terme est d’utiliser du dioxyde de carbone supercritique – une version semi-liquide chaude et fortement pressurisée du gaz.

La combinaison du dioxyde de carbone supercritique avec la nouvelle conception du récepteur pourrait ainsi signifier que les centrales CSP à petite échelle – celles ayant des capacités de 1 à 10 MW – pourraient être plus abordables et efficaces. Ces installations à plus petite échelle pourraient ensuite être utilisées pour alimenter des communautés individuelles.

Les nouveaux récepteurs ont été développés dans le cadre d’un projet pour l’Institut de recherche sur l’énergie solaire pour l’Inde et les États-Unis (SERIIUS).

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