Le RDV de l’innovation du Service Financement R&I - Du soleil à l’électricité : les centrales solaires thermiques

L’énergie solaire est une source d’énergie inépuisable qui peut être exploitée de différentes façons comme avec les centrales solaires thermiques. Si ces dernières représentent une part assez faible du mix énergétique mondial, les centrales thermodynamiques solaires sont amenées à se développer. Selon l’Agence Internationale de l’Énergie, elles pourraient constituer 11 % de la production d’électricité mondiale à l’horizon 2050.

Le principe de fonctionnement

Aussi appelées centrales thermodynamiques, les centrales solaires thermiques à concentration visent à exploiter le rayonnement solaire. L’objectif est de transformer l’énergie lumineuse en chaleur qui pourra ensuite servir à produire de l’électricité. Pour cela, les centrales sont composées de miroirs qui captent le rayonnement. Tous ces miroirs sont orientés pour que les rayons du soleil se concentrent en un point appelé le collecteur. Afin de maximiser le rendement des centrales, les miroirs sont généralement mobiles et orientables pour suivre le parcours du soleil tout au long de la journée. Ce dispositif permet de générer des températures très élevées pouvant aller de 400 à plus de 1000°C en fonction du système de concentration. La chaleur récupérée est alors utilisée pour évaporer de l’eau. Cette vapeur se trouvant sous pression, active une turbine qui entraîne un alternateur et produit de l’électricité. Ainsi, le principal avantage de ce système est l’utilisation d’une ressource inépuisable et verte pour produire de l’électricité.

Différentes techniques de concentration des rayons

Il existe de multiples configurations de centrales solaires thermiques, chacune exploitant différentes techniques de concentration. Les centrales à miroirs cylindro-paraboliques utilisent de longs miroirs courbés et un collecteur linéaire placé au foyer du système. Les rayons du soleil sont alors concentrés sur ce tube contenant un fluide qui va transporter la chaleur produite vers la centrale. Les centrales à tour, quant à elles, disposent d’un champ de miroirs orientables situés au sol qui renvoient les rayons solaires sur une chaudière (un collecteur) située en haut d'une tour. Dans le cas des centrales à collecteurs paraboliques, le rayonnement solaire est concentré sur la focale de miroirs en parabole orientables dans lesquels se trouvent de petites centrales électriques. Le principal avantage de cette technique est qu’elles permettent de disposer d’un système totalement autonome permettant soit de faire de petites centrales adaptées aux besoins locaux, soit de faire des centrales de plus grande taille mais totalement modulaires.

Des installations limitées

Une des limites de ce type de centrales est qu’elles ne peuvent être exploitées que dans des pays à fort taux d’ensoleillement direct. De plus, de telles installations nécessitent de grands espaces pour fonctionner efficacement et pouvoir installer de nombreux miroirs dans des espaces ensoleillés. Ainsi, ces centrales sont assez peu développées en France. Elles sont majoritairement installées dans les pays ayant de forts taux d’ensoleillement annuels et de grands espaces comme c’est le cas des Etats-Unis et de l’Espagne qui représentent près de 80% de cette exploitation à l’échelle mondiale. 

D’autre part, pour fonctionner, ces centrales nécessitent de grands volumes d’eau pour produire une quantité suffisante de vapeur. Pour finir, il est possible que l’installation de centrales de grandes envergures impacte la faune et en particulier les oiseaux vivant dans ces grands espaces.

Malgré cela, ces centrales tendent à se développer car elles présentent un avantage important par rapport à d’autres sources d’énergie verte : elles peuvent être équipées d’un système de stockage de la chaleur. Ainsi, lorsque l’ensoleillement diminue, la chaleur stockée peut être utilisée pour produire de l’électricité. De cette façon, on limite les problèmes d’intermittence des énergies renouvelables.

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