Qu'est-ce qu'une centrale solaire thermique ?

Avec la croissance continue de la demande énergétique mondiale et l'aggravation des problèmes environnementaux, les énergies renouvelables suscitent un intérêt croissant. 

Parmi elles, la production d'énergie solaire thermique se démarque comme une technologie prometteuse, offrant des avantages significatifs tout en présentant des défis. 

Voici un aperçu du fonctionnement de cette technologie pour mieux comprendre le potentiel du solaire thermique et ses perspectives de développement.

Comment fonctionne une centrale solaire ? 

Fonctionnement d’une centrale solaire thermique

Les centrales solaires thermodynamiques, ou CSP (Concentrating Solar Power), utilisent des miroirs ou des lentilles pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur qui convertit cette lumière en chaleur. 

Cette chaleur est utilisée pour chauffer un fluide caloporteur (qui transporte la chaleur), généralement de l'huile ou du sel fondu, qui alimente ensuite un générateur de vapeur. La vapeur générée à haute pression fait tourner une turbine connectée à un générateur électrique, produisant ainsi de l'électricité. 

Grâce à des systèmes de stockage thermique, ces centrales peuvent continuer à produire de l'électricité même après le coucher du soleil ou par temps nuageux, offrant une source d'énergie renouvelable fiable et flexible.

Quelle est la différence entre le solaire thermique et le solaire photovoltaïque ?

Même si les centrales solaires photovoltaïques et les centrales solaires thermiques sont toutes deux des technologies produisant de l’électricité avec la lumière du soleil, leur fonctionnement est différent. Ainsi, les centrales thermiques se distinguent des centrales photovoltaïques de plusieurs manières : 

• Les centrales thermiques produisent de la chaleur grâce à des miroirs, alors que les centrales photovoltaïques produisent de l’électricité avec des panneaux ; 

• Elles ont une capacité de stockage de la chaleur emmagasinée la journée pour continuer à fonctionner une partie de la nuit ; 
• Elles nécessitent des terrains plats et vastes où l’ensoleillement est maximal, tandis que les panneaux photovoltaïques standard fonctionnent par temps nuageux. 

Les CSP sont souvent installées dans des régions désertiques ou semi-désertiques, où l'ensoleillement est maximal et dans lesquelles les terrains sont vastes et éloignés des zones d’habitation.

Les centrales solaires classiques, utilisant des panneaux photovoltaïques, sont beaucoup plus flexibles en termes de choix de terrain. Elles peuvent être installées sur des toits, des terrains inclinés, ou même sur terrain inutilisé à proximité d’un plan d’eau.

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Quels sont les trois types de centrales solaires thermiques ?

Centrales à collecteurs cylindriques

Les collecteurs cylindro-paraboliques utilisent des miroirs en forme de cylindres pour concentrer la lumière du soleil sur des tubes parallèles. Ces tubes contiennent un fluide de transfert thermique, généralement de l'huile synthétique, qui monte en température au soleil avant d'être utilisé pour générer de la vapeur et produire de l'électricité.

Centrales à tours solaires

Les centrales à tours solaires utilisent des miroirs appelés héliostats pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur central situé au sommet d'une tour. Un exemple notable est la centrale solaire thermique d'Ivanpah en Californie, qui couvre plus de 1 400 hectares et utilise des miroirs concaves pour atteindre des températures élevées.

Centrales à collecteurs paraboliques

Les centrales à collecteurs paraboliques emploient des miroirs en forme de parabole pour concentrer la lumière du soleil sur des tubes contenant un fluide thermique caloporteur. Ce fluide chauffe et produit de la vapeur pour alimenter des turbines électriques.

Quels sont les avantages d’une centrale solaire thermique ?

Production d’énergie verte et renouvelable 

Les centrales solaires thermodynamiques produisent de l'électricité thermique à partir du soleil sans émettre de gaz à effet de serre, ce qui en fait une technologie clé pour lutter contre le changement climatique. La flexibilité des centrales thermiques renforce la sécurité énergétique française. 

Faible impact environnemental des infrastructures

Ces installations sont écologiques, produisent peu de pollution, utilisent des matières premières abondantes et faciles à obtenir, et exploitent des ressources renouvelables. Dans les projets de plus grande envergure, comme en Espagne, les capteurs thermiques peuvent atteindre des températures très élevées, permettant d'alimenter de vastes systèmes de génération électrique.

Stockage d'énergie thermique

Les centrales solaires thermiques ont la capacité de stocker de l'énergie thermique pour une utilisation ultérieure, ce qui leur permet de produire de l'électricité même après le coucher du soleil ou par temps nuageux. Cela donne à ces systèmes une flexibilité et une capacité de régulation de la production électrique.

Combinaison avec d'autres sources d'énergie

Les centrales solaires thermiques peuvent être combinées avec d'autres sources de production, comme les centrales à combustibles fossiles ou les installations biomasse, offrant une flexibilité supplémentaire. Cette hybridation permet de maintenir une production d'électricité stable et continue, même lorsque l'ensoleillement est faible, tout en augmentant l'efficacité globale du système énergétique.

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Quels sont les inconvénients des centrales solaires thermiques ?

Coûts initiaux élevés

Les centrales solaires thermiques nécessitent un investissement initial important en raison des composants complexes, tels que les miroirs, les récepteurs thermiques et les systèmes de stockage thermique. Ces coûts élevés peuvent rendre la mise en place de CSP moins attrayante que les systèmes photovoltaïques classiques.

Encombrement et infrastructure

Les centrales CSP prennent généralement beaucoup d'espace pour les miroirs ou les lentilles, ce qui les rend moins adaptées aux environnements où le terrain est limité. Cela contraste avec les systèmes solaires classiques de panneaux photovoltaïques, qui peuvent être installés sur des toits ou dans des zones plus restreintes.

Dépendance à des conditions météorologiques spécifiques

Les centrales solaires thermiques nécessitent des conditions de soleil direct pour fonctionner efficacement, contrairement aux panneaux photovoltaïques, qui peuvent produire de l'électricité même par temps nuageux ou avec une lumière diffuse. Ce type d'installation est donc moins adapté aux régions avec des variations climatiques importantes ou des niveaux de soleil moins constants.

Quel est le rendement d'une centrale solaire thermique ?

Le rendement d'une centrale solaire thermique varie en fonction de plusieurs facteurs, mais se situe généralement entre 15 % et 25 %. Bien que ce rendement soit inférieur à celui de certaines centrales thermiques, ces projets offrent des avantages significatifs en termes de réduction des émissions de carbone. 

FAQ

Peut-on installer une centrale thermique chez soi ?

Malheureusement non : les centrales solaires thermodynamiques utilisent des miroirs pour la concentration du rayonnement solaire, ce qui les rend inadaptées à un usage résidentiel. Pour des projets domestiques, un projet d’installation de panneaux solaires thermiques peut être envisagé pour le chauffage de l'eau, mais pas pour la production d'électricité.

Quelle est la puissance d'un panneau solaire thermique ?

Les panneaux solaires thermiques utilisés dans des installations résidentielles pour le chauffage de l'eau ou le chauffage central génèrent typiquement entre 1,5 kW et 3 kW d'énergie thermique.