Le solaire thermodynamique (CSP), un concentré d’énergie

« Demain ne sera pas comme hier. Il sera nouveau et il dépendra de nous. Il est moins à découvrir qu’à inventer. » Gaston Berger

Si le solaire thermique n’évoque pour vous que le vieux chauffe-eau solaire posé il y a quelques années sur le toit de votre maison, une mise à jour s’impose. Le solaire thermodynamique, encore appelé CSP (pour Concentrated Solar Power), permet de produire de la chaleur en concentrant les rayons du soleil sur des capteurs thermiques, et avance à grands pas dans ses développements et innovations technologiques.

Quelle différence entre le solaire thermodynamique à concentration (CSP) et le photovoltaïque concentré (CPV) ?

Les deux utilisent le rayonnement solaire comme source d’énergie et peuvent fonctionner avec peu de soleil ou un soleil diffus ; le CSP préfère cependant un vrai soleil franc et un ciel sans nuage pour s’exprimer à pleine puissance.

CPV et CSP partagent deux grandes caractéristiques : la concentration solaire et l’utilisation de trackers, (ou suiveurs) qui permettent aux panneaux de suivre la course du soleil. Faute de trackers, les panneaux sont posés sur des supports orientés et inclinés au mieux par rapport au soleil.

Pour le stockage, si le CPV s’affranchit du problème en transférant directement l’électricité produite au réseau (avec l’inconvénient d’une production intermittente), la filière CSP développe actuellement différentes solutions de stockage de la chaleur produite.

En revanche, le solaire thermique n’utilise absolument pas de silicium. En outre, pour bénéficier d’un rendement optimal, le CSP a besoin d’une chaleur importante, alors que le rendement des cellules PV s’écroule lorsque la température augmente (d’où les nécessaires circuits de refroidissements).

Enfin, dans le solaire thermodynamique, l’énergie fournie par le soleil n’est pas transformée directement en électricité mais en chaleur. Un dispositif complémentaire pour transformer cette chaleur en électricité s’avère indispensable. En général, il s’agit d’une turbine vapeur connectée à une génératrice.

Panorama des technologies CSP

Les centrales CSP produisent de l’électricité en convertissant l’irradiation solaire directe en énergie. Contrairement aux cellules PV ou aux collecteurs solaires thermiques plats, les centrales CSP ne peuvent utiliser l’irradiation diffuse issue du rayonnement solaire filtré par les nuages, les particules ou les molécules présentes dans l’air, car elle ne peut être concentrée. Le processus de conversion d’énergie consiste à :

– Concentrer l’énergie solaire et la convertir en énergie thermique utilisable

– Convertir la chaleur en électricité.

La conversion de chaleur en électricité est généralement réalisée par une turbine vapeur conventionnelle (cycle Rankine). Les collecteurs solaires à concentration sont classiquement répartis en deux groupes respectivement à leur principe de concentration :

– Les systèmes à concentration en ligne, tels que les centrales à collecteurs cylindro-paraboliques et les centrales à collecteurs linéaires de Fresnel, qui suivent la position du soleil selon un axe unidimensionnel ;

– Les systèmes à concentration directionnelle, tels que les centrales à tours solaires ou les centrales à coupoles Stirling, dont les ratios de concentration de supérieurs grâce à leur suivi solaire bidimensionnel.

Voici un rapide descriptif des quatre principales technologies CSP actuelles :

  • Le cylindro-parabolique : Utilisation de miroirs paraboliques pour concentrer le rayonnement solaire sur des tubes récepteurs linéaires. Technologie modulaire commercialement éprouvée, banquable, et qui offre des possibilités de stockage.
  • Tour solaire : Concentration du rayonnement solaire pointée sur un récepteur en haut d’une tour. Peut fonctionner à de très hautes températures et fournit des capacités de stockage. Commercialement éprouvé et banquable.
  • Coupole Stirling : Utilisation d’une coupole parabolique et d’un moteur Stirling qui simplifie le système global (modularité). Efficience solaire/électrique élevée. Adaptée aussi bien à des systèmes énergétiques décentralisés et de faible capacité qu’à des systèmes de production à grande échelle. Faible consommation d’eau.
  • Linéaire Fresnel : Utilisation de miroirs plats plus faciles à produire et moins coûteux. Autorise efficacement d’autres usages industriels tels que la génération de vapeur. Permet d’envisager des systèmes de stockage. Ratio surface/électricité élevé.

 

 

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