Comment fonctionnent les panneaux solaires à concentration (CSP) ?

Imaginez une loupe utilisée pour concentrer les rayons du soleil sur un morceau de papier. La loupe agit comme un miroir parabolique, concentrant la lumière en un point précis, ce qui augmente considérablement la chaleur ressentie à cet endroit. C'est le même principe qui est utilisé dans les systèmes CSP, mais à une échelle beaucoup plus grande.

Les panneaux solaires à concentration CSP (on peut également parler de panneau solaire thermodynamique) utilisent des miroirs orientables dits « héliostats » pour concentrer (d’où l’expression « à concentration ») la lumière du soleil sur une zone réduite appelée « récepteur ».

Le récepteur absorbe le rayonnement solaire concentré et (à ce moment-là, sa température peut atteindre des valeurs très élevées, de l’ordre de plusieurs centaines, voire un millier de degrés Celsius) et le transforme en chaleur.

La chaleur produite est transférée à un fluide caloporteur qui circule en circuit fermé jusqu’à arriver à un générateur d’électricité qui va, à son tour, l’utiliser pour produire de la vapeur qui servira à actionner des turbines.

Ces dernières entraîneront des générateurs qui convertiront l'énergie mécanique en électricité.

Les CSP et les systèmes photovoltaïques (PV), 2 technologies clés dans le domaine des énergies renouvelables, transforment l’énergie solaire (son rayonnement plus précisément) en électricité, ce qui peut prêter à confusion quant à la supériorité d’une technologie par rapport à l’autre. Mais on peut constater ici que leur fonctionnement diffère significativement.

Les panneaux photovoltaïques convertissent directement la lumière en électricité au niveau des cellules photovoltaïques, sans intermédiaire. Les CSP, en revanche, utilisent la chaleur générée par la concentration du rayonnement solaire.

Cette distinction peut rendre les CSP plus performants que les systèmes PV, surtout dans des applications nécessitant une production d'énergie après le coucher du soleil puisque la chaleur est d’abord accumulée avant d’être transformée en électricité.

Les technologies CSP se déclinent en plusieurs configurations, chacune adaptée à des applications et des besoins spécifiques comme expliqué ci-dessous.

Les centrales à miroirs cylindro-paraboliques

Ces centrales utilisent des rangées de miroirs paraboliques qui concentrent le rayonnement solaire sur un tube récepteur situé au focus de la parabole.

Cette technologie est bien établie et représente une grande partie des installations solaires CSP actuelles.

Les miroirs de Fresnel

Considérés comme une variante des centrales à miroirs cylindro-paraboliques, les systèmes Fresnel utilisent des miroirs plats ou légèrement courbés orientés pour refléter la lumière solaire vers un tube récepteur commun.

Ces installations offrent l'avantage d'être moins coûteuses et d'occuper moins d'espace, bien qu'elles soient généralement moins efficaces que leurs homologues cylindro-paraboliques.

La centrale à tour

Les centrales à tour CSP utilisent un champ de miroirs qui dirigent le rayonnement solaire vers un récepteur situé au sommet d'une tour. Cette concentration de lumière à un point unique permet d'atteindre de très hautes températures, améliorant l'efficacité de la conversion de l'énergie solaire en électricité.

Ces centrales sont particulièrement adaptées pour les projets à grande échelle, offrant un potentiel élevé d'énergie électrique renouvelable.

Les concentrateurs paraboliques Dish Stirling

Les systèmes Dish Stirling combinent un miroir parabolique (Dish) avec un moteur Stirling pour convertir directement la chaleur en électricité. Le miroir concentre le soleil sur le récepteur du moteur Stirling qui utilise la différence de température entre l'air chaud et l'air froid pour générer du mouvement et de l'électricité. Une méthode bien distincte de celle des panneaux photovoltaïques, où les cellules photovoltaïques jouent un rôle central.

Ces systèmes sont très efficaces et peuvent être utilisés de manière isolée ou en groupes pour augmenter la capacité de production.

À noter : Il est vrai que les panneaux solaires aux technologies CSP, avec leur grand potentiel de production d'énergies propres et renouvelables, jouent un rôle crucial dans la lutte contre le changement climatique. Découvrez comment les panneaux solaires permettent-ils la réduction des émissions de carbone. Mais il est aussi crucial d'aborder les préoccupations sanitaires liées à leur adoption : les panneaux solaires sont-ils nocifs pour la santé ?

La technologie des panneaux solaires à concentration CSP trouve des applications dans de nombreux domaines à savoir :

• La production d’électricité à grande échelle : utilisation de grandes centrales solaires à concentration. Découvrez comment installer un panneau solaire avec batterie pour optimiser l’indépendance énergétique.

• Le dessalement de l’eau de mer.

• La production d’hydrogène vert : électrolyse de l’eau au moyen de l’électricité solaire comme c’est le cas avec les panneaux photovoltaïques.

• Le chauffage des bâtiments.

La liste n’est pas exhaustive.