Énergie solaire thermique

On sert à désigner par énergie solaire thermique la transformation du rayonnement solaire en énergie thermique. La production de cette énergie peut être soit utilisée directement (pour chauffer un bâtiment par exemple) ou indirectement (comme la production de vapeur d'eau pour entraîner des alternateurs et ainsi obtenir une énergie électrique). En utilisant la chaleur transmise par rayonnement plutôt que le rayonnement lui-même, ces modes de conversion d'énergie se distinguent des autres formes d'énergie solaire comme les cellules photovoltaïques.

Le principe général est de concentrer les rayons solaires en un seul lieu.

Centrales solaires thermodynamiques

Dans le domaine de la recherche industrielle, certains dispositifs permettent de concentrer l'énergie solaire en un point précis qui peut alors atteindre une température énorme. Une production électrique est alors envisageable via, entre autres, des turbines à vapeur ou d'autres moteurs thermiques.

Des collecteurs paraboliques chauffant un fluide caloporteur circulant dans des tuyaux positionnés au niveau de leur foyer géométrique ont aussi été développés.

La solution la plus réaliste économiquement à l'heure actuelle, pour la production d'électricité solaire à l'échelle industrielle, consiste à chauffer un fluide caloporteur (eau, sels fondus, huiles synthétiques, ou directement vapeur) en y concentrant le rayonnement solaire. L'irrégularité propre de l'énergie solaire peut être contournée, soit en stockant de la chaleur (avec un réservoir de fluide chaud) soit en hybridant les concentrateurs solaires avec une centrale thermique classique (la chaudière et la chaleur solaire nourrissant la même turbine à vapeur).

La centrale de Mojave en Californie vers 1980, avait fait figure de projet pionnier. Quelque peu oubliée depuis, cette filière revient d'actualité (les inquiétudes sur le réchauffement climatique et sur les réserves d'hydrocarbures aidant), avec de nombreux projets pilotes dans une dizaine de pays. La centrale thermo-solaire Nevada Solar One est en construction depuis le 11 février 2006 à Boulder City. À terme, elle développera une puissance de 64 mégawatts et sera la troisième du monde^[1]. Selon ses concepteurs, la centrale devrait permettre d'éliminer un volume de pollution équivalent à la suppression d'un million de voitures en circulation sur le territoire des États-Unis. L'un des principaux projets à venir est celui de Pacific Gas and Electric qui annonça en novembre 2007 la construction d'une centrale solaire de 177 MW de puissance à San Luis Obispo ; elle générera de l'électricité pour 120 000 foyers^[2].

La Centrale solaire Thémis en France a aussi produit de l'électricité dans les années 1980, puis a été mise en sommeil faute de rentabilité. Elle est en cours de reconversion.

Le 31 mars 2007, à 25 km de Séville a été officiellement inaugurée une centrale solaire appelée PS10 d'une puissance de 11 MW électrique, dont la production prévue est d'environ 23 GWh par an (soit la production à pleine puissance de 2000 h/an) ^[3]. D'autres centrales identiques sont prévues ^[4].

La tour solaire de 1 000 mètres de hauteur, fait partie des projets les plus ambitieux de la planète pour la production d'énergie alternative. Ce serait une usine d'énergie renouvelable qui apporterait la même puissance qu'un petit réacteur nucléaire tout en étant plus sûre et plus propre.

Un moteur Stirling relié à une génératrice peut autant utiliser un dispositif de concentrateurs paraboliques ou des capteurs plats à fluide caloporteur, selon son gradient thermique de fonctionnement.

Chauffe-eau et chauffage solaire

A l'échelle d'une habitation individuelle ou collective, il est envisageable d'installer un chauffe-eau solaire, ou un chauffage solaire : il s'agit de capteurs vitrés installés le plus fréquemment sur la toiture, dans lesquels circule un liquide caloporteur réchauffé par le rayonnement solaire, qui transmet ensuite la chaleur à un chauffe-eau et peut-être à un plancher chauffant basse température.

Ce procédé sert à couvrir à peu près 50 % en moyenne en France des besoins en eau chaude, et d'apporter peut-être un complément de chauffage.

Rafraîchissement solaire

Il existe des types de machines frigorifiques qui utilisent, paradoxalement, une source de chaleur : le réfrigérateur à absorption de gaz par exemple, assez commun pour les camping-car et caravanes. Cette chaleur peut être apportée par le soleil, avec des capteurs identiques à ceux des autres applications. La dépendance au soleil n'est pas génant quand il s'agit précisément d'assurer l'évacuation d'un excès de chaleur solaire, et pour d'autres applications il reste envisageable d'assurer le fonctionnement avec un dispositif d'appoint par combustion.

Cuisinières et sécheurs solaires

Les cuiseurs solaires sont particulièrement répandus en Chine et en Inde. Outre le cuiseur-boîte et le cuiseur à panneaux, des cuiseurs paraboliques ont été développés.

Une plaque de carton recouverte d'une feuille d'aluminium et découpée de manière à former une coquille permet déjà d'obtenir l'échauffement d'une marmite (de prédilection noire) positionnée dans un sac en plastique transparent limitant les pertes en chaleur et en vapeur d'eau. Grâce à des dispositifs de ce genre, de nombreux aliments peuvent être cuits, mijotés ou chauffés et de l'eau peut être bouillie. La pièce la plus fragile est le sac en plastique.

Des cuiseurs-boîtes avec un couvercle vitré ou un plastique rigide sont assez faciles à fabriquer avec des matériaux locaux (coquilles vides et sèches pour l'isolation thermique, etc. ).

Voir aussi

• Énergie renouvelable
• Centrale électrique mixte de Hassi R'mel

Notes

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