Les nouvelles technologies et innovations dans le domaine de l’énergie solaire continuent de surprendre. Parmi elles, l’énergie solaire thermique se démarque par son coût nettement inférieur à celui du charbon ou du gaz naturel. Voici comment cette technologie peut convertir le rayonnement solaire en électricité à tout moment de la journée et de la nuit grâce à divers types de stockages thermiques moins coûteux que les batteries lithium-ion.
Énergie solaire thermique : une alternative économique
Les miroirs solaires concentrant les radiations solaires pour les convertir en vapeur sont de plus en plus expérimentés. L’objectif est de trouver le type de chauffage solaire le plus efficace capable de convertir le rayonnement solaire en énergie thermique pour un coût de 0,5 centime par kWh. Ce prix est environ cinq fois inférieur à celui de la chaleur produite par le charbon et dix fois inférieur à celui du gaz naturel.
Cette économie permet de produire de l’électricité à un coût si bas qu’il devient compétitif par rapport aux centrales thermiques et nucléaires. Les nouvelles méthodes proposées sont censées remplacer les structures de miroirs actuelles, qui sont environ dix fois plus coûteuses. Ces miroirs sont à la base de plus d’une centaine de centrales solaires dont le coût total avoisine les 40 milliards de dollars. Voici comment ces miroirs convertissent le rayonnement solaire en électricité.
Le fonctionnement des miroirs solaires
Quand le soleil apparaît, ses radiations chauffent l’huile thermique contenue dans des tubes jusqu’à des températures proches de 400 °C. Cette huile chaude se déplace vers le centre de la centrale solaire, où une partie de son énergie thermique produit de la vapeur pour une turbine génératrice d’électricité. Le reste de l’énergie thermique de l’huile est stocké dans des réservoirs de sels fondus, destinés à produire de la vapeur le soir ou la nuit.
Les réservoirs de sels fondus sont constitués de deux cuves : l’une pour le sel chaud et l’autre pour le sel froid. Le déplacement du sel entre ces cuves se fait via des échangeurs de chaleur, où le sel transmet son énergie thermique pour générer de la vapeur ou pour récupérer l’énergie thermique de l’huile chauffée par les miroirs solaires. Malgré leurs avantages, les réservoirs de sels fondus sont coûteux et augmentent le coût de l’électricité produite.
Alternatives aux réservoirs de sels fondus
Il existe d’autres types de stockages thermiques moins coûteux et plus sûrs que les sels fondus. Voici quelques-unes des options explorées.
Stockage thermique en béton
Cette solution implique un grand nombre de cylindres de béton traversés par des tubes dans lesquels circule l’huile thermique. Quand l’huile chaude circule, elle transfère son énergie thermique au béton, qui peut atteindre des températures allant jusqu’à 400 °C. L’énergie stockée peut être récupérée par le même processus.
Des entreprises en Norvège, en Allemagne et aux États-Unis ont déjà investi dans cette technologie. Bien que le coût de construction soit réduit, l’efficacité est légèrement moindre que celle des sels fondus.
Stockage thermique en gravier
À une température pouvant aller jusqu’à 1000 °C, l’air chauffé par les miroirs circule à travers un réservoir rempli de gravier ou de pierres de basalte. L’air chaud transfère ainsi son énergie thermique aux pierres, qui peuvent ensuite être utilisées pour générer de l’électricité.
Cette méthode a été développée par diverses startups aux États-Unis, au Danemark, en Allemagne et en Suisse. Certains projets prévoient d’utiliser des échangeurs de chaleur entre l’huile thermique et l’air chauffé.
Stockage thermique en céramique, pierre coulée et autres matériaux
Cette méthode utilise des matériaux comme la céramique et la pierre coulée pour stocker la chaleur. Il est possible de chauffer ces matériaux à des températures approchant les 1000 °C, les rendant ainsi très efficaces pour le stockage thermique.
Des exemples existent en Serbie et aux États-Unis, où diverses entreprises expérimentent avec des pellets céramiques et des blocs de basaltes coulés pour optimiser le rendement.
Stockage thermique à base de sable
Le sable est un matériau intéressant pour le stockage thermique, puisqu’il peut être chauffé jusqu’à 1000 °C selon des expérimentations menées par des scientifiques arabes. Des startups en Finlande, aux États-Unis et en Italie travaillent sur des projets utilisant du sable pour stocker la chaleur. Par exemple, une startup finlandaise a développé un réservoir pouvant contenir 100 tonnes de sable chauffé à 600 °C.
Différentes techniques peuvent être employées pour échanger la chaleur avec le sable : certains utilisent des tubes où circule l’huile, d’autres déplacent mécaniquement le sable pour optimiser le transfert de chaleur.
Matériaux encore plus économiques
Au-delà du sable, il est possible d’utiliser des matériaux encore moins coûteux, comme le sol ordinaire ou les déchets miniers et industriels. Ces options permettent la construction de très grands réservoirs de stockage de chaleur, qui pourraient accumuler de l’énergie pendant l’été et la restituer en hiver, rendant les centrales solaires indépendantes des saisons.
La faisabilité économique de ces solutions dépend de leur capacité à fournir une électricité solaire à un coût raisonnable, tout en améliorant les facteurs de capacité des centrales.
Les progrès dans ces technologies permettront de produire une électricité solaire incroyablement abordable et fiable, capable de concurrencer les énergies fossiles et nucléaires. La recherche et les expérimentations continuent, promettant de futurs développements passionnants dans le domaine des énergies renouvelables.
