Les centrales solaires thermiques transforment le rayonnement solaire en chaleur, puis en électricité. Leur rendement dépend de deux principaux facteurs : les conditions d’implantation et la technologie utilisée.
Les centrales solaires thermiques produisent de l'électricité à partir du rayonnement solaire. Elles utilisent ce dernier pour chauffer un fluide à haute température avant de convertir cette chaleur en énergie électrique. Ces installations s’appuient sur des champs de miroirs chargés de concentrer la lumière du soleil. La chaleur obtenue est utilisée pour produire de la vapeur. La vapeur entraîne à son tour des turbines génératrices d'électricité. Cette filière s’inscrit dans la famille des centrales solaires à concentration, parfois désignées sous le terme de centrales solaires thermodynamiques. Elle est à distinguer des installations solaires thermiques destinées à produire de la chaleur.
Une centrale solaire thermique transforme d’abord le rayonnement en chaleur via un fluide caloporteur, avant de produire de l’électricité via une turbine et un alternateur. Une centrale photovoltaïque convertit directement la lumière en courant électrique grâce à des cellules semi-conductrices. Il n’y a pas de génération de vapeur.
Autre différence notable : le stockage de l’énergie solaire. Le photovoltaïque produit de l'électricité lorsque les panneaux sont suffisamment ensoleillés. Pour décaler sa production, il doit être associé à des solutions de stockage électrique : batteries, accumulateurs cinétiques, stations de transfert d'énergie par pompage (STEP). À l'inverse, une centrale solaire thermique stocke la chaleur dans des réservoirs de sels fondus afin de produire de l'électricité plusieurs heures après le coucher du soleil.
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Suivant la configuration des miroirs, nous distinguons trois types de centrales solaires thermiques.
La chaîne de conversion reste proche d’une centrale à vapeur alimentée par des combustibles.
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Tout à fait. Certaines centrales disposent de capacités de stockage de 15 heures, voire plus. Leur fonctionnement est alors continu.
Le rendement d’une centrale solaire thermique traduit la part du rayonnement solaire convertie en chaleur utile puis en électricité.
Plusieurs facteurs influencent le rendement d’une centrale solaire thermique :
La production mondiale d’électricité issue des centrales solaires thermiques reste encore marginale, avec une part de 0,05 % pour 13 625 GWh (gigawattheures) produits en 2022. C’est 95 fois moins par rapport au photovoltaïque.
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La centrale solaire thermique contribue à la diversification des sources d’électricité. Dans le même temps, cette technologie implique des exigences fortes en matière de surface disponible, de conditions de site et d’investissements.
Les centrales solaires thermiques produisent de l’électricité sans recourir à des combustibles fossiles. Les émissions de gaz associées à la phase de production s’en trouvent réduites. La production, partiellement pilotée grâce au stockage de chaleur, participe à la sécurisation de l’approvisionnement énergétique des territoires à fort ensoleillement.
La centrale solaire thermique nécessite un champ solaire conséquent avec une surface importante de miroirs. Il est alors nécessaire de disposer de terrains adaptés et peu contraints par d’autres usages. L’implantation doit tenir compte des conditions de vent, de la topographie et de la compatibilité avec les infrastructures existantes. Une forte irradiance directe (DNI) est indispensable. Aussi, les centrales solaires thermodynamiques sont principalement implantées dans les zones désertiques ou semi-arides, où la nébulosité est faible.
Le coût d'investissement reste quant à lui élevé. Selon l'Agence de la transition écologique (ADEME), il se situe entre 800 et 1200 € par m² installé.
La ressource solaire doit être élevée et régulière. Les meilleures performances sont obtenues dans les zones où le rayonnement solaire direct dépasse 2 000 kWh par m² et par an.
La superficie requise dépend de la puissance visée. Une grande centrale solaire thermique peut par exemple mobiliser près de 15 000 m² de capteurs. C’est le cas de la centrale Lactosol à Verdun dans la Meuse (55).
En France, le solaire thermique est surtout développé pour la production de chaleur (eau chaude sanitaire, chauffage, réseaux de chaleur). La production annuelle de la filière solaire thermique française pour la chaleur s’établit à environ 2,9 TWh (térawattheures) en 2024, avec une dynamique notable dans les départements et régions d’outre-mer (DROM), en particulier la Réunion.
En métropole, plusieurs grandes installations solaires thermiques ont vu le jour. À Narbonne dans l’Aude (11), par exemple, un réseau de chaleur urbain alimenté par une grande centrale solaire thermique couvre les besoins de bâtiments publics et de logements collectifs une large partie de l’année.
Dans le secteur industriel, la centrale solaire thermique de Verdun, évoquée précédemment, alimente des procédés de séchage. Avec près de 930 panneaux pour une surface de 14 843 m², elle est la plus grande de France et la seconde d’Europe.
Pour la production de chaleur issue du solaire thermique, la Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) fixe, pour la France métropolitaine, un objectif de 1,85 à 2,5 TWh en 2028, contre 1,75 TWh en 2023.
Le solaire thermique occupe aujourd'hui une place modeste dans le paysage énergétique français, mais il contribue au développement des énergies renouvelables dédiées à la production de chaleur. Son développement est amené à se poursuivre, en complément des autres filières renouvelables.
En France, plusieurs centrales solaires thermiques ont été développées pour la chaleur, comme à Narbonne et à Verdun.
Des dispositifs publics, comme le Fonds Chaleur géré par l’ADEME, soutiennent les entreprises et les collectivités dans le financement d’installations solaires thermiques de production de chaleur.
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