Énergie solaire bon marché, la nuit

Lorsque la plus grande centrale solaire thermique au monde, à Ivanpah, en Californie, a ouvert ses portes plus tôt cette année, elle a été accueillie avec scepticisme. La centrale électrique est indéniablement impressionnante. Une collection de 300 000 miroirs, chacun de la taille d'une porte de garage, concentre la lumière du soleil sur trois tours de 140 mètres, générant des températures élevées. Cette chaleur produit de la vapeur qui entraîne le même type de turbines que celles utilisées dans les centrales électriques à combustibles fossiles. Cette chaleur peut être stockée (par exemple en chauffant des sels fondus) et utilisée lorsque le soleil se couche beaucoup moins cher que cela ne coûte de stocker de l'électricité dans des batteries (voir La plus grande puissance solaire thermique au monde fournit de l'électricité pour la première fois).

Soleil brûlant : Des milliers de miroirs concentrent la lumière du soleil sur une tour pour générer des températures élevées dans une centrale électrique à Ivanpah, en Californie.

Mais de nombreux experts, même certains qui ont investi dans l'usine, disent qu'il pourrait s'agir de la dernière du genre. David Grue , PDG de NRG Energy, l'une des trois sociétés, dont BrightSource Energy et Google, qui ont financé l'usine, affirme que la rentabilité semblait bonne lorsque l'usine a été proposée pour la première fois il y a six ans. Depuis, le prix des panneaux solaires photovoltaïques conventionnels a chuté. Maintenant, nous misons sur le solaire photovoltaïque, a-t-il déclaré à une foule de chercheurs et d'entrepreneurs lors d'une conférence plus tôt cette année.

L'attrait de la technologie solaire thermique est simple. Contrairement aux panneaux solaires conventionnels, il peut générer de l'électricité même lorsque le soleil ne brille pas. Mais dans la pratique, c'est beaucoup plus cher que l'énergie fossile et l'électricité provenant de panneaux solaires. Et cette réalité a poussé les chercheurs à se démener pour trouver des moyens de rendre la technologie plus compétitive.

Un grand défi, déclare Philip Gleckman, directeur de la technologie de Areva Solaire , est que les miroirs, ainsi que les moteurs et les boîtes de vitesses utilisés pour les diriger vers le soleil, sont chers. Une solution potentielle, dit-il, vient d'une startup de San Francisco, Autre labo , qui remplace les moteurs par des pneumatiques et des actionneurs qui peuvent être fabriqués à moindre coût en utilisant l'équipement de fabrication actuellement utilisé pour fabriquer des bouteilles d'eau en plastique.

Le responsable des efforts solaires d'Otherlab, Leïla Madrone , affirme que la technologie pourrait réduire de 70 % le coût des champs de miroir pour concentrer la lumière du soleil. Mais même cette réduction des coûts, dit-elle, ne suffira pas à rendre la technologie compétitive par rapport aux panneaux solaires, même si les miroirs représentent un tiers à la moitié du coût global d'une centrale solaire thermique.

Pour réduire les coûts globaux, il faudra augmenter la quantité d'énergie qu'une centrale solaire thermique peut générer, afin qu'elle puisse vendre plus d'électricité pour le même montant d'investissement. Une approche pour augmenter la puissance de sortie consiste à augmenter les températures auxquelles les centrales solaires thermiques peuvent fonctionner, ce qui les rendrait plus efficaces. Ils fonctionnent actuellement à 650 °C ou moins, mais certains chercheurs développent des moyens d'augmenter cette température de 800 °C à 1 200 °C. Cette démarche est poursuivie par une autre startup, Halotechnie , qui utilise des processus de criblage à haut débit pour développer de nouveaux matériaux, notamment de nouveaux types de sel et de verre, capables de stocker la chaleur à ces températures élevées (voir Énergie solaire bon marché la nuit ).

Une autre option, financée par un nouveau programme de l'Agence américaine des projets de recherche avancée pour l'énergie, consiste à fabriquer des centrales électriques qui ajoutent des panneaux solaires aux centrales solaires thermiques. L'idée de base est que les panneaux solaires ne peuvent convertir efficacement que certaines longueurs d'onde de la lumière en électricité. Une grande partie de l'énergie de la lumière infrarouge et ultraviolette, par exemple, n'est pas convertie et est plutôt émise sous forme de chaleur. Les nouveaux projets cherchent des moyens d'exploiter cette chaleur.

Les systèmes solaires qui combinent chaleur et panneaux solaires ne sont pas nouveaux. Pendant de nombreuses années, les entreprises ont proposé des systèmes solaires qui font passer des conduites d'eau derrière des panneaux solaires - la chaleur résiduelle des panneaux rend l'eau suffisamment chaude pour les douches.

La nouvelle approche, cependant, consiste à rechercher des moyens d'atteindre des températures beaucoup plus élevées, suffisamment élevées pour être utilisées pour produire de l'électricité. De telles méthodes impliquent généralement de concentrer la lumière du soleil pour générer des températures élevées, puis de détourner une partie de cette lumière solaire concentrée vers des panneaux solaires.

Dans un cas, les nanoparticules en suspension dans un fluide absorbent les longueurs d'onde de la lumière solaire que les panneaux solaires ne convertissent pas efficacement. Ces nanoparticules chauffent le fluide. La lumière que les panneaux solaires peuvent utiliser passe à travers le fluide jusqu'à un panneau solaire. D'autres chercheurs utilisent des miroirs qui ne laissent passer que certaines longueurs d'onde.

Howard Branz , le responsable de programme en charge de ces projets à l'ARPA-E, dit espérer que le surcoût de ces systèmes hybrides sera compensé par deux choses. Premièrement, les systèmes seront plus efficaces, convertissant potentiellement plus de la moitié de l'énergie solaire en électricité, contre 15 à 40 % avec les panneaux solaires conventionnels existants.

Deuxièmement, la capacité de stocker de la chaleur pour l'utiliser chaque fois que cela est nécessaire deviendra plus précieuse à mesure que davantage d'énergie solaire sera installée. L'Allemagne, qui a beaucoup plus d'énergie solaire que n'importe quel autre pays, doit parfois payer ses voisins pour prendre l'énergie solaire excédentaire générée certains jours ensoleillés. Ce programme regarde vers un avenir qui pourrait être demain en Allemagne, trois ans en Californie, cinq ans en Arizona, dit Branz. Mais finalement, cet avenir viendra partout où les gens veulent produire beaucoup d'électricité avec l'énergie solaire.

cacher