Les CSP (concentrated solar power plant) sont des systèmes de production de chaleur et/ou d'électricité utilisant des centaines de miroirs pour concentrer les rayons du soleil vers un tube appelé collecteur. Cela permet d’atteindre des températures de fluide caloporteurs allant de 100 à 1000 º C.
Il existe deux grandes familles de collecteurs :

• 1) Les collecteurs simples: il s’agit principalement de collecteurs plats ou munis de tube sous vide. Ces systèmes ne permettent d’atteindre que des températures de l’ordre de 150°C.
  Ces collecteurs sont souvent utilisés pour le chauffage et la production d’eau à faible température (90°C-100°C) mais elle pourrait aussi être utilisée pour produire de l’électricité à l’aide d’un cycle organique de Rankine (ORC).


• 2) Les collecteurs à concentration : Ces collecteurs sont composés d’un réflecteur asservi qui suit le trajet du soleil et un tube contenant le fluide caloporteur. Le principe de fonctionnement est assez simple : la lumière est réfléchie par le réflecteur vers le tube qui se trouve sur sa focale. Il existe plusieurs types de concentrateurs :


• Collecteurs à miroirs cylindro-paraboliques :
  Ici le réflecteur à une forme cylindro-parabolique. Selon la taille de la surface réfléchissante et sa composition (aluminium ou verre principalement) les températures atteignent de 200 à 450°C.


• Collecteurs à miroir de Fresnel :
  Ce concentrateur est composé par un tableau de miroirs plats qui concentrent le rayonnement solaire vers un tube se trouvant en hauteur. Le fluide caloporteur s'écoule à travers les récepteurs et se chauffe et/ou se vaporise. Le principe est donc comparable à celui des collecteurs cylindro-paraboliques mais cette technologie permet de réduire les coûts grâce à une structure simplifiée et l’utilisation de miroirs plans.


• Collecteurs paraboliques :
  Un réflecteur parabolique réfléchit le rayonnement solaire en un unique point appelé « point focal ». Cette concentration plus importante que dans les cas précédents permet de chauffer un gaz (généralement de l’air) à une température plus élevée, jusqu’à 750°C. Le gaz chaud est ensuite utilisé pour produire de l'électricité à l’aide d’un moteur Stirling ou une microturbine.
  


• Tour solaire :
  Dans cette configuration, un réseau circulaire de grands miroirs plans réfléchissent le rayonnement solaire sur une centrale réceptrice montée au sommet d'une tour. Le fluide se trouvant dans la tour est chauffé puis alimente une turbine à très haute température (environ 1.000°C).

Les collecteurs à concentration sont souvent intégrés à des cycles vapeurs mais on peut imaginer le couplage à des modules ORC afin de valoriser les chaleurs fatales des cycles vapeurs. L’utilisation de collecteurs à faible rendement dans des régions à faible ensoleillement ou sur des petites terrains (moins de 10ha) peut aussi être envisagée afin d’atteindre des températures de fluide caloporteurs de l’ordre de 200°C à 250°C qui ne sont valorisables qu’avec des modules ORC.

Les centrales solaires thermodynamiques utilisent une partie du rayonnement solaire, appelé « Rayonnement solaire direct » ou Direct Normal irradiation (DNI). Il s'agit de la lumière du soleil qui atteint la surface de la Terre sans être déviée par les nuages, fumées ou poussières présents dans l'atmosphère. Les sites appropriés pour les centrales solaires thermodynamiques sont ceux qui possèdent les DNI les plus élevés, au moins 2.000 kilowatts heures par m² et par an (les meilleurs sites reçoivent plus de 2800 kWh/m²/an).

Les régions typiques pour le CSP sont celles qui n'ont pas de grandes quantités d'humidité, de poussière et de fumées, phénomènes qui diminuent le DNI. Ceci comprend les steppes, les brousses, la savane, les zones semi-désertiques et bien sûr les déserts. Ces zones sont généralement situées à moins de 40 degrés de latitude nord ou sud. Par conséquent, les zones les plus prometteuses du monde sont les États-Unis, l'Amérique du Sud, l’Afrique, les pays méditerranéens, le Proche et le Moyen-Orient, et l'Australie. Dans ces régions, 1 km² de terrain serait suffisant pour générer près de 100-130 GWh d'électricité par an à l’aide des technologies solaire thermodynamique à concentration.

Le potentiel solaire de la France ne permet pas l’implantation de centrales thermodynamiques à hautes températures. L’ensoleillement peut cependant permettre d’atteindre, sur des sites de taille raisonnable, des températures de l’ordre de 240°C. Cette gamme de température n’est pas valorisable avec des turbines vapeurs classiques mais elles sont idéales pour des modules utilisant la technologie ORC.

La technologie solaire thermoélectrique est encore largement minoritaire mais possède de nombreux avantages par rapport au solaire photovoltaïque:

• La possibilité de stocker l’énergie thermique permet de s’affranchir des aléas climatiques et ainsi de produire en soirée ou durant la nuit


• De plus le stockage peut permettre de produire lorsque le réseau en a besoin par en exemple lors de périodes pointe


• Enfin, les collecteurs peuvent être couplés à un autre moyen de production de chaleur – chaudière biomasse ou gaz par exemple - pour produire en continu (système hybride)