Par concentration du rayonnement direct, il est possible de produire de la chaleur à température suffisament élevée pour entraîner une machine thermodynamique délivrant de l'électricité via une génératrice.

Les centrales à tour

Dans le concept de la centrale à tour, des miroirs concentrent le rayonnement solaire sur une chaudière située au sommet d'une tour. La température du fluide circulant dans la chaudière peut atteindre plus de 500 C. Une turbine à vapeur entraîne ensuite un alternateur relié au réseau.
L'efficacité de conversion du rayonnement solaire en électricité atteint en 2000 environ 15 à 18%.

Le circuit peut être direct ou avec un stock intermédiaire pour encaisser les variations d'ensoleillement et les passages de nuage.
La tendance est de recourir à un circuit direct couplé avec celui plus classique d'une centrale à turbine à gaz à haut rendement (cycle combiné). La partie solaire réalise alors une économie de combustibles (à l'optimum actuel, le dimensionnement est fait pour environ 20% solaire), sans nécessité de stock à haute température, dont la technologie n'est pas maîtrisée totalement.

La centrale à tour de Barstow (Solar 2) en Californie.

Les rayons du soleil sont réfléchis par les miroirs sur la chaudière en haut de la tour. Auparavant ils sont focalisés dans l'espace comme sur cette photo.

Les centrales à capteurs cylindro-paraboliques

En Californie, les centrales les plus répandues (8 unités de 350 MWe) reposent sur le concept de capteurs cylindro-paraboliques qui permettent d'atteindre des températures de fluide de plus de 250 C. Ces centrales dites SEGS ont été construites durant les années 1980 et sont depuis exploités de manière très fiable. Le coût de production de l'électricité, notoirement inférieur à celui de photopiles équivalentes, n'est cependant pas assez bas pour atteindre la rentabilité et les USA ne développent plus la filière massivement.

Des projets de centrales solaires thermiques sont en cours au début de la décennie 2000 dans des pays comme l'Egypte, l'Inde, la Jordanie, la Crête, le Maroc, la Tunisie, avec l'aide financière d'un fonds mondial dédié.

En Suisse, le projet SPS

En Suisse, le rayonnement direct est en plaine insuffisant pour une production d'électricité solaire par voie thermodynamique intéressante. En altitude dans les Alpes, on peut trouver des conditions d'ensoleillement direct plus favorables. Dans les années 1970, de nombreux projets ont été imaginés pour produire de l'électricité solaire par voie thermique dans les Alpes suisses dans des unités de 100 kWe à 1 MWe.

Depuis 1995, une recherche sur une petite unité de 10 kWe est menée par le laboratoire LENI de l'EPF Lausanne (Professeur Daniel Favrat) et la société COGENER (Yacine Allani). Il s'agit de mettre au point d'une part un capteur à concentration bon marché et d'autre part une unité de production d'électricité compacte à partir d'une source chaude à 150 - 160 C. L'unité utilise deux cycles de Rankine superposés et des turbines scroll.

En 2000 et 2001, des kWh solaires ont été produits sur le site de Parc Scientifique de l'EPF Lausanne. Les développements se poursuivent pour aboutir à des unités de cogénération (chaleur et électricité) compactes pouvant être implantées dans des pays méditérannéens.

Voir la section des rapports pour des informations plus détaillées sur ce projet dénommé SPS pour Solar Power System.

Le CEP (Capteur Extra Plat) développé par la société COGENER de Lausanne en partenariat avec le LENI de l'EPF Lausanne permet d'atteindre des températures de plus de 150 C avec des efficacités dépassant 50%.