Le concentrateur solaire du Centre culture et environnement Frédérick Back

Chaque demi-heure, la terre reçoit du soleil autant d’énergie que n’en consomme l’économie mondiale en une année entière. De toute évidence, le soleil est un gisement énergétique qui gagne à être exploité. On connaît déjà les panneaux photovoltaïques qui, grâce aux semi-conducteurs dont ils sont faits, convertissent les rayons du soleil en électricité. Il y a également les capteurs solaires thermiques qui, eux, transforment le rayonnement solaire en chaleur. Ces derniers sont essentiellement composés d’une surface foncée qui se fait chauffer par le soleil et qui transfère sa chaleur à de l’eau ou de l’air, selon la conception.

Une variante du capteur solaire demeure cependant encore très peu connue, à savoir le concentrateur. Jusqu’à ces dernières années, on ne trouvait ces capteurs que dans les installations de recherche et développement des laboratoires d’énergie solaire. Le principe date pourtant de la Grèce antique, alors qu’on allumait la flamme olympique à l’aide de ce type de capteur. Des versions commerciales sont nouvellement disponibles au Canada.

Dans sa forme la plus simple, ce capteur s’apparente grandement aux antennes paraboliques, ou coupoles, qui sont utilisées pour capter les signaux satellites. Dans le cas du concentrateur solaire, on remplace la coupole d’acier par un miroir concave. Ce dernier reflète les rayons du soleil vers l’avant, en un point focal, afin de les concentrer, comme le ferait une loupe placée au soleil.

Par exemple, un miroir qui ferait un mètre carré de surface pourrait concentrer le rayonnement solaire sur un point focal de 0,01 mètre carré. Dans ce cas, le mètre carré de soleil capté par le miroir se retrouverait concentré sur une surface 100 fois plus petite et serait donc 100 fois plus intense. Afin de récolter ce « concentré de soleil » on peut placer au point focal un petit panneau photovoltaïque pour produire de l’électricité ou un petit collecteur solaire thermique pour produire de la chaleur.

Certains auront déjà vu un avantage à l’utilisation d’un concentrateur solaire. En effet, pour chaque mètre carré de soleil collecté par le miroir, on a besoin que d’une fraction de panneaux photovoltaïques ou de capteur solaire thermique pour la conversion de l’énergie. Dans l’optique où chaque mètre carré de ces derniers est plus coûteux que chaque mètre carré de miroir, on réalise des économies. On peut opter pour des capteurs photovoltaïques et thermiques haute performance ou même pour des modèles hybrides, qui produisent chaleur et électricité, pour un rendement solaire optimal.

Au fil des années, on peut profiter de l’amélioration des technologies solaires à moindres frais, n’ayant qu’à remplacer le capteur solaire au point focal du concentrateur pour mettre à jour tout le système. Un autre avantage est la capacité de cette technologie à produire de la chaleur à haute température plus efficacement que les systèmes solaires habituels. Cette caractéristique est intéressante pour le chauffage des bâtiments en hiver, pour les procédés industriels et même pour la climatisation solaire.

Tout comme une fleur de tournesol, le concentrateur solaire doit constamment suivre le soleil afin de fonctionner. Cela exige une mécanique particulière, mais contribue par contre au rendement supérieur de la technologie. De plus, le concentrateur ne peut fonctionner lorsque le ciel est très nuageux. Son fonctionnement est optimal lorsque le ciel est clair et s’amoindrit sous un ciel voilé. Dépendamment des cas, cette technologie peut revenir à la moitié du prix des technologies solaires habituelles.

Mise à l’essai

Dans le but de tester et de faire connaître la technologie au Québec, Écobâtiment travaille à l’installation d’un concentrateur solaire sur la toiture verte du Centre culture et environnement Frédéric Back, à Québec. Le concentrateur installé aura un diamètre de 4,5 mètres et pourra produire jusqu’à 12 kW de chaleur. Sa structure sera faite d’acier et son miroir sera fait d’aluminium poli. La chaleur produite servira au chauffage du bâtiment et de l’eau chaude domestique. Un réservoir thermique sera adjoint au concentrateur pour harmoniser la production solaire et les besoins du bâtiment.

Afin de valider le rendement du concentrateur, une multitude de paramètres de fonctionnement de l’appareil seront enregistrés ainsi que les quantités de chaleur produites et injectées dans les systèmes. Le Fonds en efficacité énergétique de Gaz Métro et le Bureau de l’efficacité et de l’innovation énergétiques sont partenaires du projet.