O centrală solară este o centrală electrică funcționând pe baza energiei termice rezultată din absorbția energiei radiației solare. Centralele solare termice, în funcție de modul de construcție pot atinge randamente mai mari la costuri de investiții mai reduse decât instalațiile pe bază de panouri solare fotovoltaice, necesită în schimb cheltuieli de întreținere mai mari și sunt realizabile doar pentru puteri instalate depășind un anumit prag minim. Totodatată sunt exploatabile economic doar în zone cu foarte multe zile însorite pe an.
Pentru utilizarea energiei conținute în radiația solară în scopul producerii de energie electrică s-au conceput mai multe metode. Tehnologiiile rezultate se impart în două mari grupe în funcție de utilizarea energiei radiației solare concentrate într-un spațiu restrâns, sau utilizare fără concentrare.
Centrale solare termice cu concentrarea radiației solare directe (CSP) thumb|Ilustrație ce prezintă prin mărimea pătratelor roșii suprafața deșertică ce ar fi suficientă pentru acoperirea necesarului de energie: Globală, a Europei, a Germaniei
Aceste centrale utilizează oglinzi concave pentru a concentra razele solare pe suprafața absorbantă. Oglinda sau suprafața absorbantă își vor modifica orientarea în funcție de poziția soarelui. Centralele solare cu colectoare parabolice colectează energia cu oglinzi distribuite pe suprafețe mari ce concentrează radiația pe suprafețe absorbante situate în centrul focal al fiecărei oglinzi, pe când cele cu turn, toate oglinzile au același punct focal situat în turn.
În diverse studii realizate spre exemplu la Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) și Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation (TREC) se previzionează un potențial însemnat în aceste modalități de obținere economică a energiei în zonele deșertice din Africa de Nord și Orientul Mijlociu precum și în transportul cu pierderi reduse (HVDC) spre Europa.
Sistemele de generare de abur se pot compatibiliza cu cele solare pentru compensare reciprocă și economisirea în acest mod a combustibililor convenționali din termocentrale. În centrale solare independente, oscilațiile datorate condițiilor atmosferice pot fi compensate cu ajutorul unor rezervore de înmagazinare a căldurii, sau utilizând purtători de energie alternativă.
Centrale solare cu câmpuri de colectoare
Câmpul de colectoare ale centralei este compus din mai multe colectoare parabolice sau colectoare Fresnel legate în paralel și numite concentratoare liniare. Construirea de câmpuri de colectoare parabolice este de asemenea posibilă, dar vizavi de concentratoarele liniare sunt foarte costisitoare. În ceea ce privește instalațiile cu colectoare parabolice acestea sunt deja în exploatare comercială.
În câmpul de colectoare se produce încălzirea unui agent termic care poate fi ulei mineral sau abur supraîncălzit. La instalațiile cu ulei se poate atinge o temperatură de până la 390 °C care într-un schimbător de căldură va genera abur. Dacă agentul termic este aburul (instalații de tip DISS = Direct Solar Steam), atunci nu este nevoie de schimbător de căldură, aburul fiind generat direct în conductele de absorbție. În acest caz este posibilă atingerea de temperaturi de peste 500 °C. Aburul astfel generat este colectat și alimentează o turbină cu abur la care este cuplat un generator de energie electrică.
Avantajul acestui tip de centrale constă în faptul că utilizează în parte tehnologie convențională disponibilă.
Centrale solare cu colectoare parabolice
thumb|Colectoare parabolice la Kramer Junction in California
Colectoarele parabolice sunt constituite din oglinzi lungi curbate transversal pe un profil de parabolă concentrând fluxul radiației solare pe un tub absorbant situat în linia focală. Lungimea acestui tip de colectoare este cuprinsă în funcție de tip între 20 și 150m. Tubul absorbant este constituit dintr-o țeavă de metal acoperită în exterior cu un strat absorbant și prin care curge agentul termic și care este în interiorul unui alt tub, de astă dată de sticlă de borosilicat rezistent la acțiuni mecanice și chimice fiind acoperit de un strat antireflectorizant. Între cele două tuburi este creat vid pentru a reduce pierderile prin convecție. Energia radiației solare este transformată în energie termică și cedată agentului termic. Oglinzile parabolice sunt așezate de regulă în rânduri una după alta pe direcția N-S. Având un singur grad de libertate, rotația în jurul axei focale.
Încă din anul 1912 s-au utilizat colectoare parabolice de către firma Shumann und Boys pentru generarea de abur necesari acționării unei pompe de 45 kW în Meadi/Egipt. Colectoarele aveau o lungime de 62m și acopereau o suprafață de 1200m²
Între 1977 și 1982 au fost puse în funcțiune în SUA instalații pilot utilizând colectoare parabolice.
În 1981 a fost pusă în funcțiune o instalație pilot de producere energie electrică de 500 kW la European Test Centre for Solar Energy Applications din Plataforma Solar de Almería situat la marginea deșertului desierto de Tabernas
Exploatarea comercială a acestui tip de centrale a început în anul 1984 în SUA în deșertul Mojave din California. Cele 9 centrale SEGS' = Solar Electricity Generation System au o putere instalată totală de 354 MW. În colectoarele parabolice cu o lățime de 6 m și o lungime de până la 180 m se poate atinge o temperatură de 400 °C. Randamentul centralei este de 14% și asigură energia necesară pentru cca 200000 locuințe. În luna iunie 2007 s-a dat în funcțiune centrala Nevada Solar One Erneuerbare Energien - Nevada Solar One: Solarstrom für 40.000 Haushalte (germană) de lângă Boulder City/Nevada cu o putere instalată de 64MW cu posibilitatea de extensie până la 200MW. Energia temică este produsă de 19.300 oglinzi de 4m lungime înzestrate cu conducte absorbante (PTR70 Receiver) livrate de către firma SCHOTT AG Informație de presă a SCHOTT AG din 03.10.2005 (engleză). Se prevede construirea de centrale similare în Maroc, Algeria, Mexic și Egipt.
Din anul 2006 se află în stadiu de construcție centrala Andasol 1 de 50MW, în prezent cea mai mare din Europa, proiectată de firma Solar MillenniumCaiet de prezentare 2007 al Solar Millennium AG cu informații și imagini Andasol 1-3 (germană)
Instalații solare de tip Fresnel
O dezvoltare a tehnologiei cu colectoare parabolice o reprezintă așa numitele colectoare cu oglinzi Fresnel. În acest caz în locul unei oglinzi parabolice se utilizează mai multe fâșii de oglinzi plane situate toate la nivelul solului și care se pot roti în jurul razei longitudinale pentru a putea fi orientate câte una astfel ca să reflecte radiația solară în direcția tubului absorbant, în spatele căruia se află o altă oglidă liniară cu rol de concentrare a fascicolelor primite de la oglinzi într-o linie cât mai subțire. Acest concept este în faza de testare.
Acest mod de construcție îmbină principiul de funcționare al colectoarelor parabolice cu cel al centralelor cu turn, dar renunțând atât la oglinzile curbate cât și la dispozitivele de orientare cu mai multe grade de libertate rămânând doar construcția modulară. Utilizând oglinzi plate ușor de construit se scontează pe un preț scăzut. Utilizarea conductei absorbante este necesară în continuare. Rezultă posibilitatea utilizării de conducte mai lungi , fără coturi, ceea ce reduce pierderile datorită rezistenței hidraulice, în schimb apar pierderi de radiație solară datorită umbririi reciproce a oglinzilor.
Din anul 2004 o astfel de instalație este testată pe lângă o centrele termică pe bază de cărbune din Australia de către Universitatea din New South Wales și Sydney First Results from Compact Linear Fresnel Reflector Installation (engleză). După terminare instalația va produce cca 15 MWth energie pentru încălzirea apei de alimentare a centralei din Lidell/Hunter Valley și va contribui la economisirea de combustibil. Un modul format din 12 oglinzi acoperă o suprafață de cca 1350m² și concentrează radiația solară pe o conductă absorbantă aflată la o distanță de 10m deasupra lor. Se produce abur în mod direct la o temperatură de 285 °C.
Centrale cu turn solar left|thumb|Cuptorul solar de la Odeillo right|thumb|Turnul de la Solar Two left|thumb|Centrala pilot Solar Two thumb|Oglinzi (heliostat) de la Solar Two În cazul centralelor cu turn solar este vorba de obicei de centrale pe bază de abur generat cu ajutorul energiei solare. Focarul (camera de combustie) încălzit până acum cu păcură, gaz natural sau cărbune, este înlocuit de un focar solar așezat în vârful unui turn. Radiația solară, a sute, chiar mii de oglinzi cu orientare automată după poziția soarelui este reflectată către o suprafață absorbantă centrală numită receiver. Datorită puternicei concentrări de radiație, în turn apar temperaturi de ordinul a mii de grade. Temperatura exploatabilă rațional este în jur de 1300 °C. Nivelele de temperaturi și prin acestea, randamentul termic posibil de atins, sunt mult mai mari decât la centralele solare cu câmpuri de colectoare. Ca agent termic se utilizează azotați fluizi, abur sau aer cald. Acest principiu este utilizat de fapt și la cuptorul de topire solar din Odeillo. În acest mod se pot genera temperaturi cu valori adaptate necesităților proceselor tehnologice sau cerințelor accelerării proceselor chimice. De regulă însă, căldura generată este utilizată totuși prin intermediul unei turbine cu gaze sau cu abur la generarea de curent electric. În schimbătorul de căldură pe care este concentrată lumina solară agentul termic este încălzit până la 1000 °C și în final utilizat la generarea de abur. Curentul electric generat este livrat în rețea. Centrala cu turn solar este deci o altă modalitate îndeajuns de pusă la punct pentru a putea genera – cu sprijinul programelor de încurajare – energie electrică la preț competitiv. Cea mai mare instalație de acest tip existentă la ora actuală este „Solar Two“ de 10MW din California, având o temperatură de lucru de 290-570 °C și instalațiile de cercetare din Almeria/Spania. În iulie 2006 s-a început construcția unei centrale termice experimentale de 1,5MW în Jülich/NRW cu termen de predare anul 2008.Informație de presă 174/06 a „Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit“ din 04.07.2006; online (germană) Variațiile intensității radiației solare vor fi compensate cu ajutorul unui tip nou de instalație de înmagazinare. Prin aceasta, generarea de energie electrică se poate regla independent de intensitatea de radiație solară, în funcție de cererea de consum. În viitor acest tip de centrală, în lipsa radiației solare, va putea fi acționată utilizînd biomasă. Pe termen lung se prevede posibilitatea generării de hidrogen cu acest tip de tehnologie.Jülich besetzt Vorreiterrolle bei zukunftsweisender CO2 freien Kraftwerkstechnologie (germană). La Sanlucar la Mayor, 25 km de Sevilia se construiește un parc solar care la terminare, în 2013, va produce 300MW energie electrică prin utilizarea a diferite tehnologii. La sfârșitul lunii martie 2007 s-a conectat la rețea prima centrală - PS10 – construită între 1 iulie 2001 și 31 decembrie 2005 având o putere instalată de 11MW și o producție anuală de 23GWh. Cheltuielile cu investiții s-au cifrat la 35 milioane € cu o contribuție de 5 milioane € din fonduri din programele de cercetare ale EU. În faza următoare se va construi o centrală cu turn solar de 20MW (PS20) apoi o instalație de 20MW (AZ20) urmată de alte 5 centrale a câte 50MW.Internetauftritt spaniolă/engleză)First EU Commercial Concentrating Solar Power Tower Opens in Spain (engleză)Power station harnesses Sun's rays (engleză).
Centrale cu oglinzi parabolice thumb|Oglindă cu motor Stirling cu capacitatea de 10 kW în Spania