La sperimentazione in questo settore, iniziata verso la fine degli anni ’70, ha portato ad identificare tre filiere di impianti differenti:

• torre solare (solar tower o power tower),
• parabole lineari (parabolic trough),
• disco-parabole (dish – Stirling).

Recentemente si è aggiunta una quarta tecnologia:

• collettori lineari di Fresnel (Compact Linear Fresnel Reflector – CLFR).

Negli impianti a torre solare la radiazione del sole viene riflessa e concentrata da specchi lievemente concavi, detti eliostati, su un ricevitore posto alla sommità di una torre. Gli eliostati si muovono in modo coordinato in modo che la radiazione riflessa e concentrata incida costantemente sul ricevitore. Nel ricevitore circola un fluido che si riscalda e cede calore in un generatore di vapore di un ciclo Rankine [I3] [E3] [F3] [ES3].
Le esperienze su questi impianti, effettuate durante i primi anni ’80, hanno evidenziato che la generazione diretta del vapore in un ricevitore risulta problematica a causa della discontinuità della sorgente e degli stress indotti sui materiali. Si è passati quindi ad impianti che utilizzano sali fusi come fluido primario e che sono dotati di un sistema di accumulo dell’energia (costituiti da due serbatoi, uno di carica e l’altro di scarica): ciò ha permesso di superare la problematica dei transienti termici dovuti alla variabilità del cielo e soprattutto di poter generare energia elettrica per alcune ore anche in mancanza di sole. La taglia massima per questi impianti è attualmente di 10 MWe.
Per ridurre i rischi finanziari associati con lo sviluppo dei nuovi impianti e per diminuire l’incidenza del costo del kWh solare, gli impianti a torre solare con potenza superiore a 30 MWe saranno probabilmente integrati con gli impianti convenzionali a combustibili fossili. Molte soluzioni integrate sono possibili con cicli combinati a gas naturale e con impianti a carbone e a olio combustibile funzionanti con ciclo Rankine.

Negli impianti a parabole lineari la radiazione solare viene concentrata mediante parabole lineari specchianti su una tubazione isolata nella quale scorre olio sintetico che si riscalda fino a 390°C e che a sua volta genera vapore per un ciclo Rankine tradizionale.
Le parabole lineari sono in grado di ruotare lungo l’asse longitudinale in modo da inseguire il moto del sole. Il componente chiave dei paraboloidi lineari è il tubo collettore, posto sulla linea di fuoco del paraboloide e costituito da un tubo di acciaio rivestito da una serie di materiali che determinano un’altissima assorbanza.
Le taglie tipiche di realizzazione di questi impianti sono di 30 e 80 MWe. Essi sono costituiti da vasti campi solari realizzati mediante il collegamento a rete di lunghi loop di più collettori.

Attualmente la ricerca sta lavorando in due direzioni diverse per conseguire miglioramenti a questa tecnologia:

• la prima è quella del miglioramento della componentistica: maggiore efficienza dei tubi collettori, riduzione delle rotture meccaniche, maggiore resistenza degli specchi all’azione del vento, nuovi design e materiali per le strutture dei paraboloidi.
• la seconda è quella della sostituzione del fluido primario, ovvero il passaggio dall’olio diatermico attuale al vapore o ai sali fusi.

L’utilizzo del vapore punta alla riduzione dei costi d’impianto e di generazione mediante l’eliminazione del fluido primario e di tutta la sua componentistica, mentre l’utilizzo dei sali fusi punta ad un aumento della producibilità grazie al miglioramento del rendimento per effetto di una più alta temperatura di esercizio e grazie alla possibilità di aumentare la disponibilità dell’irraggiamento solare annuale mediante l’accumulo di grandi quantità di energia termica.

Negli impianti disco-parabole con motori Stirling un paraboloide di alcuni metri di diametro concentra la radiazione su un ricevitore di un motore Stirling di alcuni kWe in grado di azionare direttamente un generatore elettrico.
Essi sono in grado di inseguire il sole nel suo moto diurno e di ritornare automaticamente in posizione di alba durante la notte.