Solaire thermique : de nouveaux usages apparaissent

Selon le rapport « Solar Heat Worldwide » publié par le Solar Heating & Cooling (SHC) Programme de l’Agence Internationale de l’Energie, vingt-trois grandes installations solaires thermiques ont été mises en service en Europe en 2019, totalisant  228 900 m² de capteurs et 16 MWth de puissance.

Sur ces 23 installations, 15 (161 300 m²) ont été installées au Danemark, 6 en Allemagne, 1 en Lettonie et 1 en Autriche. Au total, fin 2019, la capacité solaire thermique installée dans le monde atteignait 479 GWth et 684 millions de m² de capteurs. La production d’énergie solaire thermique mondiale s’élevait en 2019 à environ 389 TWh.

Ces chiffres masquent une baisse de 6% des surfaces de capteurs installés dans le monde en 2019 par rapport à 2018, essentiellement due à une réduction de 8% en Chine. Environ 60% des systèmes solaires thermiques installés dans le monde sont des chauffe-eau en thermosiphon.

Le chauffe-eau solaire thermique à thermosiphon est le système solaire thermique le plus utilisé dans le monde. ©PP

Le solaire thermique sert avant tout à chauffer de l’eau

Un secteur était en pleine expansion en 2019 : le solaire thermique en industrie et en chauffage urbain. Au Danemark, le marché a bondi de 170% en 2019 grâce à la mise en service de deux très grands systèmes. Le Danemark a contribué à 35% des nouvelles installations dans ce secteur en 2019. Dans le monde, fin 2019, 400 grandes installations solaires thermiques – définies comme dépassant 350 MWth de puissance et 500 m² de capteurs – étaient en service, rassemblant 2,3 millions m² de capteurs plans ou tubulaires, plus 162 784 m² de capteurs à concentration, atteignant une puissance totale de 1 615 MWth.

Les capteurs mixtes Photovoltaïques et Thermiques (PVT) à la fois ont augmenté de 9% dans le monde en 2019 et de 14% en Europe. Ce qui correspond à une puissance thermique de 40,8 MWth et à une puissance crête photovoltaïque de 13,3 MWc installées en Europe en 2019.

Les solutions solaires thermiques en thermosiphon sont plutôt équipées de tubes sous vide en Chine et de panneaux plans dans le reste du monde. Le SHC estime que fin 2018 – il faut un an pour obtenir des statistiques détaillées - il y avait environ 105 millions de systèmes solaires thermiques installés à travers le monde, dont 53% pour la production d’eau chaude en maison individuelle, 37% en collectifs et tertiaire, 6% pour le réchauffage de l’eau des piscines.

Seulement 2% des installations mondiales sont des systèmes solaires combinés, assurant production d’eau chaude et chauffage à la fois. Les 2% restantes sont installées en chauffage urbain et en industrie. Dans les installations solaires thermiques nouvelles en 2018, la part de la production d’eau chaude sanitaire en maison individuelle, du réchauffage des piscines baisse. En revanche, celles de la production d’eau chaude sanitaire en collectif et tertiaire augmente et atteint 60% des nouvelles installations en 2018.

Toujours selon le programme SHC, le solaire thermique – fabrication, installation et maintenance – contribuait pour environ 650 000 emplois dans le monde en 2018, ce qui est peu, mais générait un chiffre d’Affaires global de 15,4 milliards d’Euros. Ce qui est nettement plus honorable.

Les chauffe-eau solaires thermiques à thermosiphon sont massivement produits en Grèce, qui dispose également de la plus grande capacité installée au monde, avec 309 kWth/1000 habitants. En 2019, le marché grec a vu l’installation de 253 MWth, soit 361 500 m² de capteurs, sous forme de thermosiphons, soit une progression de 10% par rapport à 2018. ©PP

La technologie du thermosiphon est présente à travers toute l’Europe du Sud, dans l’existant, comme en construction neuve. Au Portugal, les chauffe-eau solaires à thermosiphon sont installés en logements collectifs, à raison d’un par appartement. ©PP

Le Danemark, ce paradis du solaire thermique

Depuis les années 1980, de grandes installations solaires thermiques se sont développées au Danemark, en Suède, en Autriche, en Allemagne et en Grèce. Elles alimentent des réseaux de chauffage urbain ou bien de très grands complexes résidentiels et tertiaires. Jusqu’en 2016, ce marché était presque exclusivement européen. La Chine s’y est mise depuis 2017.

Le Danemark, ce pays bien connu pour son ensoleillement, est leader mondial dans les applications du solaire thermique en chauffage urbain. La première installation a été mise en service en 1988 dans la petite ville de Saltum et comporte 1005 m² de capteurs pour une puissance de 700 kWth. Fin 2019, le Danemark comptait 123 installations solaires thermiques reliées à des réseaux de chauffage urbain, totalisant 1 553 973 m² de panneaux solaires et une puissance installée de 1 089 mWth. Le réseau de Marstal est équipé de 18 300 m² de capteurs. ©SDH

En 2019, trois nouvelles installations ont été ajoutées à des réseaux de chauffage urbain danois : 2 300 m² à Lendemarke, 25 300 m² à Sæby (stage 2) et 24 517 m² à Hadsten. La plus grosse installation danoise, Silkeborg (110 MWth) date de 2016. La plupart de ces installations danoises sont couplées avec des stockages de chaleur souterrains, de manière à couvrir au moins 50% des besoins de chaleur annuels des réseaux de chauffage urbains auxquels elles sont raccordées.

En Europe en 2019, hors du Danemark, la plus grande installation nouvelles de solaire sur du chauffage urbain était Salaspils, près de Riga en Lettonie : 21 672 m² de capteurs et un stockage de 8000 m3 d’eau. Six installations solaires thermiques ont été raccordées à des réseaux de chauffage urbain en Allemagne 2019. La plus plus importante du pays, celle de Ludwigsburg (10 MWth) a été raccordée au tout début de 2020.

Plusieurs technologies de capteurs solaires avec concentrateurs sont en mesure de fournir des températures jusqu’à 400°C pour l’industrie ou le chauffage urbain. ©PP

Déjà 1 million de m² de capteurs solaires thermiques en industrie

L’industrie s’intéresse également au solaire thermique. Les capteurs classiques, certains capteurs plans et les capteurs tubulaires sous vide, peuvent produire de la chaleur jusqu’à 100°C. Trois autres technologies, les capteurs à lentilles de Fresnel, les concentrateurs de Scheffler et les auges paraboliques, peuvent atteindre jusqu’à 400°C. Ce qui couvre de nombreux emplois de chaleur, notamment dans l’industrie agro-alimentaire.

Selon une étude publiée par SOLRICO début 2020, 800 usines dans le monde sont équipées d’un total d’un millions de m² de capteurs solaires thermiques. Des informations détaillées sont disponibles pour 301 de ces installations en industrie.

La plus grosse installation solaire thermique est à Miraah dans le sultanat d’Oman. Mise en service en 2017, puis agrandie déjà deux fois, elle atteint désormais 300 MWth. Une fois terminée, elle devrait atteindre 1 GWth et produire 6 000 tonnes de vapeur par jour qui seront utilisées pour la production de pétrole. La seconde plus importante installation (27,5 MWth) se trouve dans une mine de cuivre au Chili.

Deux nouvelles niches pour le développement du solaire thermique

Deux nouvelles niches sont apparues dans le développement du solaire thermique depuis trois ans. La première est le chauffage de serres horticoles. Des capteurs solaires thermiques chauffent des serres utilisées pour la culture de fleurs et de légumes. Les pionniers ont été des pays africains, comme le Maroc et le Kenya en 2013. L’Allemagne et le Danemark ont suivi en 2015, puis l’Autriche en 2018 et les Etats-Unis (Oregon) en 2019. Il n’existe encore aucune installation de ce type en France.

La seconde niche consiste à utiliser des capteurs solaires thermiques pour le chauffage du gaz naturel dans les stations de régulation de pression des réseaux de transport de gaz naturel. Le gaz naturel est en effet transporté à plus haute pression dans les gazoduc nationaux et internationaux que dans les réseaux de distribution locaux. Chaque fois qu’il est détendu, cela génère du froid et il faut éviter qu’il ne chute en dessous de 0°C, température à laquelle l’humidité contenue dans le gaz pourrait geler et entraver la détente.

Plusieurs systèmes sont déjà installés en Allemagne, avec des surfaces de panneaux comprises entre 135 et 440 m². En Allemagne seulement, 5000 stations de décompression de gaz naturel pourraient être utilisées. Il y en plus d’une centaine de milliers à travers l’Europe.

Le français DualSun s’est fait une spécialité des panneaux mixtes PVT thermiques et photovoltaïques à la fois. ©DualSun

La France en pointe dans le développement des systèmes solaires mixtes, thermiques et photovoltaïques à la fois

Les panneaux mixtes PVT sont suivis par le groupe SHC Task 60 PVT Systems depuis 2018 (marché 2017). En 2019, 31 fabricants et distributeurs de PVT dans 12 pays différents ont répondu à l’enquête. Le total de PVT installé en 2019 atteint 1 166 888 m², soit 606 MWth et 288 MWc. Les principaux marchés sont l’Europe (675 427 m²) qui représente 58% du total mondial installé, l’Asie hors-Chine (281 104 m²) et la Chine (133 942 m²).

Dans le total mondial, la France pèse pour 41% (484 587 m²) ce qui en fait le premier marché mondial. Le deuxième pays en Europe est l’Allemagne avec 112 326 m² installés, suivi par la Hollande avec 32 127 m². Dans le monde, le second pays derrière la France est la Corée du Sud avec un parc PVT de 280 814 m².

Le marché du PVT en Europe a progressé de 14% en moyenne en 2018 et en 2019. En 2019, 2 800 nouvelles installations PVT ont été mises en service dans le monde. Environ 86% de ces systèmes sont des solutions air/PV : les panneaux PVT assurent le préchauffage de l’air neuf introduit la ventilation, voire fournissent la source froide de pompes à chaleur air/Eau gainables.

Le reste des panneaux PVT associent une couche PV à une circulation d’eau ou d’eau glycolée en sous-face pour la production d’eau chaude. Les fabricants de panneaux PVT sont regroupés dans SAHWIA (Solar Air Heating World Industries Association). Le principal producteur français est DualSun qui vient de porter à 30 000 panneaux par an la capacité de production de son usine de Jujurieux dans l’Ain.