Centrale de chauffage solaire

Stockage thermique pour chauffage urbain à Krems en Autriche, 50 000 m³ d'eau, 2 GWh.

Une centrale de chauffage solaire est composée de deux circuits. Le circuit primaire est composé de plusieurs rangées parallèles de panneaux solaires en série où circule un fluide caloporteur (généralement un mélange d'eau et de propylène glycol ou éthylène glycol). Grâce au rayonnement solaire, la température du fluide augmente lors de son passage dans les capteurs solaires. La chaleur emmagasinée est ensuite échangée au niveau d'un échangeur de chaleur pour chauffer de l'eau dans le circuit secondaire. Cette eau chaude est ensuite soit distribuée directement dans un réseau de chaleur, soit stockée dans des réservoirs pour être utilisée ultérieurement.

La production de chaleur dépend de différents facteurs, notamment :

• l'ensoleillement ;
• la position des capteurs solaires thermiques (orientation, inclinaison) ;
• le type de capteurs solaires thermiques ;
• la vélocité du fluide circulant dans les collecteurs ;
• la température d'entrée du fluide circulant dans les collecteurs ;
• la nature du fluide circulant dans les collecteurs.

Le rayonnement solaire apportant plus d'énergie à un point donné de la surface terrestre pendant la saison estivale, des solutions apparaissent dans le but de stocker cette énergie pour une utilisation pendant les mois d'hiver, lorsque la demande en chauffage est importante.

Différentes initiatives utilisent la capacité thermique de certains matériaux pour conserver la chaleur sur des périodes longues. Le stockage souterrain est une technique employée, soit avec un stockage directement dans le sous-sol, comme c'est le cas au sein de la Communauté solaire de Drake Landing (Canada) ou à Brædstrup (Danemark)[2], soit grâce à un stockage dans un réservoir d'eau enterré, technique mise en place dans les centrales solaires de Marstal[3] et Dronninglund (Danemark).

La plupart des installations utilisent des capteurs solaires vitrés plats. D'autres technologies existent cependant, notamment les capteurs tubulaires sous vides, qui présentent une meilleure efficacité pour des températures moyennes de fonctionnement supérieures à environ 60-65 °C, et les capteurs à concentration, présentant un rendement plus élevé à haute température[4]. Début 2015, un concept innovant est construit à Tårs, au Danemark, combinant des capteurs solaires plans (5 972 m²) et des capteurs à concentration (4 039 m²), afin de tirer profit des températures de fonctionnement optimales des deux types de capteurs[5] - [6].

Le Danemark est un des pays les plus en pointe sur ce type de techniques et possède de nombreuses centrales[7], mettant ainsi à profit son réseau de chaleur développé depuis les années 1970[8]. En 2017, la plus grande centrale au monde, d'une superficie de 156 694 m², se situe dans ce pays, à Silkeborg[9] - [10], au centre du Jutland.

En Europe, la première centrale a été construite en Suède en 1979 et a été démantelée depuis. En 2010, la plus vieille centrale toujours en activité date de 1985[11].

Liste des principales installations

Principales installations de chauffage solaire[14] - [15]

No.	Ville	Pays	Surface collecteurs [m2]	Puissance [MW]	Production annuelle (estimée) [GWh]	Année d'installation	Fabricant des panneaux	Stockage saisonnier
1	Silkeborg[9] - [16]	Danemark	156 694	110	80	2016	Arcon Sunmark	Non
2	Vojens[17] - [18]	Danemark	70 000	50	35	2012/2015	Sunmark/ARCON (Danemark)	Réservoir de 200 000 m3
3	Gram[19]	Danemark	44 000	31	20,8	2008/2015	ARCON	Réservoir de 120 000 m3
4	Gaby mine[20]	Chili	39 300	-	50	2011	Sunmark (Danemark)	Non
5	Dronninglund[21] - [22]	Danemark	37 573	27	18	2014	ARCON (Danemark)	Réservoir de 60 000 m3
6	Riyad[23]	Arabie saoudite	36 305	25	-	2011	GREENoneTEC (Autriche)
7	Marstal[24]	Danemark	33 300	23	-	1996-2001-2014	Sunmark/ARCON	Réservoir de 75 000 m3
8	Ringkøbing	Danemark	30 000	22,6	14,25	2010-2014	ARCON
9	Vildbjerg	Danemark	21 234	14,5	9,5	2014	ARCON
10	Nykøbing	Danemark	20 084	14,06	9,6	2014	ARCON
11	Helsinge	Danemark	19 588	14	9,4	2012-2014	ARCON
12	Hadsund	Danemark	20 513	14	11,5	2015	ARCON
13	Gråsten	Danemark	19 024	13	9,7	2012	ARCON
14	Brædstrup	Danemark	18 612	14	8,9	2007/2012	ARCON
15	Tarm	Danemark	18 585	13,1	9	2013	ARCON
16	Kaida	Chine	15 000	-	-	-	-
17	Changshu	Chine	15 000	-	-	-	-
18	Oksbøl	Danemark	14 745	9,9	7,78	2010-2013	Sunmark
19	Jægerspris	Danemark	13 405	8,6	6	2010	Sunmark
20	Hangzhou	Chine	13 000	-	-	-	-
21	Lillestrøm[25]	Norvège	12 810	8,8	4,2	2012	Sunmark

Sources [26] - [7] - [27] - [28].

Il est estimé que les coûts de production d'une centrale de chauffage thermique solaire sont au minimum de 30 €/MWh en Europe du Nord et 20 €/MWh en Europe méridionale[29]. Avant d'implanter une centrale solaire, une étude économique doit être menée afin de comparer les coûts de production de la centrale solaire avec les coûts des moyens de production existants, ou des alternatives envisageables.

En fonction du contexte, une centrale solaire ne sera pas toujours rentable. Si de la chaleur résiduelle est disponible (centrale d'incinération, processus industriel...), la centrale solaire ne sera pas compétitive. À l'inverse, le contexte le plus favorable est une association avec une centrale de cogénération au gaz naturel ou à la biomasse. En effet, le coût marginal de production d'une centrale à biomasse est de 20-30 €/MWh, ce qui la situe dans le même ordre de grandeur qu'une centrale solaire. Dans le cas d'une centrale au gaz, le prix du combustible est en Europe très élevé, ce qui rend les centrales solaires compétitives (46 €/MWh en Autriche et en Allemagne, 61 €/MWh en Italie par exemple)[29].