這是國際task52在城市環境太陽能熱力與能源經濟學研究項目中計劃回答的主要問題之一。作為國際能源署太陽能供熱和制冷項目的一部分，丹麥奧爾堡大學選擇了歐洲四個主要的太陽能熱利用國家——奧地利，丹麥，德國和意大利，模擬2050年各國熱能總量中的太陽能份額。根據這些國家基礎和方案，該大學的估計范圍為3%-12％，這四國中每個將需要400萬到1.75億平方米的太陽能集熱面積。盡管氣候、能源需求和網絡設計差異很大，但在高滲透情景下，四國的太陽能熱能占比相當相似。“這一研究結果可適用于各種能源系統，包括在那些不直接參與的部分國家。” 這是來自奧爾堡的研究人員得出結論。他們還強調了太陽能熱能可以減少對稀缺資源的壓力，如生物質。
照片：Riccardo Battisti
在與行業利益相關者磋商之后，任務成員為所有模擬設定了邊界條件：20％至50％的用戶連接到區域供熱網絡，或家庭用戶自己安裝的太陽能熱利用系統，考慮夏季過熱因素，太陽能熱能資源浪費少于5％。這是用于評估太陽能熱潛力的飽和設計，包括具有獨立供熱解決方案的單戶住宅和具有短期存儲的太陽能區域供熱。
該模擬是基于奧爾堡大學可持續能源規劃研究組開發和維護的技術經濟EnergyPLAN模型。該模型逐時模擬了國家能源網絡，如電力、運輸、供熱和制冷部門以及工業。據www.EnergyPlan.eu顯示，該“免費軟件”已被廣泛應用于數百種科學出版物和報告。
以2010年為研究基準水平。參考business-as-usual（BAU）預測，預計在2010年至2050年之間，太陽能熱能不會比現有貢獻更大（見下圖）。
接下來的模擬情景包括更有利的發展因素，因為改造（熱節約）而減少對熱能需求，以及系統（區域供熱）擴大到供暖和電力的高比例可再生能源（High RES）。
到2050年，太陽能熱潛力平均太陽能熱滲透率為35％。左邊指太陽能光熱總產量所占的份額。太陽能冷卻不在模擬部分之內。資料來源：奧爾堡大學
上圖顯示了四個國家的太陽能熱能潛力，假設平均滲透率為35％，這意味著35%的建筑物都連接到太陽能熱電廠，或者直接坐落在建筑物內，或者通過太陽能區域供熱網絡。這兩個方案有利于太陽能光熱的儲蓄和供熱使用。由于許多現有的區域供熱網絡（占所有熱量的70％），只有極少數的基礎熱廠在運行，例如過程廢熱，意大利的太陽能份額顯著增加。丹麥的集中供熱份額也很高（60％），但是各國已經安裝的許多基本的垃圾焚燒系統，降低了熱能使用的靈活性，為新太陽能光熱系統留下了空間。
在節能方案中，建筑物對熱量需求的減少反而使太陽能光熱對家用熱水生產和空間采暖的貢獻更大。區域采暖方案中更廣泛的網絡部署將增加太陽能熱利用的機率，因為消費者在存儲和分配熱量之間有更多的選擇，而且增加混合系統（例如熱電和熱泵組合）的靈活性。在高RES情景中，由于更廣泛地使用其他熱源，例如地熱，工業廢熱和垃圾焚燒，太陽能潛力降低。
2050年400萬到1.75億平方米太陽能集熱面積
研究人員強調對整個網絡系統分析的重要性以及通過能源部門促進發展。
未來，在所有能源市場中，諸如生物質等稀缺資源將會高度需求，從而提高太陽能熱供應的相關性。模擬結果表明，如果以熱電行業為例，提高可用太陽熱能潛力可將生物質需求總體減少2％。
顯然，太陽能滲透率與獨立系統和區域供熱的總太陽能熱能應用密不可分。假設滲透率為35％，太陽能熱能產品可能占所有熱能產品5％-8％。若滲透率為50％，這一份額將增加到6％-12％之間，若滲透率為20％，這一份額將下降為3％-6％。下表1顯示，在節約用熱和區域供熱方案中太陽能熱能份額明顯增加，集熱面積也隨之增加，但太陽能總產量由于總體需求下降而下降，因此需要較少的集熱器安裝量。
表1：太陽能熱能輸出潛力，兩個滲透率（20％和50％）的集熱器份額和安裝面積。百分比描述了太陽能在全國熱能總產量產的份額，包括區域供熱網絡的損失。 在這張表中，Mm²是數百萬平方米的縮寫，表示所需的集熱器面積。
資料來源：奧爾堡大學
表2：四個國家和兩類應用的太陽能產量假設（千瓦時/平方米）
資料來源：奧爾堡大學
照片：Riccardo Battisti
在與行業利益相關者磋商之后，任務成員為所有模擬設定了邊界條件：20％至50％的用戶連接到區域供熱網絡，或家庭用戶自己安裝的太陽能熱利用系統，考慮夏季過熱因素，太陽能熱能資源浪費少于5％。這是用于評估太陽能熱潛力的飽和設計，包括具有獨立供熱解決方案的單戶住宅和具有短期存儲的太陽能區域供熱。
該模擬是基于奧爾堡大學可持續能源規劃研究組開發和維護的技術經濟EnergyPLAN模型。該模型逐時模擬了國家能源網絡，如電力、運輸、供熱和制冷部門以及工業。據www.EnergyPlan.eu顯示，該“免費軟件”已被廣泛應用于數百種科學出版物和報告。
以2010年為研究基準水平。參考business-as-usual（BAU）預測，預計在2010年至2050年之間，太陽能熱能不會比現有貢獻更大（見下圖）。
接下來的模擬情景包括更有利的發展因素，因為改造（熱節約）而減少對熱能需求，以及系統（區域供熱）擴大到供暖和電力的高比例可再生能源（High RES）。
到2050年，太陽能熱潛力平均太陽能熱滲透率為35％。左邊指太陽能光熱總產量所占的份額。太陽能冷卻不在模擬部分之內。資料來源：奧爾堡大學
上圖顯示了四個國家的太陽能熱能潛力，假設平均滲透率為35％，這意味著35%的建筑物都連接到太陽能熱電廠，或者直接坐落在建筑物內，或者通過太陽能區域供熱網絡。這兩個方案有利于太陽能光熱的儲蓄和供熱使用。由于許多現有的區域供熱網絡（占所有熱量的70％），只有極少數的基礎熱廠在運行，例如過程廢熱，意大利的太陽能份額顯著增加。丹麥的集中供熱份額也很高（60％），但是各國已經安裝的許多基本的垃圾焚燒系統，降低了熱能使用的靈活性，為新太陽能光熱系統留下了空間。
在節能方案中，建筑物對熱量需求的減少反而使太陽能光熱對家用熱水生產和空間采暖的貢獻更大。區域采暖方案中更廣泛的網絡部署將增加太陽能熱利用的機率，因為消費者在存儲和分配熱量之間有更多的選擇，而且增加混合系統（例如熱電和熱泵組合）的靈活性。在高RES情景中，由于更廣泛地使用其他熱源，例如地熱，工業廢熱和垃圾焚燒，太陽能潛力降低。
2050年400萬到1.75億平方米太陽能集熱面積
研究人員強調對整個網絡系統分析的重要性以及通過能源部門促進發展。
未來，在所有能源市場中，諸如生物質等稀缺資源將會高度需求，從而提高太陽能熱供應的相關性。模擬結果表明，如果以熱電行業為例，提高可用太陽熱能潛力可將生物質需求總體減少2％。
顯然，太陽能滲透率與獨立系統和區域供熱的總太陽能熱能應用密不可分。假設滲透率為35％，太陽能熱能產品可能占所有熱能產品5％-8％。若滲透率為50％，這一份額將增加到6％-12％之間，若滲透率為20％，這一份額將下降為3％-6％。下表1顯示，在節約用熱和區域供熱方案中太陽能熱能份額明顯增加，集熱面積也隨之增加，但太陽能總產量由于總體需求下降而下降，因此需要較少的集熱器安裝量。
| Germany | Austria | Italy | Denmark | |||||
| Penetration* | 20 % | 50 % | 20 % | 50 % | 20 % | 50 % | 20 % | 50 % |
| 2010 baseline | 25 TWh 3 % 72 Mm² |
60 TWh 7 % 175 Mm² |
3 TWh 3 % 6 Mm² |
7 TWh 8 % 16 Mm² |
9 TWh 2 % 28 Mm² |
24 TWh 6 % 69 Mm² |
2 TWh 4 % 6 Mm² |
5 TWh 10 % 14 Mm² |
| Heat savings 2050 | 15 TWh 4 % 44 Mm² |
38 TWh 11 % 111 Mm² |
2.5 TWh 6 % 6 Mm² |
5.5 TWh 12 % 16 Mm² |
8 TWh 4 % 23 Mm² |
19 TWh 10 % 57 Mm² |
1.5 TWh 3 % 4 Mm² |
3 TWh 10 % 10 Mm² |
| District heating 2050 | 16 TWh 4 % 45 Mm² |
40 TWh 11 % 111 Mm² |
2.5 TWh 6 % 6 Mm² |
6 TWh 12 % 16 Mm² |
12 TWh 6 % 32 Mm² |
25 TWh 12 % 78 Mm² |
1.5 TWh 4 % 4 Mm² |
3 TWh 12 % 10 Mm² |
| High RES 2050 | 13 TWh 4 % 37 Mm² |
26 TWh 7 % 77 Mm² |
2 TWh 5 % 6 Mm² |
4 TWh 8 % 11 Mm² |
11 TWh 6 % 28 Mm² |
20 TWh 11 % 59 Mm² |
1.5 TWh 4 % 4 Mm² |
3 TWh 11 % 9 Mm² |
資料來源：奧爾堡大學
| Annual solar yield [kWh/m²] | Germany | Austria | Italy | Denmark |
| Individual heating | 330 | 402 | 451 | 314 |
| District heating | 410 | 500 | 560 | 390 |
資料來源：奧爾堡大學
