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Et si on parlait de solaire thermique ?


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mercredi 30 janvier 2013

Chaque heure, la Terre reçoit l’équivalent de la consommation annuelle en énergie de l’humanité. En valoriser une partie, tel est l’enjeu de la filière solaire thermique.


Un article de Nicolas Guillier, sur le site de SIA-Partners

Le principe de la filière solaire thermique repose sur la conversion du rayonnement solaire en énergie calorifique. En France et plus généralement en Europe, la moitié de l'énergie totale produite est consommée sous forme de chaleur.

Le solaire thermique se distingue de la filière photovoltaïque en utilisant la chaleur transmise par le rayonnement plutôt que le rayonnement lui-même. Le rayonnement solaire est capté et chauffe un fluide caloporteur. Ce fluide est soit envoyé vers le circuit d'eau du chauffage ou de l'ECS (Eau Chaude Sanitaire), soit envoyé dans un circuit de production de froid (climatisation). Rappelons que dans le solaire thermodynamique, cette chaleur est destinée à alimenter un cycle vapeur produisant de l'électricité.

La climatisation solaire est une alternative prometteuse aux systèmes classiques : consommation, niveau sonore et impact environnemental sont en effet beaucoup plus faibles. La technologie reste cependant marginale principalement en raison de son coût (2 500 euros le kW de froid pour une climatisation solaire, contre 800 euros pour une installation classique, source Tecsol) avec seulement environ 80 installations en Europe aujourd'hui. Toutefois, elle est promise à un bel avenir. A la différence des besoins en chaleur, les besoins en froid correspondent aux périodes de l'année où l'intensité du rayonnement solaire est la plus forte, ce qui permet une meilleure exploitation des équipements.

(Voir le tableau résumé des utilisations)

La filière solaire thermique affiche une performance environnementale très attractive avec un impact très limité en matière de GES ou de pollution visuelle. A la différence de certains moyens de production d'énergie renouvelable comme le photovoltaïque ou les champs éoliens, les technologies du solaire thermique utilisent des matériaux neutres et s'intègrent bien dans le paysage. Son acceptabilité sociale est ainsi très bonne.

Mais des barrières importantes freinent le développement de la filière.

Le solaire thermique est une source d'énergie intermittente.

- Sur une journée, le soleil ne fournit de l'énergie aux capteurs que quelques heures et ce avec une intensité variable. Il est donc nécessaire pour le bâtiment de posséder soit une capacité de stockage, soit une inertie suffisante afin de subvenir à ses besoins en chaleur.

- Sur une année, l'intensité du rayonnement solaire varie de façon conséquente d'une saison à l'autre. Ceci soulève des difficultés techniques de dimensionnement des infrastructures afin de pouvoir répondre suffisamment aux besoins en hiver sans pour autant provoquer des surchauffes du système en été. En période froide, le soleil ne couvre que partiellement les besoins en chauffage, les solutions du stockage inter-saisonnier n'étant actuellement pas compétitives, une source d'énergie d'appoint apparaît pour le moment comme indispensable.

(Voir les gisements solaires de la France)

Cette nécessité de posséder un dispositif d'appoint dégrade sensiblement la rentabilité et donc l'attractivité des technologies thermiques. Actuellement, malgré les aides financières disponibles, ces technologies n'ont toujours pas atteint un seuil de rentabilité économique acceptable. L'investissement initial important constitue un frein majeur pour la majorité des investisseurs. Par ailleurs, les propriétaires de logements en location ne sont pas incités à réaliser des investissements importants pour diminuer la facture d'énergie de leurs locataires.

Enfin la filière aval manque de personnel qualifié, notamment pour l'installation de ces équipements. En résultent des problèmes lors des installations et des actions de maintenance qui réduisent les performances techniques et économiques des systèmes solaires thermiques.

La Chine manifeste son intérêt

Ces barrières économiques et techniques seront amenées à être levées dans un futur proche avec les progrès techniques et les économies d'échelle potentielles. A titre d'exemple, le coût de production de l'eau chaude sanitaire diminue chaque année et devient de plus en plus compétitif. En France, le coût moyen de production de l'ECS est estimé entre 7 et 12 c€ le kWh (source Acqualys) selon les sources d'énergies. Ces coûts de production se rapprochent de ceux de la filière solaire thermique et on entrevoit déjà dans certaines régions françaises, un début de rentabilité pour ces installations.

Le solaire thermique suscite l'intérêt dans de nombreux pays. Que ce soit la Chine, leader sur le marché, qui multiplie les installations pour la production d'ECS, l'Allemagne qui se positionne sur le marché et investit massivement ou encore le Danemark qui jumelle ces moyens de production d'énergie thermique avec des réseaux de chaleur pour améliorer leur rentabilité économique, ces pays investissent et croient au développement de cette filière.

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23 commentaire(s)
[1]
Commentaire par brmomo
mercredi 30 janvier 2013 16:29
bien sûr qu il faut faire plus qu en parler même. chaque maison, chaque immeuble construit devrait avoir son eau chaude sanitaire(déjà!) fournie par des capteurs solaires. c est incompréhensible qu une technique aussi simple, aussi aboutie ne soit pas plus utilisée en France. les économies réalisées seraient bien supérieures à ce que peut fournir le photovoltaique avec en plus la qualité pour cette énergie qui est d être consommée sur place. lorsque on compare le PV et le solaire thermique c est évident que le PV n est qu une bulle artificielle.
[2]
Commentaire par Hervé
mercredi 30 janvier 2013 19:40
@ Brmomo. Pas sur que le solaire thermique soit la meilleure solution. D'une part parce que sur la partie nord du pays, l'appoint auxiliaire est supérieur à ce que consommerait un chauffe eau thermodynamique annuellement, et d'autre part, le potentiel d'économies n'est pas hyper élevé (1 à 2Mwh annuels environ) en rapport des couts d'installation et de maintenance. Solaire thermique ou solaire PV, c'est un peu semblable au final. Le solaire le plus intéressant a mon avis, c'est le solaire passif: une maison à forte inertie bien exposée et très bien isolée sera probablement plus rentable, et plus durable.
[3]
Commentaire par jean T
jeudi 31 janvier 2013 11:14
Pour trancher entre solaire thermique et PV, je propose que l'on s'intéresse aux panneaux hybrides, qui sont des panneaux PV disposant d'un circuit d'eau qui a pour effet de refroidir les cellules PV et d'en améliorer les performances, tout en produisant de l'eau chaude ; Cela permet d'économiser de l'espace dans des proportions significatives ; Exemple relevé sur le net (site ecosources.info) : Au Royaume Uni , une installation de 28m2 de panneaux hybrides produit l'équivalent de 38m2 de cellules photovoltaïques monocristallines classiques et 8m2 de capteurs solaires thermiques classiques. Il faudrait donc une installation solaire photovoltaïque et thermique classique de 46m2 au total pour générer autant d'électricité et de chaleur que les 28m2 de panneaux hybrides.
[4]
Commentaire par brmomo
jeudi 31 janvier 2013 17:16
bonjour Hervé.je ne comprend pas cet argument qui consiste à dire que pour un chauffe eau solaire l appoint auxillaire est supérieur à ce que consommerait ...j ai utilisé ces systèmes très simples et répandus en Italie du nord c est le même chauffe eau qui fait les deux . si vous êtes réglé sur disons 50 degrés la résistance électrique se déclenche en nuit pour fournir ce qui manque. l installation est élémentaire (par rapport à un onduleur du PV) à Jean T. je trouve très intéressant cet exemple hybride. je me pose juste des questions sur la température de l eau que on obtient puisque une des finalités est de maintenir à plus basse température les cellules photovoltaiques.en clair on doit utiliser une circulation forcée pour que l'échange entre eau et cellules PV joue son rôle.je vais aller voir.
[5]
Commentaire par Hervé
jeudi 31 janvier 2013 19:19
Bonjour Brmomo. Les jour ou le soleil ne sort pas, le chauffe eau solaire consomme de l?électricité. Sur la moité nord de la France, cette consommation représente en gros la moitié du besoin. Sur un total de 3Mwh, ça fait 1.5Mwh. Un chauffe eau thermodynamique ayant un COP moyen de 3 consommera 1Mwh soit 30% de moins. De plus l'investissement est moindre. Et pour finir le pic de conso hivernal sera moindre avec le chauffe eau thermodynamique qu'avec le chauffe eau solaire, bien que les perfs soient moins bonnes en hiver. Certains constructeurs allemands proposent un mix des deux qui est l'optimum en matière de conso, mais a quel prix!
[6]
Commentaire par brmomo
jeudi 31 janvier 2013 19:36
je me suis fait mal comprendre. bien sûr que quand le soleil fait la gueule ça ne marche pas (comme pour le PV). je reste toujours très basique, en ce sens que c est bien mieux de chauffer électriquement si nécessaire une eau déjà chaude. pour moi c est le même chauffe eau qui intervient et disons que le solaire n' est qu un complément (en fait l'été il fait tout le boulot). pour moi, vu le peu d investissement se prendre 3 kwh par jour c est déjà énorme.
[7]
Commentaire par Lévy F
jeudi 31 janvier 2013 22:05
En effet, le solaire Mixte PV et thermique améliore de 30% le rendement des panneaux photovoltaïques en abaissant leur température, tout en produisant de l eau chaude. Personnellement, je cherche à réaliser une installation de ce type en Ardèche (avec un potentiel de plus de 50m² plein sud qui servirait également de parking à l ombre), mais ces panneaux ne sont pas commercialisés partout ? Je sais qu il y a eu qq installations en GB et en France il y a quelques années, mais je ne connais pas de revendeurs de ce matériel, et le site APPER n en propose pas ?
[8]
Commentaire par Hervé
jeudi 31 janvier 2013 22:56
@JeanT et Levy: Concernant les panneaux solaires mixtes, je suis un peu perplexe. En premier lieu, pour augmenter de 30% le rendement des cellules (chiffre qui me parait élevé), il faut les maintenir a 20°, donc l'eau chaude sera a 20°. 2e refroidir une installation de 20m² de panneaux PV produira en été de quoi faire l'eau chaude pour tout un immeuble. Pour moi produire de l'eau chaude et refroidir les panneaux sont deux missions distinctes. Le chauffe eau solaire necessite de monter à 100° pour faire du stock pendant que le solaire PV doit être maintenu le plus bas possible. Par contre vous trouverez un concept intéressant sur ce site: http://sycomoreen.free.fr/syco_francais/solaire_thermoelec_grangePV_OPALE.html . J'ai l'occasion de discuter avec l'un des auteurs du système, c'est assez intéressant. Attention c'est breveté.
[9]
Commentaire par jean T
vendredi 01 février 2013 14:47
@ hervé :Données constructeur pour le capteur hybride PV-capteur solaire Volther Hybride : avec une température stabilisée à 45°C, ce capteur produit en moyenne 20% de plus d'électricité photovoltaïque sur une période de 12 mois, comparativement à un module PV ayant la même puissance crête . Je suppose que dans ces conditions, on peut produire de l'eau chaude autour de 40 °C . Cette température est suffisante pour chauffer des piscines, par exemple, mais doit être relevée (au moyen de capteurs solaires à tube sous vide par exemple) pour alimenter une production d'eau chaude sanitaire. Pour valoriser massivement le solaire thermique, il faudrait pouvoir stocker les excédents disponibles en été, pour les restituer en période froide. En injectant cette chaleur dans le sous-sol, par exemple...
[10]
Commentaire par carlino
lundi 04 février 2013 09:42
ça c'est avec la géothermie totalement écologique et intelligent ...pas d'effets pervers . TB
[11]
Commentaire par brmomo
lundi 04 février 2013 15:24
la géothermie consiste à utiliser des zones de températures élevées des couches terrestres situées en profondeur en général. ces zones sont le résultat d'équilibres dynamiques mettant en jeu des quantités d'énergie bien plus élevées que celles que l on prélève. envisager de stocker de la chaleur en profondeur revient pour moi à perdre l essentiel de cette chaleur.Il faut aussi se méfier des modifications d équilibres existants. si par exemple on envisage de tels réchauffements il faut envisager les rechauffements des nappes phréatiques et le développement de bactéries etc...cela me parait loin d être évident.
[12]
Commentaire par Hervé
lundi 04 février 2013 19:44
@ Jean T. Si vous avez une piscine, Oui ça marche. Le gain de production PV sera effectivement d'environ 20% peak dans ce cas. Mais en moyenne annuelle, ça doit pas être énorme (moins de 10% certainement). Pour l'ECS, si vous étagez la chauffe, ça va devenir rapidement compliqué (faudra maitriser les débits...). L?intérêt réel est à voir par rapport a deux systèmes distincts. Concernant le stockage géothermique, j'ai plutôt l'avis de brmomo. Sans dire que ce soit impossible, ça sera probablement pas rentable.
[13]
Commentaire par Lévy F
lundi 04 février 2013 22:18
Je pense en effet, comme Hervé et Brmomo (une fois n est pas coutume), que le stockage dans le sol risque d être difficile et peu rentable, mais le stockage grâce à des matériaux à changement de phase lui est certainement plus prometteur. Le CEA travaille également sur de multiples systèmes de stockage et publie un rapport très complet sur les différents systèmes http://www.cea.fr/energie
[14]
Commentaire par brmomo
mardi 05 février 2013 09:10
vous avez raison LevyF , les chaleurs latentes sont un moyen de stocker de la chaleur considérable. finalement on va peut être revisiter l histoire avec une technologie moderne. nos anciens utilisaient des pains de glace dans des caves isolées par de la paille. 10 m3 de glace doivent échanger 3,3 10*6 kj pour se liquefier. il est tout à fait possible techniquement d envisager un tel stockage pour une climatisation l'été (avec la formation de la glace l hiver quand l air extérieur est à température
[15]
Commentaire par brmomo
mardi 05 février 2013 09:16
[16]
Commentaire par brmomo
mardi 05 février 2013 09:21
négative). l'eau est un élément extrordinaire. avec ses anomalies elle est indispensable à la vie et n a pas fini de nous étonner. dommage que la vaporisation soit moins bien adaptée au stockage de chaleur. (j essaye comme cela il semblerait que le signe inférieur plante tout)
[17]
Commentaire par jean T
mardi 05 février 2013 11:55
@Hervé, brmomo, Lévy F ; Le stockage de froid par chaleur latente à partir de congélation d'eau glycolée (procédé Cristiopia notamment) existe déjà dans l'industrie et pour les grosses installations de climatisation ; c'est avantageux lorsque l'utilisateur a souscrit un abonnement électrique avec des tranches tarifaires ; les groupes de froid sont coupés pendant les heures facturées au tarif de pointe; l'énergie emmagasinée par congélation est alors restituée sur le réseau d'eau de réfrigération. Cela peut être un bon moyen pour réguler la production photovoltaïque si elle est associée à une grosse installation de climatisation (dans un hypermarché par exemple). Pour le stockage d'eau chaude dans le sous-sol, voir le site http://www.ledifice.com/PVT_doc.pdf qui propose une installation de ce type.
[18]
Commentaire par brmomo
mardi 05 février 2013 15:44
je vais aller voir ce procédé Cristiopia. à priori c est amusant que ce soit de l' eau additionnée d un antigel classique que on utilise pour avoir un changement d'état (une solidification).
[19]
Commentaire par brmomo
mardi 05 février 2013 16:11
je suis allé voir ce procédé Cristiopia. l'eau additionnée de glycol n est pas l'élément qui change d'état (je suis rassuré) c est seulement le fluide caloporteur.Ce sont des PCM artificiels avec des températures de changement d'état controlées qui servent de stockage. c est dommage, et surement intéressant à comprendre , pourquoi l'eau n est pas utilisée parceque c est l'élément qui a, et de loin ,la plus grande chaleur latente de fusion. bon c est vrai que c est 0 degré, mais pour une clim?
[20]
Commentaire par Hervé
mardi 05 février 2013 19:04
@BRmomo Vous avez parfaitement raison sur le stockage de la glace dans des puits avant qu'on invente le frigo (C'est pourquoi il y a souvent des lieux appelés "la glacière"). Par contre, même si le principe parait séduisant, "l?énergie"stockée reste limitée (environ 3.5Kwh de froid par tonne de glace). En gros stocker une heure de fonctionnement d'une clim de maison correspond à 1m3 d'eau gelée. C'est valable pour stocker les ENR intermittantes comme le precise JeanT, par contre un stockage d'hiver à été, est difficilement envisageable (peut être pour une maison passive) mais en tout cas absolument pas rentable.
[21]
Commentaire par Hervé
mardi 05 février 2013 19:21
@ Jean T. Merci pour votre lien. Mais les infos qu'il contient sont curieuses. Ils parlent de températures de fonctionnement vachement élevées pour les panneaux solaires.(entre 100 et 120 degrés). En principe c'est plutot entre 70 et 80. De plus ceux que je connais qui font du refroidissement n'obtiennent pas des gains trés élevés alors qu'ils abaissent trés fortement la température. Je crois que ça sent plus ou moins l'arnaque cette brochure.
[22]
Commentaire par brmomo
mercredi 06 février 2013 07:50
bonjour Hervé. je suis surpris par votre pessimisme concernant la chaleur latente de fusion de la glace (capacité de stockage). elle est de 330 kj /kg cad transformée en kwh par tonne c est proche de la centaine. pour cette histoire de température des cellules, peut être faire attention qu il ne s agit sûrement pas de degrés Celsius
[23]
Commentaire par Hervé
mercredi 06 février 2013 21:22
@ Brmomo Vous avez parfaitement raison! J'ai été induit en erreur car en thermodynamique les américains utilisent la "ton" ou tonne de glace produite par un systeme frigo. Cette unité de puissance equivaut a 3.6Kw. l'ennui c'est que je ne me rappelais plus que c'est par jour, (j'ai cru une heure)C'est vrai que ça ne faisait pas beaucoup, j'aurais du m'en douter!. Donc effectivement il y a un facteur 24 à appliquer à mon affirmation. Du coup Une tonne de glace permet de réfrigérer une maison entre 3 et 7 jours. Quand à la rentabilité, je maintiens mon affirmation. Cdlt,
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Auteur
Diplômé de Sup-Aéro, Nicolas Guillier est consultant dans l'unité de compétences Energie de Sia Partners. Il travaille notamment sur des problématiques Smart Grids.

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