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LE SOLAIRE THERMIQUE AU SOMMAIRE… • Bibliographie • L’énergie solaire (rappels)

LE SOLAIRE THERMIQUE AU SOMMAIRE… • Bibliographie • L’énergie solaire (rappels) • Généralités sur les installations solaires thermiques • Constituants d’une installation • Exemples • Solaire thermique haute température • Hybride PV/T BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE • http://www.solairethermique.guidenr.fr/cours_solaire-thermique.php • http://www.energies-renouvelables.org • http://www.ines-solaire.com • http://www.outilssolaires.com Consultables à la BULCO I. L’ÉNERGIE SOLAIRE QUELQUES RAPPELS I. L’ÉNERGIE SOLAIRE QUELQUES RAPPELS Cette partie a déjà été traitée dans le cours sur le photovoltaïque. Seuls quelques rappels importants figurent à la suite de ce cours. Rayonnement global = rayonnement direct + rayonnement diffus + albédo En solaire thermique, on exploite principalement le rayonnement direct I. L’ÉNERGIE SOLAIRE QUELQUES RAPPELS • Lieu géographique • Mois de l’année • Orientation • Inclinaison Rayonnement global reçu pendant une journée (en kWh / m2 / jour) • 1000 W.m-2 : soleil au zénith, ciel sans nuage • 100 à 500 W.m-2 : ciel nuageux • < 50 W.m-2 : ciel très couvert Importance de la couverture nuageuse I. L’ÉNERGIE SOLAIRE QUELQUES RAPPELS Site Décembre Mars Juin Septembre Ostende 0,96 3,21 4,69 3,83 Paris 1,12 3,23 4,43 3,98 Mâcon 1,25 3,55 4,63 4,49 Nice 3,76 4,79 5,11 5,26 Orientation sud, inclinaison 60° / horizontale (kWh/m2/jour) 1 000 kWh/m2/an à Lille (≈ 2,7kWh/m2/jour) 1 600 kWh/m2/an à Nice (≈ 4,5 kWh/m2/jour) Energie reçue sur un plan horizontal : I. L’ÉNERGIE SOLAIRE QUELQUES RAPPELS Dessin : www.viessmann.be Influence de l’orientation et de l’inclinaison sur l’énergie reçue I. L’ÉNERGIE SOLAIRE DÉFINIR SES BESOINS EN CHAUFFAGE ET ECS • Estimation des déperditions Bm (W) par la relation : Bm=G.V.DT • Le coefficient G (W.m-3.K-1) dépend de la date et/ou du type de construction • V est le volume chauffé en m3 • DT = Text – Tint, dépend du lieu géographique (voir carte ci-contre) Chauffage Type de maison Bioclimatique Neuf isolé Ancien isolé Ancien mal isolé 0,4 à 0,6 0,7 à 0,9 0,8 à 1,1 2 à 3 Tableau indicatif de la valeur de G selon le type d’habitation I. L’ÉNERGIE SOLAIRE DÉFINIR SES BESOINS EN CHAUFFAGE ET ECS • Dépend du nombre d’occupants (NOC) • Consommation uniformément répartie sur l’année Eau Chaude Sanitaire Équipements Conso journalière (kWh/j) 1 évier 1,3 + 0,3 x NOC 1 évier + 1 lavabo 2,5 + 0,9 x NOC 1 évier + 1 lavabo + 1 douche 3,5 + 0,9 x NOC 1 évier + 1 lavabo + 1 petite baignoire 2,0 + 1,3 x NOC 1 évier + 1 lavabo + 1 grande baignoire 3,8 + 1,3 x NOC 1 évier + 1 lavabo + 1 grande baignoire + 1 cabinet de toilette 3,8 + 1,8 x NOC II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES GÉNÉRALITÉS • Eau chaude sanitaire (ECS) • Chauffage des habitations • Chauffage de piscines Quelles applications ? • Chauffe-eau solaire individuel (CESI) • Système solaire combiné (SSC) • Installation pour chauffage de piscine Quels types d’installation ? II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES GÉNÉRALITÉS • 14 millions de m2 • 9 800 MWhth Allemagne • 2,1 millions de m2 • 1 470 MWhth France • GREENoneTEC (Autriche) • Viessmann (Allemagne) • Schüco Solarthermie (Allemagne) 3 premiers constructeurs II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES LE CHAUFFE-EAU SOLAIRE INDIVIDUEL (CESI) • Préchauffage de l’ECS • 50 à 60% des besoins (taux de couverture) • Appoint nécessaire Généralités • Lieu géographique • Orientation • Qualité des composants • Dimensionnement • Conditions de fonctionnement de l’installation Paramètres influents sur le taux de couverture II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES LE CHAUFFE-EAU SOLAIRE INDIVIDUEL (CESI) Source : Chaffoteaux et Maury Principe de fonctionnement d’un CESI II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES LE CHAUFFE-EAU SOLAIRE INDIVIDUEL (CESI) Zones climatiques Dimensionnement d’un CESI en fonction du nombre d’occupants et de la zone climatique II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES LE CHAUFFE-EAU SOLAIRE INDIVIDUEL (CESI) II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES LE CHAUFFE-EAU SOLAIRE À THERMOSIPHON Pas de régulateur ni de circulateur Système simple et peu coûteux Peu esthétique – Refroidit la nuit II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES LE CHAUFFE-EAU SOLAIRE À THERMOSIPHON Installation solaire en Turquie II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES LE SYSTÈME SOLAIRE COMBINÉ (SSC) SSC ECS + chauffage 10 à 30% du chauffage Appoint nécessaire 10 m2 de capteurs pour 100 m2 à chauffer http://www.solarclim50.com II. INSTALLATIONS SOLAIRES THERMIQUES LE SYSTÈME SOLAIRE COMBINÉ (SSC) http://www.solarclim50.com III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION LE CAPTAGE III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION LE CAPTEUR • Convertit le rayonnement solaire en chaleur Rôle • Capteurs non vitrés (piscines) • Capteurs plans vitrés • Capteurs sous vide Types III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION LE CAPTEUR NON VITRÉ • Faible rendement • Convient aux piscines • Peu coûteux Capteur non vitré Capteurs non vitrés sur un toit de piscine (photo : héliopac) III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION LE CAPTEUR PLAN VITRÉ • Rendement meilleur que non vitré (effet de serre) • Température entre 30°C et 80°C • Technologie la plus répandue Capteur plan vitré http://www.sarl-madec29.fr III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION LE CAPTEUR PLAN VITRÉ 1 % 5 % E = irradiation solaire Rayonnement réfléchi par le vitrage Pertes thermiques Rayonnement absorbé Eu = chaleur emportée par le fluide réchauffé 8 % 100 % 3 % 60 % 8 % Convection 15 % Rayonnement visible Rayonnement IR Perte par le vitrage III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION LE CAPTEUR PLAN VITRÉ Soudure au laser du tuyau de cuivre à l’absorbeur (Photo : Eurobser’ER, Usine du groupe Vaillant, Nantes, France) Automatisation de la production : gain de temps (2 mn pour un capteur) et de fiabilité III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION LE CAPTEUR À TUBES SOUS VIDE • Rendement meilleur que les autres capteurs • Moins encombrant • Possibilité d’adapter l’orientation des tubes en fonction de leur l’implantation Capteur à tube sous vide Mécanisme d’évaporation – condensation d’un fluide • Evaporation dans le « caloduc » • Condensation au contact du collecteur Viessmann III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION MARCHÉ DES CAPTEURS III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION CAPTEURS ET TAUX DE COUVERTURE SOLAIRE • Pourcentage annuel d’énergie nécessaire à la production d’eau chaude sanitaire pouvant être couvert par l’installation solaire Taux de couverture Viessmann.be III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION CAPTEURS ET TAUX DE COUVERTURE SOLAIRE Installation de référence : • Paris • 4 personnes = 200 L/j ECS • 4 m2 de capteurs plans • 45° plein sud • ballon 300 l biénergie Source : www.viessman.be Cognac Nice LE STOCKAGE III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION BALLON SOLAIRE III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION BALLON SOLAIRE Où faut-il raccorder la sortie A du panneau au niveau du ballon ? 1. En B 2. En C 3. Les deux sont possibles En se refroidissant, l’eau devient plus lourde et a tendance à descendre. On respecte donc le sens naturel de circulation du fluide. III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION BALLON SOLAIRE La température de fin de réchauffage de l’eau sanitaire en A étant plus chaude qu’en B, le montage à contre-courant est plus efficace. TRANSFERT DE L’ÉNERGIE LE GROUPE HYDRAULIQUE III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION GROUPE HYDRAULIQUE Groupe hydraulique préfabriqué III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION GROUPE HYDRAULIQUE Vase d’expansion III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION GROUPE HYDRAULIQUE Le purgeur La tuyauterie isolée III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION GROUPE HYDRAULIQUE Régulation d’une installation solaire thermique III. CONSTITUANTS D’UNE INSTALLATION EXEMPLES D’INSTALLATIONS AUTRE TECHNOLOGIE BASSE TEMPÉRATURE LE SOLARWALL Idéal pour les grands bâtiments Chauffage de l’air neuf 150 à 200 €/m2 installé IV. SOLAIRE THERMIQUE HAUTE TEMPÉRATURE IV. SOLAIRE THERMIQUE HAUTE TEMPÉRATURE CENTRALES SOLAIRES À CONCENTRATION Concentration des rayons solaires par les héliostats sur un absorbeur (sels fondus) Transfert d’énergie à un circuit secondaire (vapeur d’eau) Production d’électricité à l’aide d’une turbine à vapeur IV. SOLAIRE THERMIQUE HAUTE TEMPÉRATURE CENTRALES SOLAIRES À CONCENTRATION Gemasolar (Espagne, 2011) 2650 héliostats sur 185 ha Puissance électrique : 19,9 MW Energie produite / an (prévision) : 110 GWh IV. SOLAIRE THERMIQUE HAUTE TEMPÉRATURE CENTRALES SOLAIRES À CONCENTRATION Centrale solaire Themis (France, années 70) 200 miroirs, tour de 101 m de haut Remise en service en 2007 grâce au projet Pégase (Production d’électricité par turbine à gaz et énergie solaire) Puissance : 1,4 MW Dédiée à la R&D IV. SOLAIRE THERMIQUE HAUTE TEMPÉRATURE CENTRALES SOLAIRES À CONCENTRATION Source : http://www.ecosources.info/dossiers/Centrale_solaire_capteur_parabolique Association d’un capteur solaire et d’un moteur Stirling (fonctionne grâce à la montée en pression et en température d’un gaz) Rendements supérieurs au PV (19%) IV. SOLAIRE THERMIQUE HAUTE TEMPÉRATURE CENTRALES SOLAIRES À CONCENTRATION Nevada Solar One (USA, 2007) 219 000 miroirs 1,3 million de m² 76 km de cylindres réflecteurs 134 GWh/an pour 64 MW Transport du fluide caloporteur à 500°C Production d’électricité à l’aide d’une turbine à vapeur Andasol (Espagne) : 50 MW IV. SOLAIRE THERMIQUE HAUTE TEMPÉRATURE CHEMINÉES SOLAIRES Cheminée de 990 m de hauteur et 70 mètres de diamètre Puissance : 200 MW (32 turbines) Collecteur de 7 km de diamètre (38,5 km2 de verre et de plastique) Vitesse de l'air (70 C) dans la cheminée : 15 m/s (54 km/h). IV. SOLAIRE THERMIQUE HAUTE TEMPÉRATURE CHEMINÉES SOLAIRES 195 m de haut a été construite en 1982. Le prototype a fonctionné pendant 7 ans (coût du kWh produit 5 fois supérieur à celui d’une centrale thermique classique) La surface de la serre au pied de la cheminée mesure près de 46.000 m2. IV. uploads/s3/ le-solaire-thermique2011-2012.pdf