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Enjeux et avancées technologiques du solaire thermique

Par Philippe PAPILLON - Responsable du développement des technologies solaire thermique à l'INES



Le marché du solaire thermique stagne, voir décroit, depuis 2 années en France, mais également en Allemagne, pourtant le potentiel de développement est très important. En France, les objectifs de la PPI chaleur (Programmation Pluriannuelle des Investissements de production de chaleur) ne seront pas atteints sans une volonté forte, mais aussi si les coûts demeurent aussi élevés.

De nouvelles applications doivent donc être favorisées mettant en œuvre des technologies très performantes de capteur solaire, mais aussi de grandes surfaces de capteurs solaires pour atteindre un coût de l'énergie proche des solutions traditionnelles : les réseaux de chaleur et les applications industrielles sont un créneau à développer pour atteindre ces objectifs.

Enfin, au travers des récents développements sur le stockage de l'énergie, le développement de maisons 100% énergie solaire est également un enjeu : il constituera une niche de marché dans les prochaines années.
Intégration dans les réseaux de chaleur, utilisation pour des procès industriels, stockage de la chaleur renouvelable…, tels sont les thèmes développés lors de la présentation effectuée lors du salon Interclima+élec , le 9 février 2012, et dont voici une synthèse.





Prévoyons d'autres leviers de développement pour le solaire thermique


Alors que les enjeux prévus du solaire donnent un prévisionnel 2030 de 11% et en 2050 de 37% en termes de contribution énergétique pour la production de chaleur, nous sommes actuellement sur un marché du solaire thermique qui décroit en France.


Prévisions de la PPI chaleur et marché réel du solaire thermique

Prévisions de la PPI chaleur et marché réel du solaire thermique





Pour redynamiser la filière solaire !


• Atteindre de nouveaux marchés

> Solaire pour les réseaux de chaleur
> Solaire pour les procès industriels

Assurer la qualité

> Promouvoir les systèmes préfabriqués en usine
> Garantir la performance énergétique

Offrir de nouvelles technologies

> Stockage de l'énergie thermique
> Climatisation solaire

Baisser les coûts d'installation … vers la parité du coût de l'énergie
> Systèmes préfabriqués en usine
> Grandes installations




Concentrons-nous pour la suite sur les deux axes majeurs de développement qui ont déjà porté leurs fruits à l'étranger, dans des pays beaucoup moins favorables à l'ensoleillement que la France !!



Exemple européen de production centralisée avec 8000 m2 de capteurs

Braedstrup (Danemark) :
Type : production centralisée
Superficie capteurs : 8 000 m²
Energie totale réseau : 42 000 MWh/an
Contribution solaire : 3400 MWh/an, soit taux couverture de 8%
Stockage (Eau) : 2000 m³, soit 110MWh
Extension prévue : 50 000 m²





Autre exemple au Canada de production centralisée avec 2300 m2 de capteurs

Drake Landing Solar Community (Canada)
Type : production centralisée
Superficie capteurs : 2 300 m²
Energie totale réseau (52 maisons) : 760 MWh/an
Contribution solaire : 650 MWh/an, soit taux couverture de 85 %
Stockage
> Court terme (eau) : 2x120 m³
> Long terme (forage) : 144 x 35 m

production centralisée avec 2300 m2 de capteurs





Un exemple Français tout de même de 800 m² de capteurs solaires

Balma (France):
Superficie capteurs (tube sous vides) : 800 m²
Taux couverture solaire prévu : 15 %
Réseau de chaleur Bois/Solaire
Bâtiments desservis : 1200 logt, 1 crèche
Mise en service : 2012

Balma 800 m² de capteurs solaires






Comment intégrer le solaire thermique dans les réseaux de chaleur : 3 solutions !


intégrer le solaire thermique dans les réseaux de chaleur





intégrer le solaire thermique dans les réseaux de chaleur





intégrer le solaire thermique dans les réseaux de chaleur





intégrer le solaire thermique dans les réseaux de chaleur





Stockage de chaleur solaire ! Un enjeu qui vaut de l'or


La surface de stockage solaire thermique est prépondérante en termes de quantité. Le graphe ci-dessous montre bien que la chaleur disponible en période estivale a tout intérêt à « glisser » vers les besoins hivernaux. Seul un stockage économiquement optimisé permettra ce recouvrement quasi-parfait des besoins, soit d'atteindre ainsi une construction solaire à énergie zéro.

Stockage de chaleur solaire


Stockage de chaleur solaire





Le stockage thermochimique – une voie d'avenir


C'est un procédé chimique qui permet de stocker avec une grande capacité thermique la chaleur dans des sels. Ceux-ci sont de même apparence que le sel de cuisine et fonctionnent sur le principe d'une réaction endo-exothermique réversible.
En phase estivale, une évaporation s'effectue et le sel se régénère. Cette déshydratation permet une réaction dite endothermique.

En période hivernale, l'hydratation du gel avec de la simple vapeur d'eau permet une réaction exothermique qui dégage de la chaleur, récupérée ainsi par la construction !

Actuellement les avancées technologiques de ce type de stockage permettent d'améliorer considérablement les capacité de stockage et leur coût économique par rapport au simple et traditionnel stockage d'eau chaude.





Comparatif stockage thermique à eau et stockage thermochimique


Stockage solaire avec eau chaude

Stockage thermochimique

> Avoir une forte densité énergétique Eau :
70 kWh/m³=> stockage de 1000 kWh = 14 m³

> Réduire les pertes thermiques
Stockage à eau intersaisonnier :
100 kWh stocké = 50 kWh restitué

> Le coût
Stockage à eau : cuve de 1 m³ = 2000 €
Soit un investissement de 30 €/kWh stockage

> Avoir une forte densité énergétique
Thermochimie :

200 à 300 kWh/m³ => 1000 kWh = 3 à 5 m³

> Réduire les pertes thermiques Thermochimie :
peu de pertes : 100 kWh stocké = 90 kWh restitué

> Le coût
Stockage thermochimique : évaluation d'investissement sur base proto : 50 à 70 €/kWh stockage



Présentation « Enjeux et avancées technologiques du solaire thermique Intégration dans les réseaux de chaleur, utilisation pour des procès industriels, stockage de la chaleur renouvelable… »

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Enjeux avancées solaire thermique




Par Philippe PAPILLON
Philippe PAPILLON est impliqué dans le développement des technologies solaire thermique depuis plus de 20 ans. Au sein d'INES (Institut National de l'Energie Solaire), il anime les activités de l'équipe « solaire thermique basse température » impliquée dans les thématiques capteurs solaires, froid solaire, stockage de l'énergie thermique, systèmes solaires thermiques et contrôle-commande performant, test de systèmes en laboratoire. Philippe Papillon est également présent au sein de la Plateforme Technologique Européenne « Renewable Heating and Cooling » où il a contribué à la « Vision 2030 » sur la place des énergies renouvelables pour les usages thermiques.






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Commentaires

  • christian
    20/04/2017

    Bonjour en solaire thermique un cop de 11 existe depuis l article de presse chaud froid performance n 733 avril 2010 notre systeme bien evolue suite au projet coolsun nous somme capables de produire 100 pour 100 de la climatisation solaire sur bordeaux voir resultat projet coolsun eu cordialement christian chassin bonne lecture

  • Alain
    06/03/2012

    la production d''hydrogène par le solaire qui recombinée à l''oxygène redonne de l''électricité (pile à combustible) a-t-elle une chance d''exister pour les installations individuelles ?

  • alain
    04/03/2012

    Conserver de la chaleur c''est bien mais son coût est difficilement amortissable tant que le Kwh est si bon marché (en France) dans un premier temps peut on valoriser les apports thermiques solaires en version Air/air ?

  • Roland
    02/03/2012

    Hyper intéressant, le stockage inter saisons, on y rêve tous.... Je vais étudier cela Roland

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