Un lycée chauffé au solaire Thermovoltaïque

Par Nicolas Beauquis - Ingénieur Conseil

L’INHNI est un organisme de formation et de Conseil du secteur Hygiène, Propreté, Environnement qui forme les étudiants du CAP au Master. L’INHNI de Bordeaux a construit en 2017 son nouveau lycée de la propreté. Basé à Pessac, cet établissement de 2100 m² accueille des étudiants dans le cadre de leur formation. Le 11 octobre 2017, L’INHNI (en présence de Alain Rousset, président de la région Nouvelle Aquitaine et Franck Raynal, maire de Pessac) a inauguré son nouveau bâtiment dédié à l’enseignement et équipé de 100 panneaux thermovoltaïques Cogen’Air pour la production d’électricité et de chaleur solaires.

Le bâtiment de la maison de la propreté est un bâtiment de 2100 m² construit aux normes RT2012. Il est chauffé principalement par une pompe à chaleur air/eau réversible couplée à des ventilo-convecteurs gainable. Comme tout établissement accueillant du public, le Règlement Sanitaire Départemental et le Code du Travail (Titre 1er, Chapitre II) impose un renouvellement d’air neuf. A ce titre, une centrale de traitement d’air équipée d’un récupérateur d’énergie double flux insuffle de l’air neuf en provenance de l’extérieur à l’intérieur du bâtiment avec un débit de l’ordre de 12.000 m³/h.

L’Inhni a sollicité BASE, entreprise basée en Gironde, pour le dimensionnement et la fourniture d’une centrale thermovoltaïque de 100 panneaux Cogen’air pour préchauffer l’air neuf réglementaire en amont de la centrale de traitement d’air.
Le bureau d’études de l’entreprise BASE a dimensionné la centrale thermovoltaïque pour qu’elle couvre une partie des besoins énergétiques du bâtiment. Ce projet a été soutenu par le conseil régional de la Nouvelle Aquitaine.

Le panneau thermovoltaïque Cogen’Air est un panneau solaire hybride qui produit à la fois de l’électricité et de l’air chaud. Sa face avant produit de l’électricité photovoltaïque et sa face arrière, équipée d’un système d’échangeurs thermiques et d’un caisson étanche produit de l’air chaud. Chaque panneau Cogen’Air produit 250Wc électriques et 744W thermiques. Le refroidissement du panneau engendre une augmentation de la production électrique de +10%. Le rendement total du panneau est de 65% (contre 17% pour un panneau photovoltaïque standard).

Le panneau thermovoltaïque Cogen’Air est certifié par l’Ademe dans le cadre d’un ETV (Environmental Technologie Verification) pour le photovoltaïque (Normes IEC 61215 & IEC 61730), certification européenne et par le TUV (organisme certificateur allemand) pour le thermique (Norme ISO9806). Cogen’air est fabriqué et assemblé en France.

La centrale Cogen’Air installée sur le toit du bâtiment.

Les 100 panneaux Cogen’Air sont installés sur le toit du bâtiment, à proximité de la prise d’air de la centrale de traitement d’air. Ils sont orientés Sud-Ouest et installé en 25 lignes de 4 panneaux Cogen’Air. L’air, qui traverse une colonne de 4 panneaux, est chauffé, puis insufflé dans la centrale de traitement d’air. Il est canalisé par un système de gaines isolées entre chaque panneau Cogen’Air avec une gaine de collecte centrale en entrée et sortie de la centrale Cogen’Air.

Vue arrière de la centrale Cogen’Air, des caissons de récupération de la chaleur et des gaines flexibles.

Mode Hiver / chauffage :

En hiver, en période d’occupation, la centrale de traitement d’air assure la préparation de l’air neuf en le filtrant et en le chauffant à la température de soufflage désiré (ici 21°C). Le débit d’air est régulé via des sondes CO2 qui mesure le taux de remplissage de l’établissement. L’air est ainsi préchauffé au sein de la centrale Cogen’Air et dirigé vers la batterie chaude hydraulique de la CTA. En fonction de la température de l’air, la batterie apporte plus ou moins d’énergie pour assurer la température de soufflage paramétrée.
Dans le cas où la température de l’air en sortie de la centrale Cogen’Air est supérieure à la consigne de température de soufflage, cette dernière est décalée (seuil supérieur) afin d’assurer une part des besoins de chauffage du bâtiment. De réelles économies d’énergies sont ainsi générées.

Mode Eté / rafraîchissement :

En été, en période nocturne, le système Cogen’Air produit de l’air frais. En effet, par un effet radiatif avec la voûte céleste (Radiative Night Cooling), la température d’air à l’arrière des panneaux se voit réduite de l’ordre de 4 à 5°C par rapport à l’air extérieur. L’air extérieur est alors refroidi puis injecté dans le bâtiment via la centrale de traitement d’air. On assure ainsi un Free-cooling boosté, ce qui permet de réduire le recours à la climatisation pendant la journée.

L’électricité produite par les panneaux est auto-consommée dans le bâtiment. Le niveau de consommation électrique du bâtiment permet un taux d’autoconsommation de l’ordre de 95% (95% de l’électricité produite par les panneaux Cogen’Air est consommée par le bâtiment). Les 100 panneaux Cogen’Air produisent 23% des besoins de chauffage du bâtiment et 24% des besoins électriques.

• 100 panneaux Cogen’Air 25 colonnes, 4 lignes. Orientation des panneaux en portrait
• Surface totale thermovoltaïque : 163 m2
• Installation : châssis sur toiture terrasse
• Débit d’air par colonne 350m3/h, débit total de la centrale : 8750m3 /h
• Architecture électrique : autoconsommation totale
• Architecture thermique : couplage avec CTA
• Puissance électrique : 25kWc
• Puissance thermique 74.4 kW
• Productibles centrale : 28600kWh électriques et 63350kW thermiques

Le couplage entre une centrale thermovoltaïque Cogen’Air est une centrale de traitement d’air d’un bâtiment accueillant du public est une solution efficace et rentable. La concomitance entre la production solaire et l’occupation du bâtiment permet de maximiser la production solaire et de la valoriser dans le bâtiment.
La production d’électricité permet de couvrir une partie des besoins du bâtiment et la totalité des besoins de la centrale de traitement d’air.
Plusieurs dizaines de centrales solaires thermovoltaïques Cogen’Air sont actuellement en fonctionnement dans toute la France dans différentes architectures pour l’efficacité énergétique des bâtiments.
L’installation de solaire hybride sur le toit de bâtiments tertiaires montre la rentabilité du solaire hybride avec un temps de retour sur investissement situé entre 8 et 12 ans.

Nicolas Beauquis - Ingénieur Conseil

SOURCES