Solaire hybride : le CNRS publie une thèse sur le télé suivi de 28 installations sur 4 ans

Par Dr. Laetitia Brottier, ingénieure Centrale Paris

Le solaire hybride, ou solaire « PVT », est une technologie solaire photovoltaïque (PV) et thermique (TH) dite “basse et moyenne température” ou, selon un terme plus technique « non vitrée » (WISC).
Son utilisation pour le préchauffage d’eau sanitaire, une application qui est d’habitude réalisée par des capteurs solaires “vitrés”, fait débat parmi les experts du solaire thermique.
Ainsi, par la mesure et l’instrumentation, cette étude démontre scientifiquement, l’intérêt concret du PVT (système hybride photovoltaïque thermique).

panneaux hybride

1. Retours d’expérience de 28 installations de chauffe-eaux solaires hybrides

Afin de répondre avec une approche scientifique à cette question légitime, une thèse de science sur les retours terrain d’installations solaires hybrides DualSun en lien avec le laboratoire CNRS LMT de l’Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay (aussi connu sous le nom de “ENS Cachan”) a été mise en place.

université sciences

Un télésuivi a été réalisé sur des installations de préchauffage d’eau sanitaire sur des maisons individuelles majoritairement en France et Suisse. Sur près de 4 ans, ce sont ainsi plus de 28 installations solaires hybrides réparties du Nord au Sud qui ont été monitorées par les chercheurs.

2. En résumé, ce que nous pouvons retenir

Nous pouvons retenir de cette étude de monitoring de préchauffage d’eau sanitaire par des panneaux solaires hybrides DualSun :

1/ Autonomie totale possible pour des puisages à 45°C de l’eau chaude sanitaire sur 4 mois de l’année (mi-mai à mi-septembre)

2/ Jusqu’à 2 fois plus d’énergie par m² quand on compare à des panneaux photovoltaïques classiques sur la même surface

3/ Faible déviation par rapport aux prédictions (~ 10%) fournies par le logiciel TRNSYS, qui est le moteur de calcul des simulations de la plateforme MyDualSun à l’échelle du panneau

4/ Pas de risque de surchauffe dans les panneaux solaires hybrides (<75°C)


Les paragraphes suivants vont détailler ces résultats qui confortent la technologie solaire hybride pour la double production ECS et PV.  

  • La thèse complète peut être téléchargée ici : thèse 

3. Le chauffe-eau solaire hybride et définition des critères statistiques

Bref rappel du principe de fonctionnement d’un chauffe-eau solaire hybride

Le panneau solaire hybride – également appelé système hybride photovoltaïque thermique (PVT) est constitué d’un panneau solaire PV et d’une sous-face de récupération de chaleur.  La chaleur produite/récupérée par les panneaux PV hybrides va chauffer l’eau stockée dans un ballon d’eau chaude sanitaire. La production électrique des panneaux PV hybrides va pouvoir être utilisée par les appareils électriques de la maison, en autoconsommation, ou revendue sur le réseau.

Résultat : 2 fois plus d'énergie qu'un PV classique du fait du gain de production électrique par refroidissement des cellules PV et du gain de production d'eau chaude pour les besoins de l’habitation. Ce procédé est généralement utilisé pour contribuer à la production d’eau chaude sanitaire (ECS).

maison avec un chauffe-eau solaire hybride

Exemple de maison avec un chauffe-eau solaire hybride

La solution étudiée (sur 28 installations et pendant 4 ans) est un chauffe-eau solaire hybride qui produit à la fois de l’électricité et de l’eau chaude solaire.
Les panneaux installés sur ces installations sont des panneaux DualSun de référence « Wave » dont la fiche technique peut être téléchargée ici : Fiche Technique Wave

Principe de fonctionnement simplifié

Principe de fonctionnement simplifié d’un chauffe-eau solaire hybride côté thermique (exactement similaire à un chauffe-eau solaire classique, avec des Delta-T ON et OFF adaptés)

On observe globalement que :

  • chaque jour, la production photovoltaïque augmente jusqu’à un pic vers midi.
  • en parallèle de cela, la température dans les panneaux augmente : la pompe solaire est activée dès que la température est supérieure au bas du cumulus pour transférer les calories à  l’eau sanitaire. Passé midi, la production d’électricité et de chaleur diminue, jusqu’à devenir nulle à la tombée de la nuit.

Quand on regarde les courbes de température, on voit que les panneaux DualSun chauffent l’eau à quelques degrés près jusqu’à la température maximale qu’il réussit à atteindre dans la journée.

courbes de température

Illustration sur une installation près de Lyon (2 jours pris sur le mois de juillet 2017) : le bas de ballon est chauffé quasiment jusqu’à la température maximale atteinte par les panneaux DualSun

Eau chaude solaire

Evolution de la production photovoltaïque des panneaux DualSun en même temps que la production thermique sur cette même installation près de Lyon

C’est pourquoi, pour analyser la performance thermique des installations, il a été regardé en détail les températures maximales des panneaux hybrides et en particulier la température des maxima journaliers en moyenne dans le mois (Tmoy : moyenne mensuelle des maxima journaliers).

moyennes étudiées

Illustration des moyennes étudiées sur une installation près de Lyon en juillet 2017

4. Installations solaires hybrides monitorées réparties du nord au sud de la France et jusqu’en Suisse

Sur près de 4 ans, ce sont 28 installations solaires monitorées qui sont réparties du sud du Portugal jusqu’au nord de la France (Lille), de la côte Atlantique jusqu’en Suisse.

carte installations solaires

La moitié des installations étaient en intégré au bâti (IAB), l’autre moitié en surimposé (ISB).

5. Autonomie totale possible pour de l’eau chaude sanitaire sur 4 mois de l’année

La première conclusion est la confirmation de l’intérêt du solaire hybride pour le préchauffage d’eau sanitaire. On présente la moyenne sur les 28 installations (courbe bleu pleine) des Tmoy mensuelle (température moyenne atteinte). Sur 5 mois de l’année (mai à septembre), l’installation atteint en moyenne des températures supérieures à 45°C !

Moyenne des Tmoy

Moyenne des Tmoy sur les 28 installations et écart-type
(Tmoy : moyenne mensuelle des maxima journaliers dans les modules, installation par installation).

Les courbes pointillées bleues donnent l’écart type, la grande majorité des mesures sont comprise entre les deux courbes pointillées. On voit que le résultat est très robuste, car il y a peu d’écart entre la moins bonne et la meilleure valeur.

De cette courbe, on peut déduire une approximation de la couverture solaire. Si on donne une température de consigne (ici 55°C), l’appoint est nécessaire pour monter la température de la température moyenne jusqu’à la consigne (en gris). En revanche, pour préchauffer la température de la température d’eau froide jusqu’à la température moyenne, la chaleur solaire thermique gratuite fournit l’énergie nécessaire (en vert) ! Au final, la couverture solaire c’est l’apport gratuit par rapport au besoin total, ici on voit que cette énergie verte couvre environ 60% des besoins.

Graphique gain solaire

Moyenne des Tmoy et des températures d’eau froide sur les 28 installations
Illustration de l’appoint et du gain solaire pour une température de consigne de 55°C.

6. Jusqu’à 2 fois plus d’énergie par m² quand on compare à des panneaux photovoltaïques classiques sur la même surface

La mesure de la production photovoltaïque a permis de confirmer que lorsqu’ils sont utilisés pour préchauffer de l’eau chaude sanitaire (ECS), les panneaux solaires hybrides de DualSun fournissent jusqu’à 2 fois plus d’énergie que la même surface photovoltaïque !

Energie photovoltaique

Energie photovoltaique

Energie surfacique annuelle sur 4 des installations étudiées

7. Faible déviation par rapport aux prédictions (~ 10%) fournies par TRNSYS, qui est le moteur de calcul des simulations de la plateforme MyDualSun à l’échelle du panneau

Ces mesures ont été confrontées aux estimations d’avant-projet. Dans ces estimations, on a gardé toutes les valeurs par défaut : la météo statistique, le profil de consommation de douches par défaut, … Bien sûr la météo réelle n’étant pas exactement la météo statistique, il y a des écarts avec les prédictions, mais à l’échelle du panneau, les écarts aux prédictions se sont avérés de l’ordre de 10% quel que soit le logiciel de simulation (TRNSYS, PVGis, PolySun, PVSyst) avec une moyenne proche des prévisions, ce qui est très rassurant sur la validité du logiciel utilisé par DualSun pour prédire la production d’eau chaude et d’électricité des panneaux !

Photovoltaïque

Réel vs. PVSyst

Réel vs. Trnsys (MyDualSun)

Réel vs. PVGis

Réel vs. PolySun

Ecart moyen

-6%

-1%

1%

1%

Ecart type

8%

7%

7%

8%

En énergie photovoltaïque annuelle sur les 16 installations parmi les 28 avec données photovoltaïques

Moyenne sur les 28 installations

Moyenne sur les 28 installations des écarts sur les Tmoy entre les simulations TRNSYS et les analyses des mesures réelles

On peut constater sur le graphique ci-dessus que l’écart entre les mesures réelles et les simulations TRNSYS (logiciel utilisé dans MyDualSun) est de : -0,6°C ± 4,8°C (pour une température qui atteint 50°C, avec 4,8°C d’écart : cela correspond à un écart de 10%) !

8. Pas de risque de stagnation (inférieur à 75°C)

Enfin, une dernière conclusion sur ces mesures est la confirmation sur le terrain de l’absence de problématique de surchauffe grâce aux panneaux hybrides DualSun. Pendant l’été, lorsque les habitants sont en congé, le ballon d’eau sanitaire est déjà chaud en début de journée, et la pompe solaire ne s’active pas : on parle de stagnation.

En solaire thermique classique, cette stagnation peut être problématique car elle entraîne des surchauffes pouvant entraîner des dégradations irréversibles de l’installation. Ce n’est pas le cas avec le solaire hybride !

En effet, la température maximale observée dans les panneaux sur ces 28 installations pendant 4 ans a été de 74,2°C. Cette température est très en deçà d’un risque de délamination irréversible ou de vieillissement accéléré pour le photovoltaïque – qui a été certifié jusqu’à 85°C.

9. En conclusion

Ces mesures concrètes et cette thèse furent l’occasion pour DualSun d’affiner sa connaissance du fonctionnement sur le terrain de la technologie solaire hybride en particulier pour le chauffe-eau solaire hybride. Le travail du CNRS a permis d’apporter à la communauté scientifique des résultats inédits et de confirmer l’intérêt du PVT (système hybride photovoltaïque thermique) pour le préchauffage d’eau sanitaire.

Par Dr. Laetitia Brottier, Ingénieure Centrale Paris
laetitia(at)dualsun.fr  - Tél. 04 13 41 53 70

Source et lien

Dualsun

Nous innovons en France pour fabriquer des panneaux solaires performants et durables afin de rendre les bâtiments plus autonomes en énergie

Lectures conseillées

L’alliance Daikin et DualSun pour une innovation multi-énergie !
Alliance Daikin et DualSun

Solution solaire hybride pour bâtiments collectifs
Solution solaire hybride

Plus de 1000 références d’installations solaires hybrides …
Réalisations Dualsun

La technologie solaire hybride en VIDEO

Commentaires

  • RAMLI HASSAN
    0
    10/04/2020

    Très intéressant comme équipement ecs et production électricité. Comme on est économiste j'aimerais avoir des informations techniques financières pour convaicre les maîtres d'ouvrages à les installer


LAISSER UN COMMENTAIRE

ABONNEZ-VOUS !
En validant ce formulaire, vous acceptez que les informations saisies soient transmises à l’entreprise concernée dans le strict respect de la réglementation RGPD sur les données personnelles. Pour connaitre et exercer vos droits, vous pouvez consulter notre politique de confidentialité
Suggestions

EnerJ-meeting Paris 2024 : Les outils et solutions disruptives pour des bâtiments sobres et efficaces

EnerJ-meeting Paris 2024 : Les outils et solutions disruptives pour des bâtiments sobres et efficaces

EnerJ-meeting Paris 2024 : Journée incontournable pour les professionnels du bâtiment. Découvrir comment les acteurs du bâtiment peuvent construire plus durable grâce à des solutions efficaces.


Coup de projecteur sur les innovations « solutions techniques » d’EnerJ-meeting Paris 2024

Coup de projecteur sur les innovations « solutions techniques » d’EnerJ-meeting Paris 2024

Découvrez les dernières avancées technologiques au cœur d’EnerJ-meeting Paris 2024. Explorez les solutions techniques qui façonneront l’avenir de l’industrie du bâtiment.


Performances et traitement des installations de chauffage

Performances et traitement des installations de chauffage

Sentinel partage son savoir-faire quant à l'optimisation du chauffage et de l'eau chaude sanitaire (ECS)


Bilan 2023 des ventes d'équipements de CVC : il y a des chiffres positifs !

Bilan 2023 des ventes d'équipements de CVC : il y a des chiffres positifs !

Bilan 2023 : Ventes d'équipements de CVC en hausse ! Découvrez les chiffres positifs et les tendances du marché.


Géothermie de surface avec pompe à chaleur, études et innovations

Géothermie de surface avec pompe à chaleur, études et innovations

Découvrez les dernières avancées dans le domaine de la géothermie de surface, où les pompes à chaleur (PAC) exploitent la chaleur du sous-sol.


Nouvel arrêté végétalisation et production d’EnR pour une toiture d’immeuble

Nouvel arrêté végétalisation et production d’EnR pour une toiture d’immeuble

Arrêté du 19 Décembre 2023 portant application de l'article L. 171-4 du code de la construction et de l'habitation.


Chauffage hybride de logements collectifs avec pompe à chaleur et chaudière

Chauffage hybride de logements collectifs avec pompe à chaleur et chaudière

Cette expertise vise à optimiser les performances énergétiques des logements collectifs en combinant chaudières à gaz naturel et pompes à chaleur, en réponse aux normes réglementaires et aux e


Trophées de la Construction - 23e édition - Ouverture des inscriptions

Trophées de la Construction - 23e édition  - Ouverture des inscriptions

Le rendez-vous annuel incontournable et fédérateur des professionnels du BTP, de l'architecture et du cadre de vie.


La maison de l'innovation du groupe La Poste, HQE « EXCELLENT », E+C-, OSMOZ, BIODIVERCITY ET R2S

La maison de l'innovation du groupe La Poste, HQE  « EXCELLENT », E+C-, OSMOZ, BIODIVERCITY ET R2S

Le parc immobilier de la poste est considérable avec plus de 9 000 immeubles et 6 millions de mètres carrés.


Construire et rénover : 1. Sobriété - 2. Efficacité - 3. Décarbonation, venez échanger à EnerJ-meeting Paris

Construire et rénover : 1. Sobriété - 2. Efficacité - 3. Décarbonation, venez échanger à EnerJ-meeting Paris

EnerJ-meeting Paris, le grand rendez-vous de toute la filière des décideurs du bâtiment fait peau neuve au Carrousel du Louvre le 6 Février 2024


Performance des chaudières gaz condensation à 3 piquages

Performance des chaudières gaz condensation à 3 piquages

Les avantages des chaudières à gaz à 3 piquages : économies d’énergie et réduction des émissions.


Forum Mondial Bâtiments et Climat : agir pour le climat, la résilience, la prospérité et le bien-être

Forum Mondial Bâtiments et Climat : agir pour le climat, la résilience, la prospérité et le bien-être

Des discussions sur des solutions durables pour des bâtiments plus résilients et adaptés au climat.


Accélérer la décarbonation du secteur du bâtiment

Accélérer la décarbonation du secteur du bâtiment

Le bâtiment neuf doit non seulement être efficace et exemplaire sur le plan énergétique mais également sur le plan environnemental .


Agitation sociale et agricole, finances publiques en berne ? La transition attendra

Agitation sociale et agricole, finances publiques en berne ? La transition attendra

Agitation sociale et défis agricoles : Comment la transition écologique peut apaiser les tensions.


Telefónica renouvelle son partenariat avec Vertiv pour une Espagne plus verte

Telefónica renouvelle son partenariat avec Vertiv pour une Espagne plus verte

Telefónica, en partenariat renouvelé avec Vertiv, vise à réduire de manière significative la consommation d'énergie et l'empreinte carbone de ses sites en Espagne.