Formation Bâtiment durable-energie Bruxelles Environnement

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1 Formation Bâtiment durable-energie Bruxelles Environnement Energie solaire photovoltaïque Energie solaire thermique Stéphane BARBIER Service du Facilitateur Bâtiment Durable Spécialiste Energies Renouvelables

2 PARTIE I ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE

3 Les objectifs de la présentation Comprendre le fonctionnement du solaire photovoltaïque Les procédures administratives Aides à l investissement et à la production disponibles en RBC Outils 3

4 Plan de l exposé SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE Le PV en quelques chiffres Aspects techniques BIPV (intégration architecturale des modules) Incitants financiers et procédures administratives Outils d aide accessibles en RBC 4

5 Evolution du marché

6 Evolution du marché

7 Evolution du marché

8 Puissance installée et perspectives Source: EF4 asbl Au 31/12/2011 Wallonie Flandre Bruxelles Début du mécanisme de soutien Puissance installée 192 MW MW 7MW Puissance installée par habitant 56 Wc/hab 231 Wc/hab 6 Wc/hab RBC 2020: 73 MW c? 8

9 Notions de base Watt-crête (Wc) puissance électrique maximale fournie dans des conditions standard de test: - un ensoleillement de W/m 2 ; - une température des panneaux de 25 C ; - une répartition spectrale du rayonnement dit AM 1.5 Wattheure (Wh) 1Watt-heure énergie consommée ou délivrée par un système d une puissance de 1 Watt pendant une heure. Silicium polycristallin 9

10 Surface PV correspondante à 1 kwc Modules Monocristallins à haute performance (6 à 9 m2) Polycristallins (7,5 à 10 m2) CIS-CIGS (9 à 11 m2) TeCd (12 à 17 m2) Silicium amorphe (14 à 20 m2) 10

11 Types de cellules photovoltaïques (1) Cellules en silicium cristallin - PV Monocristallin Un seul cristal de grande dimension. Cellules d'un bleu uniforme. - rendement de 12% à 20% - ratio Wc/m 2 (~150 Wc/m 2 ) densité de production intéressante 11

12 Types de cellules photovoltaïques (2) Cellules en silicium cristallin - PV Polycristallin Plusieurs cristaux. Mosaïque de cristaux de taille, de forme et d orientations différentes. Cellules carrées. - rendement, de 11% à 15% - ratio Wc/m2 (~100 Wc/m2)

13 Types de cellules photovoltaïques (3) Cellules en couches minces Pose sous vide sur une fine couche uniforme composée d un ou de plusieurs matériaux semi-conducteurs. - Cellule au silicium amorphe Le semi-conducteur est du silicium. - fonctionne avec un éclairement faible ou diffus, intégration sur support souple ou rigide, Faible rendement en plein soleil (5% à 7%), surfaces plus importantes à production équivalente au silicium cristallin - CdTe, CIGS,etc.. Nouveaux concepts 13

14 Part de marché

15 Rendements typiques Couches minces Modules Record en laboratoire Dye Sensitized 3-5 % 11,0% Silicium Amorphe Multijonctions (α-si) 4-6,5 % 13,2% Silicium Microcristallin sur verre (CSG) 5-8 % Micromorphe 8-9 % Tellure de Cadmium (CdTe) 6-10 % 16,5% Cuivre Indium Sélénium (CIS) 9-12 % 19,5% Silicium cristallin Silicium Ruban % 18,0% Silicium Polycristallin (p-si) % 20,3% Silicium Monocristallin (m-si) % 21,6% Silicium Monocristallin Haute performance % 24,7% Concentration Cellules Triple-Jonctions GaInP/GaAs/Ge % 41,1% 15

16 Investissement [EUR/Wc] Investissement 3 2,5 2 1,5 1 0, Puissance [kwc] 5 kwc Source : PV Calc

17 Schéma de système PV Sectionneur courant continu Compteur "certificats verts" Applications électriques Courant continu Courant alternatif Tableau Électrique (avec protection différentielle) Générateur photovoltaïque Onduleur Disjoncteur courant alternatif Différentes fonctions de l onduleur : - Transformation DC en AC - Fonction de synchronisation avec le réseau - Recherche permanente du point de puissance maximal (MPP) - Fonction de découplage du réseau Energie Facteur 4 asbl Compteur électrique Existant (GRD) Réseau 17

18 Intégration en toiture Toiture inclinée Toiture plate ANCRAGE LESTAGE SYSTÈME D ASPIRATION/DEPRESSION 18

19 Intégration en toiture Toiture plate (modules flexibles) Pose verticale en façade 19

20 BIPV - Building Integrated PV Pose verticale (intégration en façade) Intégration en façade semi-transparente 20

21 Temps de Retour Energétique d une installation PV Pour une installation avec cellules en silicium cristallin Temps de Retour Energétique = mois Dépend de l ensoleillement Pour une installation en toiture Si durée de vie installation = 30 ans facteur 8 18 Source : Hespful / Ademe (France)

22 Temps de Retour Energétique d une installation PV

23 BIPV - Building Integrated PV Intégrations architecturales alternatives 23

24 Les aides à la production Nombre de certificats verts octroyé (date de mise en service postérieure au 02/08/2013) Octroi de certificats verts # de CV/MWh 1 CV pour la production de Revenus financiers PRIX MARCHE (CV à 85 ) Toutes tailles 2,4 CV / MWh 417 kwh 204 /MWh Validité des CV : 5 ans Durée d obtention des CV: max. 10 ans après mise en service (possibilité d extension dans certaines situations) 24

25 Les primes à l investissement /1 Bâtiments résidentiels neufs passif ou rénovés basse énergie Propriétaires, locataires, usufruitier, Montant de la prime modulé en fonction des revenus du ménage et plafonné à 30% de la facture des travaux éligibles 0,25 /Wc 0,5 /Wc 1 /Wc - Catégorie Limite revenus - isolé Limite revenus - couple A Plus de Plus de B Entre et Entre et C Moins de Moins de

26 Les primes à l investissement /2 Bâtiments tertiaires ou industriel neufs passifs ou rénovés basse énergie (prime D2) - Montant de la prime: 0,25 /Wc - Plafond: 30% des coûts éligibles de la facture 26

27 Autres aides à l investissement Aides à l investissement UDE pour les entreprises Jusqu à EUR sur base des montants facturés varie en fonction de la taille de l entreprise pour les micro et petites entreprises 40% pour les moyennes entreprises 30% pour les grandes entreprises 20% Conditions spécifiques Secteur d activité (code NACE) Pas cumulable avec primes énergie + 5% pour entreprises éco-dynamiques Soutien après la réalisation

28 Autres aides à l investissement /2 Déduction fiscale pour investissement économiseur d énergie dans les entreprises Pour les entreprises industrielles, commerciales ou agricoles (exploitées par une personne physique ou morale) et les titulaires de professions libérales La déduction est de 14,5 % de l investissement pour 2013 (exercice d'imposition 2014). 28

29 Outils, sites Internet, Service Facilitateur Bâtiments Durables Conseils gratuits: - Service de conseils généraux & techniques pour toutes les thématiques au service de tout professionnel actif dans un projet lié au bâtiment en RBC - Accessible - par téléphone : 0800/ par mail : (FR) (NL) 29

30 Outils, sites Internet, Site IBGE : rmer.aspx?id=32604 Guides techniques Info-fiches Success stories Outils de calcul Installateurs Fiche Guide pratique: Fiche ENE 21 Envisager un système PV 30

31 PVcalc Outil, websites,

32 Points d attention lors de la réalisation Soutien à la production vs. Soutien à l investissement Résultat de performance avec formule d amende Amende = ( Garantie de Résultat (an n) * Coefficient d ensoleillement (an n) Production d électricité verte (an n) - Pertes (an n) ) * ( CV + tarif électricité) Monitoring et suivi Contrôle des performances

33 PARTIE II ENERGIE SOLAIRE THERMIQUE

34 Objectifs de la présentation Connaître les ordres de grandeur (irradiation, rendement, productivité, fraction solaire, ) Comprendre les principes de: fonctionnement régulation dimensionnement Définir le contenu d une étude de faisabilité solaire thermique Identifier les mécanismes d aides

35 Variation de l énergie solaire Effet lié aux saisons

36 kwh Le rayonnement solaire Variations mensuelles Rayonnement solaire global sur une surface d'1 m², inclinée à 45, pour une Année Type Moyenne en Belgique +/ kwh/m² Jan Fév M ars Avr M ai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc

37 Variation énergie solaire Effet lié aux saisons kwh/m2 MIDDELKERKE UCCLE CHIEVRES KLEINE- BROGEL FLORENNES SPA SAINT- HUBERT Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Sept Oct Nov Déc ANNEE Le gisement solaire mensuel moyen en Belgique 37

38 Variation énergie solaire Effet lié aux saisons Littoral + 10% Polders et Pays de Waes Campine et Flandre limoneuse de + 5% à + 2% selon l'éloignement de la zone côtière + 2% Hesbaye - 2% Pays de Herve - 5% Gileppe - Warche - 7% Plateau ardennais + 2% à + 5% Pays gaumais + 5% Le gisement solaire annuel moyen en Belgique *Variation par rapport à UCCLE

39 Variation énergie solaire Effet de la nébulosité

40 Energie solaire disponible Le gisement solaire moyen en Belgique En dehors de l atmosphère terrestre, le rayonnement énergétique est à peu près constant et égale 1370 W/m 2 Les rayons solaires traversent l atmosphère, en plein soleil une surface horizontale reçoit maximum 1000 W/m² Une surface exposée reçoit du rayonnement direct et diffus. L ensoleillement annuel en Belgique est en moyenne de 1000 kwh/m 2

41 Le marché solaire thermique 41

42 Le marché solaire thermique

43 Le marché solaire thermique

44 Le marché solaire thermique

45 Les usages de l énergie solaire thermique (Pré)chauffage eau de piscine (20-30 C) (Pré)chauffage eau sanitaire (30-60 C) Soutien au chauffage des locaux (20-70 C) Chaleur de process ( C) Refroidissement / climatisation solaire (capteurs TSV = source chaude > 80 C) Source: STIBEL-ELTRON

46 L installation solaire thermique

47 L installation solaire thermique Systèmes sous pression / à vidange

48 L installation solaire thermique Types de capteurs solaires

49 L installation solaire thermique ECS: capteur solaire thermique plan vitré

50 L installation solaire thermique ECS et soutien chauffage: capteur à tubes sous vide

51 J. De Clerck (3E) L installation solaire thermique Capteur à tubes sous vide

52 L installation solaire thermique Heat pipe - Caloduc

53 Rendement L installation solaire thermique Rendement des capteurs solaires Différence de température entre le capteur et le milieu ambiant [ C] Absorbeur de piscine Capteur plat Capteur de vide 0 20 C Chauffage de piscine C Eau chaude et chauffage > 100 C Chaleur de processus

54 L installation solaire thermique Prix des collecteurs Collecteurs plans : EUR/m² Collecteurs à tubes sous-vide : EUR/m²

55 L installation solaire thermique Orientation et inclinaison

56 L installation solaire thermique Réservoir de stockage Thermosiphon

57 L installation solaire thermique

58 L installation solaire thermique Régulation solaire : principe

59 L installation solaire thermique Régulation solaire : principe 59

60 L installation solaire thermique Système solaire à préchauffage d eau sanitaire et appoint en série

61 Intégration architecturale J. De Clerck (3E)

62 Intégration architecturale J. De Clerck (3E)

63 Intégration architecturale J. De Clerck (3E)

64 Intégration architecturale J. De Clerck (3E)

65 Intégration architecturale J. De Clerck (3E)

66 Faisabilité d une installation Toiture Orientation, inclinaison Surface utile, encombrement, obstacles, Remplacement étanchéité, Stabilité Chaufferie Production combinée? Ancienneté des chaudières? Régulation! Liaison toiture - chaufferie Gaines techniques? Local technique en toiture? Stockage & distribution ECS Réservoirs de stockage Boucle de distribution (L, Diam, isolation)

67 Dimensionnement Règle de base : toujours partir du besoin de chaleur!

68 Dimensionnement Ratio de consommation ECS (très variable & moins précis qu une mesure) Centres d accueil pour personnes handicapées: 80 l/j/pers à 60 C Hôpitaux 65 l/j/lit à 60 C Maisons de repos 50 l/j/lit à 60 C Maisons de repos et de soins 85 l/j/lit à 60 C Grands immeubles à appartements 35 l/j/pers. à 60 C Logement social : 25 l/j/pers. à 60 C

69 Dimensionnement Consommation ECS Placer déjà MAINTENANT un débimètre Mesurer = Savoir

70 Dimensionnement perte de circulation Pertes de chaleur sur la boucle de distribution Seulement si les collecteurs chauffent le ballon d ECS ( ), pas de chauffage d eau morte (Χ). Grande variation en fonction de Longueur des tuyaux Degré d isolation Programmation sur horloge et circuit de recirculation 10 à 60 % Χ

71 Dimensionnement - impact Exemple chiffré Simulation T*sol Mais Consommation attendue de l par jour >> performances de kwh Finalement seulement l par jour >> performances de kwh Performances 20% plus faibles

72 Dimensionnement Optimum Economique des grands systèmes Fraction solaire utile (gain net en combustible): 20 à 40 %

73 Dimensionnement débit de pointe Chauffage central dans un immeuble à appartements : débits de pointe et dimensionnement NBN EN Mais: étude dans le cadre du projet TETRA ECS (publication CSTC)

74 Rentabilité financière Structure des coûts d une grande installation Coût moyen «installé» (> 20 m 2 plan): /m 2 HTVA hors frais d étude) Reste 3% Régulation 4% Etude 14% Capteurs 34% Conduites 15% Stockage chaleur 10% Montage capteurs 11% Structures capteurs 9%

75 Rentabilité financière Installation solaire sur une copropriété en Région bruxelloise - Copropriété de 80 appartements - 90 m² de capteurs solaires et l. de stockage TVAC (1392 /appart) - Prime Energie D1 - CES : 2500 par unité de logement /m² au-delà de 4 m² par unité, max 50% de l investissement: Investissement net : (696 /appart)

76 Rentabilité financière Installation solaire sur une copropriété en Région bruxelloise Bilan Economique Coût du système solaire EUR HTVA Coûts opérationnels par an 434 EUR HTVA Subsides EUR HTVA Investissement net après subsides EUR HTVA Investissement net après subsides & remise d'impôt EUR HTVA Economie sur la facture de combustible à l'année EUR HTVA Coût par kwh de combustible économisé hors subsides 0,046 EUR/kWh HTVA Coût par kwh de combustible économisé après subsides 0,023 EUR/kWh HTVA Temps de retour simple (après subsides) 10,3 Ans Valeur Actualisée Nette EUR Taux de rentabilité Interne (TRI) 14,1 %

77 Outils, sites Internet, Service Facilitateur Bâtiments Durables Conseils gratuits: - Service de conseils généraux & techniques pour toutes les thématiques au service de tout professionnel actif dans un projet lié au bâtiment en RBC - Accessible - par téléphone : 0800/ par mail : (FR) (NL) 77

78 Outils, sites Internet, Site IBGE : rmer.aspx?id= Guides techniques Info-fiches Success stories Outils de calcul Installateurs Fiche Guide pratique: Fiche ENE 19 Envisager un chauffe-eau solaire 78

79 Quick Scan Solaire Thermique Calculateur Excel téléchargeable en ligne sur le site de BE Fonction : pré-dimensionnement d installations solaires thermique de production d eau chaude Application : Production ECS pour bâtiments tertiaires, structures d accueil et logements collectifs (>300m³/an) Objectif : évaluer la faisabilité technique, économique et environnementale de l installation Résultats Ordres de grandeur surface de capteurs, volume de stockage, coûts d investissement, économies d'énergie, émissions de CO 2 évitées Utilisateurs : architecte, bureau d études, conseiller PEB, installateur, gestionnaire de bâtiments, responsable énergie, maître d ouvrage, syndic,

80 Limites d utilisation du Quick Scan ST Pas adapté au dimensionnement de chauffe-eau solaires < 20 m² Pas prévu pour d autres applications que la production d ECS Préchauffage de l eau de bassin Soutien de chauffage Refroidissement solaire assisté Logiciels de dimensionnement spécifiques : T*sol, Polysun, Ne considère pas les contraintes techniques propres au bâtiment ombrage du champ de capteur accessibilité des locaux techniques place disponible pour le stockage

81 Quick Scan Solaire Thermique 81

82 Points d attention Bien évaluer les besoins en ECS et les pertes de circulation La demande en chaleur et les profils d utilisation définissent le choix du système et de ses composants

83 Points d attention Monitoring et bon suivi des performances Des petits défauts peuvent avoir de grands impacts du les performances Défaut à la pompe de circulation Senseur de température déconnecté Régulation mal programmée Conditions techniques primes Le système solaire thermique doit contenir un compteur intégrateur de chaleur «Le compteur d énergie doit permettre de vérifier la performance du système et de déceler d éventuelles anomalies» L installateur devra fournir une garantie de fonctionnement de 2 ans minimum. Cette garantie DOIT être complétée par une "garantie de résultat solaire" (GRS) lorsque la taille de l installation solaire dépasse 50 m2.

84 Contact David Martens Fonction: Spécialiste Energies renouvelables Coordonnées : 0800/ (FR) (NL) 84

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