Intégration à grande échelle du Photovoltaïque en toiture

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1 Préparer le bâtiment à l horizon 2010 Journées Thématiques 2004 Enveloppe du Bâtiment 1 Intégration à grande échelle du Photovoltaïque en toiture Hélène DESMALES Yves JAUTARD 11 mars 2004 Du site isolé 2 Du sol Aux parois à la connexion réseau

2 3 Banlieue d Amsterdam Matériau de construction Europa-Park à Freiburg 230 kwc Objet de conception 4 Die Kleine Arde Boxtel Académie de formation à Hern-Sodingen kwc Académie STRUCTURE de formation BOIS à Hern-Sodingen kwc

3 Paroi active 5 Qui gère aussi ses nuisances Verrière Maison de l énergie 40 kwc RIA 66500

4 Éclairage zénithal imposé Une obligation : gérer les apports et les nuisances Pignon 1 ( Est ) La verrière : une forte valeur identitaire 8 Chevrons Traverses 53 m Lame d air longueur : 12 m 1 sous-élément 1,63 m 12 m largeur : 1,63 m Traverses Couche basse émissivité Verre feuilleté Lame d air ventilée Argon 26 Modules : Simple vitrage Cellules + EVA Simple vitrage Double vitrage + traitement

5 Fonctionnement lame d air - été 9 Rayonnement solaire, 1000 W/m2 Air chaud en sortie de lame d air, rejeté à l extérieur Midi au soleil, 70 SUD 26 Apports solaires (transmission directe) + apports radiatifs (absorption des cellules) NORD Apports thermiques externes Zone tampon : Zone remblai, tampon : ancienne voie remblai, ferrée. ancienne voie ferrée. Température max. de confort = 27 C Zone d accueil du public Zone de bureaux (éco-entreprises) Air Puits canadien à 19 C Fonctionnement lame d air mi-saison + hiver 10 Air chauffé dans la lame d air par convection (absorption de chaleur par les cellules ). On recherche T = 35 C mini pour V=1m/s maxi. Rayonnement solaire, 0 à 700 W/m 2 23 SUD 26 Apports solaires (transmission directe) + apports radiatifs (absorption des cellules) NORD Air à 19 C Déperditions Zone tampon : remblai, Zone tampon : ancienne voie remblai, ferrée. ancienne voie ferrée. Température min. de confort = 19 C Zone d accueil du public Zone de bureaux (éco-entreprises) R.A : Air Puits canadien à 14 C

6 Présentation du modèle Bilan thermique 11 Flux solaire incident G (W/m_) Flux radiatif Flux ré-émis Flux absorbé Flux convectif Module Flux conductif Vitrage 1: vitre sup. du D.V. Vitrage 2 : vitre inf. du DV Lame d air Flux transmis direct (modules à 27% de transparence) 4 équations de bilan : 1 pour chaque verre + fluide dans la lame d air 4 inconnues : Tpv, Tair, Tp1 et Tp2 4 inconnues T 0 : T extérieure i maille i-1 Tpv(i) T air (i) Module Tp 1 (i) Verre 1 Tp 2 (i) i+1 Discrétisation de la lame d air en 12 mailles Flux extrait (i) 12 Verre 2 Flux transmis (i) équation de bilan dans la lame d air M& Cp [ ( )] ( T [] i T [ i 1] ) = h S ( Tpv[] i T [] i ) + T [] i T [] i air air lame air p1 air

7 équations de bilan sur module, vitrage 1 et vitrage 2 Flux absorbé = G S Flux absorbé =flux convectif + flux radiatif + flux conductif Prise en compte des réflexions multiples Exemple sur le module : opaque (1- R ) -S Corrélations littérature η + S trans (A + T Négligeable sauf dans le DV R S ( S opaque Flux convectif = h ext S (Tpv[i]-T 0 ) + h lame S (Tpv[i]- T air [i]) 1ext 13 S trans ( 1- R ) + A ) S Flux radiatif = Sσ ε ( Tpv[] i T ) ciel ( Tpv[] i T [] i ) ε ε 1 2 p1 1 Paramètres testés 14 Type double vitrage Classique (transmission lumineuse 66 % - facteur solaire 33 %) Extra-clair (transmission lumineuse 70 % - facteur solaire 38 %) Classique (transmission lumineuse 50 % - facteur solaire 25 %) Extra-clair (transmission lumineuse 52 % - facteur solaire 28 %) Débit dans la lame d air Nulle = convection naturelle (lame fermée ou ouverte) de 0,2 m/s à 1 m/s (transition laminaire / turbulent vers 0,3 m/s) Conditions climatiques 24H d une journée type pour les 12 mois de l année avec (30 km/h) ou sans vent

8 Paramètres imposés 15 Épaisseur lame : 25 cm (contraintes architecturales) Densité cellule : 65 % (confort lumineux) Contraintes de fonctionnement Températures verres < 50 C Pour ré-injecter l air extrait dans le bâtiment Tair > 35 C (en dessous, sensation de froid) Résultats obtenus (1/3) Choix du double vitrage classique 66/33 extra-clair 50/25 extra-clair 66/33 Juillet classique 50/ W Flux transmis (W) W Janvier Heure (H) sans vent

9 Résultats obtenus (2/3) 17 Influence du débit dans la lame d air sur tous les mois de l année 12H30 sans vent sans prendre en compte l'effet des chevrons 140 juillet Flux transmis (W/m_) janvier février mars avril mai juin août septembre octobre novembre décembre 1 m/s 0,75 m/s 0,5 m/s 0,3 m/s 0,2 m/s libre fermée Mois Influence du débit (suite) 18 Flux extrait (W/m_) Tair extrait en sortie ( C) janvier février 12H30 sans vent sans prendre en compte l'effet des chevrons mars avril mai juin juillet aoûtseptembre octobre novembre décembre janvier février mars avril mai juin Moisjuillet août septembre octobre novembre décembre Mois m/s 0,75 m/s 0,5 m/s 0,3 m/s 0,2 m/s libre fermée T ext Tair entrée

10 Clinique Sensévia - 66 Osséja serre photovoltaïque de 400m_ - Altitude 1230m - saison de chauffe de 8 mois - un espace de vie supplémentaire semi-extérieur protégé Clinique Sensévia Schéma de principe Hiver Échangeur sur air extrait Monomurs 49cm Serre Dalles alvéolaires Insufflation : Puits canadien

11 Clinique Sensévia Schéma de principe Été Extraction : Verrière Serre Renouvellement d air Serre Insufflation : Puits canadien Un centre de formation en plaine méridionale : - Courte saison de chauffe - Forte charge thermique estivale 22 Une toiture de 700m_ dont 250 en verrière

12 Une réponse aux contraintes climatiques : l inertie du sol 23 Stabilité thermique et réduction drastique des besoins conférences Expos cours cours ateliers Une gestion active : la verrière et les puits canadiens Puissances connectées réseau fin 2003 : 24 - en France : 2,76 MWc* (source ADEME) - en Allemagne : 375 MWc (source BSI) - au Japon : 805 MWc (* financés)

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