Le soleil s'invite en classe

Transcription

1 Le soleil s'invite en classe Formation atelier destinée aux professeurs de l'enseignement secondaire supérieur organisée dans le cadre du projet "31 communes au soleil" coordonné par la SPI avec le soutien du Fonds Européen de Développement Régional et de la Wallonie 1 Équipe de formateurs Jean-Yves Marion Énergie Facteur 4 Louvain-la-Neuve Jean-Marc Guillemeau Centre interdisciplinaire de formation de formateurs de l'université de Liège Projet 31 communes au soleil 1

2 Formation - atelier Objectif Intégrer dans les cours le thème des énergies renouvelables, en particulier de l'énergie solaire ; en réponse aux enjeux actuels et à venir de l'énergie. Point sur les enjeux de l'énergie, la priorité de réaliser des bâtiments économes et la place de l'énergie solaire dans cette priorité. Programme Découverte d'un système solaire photovoltaïque «grandeur réelle» (pour les professeurs du technique et professionnel) Laboratoire pédagogique avec le kit photovoltaïque. Échange sur la manière d'intégrer ces contenus dans les cours, en lien avec les compétences à développer chez les élèves. 3 Formation atelier : partie 1 Pourquoi promouvoir l énergie solaire? Point sur : Les enjeux de l énergie. La priorité de réaliser des bâtiments économes. La place de l énergie solaire dans cette priorité. 4 Projet 31 communes au soleil 2

3 L'effet de serre : un enjeu crucial Utilisation massive des énergies fossiles par l homme Émission de gaz à effet de serre (CO 2 ) Réchauffement climatique Source: Rapport GIEC, L'effet de serre : un enjeu crucial GIEC Groupe intergouvernemental des Nations-Unies sur l'évolution du climat Conclusion Rapport 2007 Recommandation La terre se réchauffe Les activités humaines sont déterminantes Les effets seront considérables Le bâtiment économe est une priorité Les solutions sont connues Des mesures urgentes sont indispensables GIEC et AL GORE : Prix Nobel de la Paix 2007 pour "leurs efforts de collecte et de diffusion des connaissances sur les changements climatiques provoqués par l'homme". 6 Projet 31 communes au soleil 3

4 Le bâtiment économe est une priorité Soleil Photosynthèse : CO 2 lumière C O 2 Stockage du carbone et de l énergie solaire Fossilisation sur des temps géologiques : 350 Ma CO 2 Déforestation Désertification Augmentation de l effet de serre Réchauffement climatique Énergie Pollution atmosphérique Pluies acides Émission : CO 2 H 2 O SO X NO X Épuisement des réserves Surexploitation des réserves en combustibles fossiles Tension entre pays producteurs et pays consommateurs Tension entre l offre et la demande d énergie Insécurité sur les approvisionnements Dépendance énergétique Combustion : H n C m O 2 CO 2 H 2 O chaleur 7 Le bâtiment économe est une priorité Les bâtiments résidentiels et tertiaires = 37 % de la consommation d énergie finale en Belgique Le chauffage et l eau chaude sanitaire = 82,5 % de la consommation d un ménage Consommation d énergie finale en Belgique Consommation d énergie finale en Belgique 14% 36% Industrie 11,8% 3,9% 1,8% Chauffage Eau chaude sanitaire 23% Transport 15,0% Appareils électriques Logement Cuisson 27% Tertiaire et agriculture 67,5% Eclairage Source : Service Public Fédéral Economie (2007) Source : ICEDD Bilan énergétique Projet 31 communes au soleil 4

5 Besoins en énergie pour garantir le confort intérieur Le bâtiment économe : les solutions sont connues Réduire les pertes d'énergie au travers de l'enveloppe par : - transmission - in/exfiltration - ventilation Augmenter les apports d'énergie du soleil Réduire les pertes d'énergie des systèmes : - chauffage - eau chaude L'énergie primaire est l'énergie directement prélevée à la planète (pétrole, gaz, uranium ), qui après transformation, permet d'obtenir une énergie utilisable dans le bâtiment (mazout, gaz, électricité ). Opter pour une énergie obtenue avec de faibles pertes de transformation Et ainsi réduire la consommation d'énergie primaire prélevée à la planète. 9 Le bâtiment économe : de nouvelles exigences réglementaires transpose dans le droit wallon la directive européenne du 16 décembre 2002 sur la performance énergétique des bâtiments (PEB) entre en vigueur le 1er mai 2010 La nouvelle réglementation PEB en Wallonie vise à évaluer et limiter la consommation d'énergie primaire des bâtiments soumis à permis d'urbanisme fixe une méthode de calcul de la consommation d'énergie primaire d'un bâtiment fondée sur le bilan énergétique de celui-ci définit des indicateurs de performance énergétique sur lesquels s'appliquent des exigences : par exemple, le niveau E w et la consommation spécifique E spec dans le cas des bâtiments résidentiels valorise les apports d'énergie solaire 10 Projet 31 communes au soleil 5

6 Apports d'énergie solaire Bilan énergétique et consommation d énergie primaire d un bâtiment = - = - = 1. Déperditions par transmission 2. Déperditions par ventilation 3. Déperditions par in/exfiltration 4. Apports solaires 5. Apports internes 6. Besoins nets en énergie pour le chauffage 7. Besoins nets en énergie pour l eau chaude sanitaire 8. Pertes du système de chauffage et d eau chaude sanitaire 9. Solaire thermique 10. Besoins en énergie pour les auxiliaires 11. Besoins en énergie pour le refroidissement 12. Energie finale 13. Autoproduction d électricité en énergie primaire 14. Pertes de transformation 15. Consommation d énergie primaire du bâtiment 11 Autoproduction d'énergie électrique : solaire photovoltaïque ou cogénération L électricité : à réserver pour des usages spécifiques La PEB valorise l'autoproduction d'électricité pénalise l'utilisation de l'électricité produite en centrale Consommation d'énergie électrique du bâtiment x 2,5 Énergie primaire consommée par la centrale électrique (100%) Pertes de transformation en centrale (60%) Énergie électrique produite par la centrale (40%) = facteur de conversion en énergie primaire 12 Projet 31 communes au soleil 6

7 Indicateur PEB : niveau E W Consommation annuelle d'énergie primaire du bâtiment tenant compte des apports d'énergie solaire, calculée pour un usage standardisé, sur base des caractéristiques propres de celui-ci. Niveau E W = x 100 Consommation annuelle d'énergie primaire d'un bâtiment de référence ayant la même géométrie, le même usage standardisé et des caractéristiques techniques de base fixée dans la réglementation. Exigence PEB pour un logement neuf Niveau E W < 100 Plus E W est faible, plus le logement est performant 13 Indicateur PEB : consommation E spec Consommation d'énergie primaire du bâtiment calculée comme pour le niveau E W. Consommation E spec = 150 cm Espace adjacent non chauffé Exigence PEB pour un logement neuf Aire de plancher chauffée du bâtiment (A ch ) E spec < 170 kwh/m² an ou 612 MJ/m² an 10 kwh 1 litre de mazout ou 1 m³ de gaz Plus la consommation E spec est faible, plus le logement est performant 14 Projet 31 communes au soleil 7

8 Le bâtiment économe : des mesures urgentes sont indispensables Le projet «31 communes au soleil» Une initiative inédite en Wallonie vise à promouvoir l'autoproduction d'électricité via la technologie solaire photovoltaïque se déroule actuellement dans 31 communes de l'arrondissement de Huy-Waremme permet de réaliser plus de 40 installations solaires photovoltaïques dans des bâtiments publics entre mars et fin juin 2010 organise une campagne d'information et de sensibilisation du grand public ainsi que des formations pour les enseignants propose des documents et du matériel pédagogique bénéficie du soutien de l'union européenne (FEDER) et de la Région wallonne (SPW-DGO4) 15 L énergie solaire dans les bâtiments Solaire bioclimatique Solaire thermique Éclairage naturel par les surfaces vitrées. Chauffage spontané des locaux (solaire passif) par conversion photothermique de la lumière et effet de serre à l'intérieur du bâtiment. Chauffage des locaux et préchauffage de l'eau sanitaire via un capteur solaire réalisant la conversion photothermique de la lumière. Solaire photovoltaïque Solaire biomassique Production d'électricité via des panneaux solaires réalisant la conversion photoélectrique de la lumière. Chauffage des locaux et de l'eau sanitaire via un générateur de chaleur permettant de récupérer par combustion l'énergie solaire stockée par photosynthèse dans les végétaux, principalement le bois et ses dérivés. 16 Projet 31 communes au soleil 8

9 Le soleil : une énergie abondante Avant l'atmosphère : constante solaire = 1300 W/m² En Belgique : entre 10 et 900 W/m² selon la période et la météo Le soleil fourni en moyenne 1000 kwh/m² an 100 litres de mazout/m² an En Belgique : le chauffage d'une maison demande 10 à 20 litres de mazout/m² an Le soleil apporte donc environ 10 fois l'énergie nécessaire 17 Solaire bioclimatique = conversion photothermique : lumière chaleur Apports solaires passifs : capter surfaces vitrées stocker parois lourdes (inertie thermique) conserver isolation thermique distribuer circuit interne de ventilation Attention : prévenir la surchauffe protections solaires 18 Projet 31 communes au soleil 9

10 Solaire thermique = conversion photothermique : lumière chaleur Capteur solaire Circuit avec isolation thermique Eau préchauffée Chauffage d'appoint Réservoir de vidange Préchauffage de l eau sanitaire régulateur Eau chaude Circulateur Eau froide ballon de stockage avec isolation thermique 19 Solaire biomassique = conversion photomassique : lumière matière organique Chauffage au bois CO 2 CO 2 Matière organique photosynthèse : production de matière organique CO 2 H 2 O lumière C n H m Combustion : production de chaleur C n H m CO 2 H 2 O chaleur 20 Projet 31 communes au soleil 10

11 Solaire photovoltaïque = conversion photoélectrique : lumière électricité Panneau solaire Courant continu Onduleur Courant alternatif Autoproduction d électricité Applications électriques Réseau Compteur Tableau électrique 21 Performance des panneaux photovoltaïques Ensoleillement Facteurs influençant la production d'électricité Orientation et inclinaison Ombrage 22 Projet 31 communes au soleil 11

12 Performance des panneaux photovoltaïques Paramètres pris en compte dans la PEB Orientation et pente du panneau Emplacement du panneau : intégré dans toiture ou indépendant Puissance de crête du panneau (kwc) Ombrage : obstacles ou saillies 23 Principe du photovoltaïque Énergie solaire Énergie électrique Matériaux semi-conducteur (silicium) avec excès de charges avec excès de charges Énergie électrique produite Rendement photovoltaïque = X % Énergie solaire incidente 24 Projet 31 communes au soleil 12

13 Bâtiment économe : hiérarchie des priorités En guise de conclusion 1 Isolation thermique du volume chauffé Ordre de priorité pour les bâtiments résidentiels Étanchéité à l air de l enveloppe Système de ventilation avec récupération de chaleur Systèmes de chauffage et d eau chaude sanitaire avec des rendements élevés Systèmes solaires thermique et/ou photovoltaïque Principe : réduire la demande d énergie De la maison passoire àla maison passive ou encore mieux vers la maison positive 25 Formation atelier : partie 2 Qu est- ce qu une installation photovoltaïque? Découverte d un système solaire photovoltaïque «grandeur réelle». Visite du laboratoire de formation de CEFORTEC : partenaire du Centre de Compétence CONSTRUFORM. Uniquement pour les professeurs de l enseignement technique et professionnel 26 Projet 31 communes au soleil 13

14 Formation atelier : partie 3 Comment fonctionne une installation photovoltaïque? Laboratoire pédagogique avec le kit photovoltaïque. Manipulations observations à réaliser avec les élèves. 27 Formation atelier : partie 4 Quelles compétences développer avec les élèves? Échange entre pairs sur la manière d intégrer, dans les cours, les enjeux de l énergie et les réponses liées à l énergie solaire. 28 Projet 31 communes au soleil 14

15 Nouvelles compétences Pour lancer le débat Réussir son installation photovoltaïque : le recours à des professionnels cumulant les compétences de couvreur et d électricien permet d éviter les malfaçons. = Titre d un article du journal Le Monde - 30 avril Pour aller plus loin 31 communes au soleil Photovoltaïque Énergie - PEB Éducation - Énergie Formation - Énergie 30 Projet 31 communes au soleil 15