Raccorder des panneaux solaires à une installation existante : dimmensionnement, concept, installation, régulation & rentabilité

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1 Raccorder des panneaux solaires à une installation existante : dimmensionnement, concept, installation, régulation & rentabilité 1 Faut-il placer des panneaux solaires thermiques? Evidemment que oui!!! 2

2 Le but de la présente session est de vous convaincre de mettre des panneaux solaires thermiques! 3 Mais quelle technique mettre en oeuvre? 4

3 Quelques petits rappels Constante solaire = W/m 2 63,5 MW/m W/m 2 Diminution de la puissance rayonnée à cause de la distance km 5 Quelques petits rappels Réflexion Constante solaire 1370W/m² Absorption Atmosphère Rayonnement direct (A) Rayonnement diffus (B) Surface du sol Rayonnement global = A + B = MAX 1000W/m2! 6

4 Quelques petits rappels Ciel bleu Ciel nuageux Ciel voilé Ciel hivernal 1000 W/m² 600 W/m² 300 W/m² 100 W/m² Résistance électrique d'un boiler? 2 kw...4 kw 7 Quelques petits rappels Exemple de calcul de rendement Exemple avec un rayonnement de 1000 W/m2 : Panneau à 60 C Rendement optique du panneau (η 0 ) = 0,8 T ext = 10 C Rayonnement solaire = 1000 W/m2 Pertes thermiques du panneau = 4 W/m 2.K η panneau = 0,8-4. ( ) = 0,6 soit 60 %!!! Photovoltaïque = 15 %!!! 8

5 Quelques petits rappels Exemple de calcul de rendement Exemple avec un rayonnement de 500 W/m2 : Panneau à 60 C Rendement optique du panneau (η 0 ) = 0,8 T ext = 10 C Rayonnement solaire = 500 W/m2 Pertes thermiques du panneau = 4 W/m 2.K η panneau = 0,8-4. ( ) = 0,4 soit 40 %!!! Quelques petits rappels Ci-dessus, graphique du rendement des panneaux. Le rendement de l'installation tient compte en + des pertes d'isolation des tuyaux, du boiler, etc... 10

6 Quelques petits rappels En fait, la formule précédente est approximative, elle tient compte uniquement des pertes thermiques par convection. Il faut également tenir compte des pertes thermiques par rayonnement du panneau solaire. La formule exacte est : Pertes par conduction et convection (T m - T a ) η panneau = η 0 - k k G Pertes par rayonnement Dans le graphique précédent, il s'agit donc de courbes et non de droites! (T m - T a ) 2 G 11 Choix du concept Le panneau "plan" classique verre Le verre doit : absorbeur isolation avoir une bonne résistance mécanique (grêle, neige, etc...) et thermique (haute T ) procurer l'effet de serre éviter l'effet miroir assurer un bon passage des rayons solaires -> taux de transmission (τ tau) 12

7 Choix du concept Le panneau "plan" classique L'absorbeur doit : absorber le + de rayonnement possible transmettre le + de chaleur possible au fluide caloporteur être léger pour limiter l'inertie thermique 13 Choix du concept Le panneau "plan" classique La surface "sélective" (traitement électrochimique) va absorber optimalement une certaine fréquence (UV) et empêcher le rayonnement d'une autre fréquence (émission IR) -> α (alpha) : coefficient d'absorption le plus grand possible -> ε (epsilon) : coefficient d'émission le plus petit possible 14

8 Choix du concept Le panneau "plan" classique Il faut encore que le panneau qui est chauffé par la chaleur absorbée ne perde pas cette chaleur vers l'extérieur! Il faut donc que le panneau soit bien isolé latéralement et dans sa partie inférieure. -> U 1 : coefficient de déperdition thermique (le plus petit possible) 15 Choix du concept Le panneau "sous vide" (vacuum) 2 types de capteurs sous vide existent : 1) avec absorbeur et transfert de chaleur sous vide 2) à bouteilles à tubes thermos (tubes Sydney ou CPC) CPC = Compoud Parabolic Concentator 16

9 Choix du concept Le panneau "sous vide" (vacuum) Variante 1 2 tuyaux en cuivre séparés ou concentriques. Principe similaire aux panneaux classiques. (plans) 17 Choix du concept Le panneau "sous vide" (vacuum) de type "Heat-Pipe" sens de la vapeur Variante 2 Meilleur rendement -> pour les pays froids (nord de l'europe) Système à caloduc. (Heat-pipe) Le fluide se vaporise et condense. 18

10 Choix du concept Le panneau à bouteille "thermos" Bouteille "thermos" constituée de verre à double paroi. L'absorbeur est sous vide tandis que les tuyaux sont "dans" la bouteille thermos! réflecteur 19 Choix du concept Le panneau à bouteille "thermos" Raccordement Tichelman 20

11 Choix du concept Le panneau à bouteille "thermos" Paroi extérieure transparente Vide Paroi intérieure revêtue d'une couche sélective du côté vide et d'un profilé métallique du côté air atmosphérique 21 Choix du concept Avantages et désavantages des différents types Prix + élévé! Tubes sous vide intéressants... si surface de toiture insuffisante si orientation plein sud impossible si inclinaison optimale impossible pour le support chauffage (haute T ) démontables donc pas besoin de grue! 22

12 Choix du concept Avantages et désavantages des panneaux sous vide rendement optique plus faible plus fragile au montage risque d'usure de l'antigel non-intégrable en toiture plus chers! pas HOR ou VER pour les HP (entre 20 et 70 ) meilleur rendement annuel multi-positions très bonne résistance à la grêle orientation optimale par rotation Pour les "Heat pipe" meilleure résistance aux chocs thermiques pas de surchauffe démontables individuellement 23 Choix du concept Système sous pression (version "didactique") 24

13 Choix du concept Système sous pression (version "complète") 25 Choix du concept Système sous pression en complément d'une installation existante avec boiler 26

14 Choix du concept Système sous pression en complément d'une installation existante avec chauffe-eau ou chaudière mixte Vanne mélangeuse réglée à max 45 C 27 Choix du concept Système à vidange "DRAIN BACK" Système à vidange -> le fluide caloporteur est récupéré dans un réservoir (n 16) à chaque arrêt de la pompe! 28

15 Choix du concept Système à vidange "DRAIN BACK" Ballon de vidange (à max 6m des panneaux, si > 6m 2ème pompe avec max 12m) Système à pression Système à vidange 29 Choix du concept Système à vidange "DRAIN BACK" 2ème pompe en option si H entre panneaux et ballon > 6m Variante dans le système à vidange, pas de réservoir, c'est l'échangeur qui joue ce rôle! 30

16 Choix du concept Système à vidange "DRAIN BACK" Attention à l'inclinaison minimale des tuyaux! Sinon risque de gel... Certains fabricants imposent l'usage de glycol avec le système à vidange (ex. Bulex) et l'intégration-bâti afin que l'eau s'écoule bien! 32

17 Choix du concept Avantages et désavantages du système à vidange Système principalement moins cher! pas besoin d'antigel meilleur échange thermique pas besoin de vase pas besoin de purgeur (c'est le réservoir qui remplit ces 2 fonctions!) pas besoin de disconnecteur (uniquement clapet a-retour) mesure de sonde moins fiable (la sonde mesure la T de l air!) rendement global plus faible car le système s arrête à 100 entrée d air! (il existe toutefois des systèmes étanches à l air) consommation de pompe car puissance plus élévée risque de gel si inclinaison insuffisante des tuyaux! montage en intégration-bâti fortement conseillée! Pour le système ECS dans le serpentin, donc boiler sans pression, donc en PP, moins cher et moins lourd! 33 Choix du concept Pompe pouvant fonctionner en : High Flow : haut débit (+/- 40 l/h.m 2 ) donc pour les grandes quantités d'eau Low Flow : faible débit (+/- 15l/h.m 2 ) donc pour de + grands T Mix Flow : pompe modulante assurant un T constant idéal car pompe basse énergie! Si pompe à vitesse fixe, réglage du débit via le débitmètre gravimétrique! Option intéressante : débitmètre volumétrique pour apport annuel! 34

18 Concept de l'installation Et le chauffage Concept de l'installation Eau du chauffage La vanne 3V aiguille vers le retour ou vers le 2ème serpentin! ECS + chauffage sans autres générateurs que la chaudière 36

19 Concept de l'installation Eau du chauffage La vanne 3V aiguille vers la cuve ou directement vers le retour! ECS + chauffage avec ballon tampon externe (extension d'un système existant par ex.) 37 Concept de l'installation Idéal pour chaudières à condensation! (car T de retour + froide) SWW in de spiraal! Warmtewisselaar Solar vloeistof / CV-water SWW + verwarming zonder andere warmtebronnen dan wandketel 38

20 Concept de l'installation ECS + chauffage avec autres générateurs en + d'une chaudière classique -> pompe à chaleur air 39 Dimensionnement step per step 40

21 Dimensionnement step per step Collecte d'informations factures combustible années précédentes nombre de personnes isolation de la maison (toujours conseiller) isolation des tuyauteries (toujours conseiller) pompes basse énergie (toujours conseiller) vannes thermostatiques partout (toujours conseiller) 41 Dimensionnement step per step Relever l'ensoleilllement de la zone géographique 42

22 Dimensionnement step per step Déterminer les facteurs de correction 43 Dimensionnement step per step Formule estimant la surface des panneaux solaires à installer. Nombre de personne x Pecs x Tc S = Ps Pecs = voir ci-dessus Tc = taux de couverture (par exemple 65 %) Ps = voir ci-dessu Calcul de la surface des panneaux solaires 44

23 Dimensionnement step per step Prendre 75 litres par personne minimum Il ne faut jamais sous-dimensionner le boiler sinon risque de surchauffe! (le glycol se vaporise souvent et s'use prématurément!) Calcul du volume du boiler 45

24

25 49 Van Marcke pense à l'écologie et présente des solutions... 50

26 Merci de votre attention 51

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