Le chauffe eau solaire

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1 Cycle d information «Nouvelles techniques de chauffage» O2050 Le chauffe eau solaire Le 24 octobre 2013 Joseph Dejonghe, asbl Objectif 2050 O2050 1

2 O2050 O2050 2

3 Le plan SOLTHERM 1999 découverte en RW des énergies renouvelables et du CES, le chauffe eau solaire Si le solaire fonctionne dans les pays voisins avec le même climat, est ce que cela ne pourrait pas fonctionner chez nous? -La Région wallonne a donc décidé de donner une impulsion déterminante au marché des chauffe-eau solaires (CES) par la mise en place du Plan d'action SOLTHERM. Ce Plan veille à promouvoir le chauffe-eau solaire (primes, sensibilisation, information) et à assurer la qualité des équipements et de leur installation. Soltherm c'est de l information et de la sensibilisation, une prime, des installateurs qualifiés et agrées et un contrôle de qualité! Les priorités sont: Formation des installateurs et agréation après 56 heures de cours et un examen de haut niveau Sensibilisation et promotion: exemple l Héliomobile information: le réseau des Guichet de l Energie joue le rôle de «facilitateur» pour le particulier Facilitateur pour les grands systèmes solaires thermiques -Tous les documents SOLTHERM mentionnés peuvent être obtenus sur le site -> Soltherm -détail des primes (avant PEB et après PEB) -annuaire des installateurs agrées -document technique Soltherm -formulaire de demande de prime et son annexe technique Programme de la présentation 1. Les préalables au solaire thermique 2. La ressource 3. Les différents types de capteurs 4. Description du système 5. Les principaux composants 6. Implantation et installation des capteurs 7. Fonctionnement des capteurs : rendements et limites 8. Dimensionnement du système 9. Soutien au chauffage par capteurs solaires 10. Aspects économiques et financiers 3

4 1-Les préalables au solaire thermique Facture énergétique des ménages wallons Eau chaude sanitaire 9% Electro-ménager 6% Cuisson 2% Eclairage 1% Transport 25% Chauffage 57% 4

5 2. La ressource L énergie solaire: est-ce réaliste? Réserve mondiale d'énergie primaire 5

6 Irradiance maximale = Puissance en Watts/m 2 CONSTANTE SOLAIRE W/m² Atmosphère terrestre TERRE Puissance maximale 1000 W/m² Localement = Puissance variable même sans voir le soleil nous recevons sa lumière! Mesurée en Watts/m 2 6

7 Bilan annuel belge (IRM) ENERGIE solaire en kwh L énergie c est la puissance multipliée par le temps Le bilan solaire global moyen annuel est une donnée très importante Il est l image de ce qui tombe du ciel en terme d énergie sur un sol donné durant une année Pour la Belgique, nous pouvons arrondir cette donnée à : 1000 kwh par m² et par an 1 m² 100 litres de mazout 100 m³ de gaz naturel 1litre de mazout ou 1 m 3 de gaz contiennent 10 kwh d énergie 7

8 La courbe de la Fraction solaire: une asymptote 8

9 La couverture solaire estivale et la FRACTION SOLAIRE (FS) ou taux de couverture solaire Arrêt de l appoint Seuil d énergie nécessaire à la chauffe de l eau chaude sanitaire Appoint nécessaire 3. Le capteur plan 9

10 Le cœur du système L absorbeur sélectif Le capteur plan 10

11 Le capteur plan 4. Description du système 11

12 Description du système!un CES se greffe toujours sur n importe quelle installation existante! 12

13 Capteurs Absorbeur sélectif Circuit primaire Eau + Glycol Vidange Boiler solaire Bi ou tri énergie Stratification Régulation 2 Sondes Système d appoint Electrique-Chaudière- Externe Autres : -Circulateur -vase d expansion -soupape de sécurité -compteur d énergie -thermomètres -débitmètres 13

14 5. Les principaux composants 14

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16 Débitmètre gravimétrique, groupe de remplissage 16

17 Capteurs Absorbeur sélectif Circuit primaire Eau + Glycol A vidange Boiler solaire Bi ou tri énergie Stratification Bouchon pour placement d un résistance électrique Ouverture pour l entretien Boiler solaire Protection anticorrosion 17

18 L appoint en cas d insuffisance solaire: -soit dans le boiler solaire -via une résistance électrique -via le serpentin d échange supérieur et une chaudière -soit en série à l extérieur au moment du puisage ATTENTION: il faut programmer l enclenchement de l appoint en fin de journée! Capteurs Absorbeur sélectif Circuit primaire Eau + Glycol A vidange Boiler solaire Bi ou tri énergie Stratification Régulation Sonde Système d appoint Résistance électrique 18

19 Capteurs Absorbeur sélectif Circuit primaire Eau + Glycol A vidange Boiler solaire Bi ou tri énergie Stratification Régulation Sonde Système d appoint Chaudière-Externe Mazout ou gaz Capteurs Absorbeur sélectif Circuit primaire Eau + Glycol A vidange Boiler solaire Bi ou tri énergie Stratification Régulation Sonde Système d appoint Chaudière-Externe Par exemple chauffe bain mural au gaz 19

20 6. Implantation et installation des capteurs Positionnement 20

21 Mise en place Toiture inclinée A) Non Intégré B) Intégré Toiture plate Autres 21

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24 L installation verticale En façade En balustrade

25 7. Fonctionnement des capteurs : rendements et limites Le rendement maximum d un capteur est de 80 %! C est le RENDEMENT OPTIQUE Réflexion du vitrage 8% 1% absorption du vitrage Réflexion de l`absorbeur 5% 3-5% émission d infra rouge 80% 25

26 Limite des capteurs plans La courbe de rendement d un capteur plan Capteurs tubulaires sous vide 26

27 Solution 1 = Tube sous vide à circulation directe Solution 2 = Tube sous vide à caloduc 27

28 Capteurs sous vide type HEAT-PIPE avec une seule paroi en verre AVANTAGES - Rendement plus élevé (comparaison faite des capteurs plan) - Moins de surface installée - Capteur orientable INCONVENIENTS - Plus complexe au montage (fragilité) - Non intégrable en toiture - Investissement plus important Capteurs sous vide type HEAT-PIPE 28

29 Solution 3 = Tube de Sidney ou CPC CPC ou bouteille thermo à double paroi de verre (CPC: compound parabolique collector) 29

30 Solution 4 = Le tube sous vide «hybride» le caloduc avec la bouteille thermo Capteurs sous vide AVANTAGES - Rendement plus élevé - Moins de surface installée??? - Capteur orientable INCONVENIENTS - Plus complexe au montage (fragile) - Non intégrable en toiture - Investissement plus important 30

31 Courbes de rendement comparaison capteurs plans et bouteilles thermo à double paroi de verre CPC 31

32 Capteurs plans vitrés : rendement moyen annuel Réflexion du vitrage 8% 1% absorption du vitrage Convection 15 % Réflexion de l`absorbeur 5% 8% Pertes de chaleur de l`absorbeur 3 % Conduction de la chaleur Le rendement global d un CES 32

33 Rendement global d un CES Le rendement annule d un capteur plan est de 50 à 60 % et délivre donc entre 500 et 600 kwh par m 2 et par an. Si on déduit encore les pertes liées aux stockage dans la boiler et au transport de l eau chaude on estime le rendement global annule d un CES entre 30 et 40 % soit 300 à 400 kwh par m 2 et par an Soit un gain théorique de 30 à 40 litres de mazout ou m 3 de gaz par m 2 de capteurs placés. Mais le vrai gain d énergie fossile est à multiplier par le rendement de la chaudière que l on remplace La véritable économie peut donc aller jusqu'a 80 litres de mazout épargné par m 2 de capteur placé! L augmentation de la fraction solaire fait chuter le rendement d un CES Recherche d un compromis économique! 33

34 8. Dimensionnement du système Le dimensionnement Est calculé pour chauffer 60% à 80% de la consommation en ECS, mais 100% en période de non chauffe du bâtiment 1) Evaluer la consommation journalière réelle d ECS 2) Décider le taux de couverture solaire/fraction solaire souhaitée Consommation d'ecs [litres/jour.personne] Famille ˇ conome 50 Famille moyenne Famille tr s peu ˇ conome 34

35 Le dimensionnement en chiffres La superficie des capteurs variera d 1m² à 2 m² En fonction de la FRACTION SOLAIRE/ TAUX DE COUVERTURE SOLAIRE qui est de minimum 60% en RW En fonction de la consommation réelle Stockage de 50 à 80 litres par mètre carré de capteurs, minimum de 150 litres Tenus aux équipements «standards»: Volume du boiler, superficie des capteurs Orientation et inclinaison Orientation: Optimal = plein sud En pratique = entre l est et l ouest L inclinaison favorise les apports: En été si inclinaison de 30 En hiver si inclinaison de 60 En moyenne 45 En pratique : la pente de la toiture inclinée Compensation: on augmente la surface en conséquence 35

36 9. Soutien au chauffage par capteurs solaires 36

37 Soutien au chauffage : que peut-on espérer? 37

38 Température de chauffage Soutien au chauffage O2050 Superficie de capteurs plus élevée (min 12 m 2 ) Taux de couverture solaire intéressante si chauffage basse température Cuve de dimension importante Superficie de capteurs plus élevée 38

39 Soutien au chauffage Superficie de capteurs plus élevée (min 12 m 2 ) Taux de couverture solaire intéressante si : chauffage basse température par le sol ou par radiateurs surdimensionnés maison correctement isolée régulation efficace Inconvénients : Cuve de dimension importante Superficie de capteurs élevée (12 à 25 m 2 ) Le kit «clé sur porte» 39

40 La rampe commune Que faire avec le surplus de production en été? 40

41 Le stockage inter saisonnier Comment garder de la chaleur de l été vers l hivers? La réponse: le stockage thermochimique! La zéolithe Le silicate gel 10m3 de zéolithe et 25m 2 de capteurs =70 % d économie sur le chauffage! 10. Aspects économiques et financiers 41

42 Estimation du coût moyen d un CES (5m²) varie de 1000 à 1200 par m 2 installé Détails des prix des différents éléments (htva) Les capteurs: de 300 à 400 le m Le boiler: de 750 à 1500 pour capacité de 200 à 300 litres La régulation hydraulique : circulateur, vase d expansion, soupape de surpression, etc La régulation électronique y compris un compteur de calories L ensemble de la tuyauterie et de l isolant HT Total du matériel La main d œuvre, p. ex. 4 jours de 8 heures Total général Les primes RW Pour les maisons unifamiliales dont l'accusé de réception du permis d'urbanisme est antérieur au 1er mai pour toute installation présentant une surface optique allant de 2 m² à 4 m² et un supplément de 100 par m² de surface optique supplémentaire. Le montant total de la prime ne peut excéder et le cumul avec toute autre subvention est autorisé pour autant que le montant total perçu n'excède pas 75% du montant total de l'investissement. Cette prime est cumulable avec la prime octroyée par certaines provinces et communes Pour les maisons unifamiliales dont l'accusé de réception du permis d'urbanisme est postérieur au 30 avril pour toute installation présentant une surface optique allant de 2 m² à 4 m² et un supplément de 100 par m² de surface optique supplémentaire. Le montant total de la prime ne peut excéder et le cumul avec toute autre subvention est autorisé pour autant que le montant total perçu n'excède pas 75% du montant total de l'investissement. Cette prime est cumulable avec la prime octroyée par certaines provinces et communes 42

43 Les autres primes et aides Les primes des provinces de 0 à 750 Les primes des communes L Ecopack de la RW Les prêts sans intérêt (par ex. Liège) Le prix du kwh solaire Exemple un CES de 5 m litres RW province commune = 3500 Production sur 20 ans : 300 kwh x 5 m2 x 20 ans = kwh Le kwh solaire coute: 3500 : 30000= 0.12 /kwh! PRIX GARANTI 20 ANS ET LA 21 EME ANNEE? Le litre de mazout coute: 0.8 Le kwh mazout coute 0.08 à diviser par le rendement saisonnier du système de chauffage par ex 70 % soit 0.12 /kwh PRIX GARANTI DU JOUR! MAIS DEMAIN???? 43

44 Ensemble, économisons votre énergie. Asbl Objectif 2050 Rue Nanon, NAMUR /mail : objectif2050@gmail.com Tél +32/