Fiche technique détaillée du panneau DualSun Table des matières I. Caractéristiques physiques du panneau DualSun... 2 a. Dilatation différentielle... 2 II. Caractéristiques photovoltaïques... 3 a. Augmentation du rendement PV... 3 III. Caractéristiques thermiques... 5 a. Coefficients thermiques... 5 b. Quelle température peut atteindre l eau dans le panneau?... 7 c. Débit de fonctionnement... 8 d. Pertes de charge... 8 e. Température de stagnation... 9 Conséquences en terme de maintenance... 9 Page 1 sur 9
1. Caractéristiques physiques du panneau DualSun Extrait de la fiche technique 1.1. Dilatation différentielle Le matériau constituant l échangeur thermique est une nuance d Inox dont le coefficient de dilatation est très proche de celui de verre. Sur la longueur d un panneau (1.677 mm), la dilatation différentielle entre le verre et l inox sera de 0,314 mm pour une variation de température de -20 C à +75 C. En procédant à des tests en cyclage thermique, nous avons validé que cette faible différence est insignifiante pour le panneau DualSun. Les résultats n ont montré aucune incompatibilité entre les deux matériaux. Page 2 sur 9
2. Caractéristiques photovoltaïques Un rendement de 15% pour un panneau solaire photovoltaïque est une valeur parmi les plus élevées du marché. C'est de plus aujourd'hui le meilleur rapport coût/performance. Ainsi, pour une puissance totale égale et donc une production égale, une installation avec des panneaux de rendement 15% coûte moins chère qu une installation avec des panneaux de rendement 20%. 2.1. Augmentation du rendement PV Il faut savoir que le rendement PV diminue de 0,4% pour chaque degré d'élévation de la température des cellules. C est la tension de fonctionnement qui diminue de manière importante avec la température. L un des avantages de DualSun est de récupérer la chaleur des cellules photovoltaïques et, ainsi, de faire baisser la température des cellules grâce à l eau qui circule derrière elles. Ce mécanisme permet donc d augmenter la puissance de sortie électrique Source : www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16697 jusqu à +15% par rapport à un panneau photovoltaïque standard, ce qui améliore la production énergétique annuelle de +5% à +15% en moyenne. Cette donnée n apparaît pas dans la fiche technique, car elle est le fruit de l influence de la partie thermique sur la partie photovoltaïque, ce qui n est pas testé dans les essais normatifs actuels. Page 3 sur 9
DualSun PV Graphique extrait du document de monitoring Voici ce que nous avons observé sur une installation pilote à Roquebrune-sur-Argens (83) en terme d amélioration de la puissance électrique. La puissance du panneau DualSun est 10% supérieure à celle du panneau PV à 14h au mois d août. Page 4 sur 9
3. Caractéristiques thermiques Les caractéristiques thermiques ont été mesurées au TUV lors d essais pour l obtention du Solar Keymark. 3.1. Coefficients thermiques Les panneaux thermiques sont caractérisés par deux coefficients principaux, a 0 et a 1 qui permettent de déterminer le rendement du panneau en fonction de l irradiation solaire et de la température extérieure. 100% 80% Ƞ = a 0 a 1*(T eau T ext)/g 60% 40% 20% 0% -20% -40% 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 SONNENKRAFT - SK500 GIORDANO - C8 HI DE DIETRICH - Sol 1 DualSun non isolé HelioPac - Solerpool Les trois courbes les plus hautes sont des panneaux solaires thermiques plans classiques. Le a 0 (ordonnée à l origine de chaque courbe) du DualSun est plus bas que ceux des panneaux solaires thermiques classiques, puisqu en effet, dans le cas du DualSun, 15% de l irradiation solaire incidente est transformée en électricité par les cellules photovoltaïques avant d être transmise à l échangeur thermique. Page 5 sur 9
La pente a 1 du rendement est plus importante dans le cas du DualSun, car il n a pas d isolation en face arrière contrairement à un panneau thermique classique, il y a donc plus de pertes thermiques et le rendement chute plus rapidement lorsque la température de l eau augmente. Cette orientation a été choisie par DualSun pour ne jamais pénaliser la production d électricité photovoltaïque. Notre objectif est de récupérer le maximum de chaleur sans réchauffer les cellules photovoltaïques. L absence d isolation permet au panneau de ne pas monter trop haut en température et d avoir une température de stagnation si faible (voir le paragraphe Température de stagnation). Le capteur HelioPac-Solerpool est un capteur en EPDM type «moquette», il a un très bon rendement à basse température mais n étant pas du tout isolé, son rendement chute très vite. Ce type de capteur est souvent utilisé dans le cas de chauffage de piscine. Page 6 sur 9
3.2. Quelle température peut atteindre l eau dans le panneau? Des panneaux solaires hybrides DualSun sont installés sur plusieurs installations à travers le territoire de français. Pour avoir plus d informations sur ces installations, un document spécifique y est consacré. Voici un graphique montrant les moyennes par mois des températures atteintes dans les panneaux. 70 C Evolution des températures moyennes en sortie de champ de capteurs DualSun 60 C 50 C 40 C 30 C 20 C 10 C 0 C Février Avril Juin Août Octobre Décembre Simandre (Bourgogne) Lyon (Rhônes-Alpes) Marseille (Bouches-du-Rhône) Graphique extrait du document de monitoring Ces données nous montrent que le panneau DualSun permet en été de couvrir tous les besoins en chauffant l eau chaude sanitaire jusqu à la température nécessaire (60 C) et en hiver de participer au préchauffage de l eau sanitaire. Page 7 sur 9
Pertes de charge en m d'eau 3.3. Débit de fonctionnement Dans une installation solaire thermique classique, les débits utilisés sont environ de 60 l/h/m² de capteurs, dans le cas d une installation DualSun, le débit est de 20 l/h/m². Le débit pour une série de 6 panneaux est donc 200 l/h, il permet d'avoir un gradient de température de 8 C entre l'entrée et la sortie d un champ de 6 panneaux dans des conditions de bon ensoleillement (800W/m²) et pour une température extérieure de 25 C. Pour la production d eau chaude sanitaire, nous avons déterminé que ce delta T permet de récupérer et transmettre le maximum d'énergie. Evidemment le delta T varie au cours de la journée/de l'année, puisque les conditions extérieures varient. En parallèle, pour avoir un refroidissement homogène du panneau, nous avons placé la limite à 4 C de différence entre l'entrée et la sortie d'un panneau dans les conditions d ensoleillement estival. Ainsi, le débit minimum à respecter est de 70l/h, soit un minimum de 2 panneaux en série.. Nombre de panneaux 2 4 6 8 10 Débit en l/h 70l/h 140 l/h 200 l/h 260 l/h 330 l/h Débit en l/min 1,16 l/min 2,3 l/min 3,3 l/min 4,3 l/min 5,5 l/min Tableau extrait du document «Notice d installation, d utilisation et de maintenance» Au moment de la mise en service de l installation, il faut veiller à la valeur du débit grâce au débitmètre visuel et adapter la vitesse du circulateur solaire. Les circulateurs ont le plus souvent 3 vitesses. 3.4. Pertes de charge Les pertes de charge du panneau solaire DualSun sont de 6000 Pa pour un débit de 200 l/h, ce qui correspond à 0,6 mce (mètre de colonne d eau). Pour utiliser les mêmes pompes que le solaire thermique, il ne faut pas dépasser 6 panneaux en série sur une même chaîne. 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Débit en l/h Page 8 sur 9
3.5. Température de stagnation La température de stagnation du panneau solaire DualSun a été mesurée lors des essais au TUV dans le cadre de la norme EN 12975-2. Les conditions de mesure sont une irradiation de 1.000 W/m² et une température ambiante de 30 C. La température de stagnation mesurée est de 74,7 C. Il n existe ainsi aucun risque de surchauffe sur une installation DualSun, même en l absence de circulation dans l échangeur du panneau. L INES explique bien ce phénomène ; la température de stagnation est liée aux coefficients thermiques du capteur. En effet, un capteur solaire ne monte pas indéfiniment en température. Plus sa température de fonctionnement augmente, plus le rendement diminue, jusqu'à s'annuler. La température de stagnation est la température atteinte par le capteur en l'absence de circulation du fluide, donc à rendement nul. Un calcul simpliste donne une estimation de la température de stagnation : Ts = E. β K + Text Comparons DualSun et un panneau solaire thermique classique DualSun Thermique classique β 0,55 0,75 K 15,7 3,5 Température de stagnation 64 C* 242 C *Cette valeur est différente de celle mesurée au TUV car la formule utilisée est simplifiée Conséquences en terme de maintenance La durée de vie de l antigel est accrue grâce à l absence de risques de surchauffe en été. La maintenance de l installation est donc allégée sur ce point. Page 9 sur 9