Les solutions solaires thermiques classiques font place à d?autres manières de valoriser l?énergie du soleil par la production et le stockage de chaleur.
Le rendement d’une installation solaire thermique individuelle bien conçue s’établit à 40% environ. Le rendement d’une installation solaire photovoltaïque complète –rendement des panneaux PV, pertes des onduleurs, rendement du stockage d’électricité s’il y en a un etc.– n’atteint pas 15%.
Pourtant, à Intersolar 2016, le photovoltaïque domine à un point caricatural. Cela tient au fait que le solaire thermique a peu évolué du point de vue technique, alors que le photovoltaïque n’a cessé de se simplifier.
Il est aujourd’hui plus facile et moins coûteux d’installer du solaire photovoltaïque que du thermique. D’ailleurs les statistiques de vente en Europe, le confirment abondamment. Selon ESTIF (European Solar Thermal INdustry Federation), le marché du solaire thermique a baissé de 7,1% en 2014 (2 GWth installés, soit environ 2,9 millions de m² de capteurs), puis encore de 8,6% en 2015 (1,8 GWth installés, 2,7 millions de m²).
La puissance solaire thermique cumulée installée en Europe (27 + Suisse) atteint désormais 34,3 GWth pour environ 49 millions de m² de capteurs. En France, la baisse est nettement plus rapide : -35% en 2014, -23% en 2015 en puissance thermique équivalente.
- Le fabricant bulgare Nobel International propose tous types de composants et d’appareils pour les installations solaires thermiques, dont son chauffe-eau solaire à thermosiphon aelios. La gamme aelios se compose de 10 modèles depuis le couple 120 l de stockage/2 m² de capteur pour 2-3 personnes, jusqu’au 300 l/6 m² (3 capteurs) pour 12-13 personnes. ©PP
Une poignée d’exposants
A Intersolar 2016, seule une poignée d’exposants – 6 chinois, 1 italien, 1 bulgare, 1 allemand et Viessmann – se souciait encore du solaire thermique. Les offres étaient focalisées sur un petit nombre de technologies, plutôt classiques et éprouvées.
Tout d’abord, des capteurs solaires thermiques : plan et tubes chez Viessmann, plutôt exclusivement tubes sous vide chez les exposants chinois et plans seulement pour l’industriel bulgare. Ensuite, les chinois, mais aussi Viessmann, l’italien Sunerg et le bulgare Nobel International, mettaient en avant les chauffe-eaux solaires à thermosiphon.
Compacts, monoblocs, faciles à installer sans circulateur, ni raccordement électrique, ces appareils connaissent un réel engouement à travers l’Europe, particulièrement dans les pays du sud.
Enfin, plusieurs industriels chinois et Sunerg proposaient des capteurs solaires mixtes, à la fois thermiques et photovoltaïques. A la vue des modèles présentés, il s’agit clairement de parvenir à des installations de production d’eau chaude solaire autonomes lorsque l’option thermosiphon n’est pas possible.
Les capteurs fournissent à la fois la chaleur nécessaire au réchauffage de l’eau et le peu d’électricité requis pour le fonctionnement du circulateur du circuit primaire solaire.
- Les capteurs mixtes – PV + thermique – assurent une autonomie aux installations de production d’ECS solaire, qui n’ont plus besoin de raccordement électrique. La partie PV alimente le circulateur du primaire solaire. Il ne tourne que si le soleil brille, mais c’est aussi le moment où l’installation produit de l’ECS. ©PP
L’énergie solaire thermodynamique
Autre idée défendue par plusieurs exposants à Intersolar : l’énergie solaire thermodynamique. Ils proposent deux solutions techniques différentes, mais éventuellement compatibles entre-elles. La première, celle du portugais Energie, consiste en un appareil monobloc contenant un ballon de 150 à 400 litres en partie haute et le condenseur d’une pompe à chaleur en dessous.
Ce condenseur est raccordé en détente directe (R410A pour l’instant) jusqu’à des capteurs solaires métalliques noirs. Energie propose trois systèmes de ce type : monobloc avec le ballon intégré, disjoint avec une pac à détente directe destinée à se raccorder sur un ballon existant ou la versions XL pour l’hôtellerie, les hôpitaux, les maisons de retraite, etc.
La version XL est disponible en 6 configurations : 6 à 40 panneaux solaires et des stockages de 1000 (7,5 kW) à 6000 litres (54,6 kW) en 1 ou 2 ballons. Dans les trois cas, l’ECS est produite à 55°C.
La seconde solution, défendue notamment par Solarwatt en collaboration avec Bosch Thermotechnologie et Viessmann, consiste tout simplement à alimenter un ballon thermodynamique par des capteurs solaires photovoltaïques.
Solarwatt estime qu’avec un stockage d’électricité de 2 kWh en complément, une famille de 4 personnes peut produire 80% de son eau chaude annuelle, avec une totale autonomie pendant au moins 7 mois dans l’année.
- Solarwatt propose une offre complète pour la production d’ECS : ballon thermodynamique Bosch, panneaux photovoltaïques garantis 30 ans, onduleur, automate de pilotage et, éventuellement, stockage d’électricité. ©PP
Stocker la chaleur grâce aux matériaux à changement de phase (MCP)
L’allemand Axiotherm, de son côté, a été créé en avril 2015 avec une toute autre idée. Lorsque le soleil brille, la chaleur est souvent disponible en trop grandes quantités par rapport aux besoins. Il faut donc la stocker pour en tirer le meilleur parti. Le stockage doit cependant être simple, peu coûteux et sans aucun entretien.
Axiotherm a décidé d’utiliser des MCP (matériaux à changement de phase) ou PCM (Phase-Changing Material) pour y parvenir. Elle produit des composants en matière plastique contenant des MCP. Les uns ont la forme de plaques de ravioles de Royan, d’autres ressemblent davantage à des galets.
Les MCP se liquéfient (absorbent de la chaleur) ou se solidifient (restituent la chaleur) à certaines températures. Axiotherm emploie deux sortes de MCP : de la paraffine et des sels. Pour le bâtiment, Axiotherm a développé deux produits : des macrocapsules (les galets) et des grilles (les ravioles).
Les galets offrent une forme destinée à maximiser l’échange de chaleur. Axiotherm propose d’en remplir les ballon d’ECS, de manière à multiplier par un peu plus de 5 la quantité de chaleur stockée dans le ballon. L’eau circule entre les macrocapsules dans le ballon et charge ou décharge leur chaleur.
Les grilles sont montées dans un échangeur air/air raccordé à l’entrée d’air de ventilation. L’air sert de vecteur de transport : la nuit en été, les PCM sont solidifiés par l’air extérieur. Cette “fraîcheur” accumulée sera restituée le jour pour tempérer l’air neuf introduit durant la journée, par exemple.
Dans les deux cas, il n’y a aucun entretien, aucune pièce en mouvement.
- Axiotherm a été créée en 2015 pour exploiter les propriétés des matériaux à changement de phase (MCP) pour le stockage de chaleur latente en bâtiment. ©PP
- Voici l’échangeur air/air avec plaques de MCP d’Axiotherm. C’est un banal échangeur à flux croisé dont les plaques stockent de la chaleur ou la restituent, selon la température de l’air qui passe à travers. ©PP
Quand les énergies fossiles seront rares et chères
Viessmann vient à Intersolar parce que l’entreprise est un acteur majeur du solaire thermique en Europe, ainsi qu’un acteur de plus en plus important en solaire photovoltaïque. Viessmann propose en effet panneaux PV Vitovolt 200 ou 300 en silicium mono ou polycristallin de 275 ou 280 Wc de puissance nominale pour un rendement de 16,8%, onduleurs, stockage d’électricité (VitoCharge de 2.5 à 30 kWh) et automates de gestion pour favoriser l’autoconsommation.
Avec ses offres solaires, plus sa pile à combustible VitoValor, ses chaudières à moteur Stirling VitoTwin 300-W et VitoTwin-350-F (avec ballon d’ECS en dessous), ses 4 cogénérateurs de plus grande puissance pour le collectif et le tertiaire VitoBloc EM de 6 kWel/14,9 kWhth à 50 kWhel/81 kWhth, ses pompes à chaleur air/eau et eau/eau, ses chaudières bois de 8 à 1250 kW, ainsi que son accumulateur de glace Vitofriocal, Viessmann se prépare à un monde où les Energies Renouvelables (ENR) auront la priorité tandis que les énergies fossiles seront devenues sinon plus rares, du moins nettement plus coûteuses.
L’entreprise propose, en effet, des solutions complètes, étudiées pour chaque cas depuis la maison individuelle jusqu’au grand tertiaire, où les ENR couvrent l’essentiel des besoins, le réseau électrique et les énergies fossiles n’apportant qu’un complément le plus réduit possible.
Viessmann a notamment développé des offres d’ECS solaire thermodynamique (PV + chauffe-eau thermodynamique) et commercialise déjà ses premières piles à combustible, y compris en France.
- Une offre Viessmann à Intersolar 2016 : panneaux photovoltaïque, onduleur, stockage d’électricité et pile à combustible, de quoi passer les futurs RT2018 et RT2020 facilement. ©PP
- Une autre offre packagée de Viessmann : panneaux photovoltaïques, onduleur, automate de pilotage et ballon thermodynamique pour produire de l’ECS à base de solaire photovoltaïque. ©PP
Source : batirama.com / Pascal Poggi