cours Solaire Thermique

cours Solaire Thermique
I/Les énergies solaires directes
LE SOLAIRE THERMIQUE
INTRODUCTION
Le solaire thermique actif permet de récupérer la chaleur du rayonnement solaire au
sein d'un fluide, parfois de l'air, le plus souvent de l'eau, par l’intermédiaire de capteurs
solaires. Il s'agit d'une application assez ancienne puisque le capteur solaire proprement dit a
été inventé par de Saussure (1740-1799) pour mesurer le flux solaire incident. Ces techniques
peuvent assurer la production d'eau chaude sanitaire, ainsi que le chauffage des habitations.
PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT
Capteurs solaires thermiques
Les capteurs solaires thermiques récupèrent la chaleur du rayonnement solaire dans le
fluide caloporteur placé sous un vitrage. On utilise ainsi l’effet de serre.
Ensuite une régulation électronique gère les apports solaires et les besoins énergétiques des
différents types d’installation décrits ci-dessous.
Plancher solaire direct
Le fluide caloporteur chauffé par les capteurs solaires circule directement sans
échangeur intermédiaire dans les dalles chauffantes. Celles-ci stockent la chaleur injectée de
manière intermittente, selon l'ensoleillement et la restituent de manière beaucoup plus
régulière et lissée.
Le chauffage du plancher se fait à basse température (27°C maximum) ; ce type de
chauffage est celui qui répond le mieux aux besoins physiologiques du corps humain :
- la sensation de paroi froide disparaît
- l'émission uniforme évite la création de zones froides ou chaudes : le confort règne
partout
-
l'air n'est pas desséché
l'excellente répartition de la chaleur permet d'abaisser la température des pièces de 2°C
par rapport à d'autres modes de chauffage pour une sensation de confort supérieure.
La surface des capteurs est calculée de manière à couvrir environ 40 à 60 % des
besoins annuels en chauffage et en eau chaude sanitaire par le système solaire, avec un bon
rendement d'installation. Les besoins sont apportés par une énergie d'appoint (gaz, électricité,
bois...). Ce dimensionnement est économiquement plus intéressant et permet d'éviter les
problèmes de surchauffe estivale.
Production d’eau chaude sanitaire
Les capteurs peuvent également participer à la production d'eau chaude sanitaire, en
particulier en été, lorsque le chauffage n'est plus utilisé.
Le fluide caloporteur, chauffé dans le capteur solaire, transfert l'énergie à l'eau
sanitaire par l'échangeur du ballon de stockage. L'énergie d'appoint est connectée au même
ballon (résistance électrique, deuxième échangeur). Une commande électronique assure le
fonctionnement correct de l'installation. Si le ballon de stockage est placé plus haut que la
capteur, on peut se dispenser d'une commande car l'effet thermosiphon assure alors la
régulation de l'installation.
SITUATION ACTUELLE
Les chiffres suivants sont basés sur un module-type composé de 4 m² de capteurs, d’un ballon
electro-solaire de stockage de 300 litres, permettant de couvrir 60 % en moyenne des besoins
d’eau chaude d’un ménage de 4 personnes :
2003
2010
1 000 000 m² *
Objectifs de développement 75 000 m² (62 000 prévus par
l’ADEMa)
(SER)
Coûts
800 €/m² (de 600 à 1000)**
Subventions et aide fiscale
(hors ANAH)
420 €/m² (CESI 4 m² de capteurs,
300 litres, en métropole)
Economie d’électricité
60 €/m²/an
Production annuelle
700 kWh/m²/an (de 600 à 800)
Contribution énergétique
0,7 TWh économisé par million de
m² installés
Effet de serre : CO2
économisé sur 20 ans (mixe
français électricité/gaz)
Effet de serre : efficacité du
soutien de la subvention et
de l’aide fiscale
Effet de serre : ACV
construction
3,4 tonnes de CO2 /m²
Emplois (toutes activités
réunies)
123 €/tonne de CO2
20 à 25 €/tonne de CO2
20 g de CO2 par kWh d’électricité
économisée sur 20 ans
1 emploi par 100 m² installés
* Chiffre voisin de la surface installée en Allemagne en 2002
** Investissement équivalent pour un chauffe-eau électrique neuf : 200 €/m²
AVANTAGES ET INCONVENIENTS
Avantages
L'utilisation thermique de l'énergie solaire présente, outre tous les avantages des
énergies renouvelables, ses avantages propres, à savoir:
- Les technologies à mettre en oeuvre pour utiliser l'énergie solaire thermique sont
aisément maîtrisables et adaptables aux situations de toutes les régions. Les techniques
et les matériaux utilisés sont similaires à ceux employés dans le secteur traditionnel du
chauffage, du sanitaire et des verrières. La main d’œuvre ne nécessite qu’une
formation complémentaire aisément maîtrisable.
- Il s'agit d'une forme modulable de production d'énergie que l'on peut adapter en
fonction de ses besoins.
- Les frais de maintenance sont réduits. Si l'entretien des installations ne doit pas être
négligé, les frais de maintenance et donc de fonctionnement sont cependant
relativement faibles.
Inconvénients
L'énergie solaire thermique a toutefois certaines limites:
- Elle est variable dans le temps. Sous les climats tempérés, cette variation est surtout
importante en fonction des saisons. Ceci entraîne une nécessité de stocker cette
énergie, ce qui augmente considérablement le coût des installations.
-
C'est une énergie diffuse. La puissance disponible par unité de surface est relativement
limitée; ceci rend difficile une réponse à des besoins importants (grands ensembles
d'appartements, par exemple).
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