Installation solaire thermique

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L'énergie solaire thermique

L'énergie solaire thermique

L'énergie solaire thermique consiste à utiliser l'énergie du Soleil pour la transférer sur un milieu porteur de chaleur, généralement de l'eau ou de l'air.

Parmi les différentes applications de l'énergie thermique solaire, il y a la possibilité de générer de l'énergie électrique. La technologie actuelle permet de chauffer de l'eau avec le rayonnement solaire pour produire de la vapeur et ensuite obtenir de l'énergie électrique.

Bien que le principe de fonctionnement soit très similaire, il existe deux applications principales de l'énergie solaire thermique:

Les collecteurs d'énergie thermique solaire sont chargés de capter l'énergie thermique du rayonnement solaire. Ces capteurs solaires sont classés en tant que capteurs à basse, moyenne et haute température, en fonction de leur mode de fonctionnement.

  • Les capteurs à basse température. Ils fournissent une chaleur utile à des températures inférieures à 65 ° C.
  • Les collecteurs à moyenne température. Ce sont les appareils qui concentrent le rayonnement solaire pour fournir de la chaleur utile à une température plus élevée, généralement entre 100 et 300 ° C.
  • Les collecteurs à haute température . Ils travaillent à des températures supérieures à 500ºC. Ils sont utilisés pour la génération d'énergie électrique.

Systèmes formant une installation solaire thermique

Le schéma de base d'une installation solaire thermique est le suivant:

Schéma de base d'une installation solaire thermique

Une installation solaire thermique comprend plusieurs systèmes:

Système de collecte de rayonnement solaire

Le système de collecte du rayonnement solaire est constitué de capteurs solaires connectés les uns aux autres. Sa mission est de capter l'énergie solaire pour la transformer en énergie thermique, en augmentant la température du fluide circulant dans l'installation. 

Il existe de nombreux systèmes de capture du rayonnement solaire. Le choix de tel ou tel système dépendra principalement de savoir s'il s'agit d' installations solaires thermiques de basse, moyenne ou haute température.

Parmi les différents systèmes de captage solaire, nous soulignons:

  • Le capteur solaire plat. C'est le capteur solaire le plus répandu. Vous pouvez obtenir des augmentations de température de 60 ° C à un coût réduit. Il est utilisé dans les centrales solaires thermiques à basse température.
  • Les capteurs solaires thermiques non vitrés. Il est courant, par exemple, de chauffer l'eau des piscines. L'élévation de température est basse, autour de 30 ° C. Ils sont plus économiques que les capteurs solaires plats.
  • Les capteurs solaires sous vide. Ils sont constitués de tubes métalliques recouvrant le tube métallique contenant le fluide de travail, laissant entre eux une chambre servant d'isolant. Ils ont un rendement très élevé, mais leur coût est également élevé.
  • Les capteurs solaires avec systèmes de concentration de rayonnement. Ils sont utilisés pour des installations nécessitant des températures plus élevées. Des panneaux paraboliques ou semi-cylindriques sont utilisés.
  • Les capteurs solaires thermiques avec systèmes de suivi de la position du soleil, position qui varie tout au long de la journée pour maintenir une position perpendiculaire au rayonnement solaire reçu.

Système d'accumulation d'énergie solaire thermique

Schéma d'une installation solaire thermique dans une maisonIl consiste à stocker l'énergie thermique dans un réservoir d'accumulation pour son utilisation ultérieure. L'eau chaude obtenue par le système de collecte est acheminée à l'endroit où elle sera utilisée.

L'eau chaude stockée peut être utilisée directement, comme c'est le cas pour chauffer l'eau d'une piscine, dans les applications d'eau chaude ou de chauffage à la demande.

Parce que le moment de besoin d'eau chaude ne coïncide pas toujours avec le moment où il ya suffisamment de radiations, il faudra tirer le meilleur parti des heures de soleil pour accumuler l'énergie thermique sous forme d'eau chaude.

Le système de stockage d'énergie thermique comprend un ou plusieurs réservoirs d'eau chaude. La taille des réservoirs de stockage doit être proportionnelle à la consommation estimée et couvrir la demande en eau chaude d'un ou deux jours.

Système de distribution d'énergie solaire thermique

Une fois que les capteurs solaires ont chauffé le caloporteur (eau ou air) en augmentant son énergie thermique, nous pouvons transférer cette énergie thermique à d'autres sources plus froides.

Dans ce système, tous les éléments destinés à la distribution du fluide caloporteur et au conditionnement à la consommation sont inclus: contrôle, tuyaux et conduits, vases d'expansion, pompes, purgeurs, vannes, etc. Ce système fait également partie du système de support basé sur les énergies conventionnelles (électricité, chaudière à gaz ou gazole), nécessaire pour éviter les défauts éventuels dus à l'absence de rayonnement solaire et pour faire face aux pics de demande.

Systèmes de support d'énergie conventionnels

Les installations solaires thermiques ont besoin de systèmes de support classiques pour anticiper le manque de rayonnement solaire ou une consommation dépassant le dimensionnement. Dans la plupart des cas, tant dans les installations de maisons unifamiliales que dans les bâtiments résidentiels, les installations solaires sont conçues pour fournir aux maisons 60 à 80% de l'eau chaude demandée, bien que dans les zones très ensoleillées toute l'année. année, le pourcentage de contribution est généralement plus élevé.

Ces systèmes de support énergétique peuvent provenir de différentes sources. Si l'installation est connectée au réseau, elle peut tirer parti de l'alimentation en électricité de la compagnie d'électricité elle-même. Dans d'autres cas, vous pouvez utiliser d'autres sources d'énergie renouvelable (éolienne ou hydroélectrique si les conditions le permettent) ou des sources d'énergie non renouvelables. Les sources d'énergie non renouvelables peuvent provenir de dérivés de combustibles fossiles (pétrole, charbon ou gaz naturel). Dans certaines installations, des chaudières à pellets ou à biomasse sont utilisées.

Au cours des mois où le rayonnement solaire est le plus faible, il n'atteint pas 60% des besoins en énergie. Au contraire, pendant les mois d'été, près de 100% d'entre eux sont atteints. Ainsi, l'objectif de la conception des installations thermiques solaires est de couvrir au minimum 60% des besoins énergétiques annuels en fonction de la zone géographique.

Essayer de couvrir plus de 60% ou 70% par an de l'énergie solaire thermique nécessiterait l'installation d'un très grand champ solaire, ce qui entraînerait un coût extrêmement élevé qui ne serait jamais amorti. En outre, une installation thermique solaire de cette taille entraînerait, au cours des mois d'augmentation du rayonnement solaire, un excédent de production inutilisable et des problèmes de surchauffe tout au long de l'installation.

Pour cette raison, les installations qui fonctionnent le mieux et qui sont rentables auparavant sont celles qui ont besoin d'eau chaude sanitaire toute l'année, de chauffage pour l'hiver et d'une piscine d'été ou même toute l'année.

Aspects économiques et sociaux d'une installation solaire thermique dans une maison

L'investissement initial d'un système solaire thermique sera supérieur à celui d'un système d'approvisionnement en énergie conventionnel. D'autre part, les coûts d'exploitation pendant plus de 25 ans de la vie de l' installation solaire thermique seront sans importance comparés à l'achat de carburant ou d'énergie électrique, à la réparation, à la maintenance, etc. associé au système d'énergie conventionnel.

L'installation d'énergie solaire thermique est économiquement plus avantageuse, car toute l'énergie que nous obtenons du Soleil avec les capteurs solaires thermiques sera une énergie que nous éviterons de produire (combustion de combustible dans une chaudière) ou de consommer (à partir du réseau électrique). de distribution). Une installation solaire thermique finit par être rentable au fil des années, car les économies d'énergie qu'elle produit se traduisent par des économies, ce qui permet d'amortir le coût de l'installation. Cet amortissement peut varier entre 5 et 12 ans en fonction de la taille de l'installation, des aides obtenues sous la forme d'un fonds perdu, du lieu où elle est installée (rayonnement plus ou moins solaire) et des besoins plus ou moins importants de l'utilisateur.

Dans le cas de l'installation de ces installations solaires thermiques dans des maisons neuves ou des maisons de rééducation, l'amortissement peut être considéré comme instantané, car la hausse que représente le prix total de la maison est très faible; le montant payé chaque année pour ce coût plus élevé d'un prêt hypothécaire est inférieur au montant en euros correspondant au coût plus bas de l'essence ou du diesel.

Nous soulignons les principaux avantages d'un système solaire thermique:

  • Avantages économiques Pour les mêmes besoins, le système conventionnel devra consommer moins de carburant (dérivé de combustibles fossiles ou de biomasse), ce qui représentera une dépense annuelle inférieure pour l'utilisateur. De plus, l'énergie solaire est indépendante du combustible conventionnel et de son alimentation, car elle est compatible avec tout système conventionnel et indépendante de la variation du prix d'achat du combustible.
  • Avantages pour l' environnement, étant donné que les systèmes de production d'énergie a des coûts environnementaux conventionnels très importants (CO 2 , le changement climatique, effet de serre, les déchets, les déchets nucléaires, les pluies acides, etc.) par rapport aux systèmes solaires. En moyenne, un m 2 de capteur solaire thermique est capable d'empêcher l'émission dans l'atmosphère d'une tonne de CO 2 par an.
  • Entretien facile La durée de vie utile des installations solaires thermiques est supérieure à 25 ans et l'entretien requis, bien qu'il soit nécessaire de le faire, est beaucoup moins important que dans le cas des systèmes classiques.

Cependant, l'installation de systèmes thermiques présente un inconvénient: elle nécessite l'installation du même système conventionnel que si les capteurs solaires n'étaient pas installés. Parfois, il est problématique de les assembler dans des bâtiments existants en raison de leur manque de prévoyance au niveau du projet.

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Références

Dernier examen: 17 avril 2018