Le solaire thermique dans le monde - enr.fr de communication/2010144303... · le rayonnement...

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Le solaire thermique dans le monde © vekha / Fotolia L’énergie solaire thermique est aujourd’hui l'une des premières sources d’énergie renouvelable au monde. Elle est inépuisable, disponible partout et ne produit ni déchet, ni gaz à effet de serre. Pour ces raisons, le parc mondial du solaire thermique est en constante augmentaon depuis près de dix ans. Une croissance forte et régulière depuis des années entre 1999 et 2006, le parc mondial d’installaons solaires thermiques a connu une croissance moyenne de 20 % par an. en 2007 et 2008, la progression du marché a été légèrement moins soutenue avec une croissance d’environ 15 %. Fin 2010, la puissance solaire thermique installée dans le monde était de 195,8 GW soit une surface équivalente d’environ 279,7 millions de m 2 . Les objecfs européens à l’horizon 2020 l’eStiF, la fédéraon des industriels européens du solaire thermique, esme que le parc solaire thermique aeindra une puissance installée de 320 000 MW à l’horizon 2020, soit une surface équivalente de 450 millions de m². Cee puissance devrait couvrir les besoins en eau chaude sanitaire et en chauffage de plus de 50 millions de foyers européens. La Chine dispose du premier parc solaire thermique avec 117,5 GW de puissance totale installée, la Chine est largement en tête des pays producteurs de chaleur d’origine solaire : fin 2010, elle représentait 60 % du parc. en 2010, ce pays a installé 34,3 GW soit l'équivalent de 49 millions de m 2 . Un fort développement du marché des capteurs aux Etats-Unis les États-Unis se placent au second rang mondial avec une puissance totale installée de 15,3 GW. les capteurs solaires y sont essenellement desnés au chauffage de l’eau des piscines, à la venlaon des bâments commerciaux et industriels, au chauffage par air et aux applicaons spécifiques du secteur agricole. Pour tous ces usages, c’est la technologie des capteurs non-vitrés qui est ulisée. © eDF MeDiatheQUe / BRaUlt PhiliPPe 32 000 MW 36 000 MW 40 000 MW 28 000 MW 24 000 MW 20 000 MW 16 000 MW 12 000 MW 8 000 MW 0 MW Croissance annuelle du marché mondial du solaire thermique (MW) source : aie, Solar heat Worldwide 2011 2006 2007 2008 2009 2010 2005 2004 2003 2002 2000 2001 1999 4 000 MW

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Lesolairethermiquedanslemonde

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L’énergiesolairethermiqueestaujourd’huil'unedespremièressourcesd’énergierenouvelableaumonde.Elleestinépuisable,disponiblepartoutetneproduitnidéchet,nigazàeffetdeserre.Pourcesraisons,leparcmondialdusolairethermiqueestenconstanteaugmentationdepuisprèsdedixans.

Unecroissanceforteetrégulièredepuisdesannées

entre 1999 et 2006, le parc mondial d’installations solaires thermiques a connu une croissance moyenne de 20 % par an. en 2007 et 2008, la progression du marché a été légèrement moins soutenue avec une croissance d’environ 15 %.Fin 2010, la puissance solaire thermique installée dans le monde était de 195,8 GW soit une surface équivalente d’environ 279,7 millions de m2.

Lesobjectifseuropéensàl’horizon2020

l’eStiF, la fédération des industriels européens du solaire thermique, estime que le parc solaire thermique atteindra une puissance installée de 320 000 MW à l’horizon 2020, soit une surface équivalente de 450 millions de m². Cette puissance devrait couvrir les besoins en eau chaude sanitaire et en chauffage de plus de 50 millions de foyers européens.

LaChinedisposedupremierparcsolairethermique

avec 117,5 GW de puissance totale installée, la Chine est largement en tête des pays producteurs de chaleur d’origine solaire : fin 2010, elle représentait 60 % du parc. en 2010, ce pays a installé 34,3 GW soit l'équivalent de 49 millions de m2.

UnfortdéveloppementdumarchédescapteursauxEtats-Unis

les États-Unis se placent au second rang mondial avec une puissance totale installée de 15,3 GW. les capteurs solaires y sont essentiellement destinés au chauffage de l’eau des piscines, à la ventilation des bâtiments commerciaux et industriels, au chauffage par air et aux applications spécifiques du secteur agricole. Pour tous ces usages, c’est la technologie des capteurs non-vitrés qui est utilisée. ©

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32 000 MW

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Croissanceannuelledumarchémondialdusolairethermique(MW)source : aie, Solar heat Worldwide 2011

2006 2007 2008 2009 201020052004200320022000 20011999

4 000 MW

Syndicatdesénergiesrenouvelables13-15, rue de la Baume75008 Paristél. : +33 1 48 78 05 60Fax : +33 1 48 78 09 07www.enr.fr

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L’exempled’Israël

en terme de pénétration du marché – puissance thermique installée pour 1000 habitants – israël se classe deuxième mondial en 2010, derrière Chypre, avec 393,9 kW pour 1000 habitants.

« Fin 2010, la capacité solaire thermique installée s'élevait à 195,8 GW, correspondant à une production totale de chaleur de 162,1 GWh. Cette année-là, l’utilisation de ces systèmes a permis d’éviter l’émission de 53,1 millions de tonnes de CO₂. »Solar heating and Cooling Programme, international energy agency

Lecasdel'Europe

en 2011, le marché européen du solaire thermique s'est élevé à 2,6 GW, soit une surface de capteurs de 3,66 millions de m2. l’eStiF prévoit un développement considérable du secteur dans les années à venir, en particulier sur le pourtour méditerranéen.le marché européen est très diversifié, le solaire thermique y est utilisé pour l'eau chaude, le chauffage, la climatisation et le refroidissement.

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afrique : Namibie, afrique du Sud, tunisie, Zimbabweasie : inde, Corée du Sud, taïwan, thaïlande, Japonamérique Centrale et amérique du Sud : Barbades, Brésil, Chili, Mexique, Uruguayeurope : Union européenne (27 pays), albanie, Macédoine, Norvège, Suisse, turquieMoyen-orient : israël, Jordanie

Répartitiondelacapacitésolairethermiquetotaleparrégionéconomiqueàfin2010source : aie, Solar heat Worldwide 2011

États-UnisetCanada8,2 %

AustralieetNouvelle-Zélande3,0 %

AmériqueCentraleetAmériqueduSud2,8 %

Asie(horsChine)4,8 %

Moyen-Orient2,3 %

Afrique0,4 %

Chine60,1 %

Europe18,4 %

Répartitiondumarchésolairethermiqueeuropéensource : eStiF 2012

Allemagne 35 %Italie 11 %Espagne 7 %France 7 %Pologne 7 %Autriche 6 %Grèce 6 %Suisse 4 %Portugal 3 %Grande-Bretagne 3 %RépubliqueTchèque 2 %Danemark 2 %Autres 7 %

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Autres

la France dispose du cinquième gisement solaire européen. Dans le sud de la France, un chauffe-eau solaire individuel (CeSi) avec 2 à 3,5 m² de capteurs (3 à 5,5 m² dans le nord) produit de l’eau chaude sanitaire pour une famille de trois ou quatre personnes, à hauteur de 50 à 80 % de leurs consommations. Concernant le chauffage à l’aide de SSC (système solaire combiné), les installations sont plus importantes : la surface des capteurs est de l’ordre de 15 m² ; le ratio moyen pour le taux d’économie d’énergie concernant les SSC s’échelonne entre 10 et 50 %, voire plus dans certains cas très favorables.

Titredelafiche LesolairethermiqueenFrance

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Aujourd’hui,lesolairethermiquetientencoreuneplacemarginaledanslaproductiond’énergierenouvelableenFrance.Néanmoins,cesecteurseraamenéàsedévelopperdavantageavecnotammentlamiseenplacedelafutureréglementationthermique2012notamment.

Ungisementsolaireparticulièrementfavorable

Ensoleillementannueloptimaldescapteurssolairessource : PvGiS, JRC european Commission

1 000 kWh/m²

1 150 kWh/m²

1 300 kWh/m²

1 450 kWh/m²

1 600 kWh/m²

1 750 kWh/m²

1 900 kWh/m²

entre 1998 et 2006, le marché en France métropolitaine a progressé de près de 40 % par an.il a ensuite connu une croissance moins soutenue en 2007 et 2008 avec environ 20 % d’augmentation.le contexte économique peu favorable des années 2009 et 2010 a engendré une diminution du marché d'environ 15 % chaque année. le Plan Soleil, mis en place par l’aDeMe en 1999, a permis un démarrage du marché des CeSi en France. De quelques centaines d’installations en 2000, les ventes ont dépassé les 15 000 en 2005. la forte augmentation du marché à partir de 2005 correspond à la mise en place du crédit d’impôt pour les particuliers. il s'élève en 2012 à 32 % dans le cas d'une installation seule et à 40 % en cas de bouquet de travaux (article 200 quater du CGi et loi de finances 2012), auxquels s’ajoutent éventuellement des aides à l’investissement au niveau local. le système de soutien français est ainsi devenu, en quelques années, un des plus attractifs de l’Union européenne pour ces équipements.

Unecroissancefortedepuis1999,légèreinflexioncesdernièresannées

ÉvolutionannuelledelasurfacesolairethermiqueinstalléeenFrancemétropolitaine(m²)

installations annuelles réalisées objectif du Plan Soleil

1999 20012000 2002 20042003 2005 20072006

50 000 m²

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2008 2009 2010

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LesobjectifsduGrenelledel’Environnementpour2020

le Grenelle de l’environnement fixe à au moins 23 % la part des énergies renouvelables dans la consommation énergétique. Dans ce cadre, le solaire thermique passera de 27 000 tep (tonnes équivalent pétrole) en 2006 à 900 000 tep en 2020, soit au total plus de 4 millions de logements équipés.en accord avec le projet de loi de mise en œuvre du Grenelle, la future réglementation thermique 2012 fixera un plafond de consommation de 50 kWh par m2 et par an pour tous les bâtiments neufs. Dès 2020, les bâtiments seront à énergie positive. l’énergie solaire thermique sera mise à contribution pour l’atteinte de ces objectifs de performance.

+ ajouter photo installation solaire thermique

Larépartitiondusolairethermiquefrançais

en 2010, près de 180 MW (258 000 m2) ont été installés en métropole. le marché français représente environ 7 % du marché européen.la particularité du marché français tient à son développement plus important du solaire thermique collectif. le dispositif Fonds Chaleur lancé en 2009 a déjà permis de soutenir financièrement de nombreux projets de solaire collectif et de contribuer ainsi à la croissance de ce marché.Ce segment de marché est porté par des maîtres d'ouvrage divers : bailleurs sociaux, copropriétés, promoteurs, constructeurs, collectivités, entreprises, etc.

Unefilièreprofessionnellequis’organise

Fondée début 2006, Qualit’enR est l’association pour la qualité d’installation des systèmes à énergies renouvelables. elle intervient pour la promotion de la qualité des prestations des installateurs et gère les dispositifs qualité Qualisol, QualiPv et Qualibois.Qualisol est l'appellation pour la qualité d'installation des systèmes solaires thermiques de type CeSi. Qualisol inclut le Club Qualisol Combi pour les SSC.Créée en 1999 par l'aDeMe, dans le cadre du Plan Soleil, Qualisol fédère aujourd'hui près de 6 000 installateurs.

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Répartitiondesinstallationsposéespartechnologieentre2006et2010

Superficie installée en m² 2006 2007 2008 2009 2010

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CeSi SSC eCS collectifs

Titredelafiche Lesapplicationsdusolairethermique

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Lescapteurssolairessontdessystèmesquitransformentlerayonnementsolaireenchaleur.Cettedernièreestensuitetransportéeàl’intérieurdesbâtimentsparunfluidecaloporteurpourunusagespécifique.Ceprocessusn’entraîneaucuneémissiondegazàeffetdeserre.Lesolairethermiqueestdonctoutindiquépourparticiperàlaréalisationdel’objectiffacteur4.Cedernierestl’engagementprisparlaFrancedediviserparquatreleniveaudesesémissionsdegazàeffetdeserrede1990àl’horizon2050.

Laproductiond’eauchaudesanitaire

Les chauffe-eau solaires individuels (CESI)

issus de technologies en constante amélioration depuis plus de vingt ans, les CeSi sont des équipements robustes et fiables. Sous les climats méditerranéens ou tropicaux, le montage en thermosiphon (sans pompe de circulation, ballon placé au dessus des panneaux) est bien adapté ; le montage avec circulation forcée et chauffage d’appoint est la version la plus courante en France métropolitaine où les CeSi couvrent entre 50 et 80 % des besoins en eau chaude sanitaire des foyers.

Thermosiphon

Consommation

Circulationforcée

Consommation

LesmodesdemontagesdesCESI

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Les chauffe-eau solaires collectifs

le principe du chauffe-eau solaire individuel peut être étendu à des consommations plus importantes d’eau chaude sanitaire : gîtes ruraux, restaurants, immeubles, gymnases, hôpitaux… on parle alors de chauffe-eau solaires collectifs. leur fonctionnement est sensiblement identique à celui des chauffe-eau individuels.on distingue plusieurs solutions techniques permettant de fournir l’eau chaude sanitaire collective.• le chauffe-eau solaire collectif (CeSC) : il comporte un

ou plusieurs ballons collectifs de stockage de l’énergie solaire. Dans ce cas, l’individualisation des charges est difficilement réalisable.

• le chauffe-eau solaire collectif à appoint individuel (CeSCai) : il comporte un ou plusieurs ballons collectifs de stockage de l’énergie solaire et un appoint à accumulation ou semi-instantané dans chaque logement. l’individualisation des charges est réalisable par compteurs d’eau individuels.

• le chauffe-eau solaire collectif individualisé (CeSCi) : ce schéma ne comporte ni ballon de stockage ni chaudière collectifs. le circuit solaire distribue l’énergie solaire aux ballons de stockage individuels dans chaque appartement par l’intermédiaire d’un échangeur incorporé à chaque ballon. l’individualisation des charges est totale.

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frL’exempledeSicabatàLaRéunion

en 2003, Sicabat, entreprise spécialisée dans l’abattage de porcs, engageait un plan important de réduction de ses consommations. en 2005, elle allait plus loin et confiait à un bureau d’études le dimensionnement d’une installation solaire de production d’eau chaude sanitaire, qui lui permettra, dès la fin de cette année-là, de réduire de 30 % sa consommation de fioul et d’augmenter sa capacité de production de l’eau chaude nécessaire à ses processus industriels. aujourd’hui, la société Sicabat possède la plus grande installation solaire thermique de la Réunion, ce qui lui évite de rejeter 109 tonnes de Co₂ par an dans l’atmosphère et de consommer plus de 40 000 litres de fioul. le temps de retour sur investissement après subventions a été de cinq ans.

Laproductiondechauffageetd’eauchaudesanitaire

outre la production d’eau chaude sanitaire, l’énergie solaire peut aussi couvrir une partie des besoins de chauffage des bâtiments. on parle alors de systèmes solaires combinés (SSC).Dans les systèmes du type plancher solaire, la dalle de béton assure le stockage de l’énergie et permet une diffusion de la chaleur au cours de la nuit. les autres systèmes font intervenir un ballon de stockage et des émetteurs basse température.en France, les SSC couvrent entre 10 % et 50 % des besoins en eau chaude sanitaire et en chauffage des foyers.

Plancher Solaire Direct autres systèmes solaires combinés

Lessystèmessolairescombinéssource : aDeMe

Lerafraîchissementsolaire

longtemps considéré comme un luxe inutile, le rafraîchissement actif et la maîtrise du confort d'été ont montré toute leur importance.Par rapport aux systèmes de climatisation classiques, le rafraîchissement solaire possède plusieurs avantages :• il permet une meilleure gestion de l’énergie, avec une

réduction des pointes de consommation sur le réseau électrique et une économie d’énergie primaire ;

• il participe à la protection de l’environnement, avec la réduction des émissions de Co₂, la réduction de l’emploi des fluides frigorigènes et la réduction des bruits urbains ;

• il permet une réduction des coûts, avec une durée de vie importante et une faible maintenance des équipements.

Lesolairethermiquedansl’industrie

Si le solaire thermique se développe fortement dans l’habitat individuel et collectif aujourd'hui, le tertiaire et l’industrie restent cependant en retrait. le potentiel de développement dans ces domaines est pourtant très important : le Fonds Chaleur institué par la loi Grenelle permet le déploiement des systèmes solaires thermiques sur ces segments de marché.

Capteurssolaires

Machinefrigorifiqueàabsorption

Stockagetampon

eau chaude

Principedefonctionnementd'uneinstallationderafraîchissementsolaire

eau chaude

chaleur extraite

RAFRAÎCHISSEMENT

chaleur rejetée à l'environnement

Tourderefroidissement

Localàrafraîchir

eau chaude

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Convertirdirectementlerayonnementsolaireenchaleurutilisable,telestlerôledescapteurssolaires.Dédiésàdesapplicationsparticulières,ilenexisteplusieurstypes:lescapteursplansvitrés,nonvitrés,sousvide,etàair.Lestroispremièrestechnologiesdominentlemarchéaujourd’hui:laChinepossèdelepremierparcmondialdecapteurssousvide;lesEtats-Unis,lepremierparcdescapteursnonvitrés.

Lescapteursplansvitrés

les capteurs les plus répandus sont les capteurs plans vitrés. ils sont composés d'un corps noir absorbant le rayonnement solaire, d'un fluide caloporteur (eau + antigel), d'un isolant thermique et d'une vitre assurant l'effet de serre. l’apparente simplicité des équipements cache les exigences imposées à leurs constituants pour obtenir de bons rendements de conversion de l’énergie solaire. Ceux-ci décroissent avec la température du fluide caloporteur.

Cette technologie permet d’annuler les pertes convectives dues à l’air. À température égale, ces capteurs possèdent un rendement supérieur aux capteurs plans vitrés. ils permettent aussi de conserver un rendement acceptable à une température proche de 100 °C, adaptée au couplage avec une machine de rafraîchissement à absorption.

Lescapteursàtubessousvide

Lescapteursnonvitrés

Également qualifié de capteurs « moquette », ils consistent en un réseau de tubes noirs en matière plastique, accolés les uns aux autres. Pour chauffer l’eau d’une piscine, les capteurs peuvent être insérés dans le circuit de filtration. leur rendement est très bon pour produire des températures proches de la température de l’air ambiant. en revanche, les capteurs non vitrés utilisés seuls ne permettent pas la production d’eau chaude sanitaire, sauf dans les pays chauds. Dans les climats tempérés, ils peuvent être associés à une pompe à chaleur eau/eau pour produire de l'eau chaude sanitaire.

ils servent à augmenter la température de l’air de 5 à 10 °C en vue d’une utilisation directe pour le chauffage, ou pour le séchage de produits agricoles. l'air est réchauffé dans une lame d'air aménagée entre la vitre et un isolant rigide placé en dessous, puis soufflé grâce à un ventilateur.

Lescapteursàair

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Lerendementdestechnologies

Larépartitiondestypesdecapteursàl’échellemondialeen2010

l’utilisation de l’énergie solaire thermique varie grandement selon les pays. en Chine (117,6 GW), en europe (36,0 GW) et au Japon (4,0 GW), les systèmes de production de chaleur sont en majorité constitués de capteurs plans vitrés ou de capteurs à tubes sous vide : ils alimentent les ménages en eau chaude sanitaire et en chauffage. en amérique du Nord (etats-Unis et Canada), l’application principale du solaire thermique est le chauffage des piscines, avec une capacité installée de capteurs non-vitrés de 16 GW.Ce secteur mis à part, signalons l’émergence d’un marché spécifique aux capteurs non-vitrés à air, au Canada et aux etats-Unis : pour le chauffage, la ventilation de bâtiments commerciaux ou industriels, et certaines applications agricoles.

Rendement(%)desdifférentstypesdecapteursselonl’écartdetempératuredufluidechauffédanslecapteuretlatempératureextérieure(°C)100 %

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0 °C 20 °C 40 °C 60 °C 80 °C 100 °C

capteurnon-vitré

capteurplan

capteuràtubesousvide

capteurs sous vide56,6%

capteurs non vitrés11%

capteurs plans vitrés31,7%

capteurs à air0,7%

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Répartitiondescapacitéssolairesthermiquesinstalléesdesprincipauxpaysfin2010(MW)source : SeR / aie, Solar heat Worldwide 2011

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allemagne

3 780

1 964

76,8

australie

894

3 384

Brésil

9 448 9 323

108 152

Chine

13 553

1 647

64,9 51,9

États-Unis

capteursàfluidecaloporteur non vitrés vitrés sous vide

capteuràair non vitrés vitrés

65339

3 645

Japon turquie

420

2 725

46,5 0,5autriche

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Solairethermique:lessolutionsinnovantesetlessystèmeshybrides

Depuisquelquesannées,lesprofessionnelsdesénergiesrenouvelablestravaillentàlaconceptionetaudéveloppementdenouvellestechnologiesetdesystèmeshybridesalliantplusieurssourcesd’énergiesrenouvelables.Lesolairethermique,parsadisponibilitéetsasimplicité,estl’énergielaplussouventutiliséedanscessolutionsd’avenirquiintégrerontincontestablementlesbâtimentsdedemain.

associant une pompe à chaleur eau/eau et des capteurs solaires non vitrés, ces systèmes permettent de produire en continu - jour et nuit et toute l’année - de l’eau chaude sanitaire jusqu’à 65 °C et de chauffer l’eau des bassins de piscines.

Principe

Un capteur aérosolaire non vitré souple permet de réchauffer une boucle d’eau grâce à l’énergie du soleil. lorsque l’énergie solaire n’est plus disponible (nuit, pluie, brouillard), le capteur se transforme en échangeur de chaleur atmosphérique et utilise l’air ambiant pour réchauffer la boucle d’eau. l’énergie de la boucle d’eau est ensuite récupérée par la PaC eau /eau puis transférée vers les ballons d’eau chaude sanitaire ou vers les bassins de piscine.

aujourd’hui une grande diversité de technologies fait déjà appel à plusieurs sources d’énergies renouvelables pour répondre à des besoins divers (chauffage, production d’eau chaude sanitaire, production d’électricité, alimentation des réseaux, etc.), parmi elles :

• les pompes à chaleur sur capteurs solaires thermiques ;• les panneaux solaires hybrides : solaire thermique et

photovoltaïque ;• l'injection de solaire thermique dans les réseaux de

chaleur.

Pompesàchaleursurcapteurssolairesthermiques

Énergieatmosphérique

Énergierayonnement

Distribution

RecyclageCompteurthermique

Compteurélectrique

Compteurd'eau

Appointhivernal

Pompeàchaleur

Stockagechauffé>50°C

Capteur

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Ballon de stockageLe ballon permet de stocker l'eau réchauffée par le soleil et de s'adapter ainsi aux besoins des usagers.

Capteurs solaires haute température

Constitués de tubes en verres (A), les panneaux sont chauffés par les rayons du soleil.

Un caloduc (B) transporte l’énergie captée du tube sous vide au collecteur (C) dans lequel circule de l’eau.

Réseau de distributionLe fl uide caloporteur est acheminé vers les clients par un

réseau souterrain de canalisations.

Échangeur thermiqueL’échangeur de chaleur est constitué de plaques en inox qui permettent de transférer les calories contenues dans l’eau chauffée par les panneaux solaires à l’eau revenant du réseau de chaleur.

A

C

B

Ces panneaux hybrides associent les capteurs photovoltaïques et les capteurs thermiques dans un même module. ils permettent de produire à la fois de l’électricité et de la chaleur.

Principe

les capteurs photovoltaïques sont placés sur la couche frontale du module et sont connectés, comme dans le cas d’un panneau solaire photovoltaïque normal, à un système électrique pour l’acheminement du courant dans le local.

les capteurs thermiques sont placés en sous-couche pour capter la chaleur générée par le fonctionnement des capteurs photovoltaïques. Un fluide caloporteur circule à travers les tubes des capteurs thermiques pour récupérer la chaleur et l’acheminer jusqu’à un ballon tampon. ils offrent deux avantages : ils permettent d’augmenter le rendement des cellules photovoltaïques en abaissant leur température et d’économiser de l’espace en combinant la production électrique et thermique sur une même surface.

Un réseau de chaleur peut être alimenté par une centrale de production énergétique multi-énergie.Des capteurs solaires associés à une autre énergie, la biomasse par exemple, peuvent permettre de fournir à un réseau de l’eau à haute température en vue d’alimenter en chauffage un ensemble de bâtiments reliés au réseau.

le champ solaire peut être positionné à même le sol, en ombrière sur les parkings ou sur les toitures de bâtiments si la surface disponible est suffisante.

Panneauxsolaireshybrides:solairethermiqueetphotovoltaïque

Injectiondesolairethermiquedanslesréseauxdechaleur

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