Les installations solaires d’assistance au chauffage connaissent obligatoirement en été des situations dites d’arrêt, dans les-quelles le champ de capteurs produit plus d’énergie que la quantité pouvant être ab-sorbée dans l’accumulateur. Lorsque la température maximale admissible de l’ac-cumulateur est atteinte (p. ex. 95 °C), la pompe du circuit solaire doit être désacti-vée par la régulation. Le fluide solaire pré-sent dans les capteurs est alors rapidement chauffé à des températures supérieures à la température d’évaporation. Le fluide pré-sent au niveau des points les plus chauds dans les capteurs commence à s’évaporer, ce qui entraîne une importante augmenta-tion de volume. La vapeur refoule le fluide hors du champ de capteurs et le pousse dans le vase d’expansion à membrane. Afin que cela soit possible, le champ de cap-teurs doit être correctement vidangé et le circuit solaire doit être conçu sur le plan hydraulique de manière à ce que le fluide puisse être acheminé sans entrave jusqu’au vase d’expansion à membrane. Cela concerne également la position du clapet anti-retour et de la pompe du circuit solaire par rapport au vase d’expansion à mem-brane, ainsi que le chemin des tubes dans le champ de capteurs et du toit jusqu’à l’accumulateur dans la cave. Le vase d’ex-pansion à membrane doit être dimen-sionné suffisamment grand pour absorber totalement le fluide refoulé hors du champ de capteurs. Le système, déjà brièvement décrit, avec évaporation d’une petite partie
Accumu- lateur-tampon
Eau froide Réchauffage Accumulateur
de réchauffage
P3 P4
P2 P1
Tmax
Accumulateur de préchauffage Illustration 34:
Grande installation solaire de produc-tion d’eau chaude avec accumulateur-tampon à stratifica-tion pour im-meubles d’habita-tion.
tèmes, on utilise toujours des dispositifs de charge stratifiée. Il peut s’agir de lances de charge stratifiée, comme représentées dans l’illustration 34, ou la charge stratifiée est réalisée par des vannes à 3 voies commu-tables, permettant l’entrée de la chaleur solaire à différentes hauteurs de l’accumu-lateur. Le soutirage d’énergie à partir de l’accumulateur-tampon s’effectue par la station de décharge (ou «station d’eau chaude instantanée»), qui se compose d’un échangeur de chaleur à plaques et des pompes P3 et P4 connectées ensemble.
Cette station permet de chauffer l’eau sani-taire dans l’accumulateur de préchauffage.
Pour le dimensionnement de l’installation, il est particulièrement important de veiller à disposer d’un échangeur de chaleur à plaques suffisamment grand, afin d’obtenir dans le circuit solaire des températures d’entrée de capteur les plus basses possible et ainsi des rendements élevés des cap-teurs. Dans les deux échangeurs de chaleur, la différence de température logarithmique moyenne de doit pas dépasser 5 K. La taille de l’échangeur de chaleur de la station de décharge est ainsi encore plus importante que celle de l’échangeur de chaleur de la station de charge.
De l’eau chaude pour 60 personnes En tant qu’exemple concret d’installation de production d’eau chaude dans un im-meuble d’habitation, on peut citer une ins-tallation réalisée en 2011 à proximité de Winterthour par la société Lutz Bodenmül-ler AG. L’immeuble compte 20
apparte-Illustration 35: Les conduites (ici en acier inoxydable avec raccords à ser-tir) ne sont pas en-core isolées, ce qui permet de com-prendre le concept hydraulique du cir-cuit du champ de capteurs selon l’il-lustration 36. Les capteurs sont tra-versés de bas (froid,
«entrée du cap-teur» ou selon la terminologie d’usage en tech-nique du chauffage
«retour du cap-teur») vers le haut (chaud, «sortie du capteur» ou «dé-part du capteur»). A la sortie de chaque rangée de capteurs se trouve une sou-pape d’aération. En outre, la sécurité mécanique des cap-teurs est assurée par des poids en forme de plaques de béton (au total 126 plaques de bé-ton de 38 kg).
ments dans lesquels vivent au total environ 60 personnes. Le besoin journalier en eau chaude s’élève à 3000 litres. L’installation vient suppléer le système de production d’eau chaude existant, un chauffe-eau ho-rizontal de 600 litres alimenté par une chaudière à mazout. Sur le toit plat a été installé un champ de 18 capteurs plans (format transversal) (illustr. 35). Le champ se compose de trois rangées de capteurs orientées vers le sud, disposées les unes derrière les autres et connectés hydrauli-quement en parallèle. Une rangée de cap-teurs se compose ainsi de six capcap-teurs connectés en série. La surface d’absorbeur totale du champ de capteurs s’élève à 41,4 m². Le champ est raccordé selon le principe dit de Tichelmann (longueur d’écoulement identique pour tous les champs partiels de capteurs, illustration 36). Dans la conduite située tout à fait à droite dans la photo, le fluide à réchauffer est acheminé par la pompe du circuit so-laire, depuis l’accumulateur situé dans la cave, jusqu’au toit.
Le coût de l’installation pour les clients fi-naux, toutes taxes incluses, s’élève à 76 150 Fr. (illustr. 37). On sous-estime très souvent les travaux annexes de montage (pose et isolation des conduites solaires dans la cave, sur la façade et sur le toit, tra-vaux de maçonnerie (carottage) et d’électri-cité, équipement, mise à disposition d’une grue pour l’élévation des capteurs, raccords sanitaires d’eau froide, circulation).
Comment cela se traduit-il en termes de prix de revient de la chaleur? On peut
esti-mer, avec les conditions météorologiques du site et les données techniques de l’instal-lation, un apport annuel des capteurs d’env.
500 kWh par m² de surface d’absorbeur.
Pour une durée de vie de 30 ans, cela cor-respond à un apport énergétique total de 500 kWh/(m2 a) · 41,4 m2 · 30 a = 621 000 kWh. Si, de façon très simplifiée, on se base sur le temps d’amortissement statique (sans prendre en compte l’évolution future de l’inflation et des coûts du capital ainsi que les coûts d’entretien), on obtient un prix de revient de la chaleur de 76 150 Fr. / 621 000 kWh = 0,12 Fr./kWh. Cela représente à peine plus que le prix de revient de la cha-leur pour la production d’eau chaude à l’aide d’agents énergétiques convention-nels, même au prix actuel de l’énergie. Mal-heureusement, personne ne peut prévoir comment évolueront les prix des agents énergétiques conventionnels dans les 30 prochaines années. Qui aurait pu se douter il y a 30 ans, c’est-à-dire en 1983, alors que
le baril de pétrole ne coûtait encore que 27,59 $, que le prix aurait quadruplé (!) d’ici fin 2012, pour atteindre 111,27 $, et que les clients suisses devraient débourser env.
un franc pour un litre de mazout? Si l’on considère un rendement moyen (été et hi-ver) de l’installation de 80 % et une teneur énergétique de 10 kWh/litre de mazout, on obtient un prix au kWh de 0,125 Fr./kWh pour la production d’eau chaude avec du mazout, c’est-à-dire à peu près la même valeur que pour la production d’eau chaude solaire. En raison de l’incertitude qui règne autour de l’évolution des prix de l’énergie sur les 20 à 30 prochaines années, il est peu probable que des calculs prétendument plus précis prenant en compte les taux d’infla-tion et les coûts du capital permettraient d’obtenir des résultats plus pertinents que les estimations réalisées à l’aide de simples calculs d’amortissement statiques. Même si on considère pour l’installation uniquement un apport de 400 kWh/(m²a) et une durée
Illustration 36:
Schéma de circuit hydraulique du champ de capteurs.
Illustration 37: Coût de l’installation pour les clients fi-naux toutes taxes
comprises, sans prise en compte des éventuelles
subven-tions. Coût total 76 150 Fr. (TTC).
froid chaud
Travaux de montage annexes 24%
Accumulateur 13%
Montage du champ de capteurs 15%
Composants du circuit solaire 10%
Matériaux pour le champ de capteurs 13%
Capteurs 25%
de vie de 20 ans, le prix de revient de la chaleur calculé statiquement s’élève à env.
0,23 Fr./kWh, ce qui signifie que l’installa-tion pourra probablement être amortie sur le plan économique au cours de sa durée de vie. En outre, dans le prix final de 76 150 Fr.
sur lequel on se base ici, aucune subvention éventuelle n’est prise en compte. Sur le plan macroéconomique, l’installation solaire, qui utilise des énergies régénératives, n’émet ni CO2 ni autres polluants, contribue à créer des emplois sûrs et à renforcer l’indépen-dance de l’approvisionnement énergétique suisse, est dans tous les cas une démarche gagnante.