Solaire Thermique 1-1 Vue d’ensemble
Bureau d’études indépendant
Spécialiste des énergies solaires
TECSOL : Emargement via Edusign
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Tour de « table »
TECSOL : vos intervenants
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Daniel MUGNIER daniel.mugnier@tecsol.fr Maximilien ENDLER,
max.endler@tecsol.fr
Sébastien DECOTTEGNIE, sebastien@tecsol.fr Loïc GIRARD
loic.girard@tecsol.fr
12 sessions sur 6 jours : 24 novembre au 1er décembre Programme
Bernard GLOMON bernard.glomon@tecsol.fr
1.1 vue d'ensemble, enjeux, contexte 1.2 technologies capteurs
2.1 mise en œuvre
2.2 applications autres que ECS (réseau, clim et solaire concentré) 3.1 Composants d’une installation
3.2 composants (suite), mise en service et maintenance 4.1 schémas de principe hydrauliques
4.2 Auto vidange
5.1 dimensionnements calcul de performances SOLO 5.2 défauts, incidents
6.1 environnement, montage projet, légionnelle 6.2 télé suivi, Mesures, retour d’expérience
Moyens humains - Qualifications
Matériels spécifiques
Études des masques solaires
Suivi des installations ECS solaires GRS CBF - Tecsol Analytics– Tecsol One
Contrôles d’installations solaires Outils de simulation informatique
Premier bureau d’étude français spécialisé en énergie solaire
30 collaborateurs dans 8 implantations régionales Siège : Perpignan – Agences métropole et La Réunion
1 filiale Guadeloupe-Martinique-Guyane
Maîtrise d’œuvre complète
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+ 1905 Audit énergétique des bâtiments (tertiaires et/ou habitations collectives)
Activité certifiée ISO 9001 et 14001
SUIVI MONITORING
Nos autres activités
Télésuivi
• Tecsol One pour les installations de petite ou moyenne puissance ou surface
• Tecsol Analytics pour les installations plus grandes ou puissantes
Innovation
• Tecsol est le dépositaire de plusieurs brevets dont un sur la répartition des flux d’énergie
+ Assistance à
Maîtrise d’Ouvrage juridique
Répartition du CA
Etudes
• Audits d’installations existantes, expertises judiciaires, …
• A.M.O. (Assistance maîtrise d’ouvrage) avec : - Etudes d’opportunité,
- Assistance travaux,
- Mise en œuvre du monitoring
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Rayonnement solaire
Solaire photovoltaïque
Electricité
150-300 kWh/m². an
Chaleur
300-600 kWh/m².an
Solaire Thermique
Deux énergies solaires
L’effet de serre
13
Par définition :
Un gaz à effet de serre est un gaz présent dans la troposphère (la basse atmosphère) et qui intercepte le rayonnement terrestre (composé
d’infrarouges).
L’effet de serre et changement climatique
13
Enjeux et contexte
Effet de serre et changement climatique
Gaz Origine
H2O – Vapeur d'eau Évaporation
CO2 –Gaz carbonique Combustion Pétrole, Charbon, Gaz
CH4 –Méthane; Gaz Naturel Décomposition anaérobie des molécules organiques
(Bovins, rizières, décharges…) ou pyrolyse des composés organiques (exploitation des combustibles fossiles, feux)
N2O –Protoxyde d'azote Engrais azotés - industrie chimique
HFC – PFC –SF6
Hydrocarbures Fluorés (CFC…)
Gaz réfrigérants
Procédés industriels divers (expansion des mousses plastique, composants électroniques, appareillage HT, électrolyse de l’alumine…)
O3 –Ozone Pas d'émissions directe - photoréaction CH4 et Nox
Les principaux GES :
15
Historique des concentrations de CO2 et des températures sur 160 000 ans
15
Historique des concentrations de CO2 sur 1000 ans
17
Réchauffement observé au XXe siècle: + 0,9 °C
17
Découvertes et consommations d’hydrocarbures
19
« Pic oil » ou pic de Hubbert
19
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120
Prod. Prod.
(Gb/an) (Mb/j)
Année
Production passée (tous liquides) Demande prévue (AIE)
Pétrole conventionnel Pétrole extra lourd et sables asphaltiques
110 96 82 68 55 41 27 14 123
En 1956, ce géophysicien annonça une courbe de production du pétrole en cloche
Maximum de production puis décline, symétrique
Type de Gisements exploités 1973 1979
Réserves prouvées
Répartition en pourcentage des réserves prouvées de pétrole dans le monde à fin 2015, d'après les
21 21
Cours du baril de pétrole en dollars (moyennes mensuelles)
Statista 2020
24
Baisse des prix du photovoltaïque, menace pour le solaire thermique ?
24 Source : Solar Heat Markets In Europe – Trends And Market Statistics 2016
(Published In November 2017)
Evolution de la croissance économique et de la consommation d’énergie en France
26
Gisement solaire - Monde
26
Gisement solaire – Bassin méditerranéen
28
Gisement solaire – France
28
28
5,3 5,2
5,7
4,8
kWh/m2jour
Principaux marchés dans le monde (cumulé 2016)
30
Principaux marchés dans le monde (cumulé 2016)
30
Source : Solar Heat Worldwide 2018
Principaux marchés dans le monde (2016)
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Principaux marchés de l’année 2016
32
Source : Solar Heat Worldwide 2018
en Europe
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en Europe
34 Source : Solar Heat Markets In Europe – Trends And Market Statistics 2016
(Published In November 2017)
en Europe
36
Le marche solaire thermique affiche un léger retrait de -4% par rapport à 2017 avec une surface totale de capteurs installés de 50 000 m² en 2018 contre 51 900 m² en 2017.
Après plusieurs années de baisse à 2 chiffres, le marché semble se stabiliser, principalement grâce au segment du collectif qui est désormais devenu le principal marché porteur
Chiffres du solaire thermique
collectif 2018 - FRANCE
Perspectives
Bien que le marché soit bas, on peut espérer une reprise pour le solaire thermique en 2020.
Sur le segment des équipements individuels, les aides à la rénovation sont importantes pour les ménages modestes et intermédiaires.
Comme pour la biomasse, le point de vigilance sera le nombre de Qualisol qui reste encore trop bas. A noter que 2020 sera l’année des 20 ans de la qualification Qualisol, 1ère qualification créée pour les énergies renouvelables.
Les chiffres de marché - FRANCE
Uniclima
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Danemark
Enfin des bonnes nouvelles!!
• Nouvelles installations 478 297 m² (335 MWth) +80,79% 2016/2015
• Cadre politique
Réseaux de chaleur dominent le marché Cadre législatif
extrêmement positif Cadre social positif
(coopératives de chaleur) Baisse compétitivité des
alternatives fossiles Source : Enerplan
Initiatives chez nos voisins européens
LES APPLICATIONS DU SOLAIRE :
Du chauffe-eau simplifié au système solaire combiné
40
Chauffe-eau solaire individuel
40
Chauffe-eau solaire individuel
42
Systèmes solaires combinés
42
Systèmes solaires combinés
44
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Jan. Fev. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sept Oct. Nov. Dec.
Consumption -Production [kWh]
Heating Need coverd by Backup Heating Need coverd by Solar 0
500 1000 1500 2000 2500 3000
Jan. Fev. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sept Oct. Nov. Dec.
Consumption -Production [kWh]
Heating Need coverd by Backup Heating Need coverd by Solar Global Incident irradiation (kWh)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Jan. Fev. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sept Oct. Nov. Dec.
Consumption -Production [kWh]
Heating Need coverd by Backup Heating Need coverd by Solar Global Incident irradiation (kWh)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Jan. Fev. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sept Oct. Nov. Dec.
Consumption -Production [kWh]
Solar Overproduction Heating Need coverd by Backup
Heating Need coverd by Solar Global Incident irradiation (kWh)
(1) (1)
(2)
(3)
Surproduction solaire
Besoin en chauffage couverts par le solaire
Besoin en chauffage couverts par l’appoint
Irradiation globale incidente (kWh)
Systèmes solaires combinés
Chauffe-eau solaire collectif
46
Chauffe-eau solaire collectif Logements sociaux
46
Chauffe-eau solaire collectif Logements sociaux
48
Chauffe-eau solaire collectif Secteur privé - PME
48
Chauffe-eau solaire collectif Secteur privé – Hors PME
50
Chauffe-eau solaire collectif Secteur santé
50
Chauffe-eau solaire collectif Secteur collectivité
52
Réseaux de chaleur solaires
52
Braedstrup, DK, : 10600 m²
capteurs + stockage cuve acier 5500 m3 Rise, DK , 3600 m² de capteurs
Record : 156,694 m² at Silkeborg, Denmark (Arcon- Sunmark AS)
Climatisation solaire
54
Climatisation solaire
54 3
13 23 33 43 53 63 73 83 93
0 200 400 600 800 1000
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 heure du jour [h]
Zenith
Temperature extérieure Radiation solaire
Besoin frigorifique
Climatisation solaire
Bouilleur
Condenseur
Evaporateur
Qb Qc
Qf
Qabs
vapeur vapeur
liquide
solution pauvre sol. riche
Années 1970 – Chocs pétroliers – Démarrage du développement du solaire thermique.
Un peu d’histoire..
Fin 70 – Création de l’Avis Technique-CSTB des capteurs.
+ de 130 fabricants de capteurs répertoriés en France.
Années 2010 – Passage à la RT2012 – Evolutions technologiques concurrentes (CET, PV)
Milieu des années 80 – Baril de pétrole à 10 dollars US – Arrêt du développement du solaire et des économies d’énergie en France.
Naissance du contrat de GRS avec 1ére réalisation à Castres.
Juin 1999 – Plan Hélios 2006 => Plan soleil – Obligation de la GRS pour installations supérieures à 50 m² de capteurs.
Début 2009 – Fonds Chaleur – Fin de l’obligation de la GRS remplacée par la XnA.
2020 – Des conditions difficiles pour le solaire thermique CYCLE??
Pourquoi le recours au solaire thermique est indispensable ?
• Au niveau européen la répartition de la consommation finale d’énergie est la suivante:
• Chaleur 49 %
• Electricité 20 %
• Transport 31 %
• Il existe depuis 35 ans une filaire solaire thermique en France. Elle est exportatrice
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Contexte énergétique du bâtiment
Pourquoi le recours au solaire thermique est indispensable ?
0 5 10 15 20 25 30
Pourcentage (%)
<1919 1919-1945 1946-1970 1971-1980 1981-1990 1990-2000 >2000
Source : Housing Statistics in the European Union 2010
Il faut rénover !... et le solaire thermique est adapté
Plus de 70 % du parc construit avant 1980
• Loi d’orientation sur l’énergie (2005)
– 21 % électricité d’origine EnR en 2010 – + 50 % d’EnR thermique en 2010
– PPI Chaleur
– Recommandation des EnR dans les PLU
• Contraintes
- La RT 2012 limite la conso d’énergie (bâtiments neufs) à 50
kWh/m²/an (saut énergétique plus important que celui réalisé ces 30 dernières années !)
– Durcissement de la RT 2012 (dans l’individuel : contribution EnR de 5 kWhep/m²/an => 2 m² de panneaux solaire thermique)
– Études de faisabilité en approvisionnement(+ 50 m², hors maison individuelle)
– Affichage des performances des logements
Cadre réglementaire
60
• Aides
– Crédit d’impôt – PrimeRenov (particuliers) – Fonds chaleur
– CEE production de chaleur par EnR
• Décisions européennes
– Paquet Energie Climat du la Commission Européenne (2008), prévoit pour 2020 :
20% d’EnR dans le mix européen 20% de baisse des émissions de CO2
20% d’efficacité énergétique supplémentaire
– Objectifs contraignants pour chaque Etat membre (10,6 →23 % pour la France)
– Directive 2009/28/CE : obligation d’intégration EnR dans les nouveaux bâtiments
– Directive 2010/31/EU : nouveaux bâtiments d’ici 2020 une conso quasi nulle (NZEB : Nearly Zero Energy Building)
Cadre réglementaire
60
Extrait PPI 2009/2020
62
• 31 décembre 2012
– Individuel: 150 ktep (3 millions de m²) – Collectif: 35 ktep (0,7 million de m²)
• 31 décembre 2020
– Individuel: 817 ktep (16 millions de m²) – Collectif: 110 ktep (2.2 million de m²)
soit en 2020 : 22,8 millions de m² de panneaux solaire thermique (installés fin 2013 : 2.8 Millions m²)
Perspectives 2020 - PPI
62
Le marché du solaire thermique
• Objectifs de la PPE* chaleur solaire thermique pour 2018:
180 000 tep soit 450 000 m² soit 4 x le marché en 2015.
• Pour atteindre l’objectif 2023 :
336 000 tep soit 3,9 TWh (soit 840 000 m²) C’est le chiffre des installations en Allemagne !
64
Objectifs PPE Chaleur
64
Objectifs PPE Electricité pour comparaison…
66
Préalables
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• Maitrise du bon fonctionnement des installations (Garantie de Performance
Energétique – Garantie de Résultats Solaires)
• Maitrise du coût des installations
• Intégration technique et architecturale
• Maitrise de la mise en œuvre
Quelques idées
• Mise en œuvre d’un tarif de valorisation de la chaleur solaire en c€/kWh
• Programme ambitieux de R&D pour la
chaleur solaire (une feuille de route a été rédigée par l’Ademe en 2012)
• Imaginer le solaire thermique toujours sous l’angle de l’engagement de la performance
68
Quelques avancées Qualifications OPQIBI
68
• 20.10 : Etude d’installations de production utilisant
l’énergie solaire thermique (≥ 20 m²) , créée en 2005 avec l’ADEME et ENERPLAN, reconnue « RGE » jusqu’à fin 2016
• 20.14 : Ingénierie des installations de production utilisant l’énergie solaire thermique (≥ 20 m²), entrée en vigueur le 01/01/15, Reconnue « RGE »
• Durée des qualifications :
➢ 4 ans, avec contrôle annuel
➢ ou probatoire, 1 an, pour les BE (nouvellement créés)
satisfaisant aux critères légaux, administratifs et juridiques;
ainsi qu’aux moyens humains, matériels, méthodologiques.
Qualification QuaIiSol Collectif
• Qualification RGE dès 2016
• Qualification double: répond aussi aux critères Qualisol CESI
• Eco conditionnalité (RGE) ST Collectif au 01/01/17
• Contrôle sur le terrain avec audits d’installations
• Durée de la qualification: 4 ans, avec contrôle annuel (Probatoire, 2 ans, si moins de 2 références sur les 24 derniers mois).
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Qualification Qualibat
70
• 8212 : Installations ST en habitat
collectif ou tertiaire (Technicité confirmée)
• 8213 : Installations ST en habitat collectif ou tertiaire avec contrôle des performances (Technicité
supérieure)
• Installation des capteurs, distribution du chauffage et/ou ECS, raccordements électriques et mise en service
• Audit d’une installation dans les 2 ans suivant la qualification
Exemple d’évolution technologique
• Facteurs intervenus lors de 10 dernières années:
– Amélioration des capteurs solaires. La température de stagnation dépasse 170 °C
– Réglementation thermique qui pousse à surdimensionner les installations
– Usage intermittent des bâtiments et baisse des besoins – Souhaits des MOA d’augmenter le taux de couverture
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La RT 2012 : CESI Optimisé
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CESI compact (1 seul panneau) et volume de stockage solaire limité (110 à 180 litres). L’appoint est en général séparé du volume solaire (ballon monovalent, chaudière mixte murale).
Une des solutions les moins chères en RT 2012
Exemple d’évolution technologique
Modification des
Rayonnement solaire Rayonnement solaire
• Température absorbeur <150°C
• 80°C
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Innovation technique au niveau international
Viessmann est maintenant concurrencé....
Fabricant : Alanod
Environ 2€/m² de capteurs par rapport au Mirotherm..
The system allows a 40°C reduction of the stagnation temperature in typical flat plate collectors, such as in domestic heating systems while keeping efficiency very high. …
Exemple d’évolution technologique
DualSun: le solaire hybride à eau
de l’électricité et de l’eau chaude
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L’offre économique du suivi de fonctionnement à présent pour les installations solaires thermiques !
Suivi, alarmes, interface, S.A.V…
Système robuste!
Autonomie sur pile > 10 ans!
Télésuivi économique
Faible coût…
Système « plug and play »…
High-tech…
Interface graphique et alarmes…
