ENERGIE SOLAIRE
Install Magazine 954 – octobre 2018
Résultats des panneaux solaires hybrides dans la pratique
Expériences menées avec un dispositif expérimental
Pour l’échangeur de chaleur, on a recouru à un type normalement utilisé dans les réfrigérateurs.
Le choix du matérieur isolant est très important. C’est pourquoi on a choisi une isolation haute température de Recticel avec un revêtement spécial.
Le toit de l’annexe a été complètement recouvert.
Les panneaux sont reliés à des conduites de collecteur.
Le principe qui prévaut au système des panneaux solaires thermiques est très simple. Le constat de base est le suivant : plus les panneaux photovoltaïques deviennent chauds, plus leur rendement diminue. En équipant des panneaux solaires d’un système de refroidissement, on fait d’une pierre deux coups : d’une part, on produit plus d’électricité ; et d’autre part, une partie de l’énergie solaire qui n’est pas transformée en électricité, peut quand même être récupérée sous forme de chaleur. Le rendement total par mètre carré augmente drastiquement. Voilà pour la théorie. En pratique, on constate que peu de panneaux solaires hybrides produisent aussi bien de l’électricité que de la chaleur. Leen Peeters, initiatrice de Th!nk E a cherché pourquoi, à l’aide d’une installation expérimentale.
Des panneaux solaires hybrides artisanaux
Leen Peeters est la fondatrice et responsable de Th!nk E, un bureau d’études qui développe des concepts énergétiques innovants. Une pièce maîtresse de celui-ci est le Living Lab, dans lequel sont testées dans la pratique des techniques expérimentales, plus précisément dans le cadre de la rénovation de sa propre maison unifamiliale, qui est en fait une ancienne ferme. On a dans ce contexte équipé une annexe de 33 panneaux solaires Sunpower de 335 kW chacun, soit les modèles les plus efficaces actuellement sur le marché. Afin d’étudier ce que serait le gain de la récupération de chaleur, Leen Peeters a décidé de transformer ces panneaux en versions hybrides.
Elle s’est pour ce faire adressée à un fabricant italien spécialisé, dans le but de réaliser une variante des échangeurs de chaleur tubulaires qui sont habituellement utilisés dans les condenseurs des frigos. Ces échangeurs de chaleur furent fixés à l’arrière des panneaux. L’arrière fut alors isolé, et l’ensemble fut achevé avec une plaque en aluminium. Le choix du matériau isolant n’était pas sans importance : de la vermine ne pouvait pas s’y loger, et il devait être insensible à toute condensation interne. C’est pourquoi on a dans ce cas opté pour du Foamglass. Une solution glycolée qui va jusqu’à -18°C circule dans les échangeurs de chaleur. Cela devait être suffisant pour supporter les conditions les plus mauvaises, soit une combinaison d’une longue période de gel avec du vent froid sur le toit.
Des avantages limités
Après une saison de fonctionnement, le bilan est apparu assez mitigé. Un avantage qui fut confirmé, est celui du rendement électrique supérieur. Suivant les conditions, celui-ci se révèle de 12 à 26% supérieur aux panneaux non refroidis. On doit toutefois faire ici une remarque : le gain majeur est réalisé lors des jours les plus ensoleillés, donc lorsque le rendement global des panneaux PV est déjà élevé. Appliquer des panneaux hybrides à grande échelle, ne ferait qu’accroître les problèmes de suroffre en électricité solaire.
Un deuxième paraît moins évident. Les échangeurs de chaleur des panneaux hybrides sont intégrés dans le système hydraulique de l’habitation, qui comprend aussi les capteurs solaires sous vide. Durant les journées d’hiver, les capteurs sous vide fournissent suffisamment de chaleur pour dégivrer les panneaux hybrides. Cela doit certes se passer de manière proactive : si on attend que tout soit recouvert par la neige et la glace pour brancher le système, cela n’aura que peu d’efficacité. La régulation est à ce titre comparable à d’autres applications destinées à empêcher certaines surfaces de geler, comme des terrains de football ou des allées. Cette fonction possède une grande utilité, dans la mesure où elle permet encore une production de courant solaire à des moments où, ailleurs, elle est en majeure partie arrêtée. Dans un contexte de variations de prix de l’électricité, cela peut même se révéler très avantageux : lorsque l’offre d’électricité solaire est faible, les prix seront plus élevés. Si le refroidissement des panneaux photovoltaïques fait essentiellement grimper les pics en été, le dégivrage aide par contre à compenser les baisses en hiver.
Que faire avec la chaleur ?
Le grand gain du système doit toutefois provenir de la mise à profit de la chaleur. Ce qui est plus facile à dire qu’à faire. Une application évidente est la régénération d’une source de chaleur d’une installation géothermique. Le grand problème est ici que les températures du circuit dans les panneaux solaires peuvent grimper en été jusqu’à 70°C, ce qui est beaucoup trop élevé pour être injecté directement dans le forage. Les matériaux d’une sonde de sol classique (la plupart du temps du HPDE) ne sont pas calculés sur des températures dépassant largement les 30°C. Techniquement, des solutions sont envisageables, comme un échangeur de chaleur/vase tampon intermédiaire, éventuellement combiné avec des débits plus élevés, afin d’obtenir un Δt plus faible dans l’échangeur de chaleur. Mais il s’agit de complications supplémentaires qui font chuter le rendement.
En tant qu’appoint au chauffage en hiver, le rendement déçoit toutefois. Les températures sont trop basses pour être utilisées efficacement en appoint pour l’eau chaude sanitaire ou le chauffage. Comme nous l’avons constaté avec la fonction dégivrage, un chauffe-eau solaire traditionnel réchauffera plutôt les panneaux hybrides que l’inverse.
La conclusion est alors que le système fournit certes de l’énergie, mais pas aux moments et aux niveaux de température qui peuvent facilement être mis à profit. Dans la plupart des cas, il est donc préférable de recourir à des panneaux photovoltaïques classiques en combinaison avec du stockage thermique pour compenser les pics. « La question n’est pas tant que les panneaux ne peuvent rien fournir », ajoute Leen Peeters, « mais bien qu’il existe des tas d’autres possibilités plus efficace sur le marché. »
Pour le chauffage de piscines
Un domaine dans lequel les panneaux hybrides peuvent apporter une contribution utile, est celui du chauffage de piscine. L’installation de Leen Peeters est reliée à une piscine à ciel ouvert d’une contenance d’environ 40.000 m3. Les panneaux hybrides suffisent en été pour maintenir la piscine à température. Cette configuration est une des rares applications où les panneaux solaires hybrides peuvent se traduire par un avantage sur les panneaux PV traditionnels. Une piscine affiche également une consommation d’électricité relativement élevée pour les pompes et le traitement de l’eau. Dans la mesure où les panneaux solaires hybrides fournissent en même temps du courant et de la chaleur, et que le profil de production correspond bien au profil d’utilisation d’une piscine à ciel ouvert, les besoins énergétiques peuvent ici être couverts avec un maximum d’énergie renouvelable.
Un produit de niche
La conclusion est que les panneaux solaires hybrides constituent un produit de niche. L’idée semble prometteuse en théorie, mais dans la pratique, elle n’est efficace que dans des conditions bien déterminées, surtout si on la compare à d’autres systèmes d’énergie renouvelable.
Par Alex Baumans
Photos Th!nk E
