ENERGIE SOLAIRE
Install Magazine 972 – octobre 2020

Combiner la thermie solaire avec les pompes à chaleur

Le projet SunHorizon teste les concepts dans la pratique

Les panneaux solaires et les pompes à chaleur sont les deux techniques les plus ancrées de l’énergie renouvelable dans les bâtiments. Dans le cadre de la décarbonisation, il est donc évident de vérifier si l’une et l’autre peuvent se renforcer mutuellement. C’est dans ce but que le projet européen SunHorizon a été mis sur pied : il comporte huit applications pratiques dans différentes parties de l’Europe où l’énergie solaire thermique est combinée avec des pompes à chaleur. Deux de ces applications se trouvent en Belgique, plus précisément à Verviers.

Elaborer des concepts techniques

Le projet comporte différentes combinaisons de techniques, ce qu’il est convenu d’appeler les « technology packages », en abrégé TP. Il s’agit ici aussi bien de différents types de pompes à chaleur que de panneaux solaires thermiques.

Le TP1, avec des projets à Berlin et Verviers, combine les pompes à chaleur à la compression thermique de Boostheat avec les collecteurs solaires à vide plats de TVP Solar.

Le TP2, avec des projets à Nuremberg, à Verviers et à Riga, utilise également les pompes à chaleur BoostHeat, mais en combinaison alors avec des panneaux solaires PVT hybrides de DualSun.

Le TP3, avec un projet dans la localité catalane de Sant Cugat, comporte un chiller d’adsorption hybride de Fahrenheit avec les collecteurs solaires de TVP Solar.

Le TP4, avec un projet à Madrid, étudie la combinaison des panneaux solaires PVT de DualSun avec une pompe à chaleur air-eau courante de BDR Thermea.

Le TP5, avec un projet à San Lorenço, également en Catalogne, teste aussi une pompe à chaleur air-eau de BDR Thermea, mais avec un montage mixte de panneaux PV et de collecteurs solaires thermiques du même fabricant.

A travers tout le projet, les réservoirs tampons avec stratification de Ratiotherm sont également utilisés. En dehors des aspects techniques de chauffage pur de l’intégration des diverses techniques, l’objectif consiste aussi à parvenir à un système de surveillance et de commande. Ceci doit permettre aux concepteurs le développement de systèmes optimaux avec un coût d’investissement aussi réduit que possible. On peut ainsi améliorer soi-même le fonctionnement des installations et augmenter le rendement, la fiabilité et le confort.

Systèmes à maturité commerciale

SunHorizon vise spécifiquement les techniques qui sont déjà présentes aujourd’hui sur le marché, ou qui sont à l’aube de l’introduction sur le marché, et vise à améliorer ses performances de manière à parvenir à une large acceptation. Il ne s’agit donc pas de recherche fondamentale, mais de systèmes qui seront applicables à court terme. Le programme a commencé à l’automne 2018 et sera clôturé le 1er septembre 2022. Les résultats doivent, selon les attentes, trouver leur voie sur le marché dans le cours de l’année 2023.

L’objectif n’est donc pas de développer des techniques radicalement nouvelles, mais bien de voir comment l’on peut parvenir à une configuration et une stratégie de réglage de systèmes qui sont à présent proches de l’introduction sur le marché. Des points importants concrets sont notamment la mesure dans laquelle la chaleur solaire peut être utilisée comme une alternative aux pompes à chaleur dans une installation hybride. Dans ce scénario, soit l’installation thermique solaire, soit la pompe à chaleur est utilisée en fonction de la situation.

Une autre possibilité consiste à utiliser la chaleur du soleil comme source de chaleur de manière à augmenter l’efficacité des pompes à chaleur. Des panneaux solaires thermiques ou PVT peuvent régénérer le côté source d’une pompe à chaleur eau-eau ou géothermique. De cette manière, les pompes à chaleur géothermiques peuvent recevoir une application plus large étant donné qu’il faut moins de perçages.

Une troisième variante consiste à utiliser la chaleur solaire pour actionner un cycle thermique. Nous pensons alors, par exemple, à des cycles de compression thermique ou des appareils absorption/adsorption. Dans ce dernier cas, la chaleur solaire peut être également utilisée pour le refroidissement. Dans les régions très ensoleillées, ceci est une idée attrayante.

Une autre question est de savoir dans quelle mesure un surplus de chaleur est créé lors de périodes où la demande de chaleur est faible et comment l’on capte et/ou valorise le mieux ce surplus. Dans les collecteurs solaires, les températures peuvent en effet monter très haut s’il n’y a pas de demande et que l’installation est donc à l’arrêt. Si l’on peut utiliser utilement cette énergie, le rendement global du système augmente considérablement. Une importante limitation est enfin la manière dont tout cela peut être intégré dans des bâtiments. Dessiner des schémas hydrauliques et faire des calculs est une chose, réaliser tout cela concrètement dans l’environnement construit en est une autre.

Evaluer la valeur de la chaleur solaire

La thermie solaire est un secteur méconnu dans le cadre des énergies renouvelables. Sur le plan de la politique et dans les médias généraux, l’attention porte principalement sur l’électricité, et donc par extension, sur les systèmes photovoltaïques. Toutefois, la demande de chaleur reste très plus importante que la demande d’électricité et des collecteurs solaires thermiques peuvent aussi capter plus d’énergie que les systèmes photovoltaïques. Cela entraîne parfois des constatations paradoxales. Si nous examinons les besoins en énergie totaux de l’UE, seuls 19 % des besoins de chaleur sont couverts par la chaleur verte, alors que le courant vert représente une petite 30 % des besoins totaux. Mais bien que l’importance relative de la chaleur verte soit inférieure, l’intérêt absolu est néanmoins nettement plus important (1.197 TWh en chaleur contre 1.050 TWh en courant). La chaleur verte est donc cruciale pour la transition énergétique.

Il existe aussi des arguments techniques pour la thermie solaire. Dans le secteur PV, de nombreuses discussions ont lieu sur le stockage et sur la manière dont ceci peut avoir lieu idéalement pour franchir la période entre la production de pic et la demande de pic. Une installation thermique solaire est toutefois toujours liée à l’une ou l’autre forme de stockage, généralement un réservoir tampon. La demande ne se pose pas ici, l’aspect « stockage » fait partie intégrante du concept. En ce sens, les systèmes thermiques peuvent jouer un rôle clé dans la décarbonisation.

Pour l’Europe spécifiquement, des considérations socio-économiques jouent également un rôle. L’UE est forte sur le plan de la production de collecteurs solaires, tant pour le marché intérieur que pour l’exportation. Ceci contrairement au PV où la part de l’importation est très importante. En misant sur la chaleur solaire, on donne un petit coup de pouce à l’économie de l’UE.

Ne pas oublier le refroidissement

Le refroidissement est un autre aspect qui ne doit pas être perdu de vue. Bien que la consommation d’énergie de bâtiments puisse encore être déterminée provisoirement par le chauffage, le refroidissement est voué à un rattrapage important. Selon certaines prévisions, le refroidissement pourrait être le consommateur d’électricité le plus important en 2050 dans les bâtiments. En utilisant la chaleur solaire directement pour le refroidissement, comme dans les systèmes à cycle thermique, il est aussi possible ici de contribuer à la décarbonisation.

Par Alex Baumans