SPF : Etude sur les panneaux solaires hybrides


©Texte: Daniel Zenhäusern, SPF, Eva Augsten (journaliste spécialisée indépendante). Traduit par Gabriel Blaise (DualSun). Accéder à l’article original (allemand)

A la demande de suisse énergie, le SPF (Institut de recherche pour le solaire de la HES de Rapperswil) a réalisé un rapport très complet sur le marché et l’état des lieux du solaire hybride. Il y a déjà de nombreux produits commercialisés et éprouvés et près de 300 installations en Suisse.

Le rayonnement solaire reçu par une cellule photovoltaïque n’est que partiellement converti en électricité, le reste de l’énergie se transforme en chaleur. Les panneaux Photovoltaïques-Thermiques (PVT), appelés aussi « hybrides » ou « mixtes », permettent la captation de cette chaleur et son utilisation. Ces panneaux produisent à la fois du courant électrique solaire et de la chaleur solaire sur la même surface, ce qui permet des rendements au mètre carré élevés.

 ©Bild: SPF

©Image: SPF

Ci dessus : immeubles collectifs à Sotchà (Scuol). Sur le bâtiment du milieu 130 m2 de panneaux PVT sont installés, ils servent selon la situation à régénérer les sondes géothermiques, de source primaire à la pompe à chaleur ou au préchauffage de l’eau chaude sanitaire. Cette installation sera comparée dans le cadre d’un programme de R&D avec les bâtiments voisins identiques, mais munies de systèmes de chauffage différents.

©Bild: Schweizer Reisekasse (Reka) Genossenschaft

©Bild: Schweizer Reisekasse (Reka) Genossenschaft

Ci dessus : vue aérienne du village de vacance Reka à Blatten bei Naters. 672 m2 de panneaux hybrides sur 4 toits régénèrent un champ de 31 sondes de 150m de profondeur.

©Bild: ZHAW Wädenswil.

©Bild: ZHAW Wädenswil

Ci dessus : au centre commercial et de loisirs Lintharena à Näfels, 292 m2 de capteurs PVT non-vitrés réchauffent un réservoir d’eau de la nappe qui sert de source à une pompe à chaleur. Dans les 8 mois d’avril 2016 à novembre 2016 l’installation a généré 419 kWh/m2 de chaleur plus 136 kWh/m2 de courant électrique.

©Bild: Zug Estates AG

©Bild: Zug Estates AG

Ci dessus : une partie des panneaux PVT sur les immeubles collectifs de Baufeld 3 dans le quartier de Suurstoffi à Rotkreuz. 3487 m2 de panneaux hybrides répartis sur 10 toitures servent à la régénération du champ de sondes.

 

Surtout pour la régénération de la chaleur du sol dans les installations avec forage géothermique

La recherche appliquée travaille sur différents concepts de panneaux PVT depuis près de 40 ans. Depuis quelques années, des produits sont commercialisés et des nouveaux arrivent régulièrement sur le marché. Toutefois, dans le même temps certains fabricants se sont retirés du marché. Ces derniers temps, le marché du PVT a gagné en dynamisme. Une des raisons principales est le recul drastique des prix dans le photovoltaïque qui a permis à la technologie de se répandre à grande échelle. Ainsi les produits PVT qui sont conçus à partir d’un module PV standard sont les mieux représentés sur le marché. En Suisse l’intérêt pour les panneaux PVT s’est aussi éveillé parallèlement au besoin croissant de régénération du sol lorsque la terre sert de source de chaleur pour des systèmes de pompe à chaleur géothermique.

Trois catégories

Dans l’étude de marché les produits ont été divisés en trois catégories :

  • Les panneaux hybrides utilisant l’eau comme liquide caloporteur : avec ou sans vitrage empêchant les pertes par convection.
  • Les panneaux hybrides utilisant l’air comme fluide caloporteur (non-couverts) forment la troisième catégorie. 38 des 53 produits identifiés sont des panneaux non-couverts. Ce mode de construction est clairement le plus répandu, c’est aussi celui utilisé par les 5 fabricants suisses.
  • Les capteurs non-vitrés refroidis par un fluide fonctionnent le mieux pour des applications à basse température. La faible température de stagnation de ces produits (en-dessous de 90°C) présente l’avantage d’éviter la formation de vapeur et de réduire la sollicitation thermique des matériaux de l’installation (toute les problématiques liées à la surchauffe).

Autour de 160 kWh/m2 d’énergie électrique annuelle

Sur le plateau suisse des panneaux PVT non-vitrés bien orientés donnent environ 160 kWh d’énergie électrique par an. Le rendement thermique est très dépendant de l’utilisation et de la consommation de l’installation. Elle va de 150 kWh/m2/an dans une installation classique d’eau chaude sanitaire (ECS) à 250 kWh/m2/an pour du préchauffage d’ECS et jusqu’à 300-400 kWh/m2/an dans un système avec une pompe à chaleur ou la chaleur sert à régénérer le sol ou à augmenter la température de l’eau de la nappe. L’influence du refroidissement du capteur sur la productivité électrique varie également avec la température d’utilisation du panneau. Pour une application à basse température le rendement électrique est environ 5% meilleur que celui d’une installation PV équivalente.
Les capteurs PVT vitrés avec liquide caloporteur peuvent être utilisés efficacement dans des applications à plus haute température. On peut les utiliser comme les capteurs vitrés plans pour le chauffage de l’eau chaude sanitaire ou de l’appoint au chauffage. Leur haute température de stagnation (150°C) requiert toutefois l’utilisation de matériaux spéciaux pour l’encapsulation des cellules photovoltaïques et des colles spéciales, à moins de prendre d’autres mesures contre la surchauffe au niveau du système (dissipateur thermique). Ainsi l’utilisation de ces produits est significativement plus complexe.

Les panneaux PVT à air se composent typiquement d’un panneau PV standard à l’arrière duquel se trouve une coque dans laquelle circule l’air à réchauffer. La plupart des systèmes PVT à air fonctionnent en circuit ouvert. C’est de l’air de l’environnement des panneaux qui est aspiré et réchauffé dans le système avant d’être acheminé vers un consommateur de chaleur. Il existe également des systèmes où l’air circule en circuit fermé. Souvent l’air réchauffé est utilisé directement pour des applications à basse température ; séchage de produits agricoles, aération des bâtiments (chauffage). Il existe toutefois un intérêt croissant pour les systèmes dans lesquels l’air sert de source de chaleur à une pompe à chaleur air-eau.

 

De grands écarts en termes de qualité et de complétude des fiches techniques des produits 

En ce qui concerne la qualité et la complétude des fiches produits on constate de grands écarts. Tandis que les spécifications électriques des produits se rapportent systématiquement aux conditions de test standard (norme IEC 61215), les performances thermiques se rapportent à différentes conditions de tests (p.ex. avec ou sans production simultanée d’électricité). Ceci complique la comparaison directe des produits. Ici le rapport du SPF propose une aide précieuse en expliquant différentes termes couramment utilisés. En sus la situation des subventions pour les panneaux hybrides est explicitée.

 

300 installations en Suisse

En Suisse il y a actuellement environ 300 installations quasiment exclusivement avec des panneaux non-vitrés refroidis par un fluide. La surface totale s’élève à environ 15’000 m2. La nouvelle superficie installée tous les ans est estimée à 3’000 m2 dans l’étude contre 100’000 m2 pour les capteurs thermiques et 2‘200‘000 m2 dans le photovoltaïque. Les applications typiques sont le préchauffage d’eau chaude sanitaire (~30% des installations), la préparation d’eau chaude sanitaire et l’appoint au chauffage (~15%), et diverses combinaisons avec des pompes à chaleur, parmi lesquelles la régénération de champs de sondes géothermiques est la plus fréquente (~30% des installations). Sept installations plus importantes entre 50 et 3’500 m2 ont vu le jour dans le cadre de projets pilotes et de démonstration soutenus financièrement par l’Office Fédéral de l’Energie. Ces installations sont pourvues d’un système de monitoring. Les résultats correspondants sont analysés et documentés par différents groupes de recherche. Le rapport du SPF présente rapidement chacune de ces installations.
A côté du sondage des fabricants de PVT suisses et de pays européens voisins, des maîtrises d’œuvres, des installateurs et fournisseurs de solution complètes, tous membres de la branche du solaire en Suisse ont été interrogés. Sur 600 entreprises inscrites dans le secteur de la technique du solaire, près de 20% ont participé à cette enquête sur le PVT. Environ 80% n’ont jamais réalisé d’installations en PVT, 20% avait déjà participé à une installation. La plupart des entreprises sont intéressées par le PVT et voit la technologie d’un bon œil. Les challenges et le potentiel d’amélioration pour le développement du chiffre d’affaire du secteur se trouvent selon les entreprises dans l’amélioration de la compétitivité, du savoir-faire, de la notoriété de la solution, ainsi que dans la conception du produit.

Rapport PVT du SPF (en allemand)

Explication du graphique 

 graphique température capteur pvt

Graphique : Rendement annuel brut en chaleur (colonnes pleines) et rendements photovoltaïques DC bruts (colonnes rayées) pour différents types de capteurs PVT refroidis par un fluide et rapportés à la surface brute du capteur. (Lieu : Zürich, Orientation: Sud, inclinaison: 45°). Les pourcentages se rapportent à la différence de rendement électrique par rapport à un panneau photovoltaïque standard correctement ventilé.

 

 

 


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