Le solaire thermique : chauffer et refroidir son process industriel

Performance énergétique
  • Publié le : 18/11/2020
  • Rédigé par : Mahery
On parle beaucoup du solaire photovoltaïque, système qui produit de l'électricité à partir du rayonnement solaire, mais beaucoup moins de l'énergie solaire thermique. Nous vous emmenons au cœur de ce système. 
L'utilisation de l’énergie solaire n’est pas une découverte récente. Nous utilisons la chaleur solaire depuis toujours.  Les possibilités techniques d'utiliser la source d'énergie qu'est le soleil pour la production quotidienne de chaleur sont arrivées à maturité mais pas encore totalement exploitées au quotidien. Plusieurs dispositifs comme le fonds chaleur sont mis en place afin d’inciter les industriels à utiliser cette source d’énergie dans leur process.    

Définition :

Une installation solaire photovoltaïque permet de produire de l’électricité qui est directement injectable sur le réseau électrique via des onduleurs.    Tandis que dans une installation solaire thermique, une énergie propre, les rayonnements solaires sont captés à l'aide de capteurs. Ensuite, cette énergie est transformée en chaleur (énergie calorifique) en suivant différents stades de température. Ensuite, cette énergie est transformée en chaleur (énergie calorifique) en suivant différents stades de température. 
 
 La conversion de la lumière en chaleur se présente par l'échauffement d'un fluide caloporteur. Elle peut être utilisée dans plusieurs process :

  • Assurer la production d'eau chaude sanitaire (ECS) ou pour faire fonctionner un équipement de chauffage
  • Production de vapeur d'eau pour générer du courant via des alternateurs. Par le biais de ce système, il est possible d'obtenir de l'électricité permettant de nombreux usages telle la climatisation par exemple. 
  • Le rafraîchissement solaire : on produit du froid à partir de chaleur issue des capteurs solaires haute température (>90 ℃), généralement à tubes sous vide ou capteurs plans double vitrage en zone suffisamment ensoleillée, grâce à une machine à absorption ou à adsorption.  

Fonctionnement :

On distingue 3 types de technologies permettant l'exploitation l'énergie solaire thermique : 
  • Technologie solaire "active" : cela désigne les applications à basse et moyenne température dans le secteur du bâtiment, des réseaux de chaleur et de l'industrie. Le capteur thermique est conçu pour recueillir l'énergie provenant du soleil et la transmettre à un fluide caloporteur.
  • Technologie solaire "passive" : elle désigne aussi le domaine de la basse température. Elle ne nécessite pas de composants dits actifs (capteurs solaires). Cette utilisation repose sur des concepts de génie civil et climatique impliquant une architecture adaptée et l'emploi de matériaux spéciaux. 
  • Technologie solaire concentrée : ce système fournit de la chaleur haute température (250 - 1000 °C) par concentration du rayonnement solaire. Il est conçu pour actionner des turbines à gaz pour produire du courant. 


Les avantages de l'utilisation de l'énergie solaire thermique :
  • L'énergie solaire est renouvelable, disponible gratuitement et en quantités colossales.
  • En mode exploitation, la production d'énergie n'engendre pas de rejets de polluants ou de déchets. 
  • Les capteurs solaires sont simples d'utilisation et offrent une très grande durée de vie. 
  • Comme les coûts et les technologies sous-jacentes sont bien maîtrisés, le rendement d'une centrale solaire thermique est très élevé. 
  • Dans les pays où on a une forte concentration de rayonnement solaire, le ROI peut être très faible.
  • Elle peut être utilisée dans des process industriels de type frigorifique.

Les inconvénients de l'utilisation de l'énergie solaire thermique :

À l'instar des autres énergies renouvelables (éolien, hydraulique, etc.), il est important de souligner le principal inconvénient de ce système, il s'agit de l'intermittence de cet élément (le soleil). Cela veut dire que pour produire du froid la nuit continuellement, il faudra utiliser une autre source d'énergie. Une solution capable de palier cette problématique est le stockage de la chaleur pour les restituer plus tard.
 
De plus, le délai d production de chaud vers la production de froid est long. Les industriels devront compter au moins 12h pour arriver à cette production combinée.
 
Il est important de gérer la maintenance de l'équipement pour avoir un process plus productif. En effet, contrairement au photovoltaïque qui nécessite qu'un lavage des panneaux, l'énergie solaire thermique nécessite un entretien plus ardu. Cette complication est liée aux capteurs et aux turbines qui nécessitent une attention et une compétence en particulier.
 
Les applications disponibles via des dispositifs :

De la production d'eau chaude sanitaire à la fourniture de chaleur ou de froid pour les exploitations agricoles et industries (chauffage, préchauffage eau, air, produits alimentaires, climatisation…), en passant par le chauffage des bâtiments du tertiaire, ses champs d'applications ne se comptent plus. 
 
L'ADEME met en place des actions afin de promouvoir l'utilisation de l'énergie solaire thermique : 
  • chauffe-eau solaire individuel et systèmes solaires combinés (SSC) ;
  • systèmes de production d'eau chaude collective ;
  • systèmes solaires sur réseaux de chaleur et en industrie. 

Les actions de l'ADEME concernent surtout les applications dans le secteur du bâtiment et la production d'eau chaude, sur les plans de la diffusion, de la certification et du soutien aux activités de R&D. L'installation de ces équipements, notamment pour la production d'eau chaude peut être éligible au "Fonds chaleur" mis en place par l'Etat.

Les Certificats d'Economies d'Energie (CEE) aident le financement des travaux d'économies d'énergie favorisant le solaire thermique.
Il s'agit des fiches d'opérations standardisées (FOS)
BAT-TH-111 : Mise en place d'une chauffe-eau solaire collectif (France métropolitaine) 
BAT-TH-121:  Mise en place d'une chauffe-eau solaire (France d'outre-mer)

Exemple de projet :

Plusieurs projets ont pu être réalisés grâce à l'émergence et au développement de cette technique. BONILAIT PROTEINES, fabricant français d'ingrédients laitiers en poudre destinés à l'industrie alimentaire, a remplacé son ancienne chaufferie vapeur au fioul lourd et une cogénération sur son site de Chasseneuil-du-Poitou. En effet, l'entreprise a opté pour l'installation d'équipements mois émetteurs de CO2. Les travaux effectués s'orientent vers une solution de production de vapeur à base de biomasse, associée au solaire thermique et à la récupération de chaleur sur tours aéroréfrigérants de l'usine. Le fonds chaleur de l'ADEME a soutenu les opérations effectuées sur ce site. 

Le financement de vos travaux d'Économies d'Énergie peut être coûteux alors pourquoi se priver des CEE ?

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