En rafraîchissement solaire thermique, l’énergie solaire est utilisée pour transmettre de la chaleur à un système de production :

• Les systèmes dits « fermé », en eau, utilisent une machine à sorption (ABsorption ou Adsorption) qui ne contient aucun fluide frigorigène et qui transforme par un procédé physique la chaleur en froid. L’eau glacée doit alors être distribuée dans le bâtiment.
• Les systèmes dits « ouvert », à air, utilisent des centrales de traitement d’air équipées de roues à dessication. L’air est directement réchauffé, refroidit, humidifié ou déshumidifié.

Les procédés avec machine à sorption sont les plus répandus. Une centaine d’installation sont aujourd’hui en fonctionnement en Europe et une vingtaine de fabriquant proposent des solutions allant de 10kWfroid à plusieurs centaines de kW. Les capteurs à utiliser pour ces procédés doivent avoir de bonne performance à partir de 60°C, il faut donc privilégier les capteurs plans haute performance ou les capteurs à tubes sous vide. De nombreux fournisseurs européens proposent là aussi des produits adaptés.

(c) GICB Banyuls

Plusieurs différents procédés sont possibles pour rafraîchir les bâtiments en utilisant l’énergie du soleil :

• Procédés électriques

Cette technique consiste à connecter directement des modules photovoltaïques à un système de climatisation classique à haute efficacité. Néanmoins, à l’heure actuelle, tant que le tarif de rachat de l’électricité photovoltaïque est élevé, il est plus avantageux de revendre toute l’électricité produite sur le réseau. Cette solution pourra connaître un très fort essor lorsque le coût de production d’un kWh électrique sera au même niveau du coût d’achat d’un kWh sur le réseau.

• Procédés thermomécaniques

A la différence des autres procédés, ces systèmes ont besoin d’un fluide à plus haute température (200°C) pour assurer le fonctionnement de l’installation. Ainsi, pour atteindre ces niveaux de température, de l’huile thermique doit être utilisée des capteurs solaires à concentration. De ce fait, les procédés thermomécaniques ne sont utilisés que pour les grandes puissances frigorifiques (>100kW) et dans des régions très ensoleillées.

• Procédés à transformation de chaleur

Ce sont ces systèmes qui sont les plus développés et utilisés. Ils se décomposent en deux grandes familles : les cycles ouverts et les cycles fermés.

• Les cycles ouverts

Les machines à cycle ouvert sont en contact avec l’atmosphère et agissent directement sur l’air. En d’autres termes, ces installations produisent directement de l’air froid et non pas de l’eau glacée comme pour les cycles fermés. En conséquence, ces systèmes utilisent toujours l’eau comme réfrigérant. La technologie la plus utilisée pour les cycles ouverts utilise les roues dessiccatives en rotation. La dessiccation par procédé liquide n’est pas encore commercialement disponible.

• Les cycles fermés

Les machines à cycle fermé utilisent un procédé de refroidissement à sorption (absorption si l’agent de sorption est liquide, ou adsorption s’il est solide) pour produire de l’eau glacée. Ces machines utilisent généralement de l’eau comme réfrigérant, mais d’autres fluides peuvent être utilisés comme l’ammoniac par exemple. Les installations de climatisation solaire utilisant des machines à sorption sont les plus réalisées (plus de 90%).

En été, l'énergie du soleil est collectée grâce à des capteurs solaires thermiques. Cette énergie est ensuite stockée dans un ballon qui a pour principal but de lisser les variations d'ensoleillement. Cette énergie est ensuite envoyée vers la machine à absorption qui est alors capable d'extraire de la chaleur du bâtiment. Finalement, toute l'énergie accumulée dans la machine à absorption est évacuée grâce à un système de refroidissement. Si nécessaire un appoint frigorifique (machine à compression de vapeur est utilisée pour compléter la production de frigorie. En été, l’énergie solaire peut également servir à la production d’eau chaude sanitaire.

En hiver, l'énergie du soleil est collectée par les mêmes capteurs solaires thermiques, puis stockée avant d'être distribuée au bâtiment pour le chauffage et/ou l’eau chaude sanitaire. Un appoint de chaleur permettra de couvrir les besoins en absence de la ressource solaire.

Exemples de réalisations :

• RAFSOL, I.U.T. de Saint Pierre, Saint Pierre La Réunion (974) ‐ France
• SOLACLIM, PROMES Perpignan (66) ‐ France
• SOLERA, CEA‐INES, Chambéry (73) ‐ France
• SONNENKRATF, Siège de General Solar Systems France, Haguenau (67) ‐ France

Pré-dimensionnement des InSTAllations de Climatisation et cHauffage SolairE

Le logiciel PISTACHE est un outil de pré-dimensionnement et de prévision des performances des installations solaires de rafraîchissement ou climatisation et de chauffage, production d’eau chaude sanitaire avec ou sans systèmes d’appoint d’énergie.

Disponible en langues française et anglaise, intégrant des bases de données des composants, et particulièrement simple d’utilisation, le logiciel PISTACHE est utilisé par les bureaux d’étude technique, par les installateurs, par la communauté scientifique, pour de l’enseignement et même par des particuliers. Depuis sa mise à disposition fin décembre 2013, le logiciel PISTACHE a été téléchargé près de 1 200 fois à travers le monde, en faisant ainsi un outil de référence pour le pré-dimensionnement des installations de climatisation et chauffage solaire.

Le logiciel PISTACHE est mis à votre disposition gratuitement. Il a été développé par TECSOL et le CEA-INES dans le cadre du projet MeGaPICS, en partie financé l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre du programme HABISOL.

>> Télécharger le logiciel PISTACHE

De nombreuses centrales fonctionnent aujourd'hui en Suède, au Danemark, en Allemagne et en Autriche. L'intérêt pour cette solution est croissant et de plus en plus de centrales solaires sont intégrées à des réseaux de chaleur existants et exploités commercialement. Au Danemark et en Suède, des capteurs solaires thermiques au sol sont aujourd'hui en fonctionnement et raccordés à des réseaux de chaleur. Ils fournissent de la chaleur à un prix compétitif. En Allemagne, des capteurs solaires thermiques intégrés en toiture combinés à un stockage inter-saisonnier permettent de couvrir jusqu'à 50% des besoins de chaleur de plusieurs quartiers résidentiels. En Autriche, la production solaire thermique est directement injectée sous forme de chaleur dans de grands réseaux de chaleur, et un programme a été initié pour équiper plus de 100 réseaux à horizon 2020, avec une volonté de développer l’industrie nationale.

Ils sont aujourd'hui de plus en plus explorés dans les politiques urbaines, puisqu'ils permettent de relocaliser l'énergie et d'améliorer la qualité de l'air, dans un contexte où l'influence humaine sur le climat est plus que démontrée. Aux avantages multiples (ressource disponible partout, intérêt économique certain [pouvoir d'achat, transparence, emplois, externalités minimales...], il sera de plus en plus intéressant de coupler les installations de réseaux de chaleur présents ou à venir avec l'énergie solaire. Ce couplage permettra à terme d'alimenter la mise en place et en oeuvre d'un schéma de transition écologique et énergétique pour les territoires.

Au niveau du continent, les principaux développements ont été initiés au Danemark, en Suède, en Allemagne et en Autriche. En 2017, certains pays ont plus de 30 ans de retours d'expériences dans le domaine, et on cumule une surface capteur européenne supérieure à 1 400 000 m². En France, plusieurs réseaux de chaleur intègrent du solaire en 2017.

Par ailleurs, l'ADEME finance le programme SMART GRID Solaire Thermique.

https://picsol.ines-solaire.org/

Les avantages de l’énergie solaire sur les réseaux de chaleur sont environnementaux, sociaux, économiques et techniques.

PICSol est un outil d’estimation du potentiel de solarisation d’un réseau de chaleur dans les opérations d’aménagement. Gratuit et à destination des maîtres d’ouvrage, des aménageurs et des concepteurs, il permet de vérifier la pertinence d’un approvisionnement de chaleur par le solaire thermique au regard de la performance énergétique du quartier, de sa densité, de ses besoins estivaux et des surfaces disponibles.

>> En savoir plus en téléchargeant la présentation de l'outil.

Les projets européens SDHplus et SDHp2m permettent de généraliser les recherches et les expériences au niveau européen. Le premier, SDHplus, a débuté en 2012 et s'est clôt en 2015. Impliquant 18 partenaires de 13 pays européens, il a débouché sur le second projet, SDHp2m, sur la période 2016-2019. celui-ci développe une approche "from policy to market".

Au cours de SDHplus, plus de 40 études de cas européennes ont été réalisées, dont 8 en France. Plusieurs guides techniques et supports de communication ont été réalisés, et sont disponibles sur le site de SolarDistrictHeatingPlus. En France, trois partenaires étaient mobilisés: AMORCE, CEA INES, et TECSOL.

L'objectif du second projet, p2m, est de mobiliser des investissements sur les réseaux de chaleur solaire et lancer la filière, dans 9 régions européennes partenaires. Il s'agit d'améliorer la politique régionale et le cadre légal, de faciliter l'accès au financement d'installations et de rendre plus compétents les régulateurs et acteurs clés, tout en renforçant les capacités des acteurs du marché, l'acceptation du public, et en soutenant le développement de la filière régionale.

• Retrouvez tous les documents élaborés au cours de SDHplus, ainsi qu'un lien vers ceux du projet SDHp2m ici.
• Retrouvez ici la liste des installations solaire thermique de grande taille en Europe. 

Dans le contexte de création d’un nouveau quartier, l’approvisionnement énergétique en chaleur et électricité doit être réfléchi dès les prémices du projet. Depuis 2009, une étude de faisabilité sur le potentiel de développement en énergies renouvelables doit être obligatoirement réalisée pour tout projet d’aménagement, conjointement à l’étude d’impact. Cette démarche a vocation à insuffler une véritable stratégie énergétique à l’échelle du territoire, en mettant en lumière les possibilités de raccordement à un réseau de chaleur ou de froid, ou en mesurant l’opportunité d’intégrer les énergies renouvelables ou de récupération (EnRR).

Le guide proposé par l'ADEME permettra aux acteurs d’un projet (maitre d’ouvrage, aménageur, concepteur) de vérifier la pertinence de ce choix d’approvisionnement au regard de la performance énergétique de l’éco quartier, de sa densité, de ces besoins estivaux de chaleur et des surfaces de toitures disponibles.

Retrouvez le Guide de conception de réseaux de chaleur solaire adaptés aux éco-quartiers de l'ADEME pour de plus amples informations.

Aujourd'hui, plusieurs installations existent en France.

• Châteaubriant (2016): 2 200 m², 90m³ de stockage - Pays de Loire
• Voreppe (2016): 200 m² - Auvergne-Rhône-Alpes
• Balma-Vidailhan (2014): 450 m² - Occitanie (voir la fiche SOCOL correspondante)
• Juvignac (2014): 300 m² - Occitanie
• CIRAD (2014): 250 m² - Occitanie
• Limeil-Brévannes (2013): 1 500 m² - Ile de France
• St Cristol d'Albion (2016): Provence Alpes Côte d'Azur (rendez-vous dans la présentation d'Hélioclim des EGCS 2017)

En projet/construction

• Montmélian

Châteaubriant

Mis en fonctionnement à l’automne 2011, la chaufferie-bois et le réseau de chaleur urbain permettent d’alimenter en chauffage et eau chaude sanitaire plus de 500 logements sociaux, des équipements communaux dont les établissements scolaires, des structures intercommunales dont l’espace aquatique Aqua Choisel, mais aussi le pôle de santé de Choisel, la maison de retraite ou encore l’entreprise Castel Viandes… Le réseau de chaleur urbain atteint aujourd’hui près de 10 km, il est l’un des plus importants des Pays de la Loire.

Dans la continuité de ses actions en faveur de l’environnement, la Ville de Châteaubriant a décidé, par délibération du 3 novembre 2015, de construire une centrale solaire thermique qui sera raccordée au mois de juin prochain au réseau de chaleur urbain. Ce dispositif, pionnier en France, permettra de produire des calories solaires gratuites et donc de baisser de 5 % le prix de vente de la chaleur aux abonnés.

Lors de la séance du Conseil Municipal du mardi 4 avril 2017, un nouvel avenant relatif au réseau de chaleur urbain a été adopté. Cet avenant est également novateur en France.

En effet, dans la perspective d’un cercle encore plus vertueux d’économie d’énergie, cette décision vise à abaisser la température de retour sur le réseau de 70 à 50°C. Les calories solaires gratuites générées par la centrale solaire seront donc optimisées et permettront de diminuer en proportion l’énergie produite par la chaufferie-bois.

De plus, cet avenant prévoit un système d’intéressement pour les abonnés qui adopteront cette proposition de la municipalité. La Ville les accompagnera afin de les aider à identifier les dispositions techniques à adopter.

L’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME) soutient le réseau de chaleur urbain de Châteaubriant depuis sa réalisation et ne cesse d’accompagner la Ville dans ces démarches novatrices qui d’ailleurs ont été présentées en décembre 2015 à la COP21 à Paris.

L’association AMORCE (premier réseau français d’information, de partage d’expériences et d’accompagnement des collectivités dans le développement durable) soutient ce projet d’envergure et novateur en France, en le valorisant auprès de ses abonnés, qui d’ailleurs viennent en grand nombre visiter la chaufferie-bois.

La Ville de Châteaubriant est engagée pour la croissance verte et poursuit ses actions en faveur du développement durable.

Quelques chiffres: 1 700 m² de surface capteurs, 1 MW de puissance, réinjection prévue de 900 MWh solaires par an sur la boucle de retour du réseau de chaleur. Stockage de 210 m3 qui permettra de restituer la chaleur accumulée la veille. En hiver, lorsque la centrale ne fonctionnera pas, ce stockage permettra de conserver l'eau chaude provenant de la chaudière bois de manière à améliorer le rendement de la chaudière. Coût estimé à 1,5 millions € HT, financé à 70% par l'ADEME, sous condition d'une maitrise d'ouvrage portée par la Ville.

Voreppe

C'est à l'automne 2015 que Voreppe a mis en service son premier réseau de chaleur bois énergie, alimentant en chauffage et eau chaude sanitaire près de 800 logements et 14 bâtiments publics. La ville a engagé la réalisation d'un second réseau de chaleur pour desservir le quartier des Banettes, contrat confié à Veolia et sa filiale, ECHM. Celle-ci a conçu et réalisé une chaufferie biomasse d'une puissance de 500 kW. Les travaux ont démarré en décembre 2016, et la mise en service est prévue pour juillet 2017, avec une exploitation d'une durée de 4 ans, jusqu'au 31 juillet 2021. Ce réseau de chaleur de 800 mètres linéaires desservira une quinzaine de bâtiments, dont une piscine, un EHPAD, deux écoles, des logements collectifs et individuels.

Lors de la consultation, la régie Voreppe Chaleur bois a souhaité ouvrir la possibilité aux candidats de proposer d'autres moyens de production d'énergies renouvelables, notamment le solaire thermique. ECHM a proposé un projet novateur et ambitieux, correspondant aux attentes de la collectivité, avec un appoint par production solaire représentant 6,5% de la production totale. Premier réseau de chauffage urbain à fonctionner avec une production de chaleur solaire en Auvergne-Rhône-Alpes, il s'agit du 3ème sur le territoire français.

Le réseau de chaleur en chiffres

• Longueur : 800 mètres
• Production totale : 1,5 GWh/an
• Centrale thermique solaire de 200m² (100 MWh/an)
• Chaudière bois de 500 kW
• Appoint et secours : chaufferie gaz de la piscine municipale
• Bâtiments desservis : école maternelle et primaire, Ehpad, piscine, et à terme une centaine de logements
• Coût: 1,36 million €, dont 0,7 million € financés par l'ADEME.

Montmélian (en cours)

Montmélian est une commune de 4 000 habitants située au sein du Territoire Cœur de Savoie qui regroupe 43 communes et 34 000 habitants, à 300 m d’altitude, à 15 km de Chambéry et à 50 km de Grenoble. La commune est par ailleurs connue en France et en Europe comme ville pilote dans le domaine de l’énergie solaire, politique qu’elle développe depuis 1983. La commune compte 1564 m² de panneaux solaires thermiques soit 390 m² pour 1000 habitants (10 fois plus que la moyenne nationale qui est de 32 m²).
Championne de France de l’énergie solaire durant de nombreuses années, elle est l’une des quatre premières collectivités locales de France à s’être vue attribuer en décembre 2007 le label européen Cit’ergie pour l’exemplarité de sa politique “Energie-climat”, un label renouvelé en 2012.

La ville développe pour 2018 le nouveau quartier solaire « Triangle Sud », avec l’objectif de couvrir 50 % des besoins en énergie primaire par les énergies renouvelables et particulièrement le solaire, en s’appuyant sur un réseau de chaleur novateur destiné à répondre à 80 % de la demande thermique des 1 000 nouveaux logements. Le projet du Triangle Sud poursuit la dynamique d’innovation. Dans son nouveau PLU, la commune se fixe pour objectif d’accueillir une population nouvelle et de répondre aux besoins en logement de demain. Aux côtés d’un certain nombre de sites en renouvellement urbain, le Triangle Sud est confirmé comme zone d’urbanisation future avec une ambition environnementale forte : réaliser un quartier intégrant un réseau de chaleur solaire avec un taux de couverture solaire des besoins thermiques de 80%. L’étude d’urbanisme pré-opérationnelle pour la conception d’ensemble d’un nouveau quartier de 800 à 1000 logements a été lancée en 2012 sur cette base.