Climatisation Solaire

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Climatisation solaire

Si le coût de la climatisation solaire reste élevé, il s’agit d’une solution efficace pour faire des économies d’énergie. Il existe des systèmes adaptés aux besoins des entreprises, notamment pour des bureaux et des bâtiments administratifs, mais également des modèles adaptés aux besoins des particuliers.



Fonctionnement de la climatisation solaire

La climatisation solaire n’est pas une solution unique. Le terme regroupe l’ensemble des systèmes de climatisations fonctionnant grâce à l’énergie solaire. Le solaire est ainsi la ressource énergétique primaire de ces équipements.

Pour installer un système de production de froid fonctionnant grâce au soleil, il est possible de choisir entre deux grands principes :

  1. l’installation d’un système de compression mécanique avec la mise en place :
    1. d’un climatiseur classique ;
    2. et de panneaux solaires photovoltaïques venant alimenter le climatiseur grâce à l’électricité produite ;

  2. l’installation d’un système de compression thermique (le fluide monte en température) avec la mise en place :
    1. d’un climatiseur à absorption ;
    2. ou d’un climatiseur à adsorption ;
    3. et de panneaux solaires thermiques (l’énergie produite donne lieu à du froid qui alimente le climatiseur).

Ressource énergétique primaire

Production de l’électricité

Fonctionnement

le soleil

panneaux solaires photovoltaïques

  1. alimentation d’une climatisation traditionnelle
  2. grande surface nécessaire pour installer les capteurs

panneaux solaires thermiques

  1. l’énergie solaire thermique est converti en énergie mécanique
  2. fonctionne avec un climatiseur à compression
  1. l’énergie solaire permet d’alimenter deux types de machine à froid :
    1. soit un climatiseur à absorption ;
    2. soit un climatiseur à adsorption.
  1. l’énergie solaire permet d’alimenter :
    1. un climatiseur DEC (Dessicant Evaporative Cooling) ;
    2. ou un système de conditionnement d’air par évaporation.

L’énergie utilisée : le soleil

L’énergie verte utilisée par un climatiseur solaire est le soleil. Il s’agit d’une énergie gratuite qui permet d’éviter de consommer des énergies fossiles ou autres énergies. S’il s’agit d’un investissement élevé lors de l’installation, c’est une solution qui devient rentable après plusieurs années puisqu’elle fait baisser drastiquement la consommation énergétique d’un logement ou de toute autre infrastructure. De plus, le confort prodigué est indéniable. Certains modèles sont réversibles et permettent de réchauffer ou de refroidir une pièce selon les saisons.


Les différentes technologies

La climatisation solaire permet de produire du froid afin de rafraîchir une infrastructure en utilisant différents procédés.

Fonctionnement de la climatisation solaire photovoltaïque

Le fonctionnement le plus simple pour installer un système de climatisation solaire est le photovoltaïque. En effet, il est compatible avec un climatiseur éventuellement déjà installé. Les panneaux solaires photovoltaïques, une fois installés, permettent de produire l’électricité qui alimentera ensuite :

  1. une pompe à chaleur réversible ;
  2. ou un climatiseur électrique traditionnel.

Composition

Fonctionnement

panneaux solaires photovoltaïques

Les panneaux installés sur le toit permettent de capter les rayonnements du soleil en journée afin de produire de l'électricité.

climatiseur classique ou pompe à chaleur réversible

Ces différents systèmes de climatisation utilisent ensuite l’électricité ainsi produite pour fonctionner plutôt que d’utiliser l’électricité de manière traditionnelle comme pour tout autre type d’appareil présent dans la maison.

 

Fonctionnement de la climatisation solaire par absorption

Le fonctionnement consiste à créer du froid en utilisant le soleil comme source chaude. Ce phénomène est appelé absorption. A base de bromure de lithium, les cycles d’absorption et de désorption permettent la création du froid. L’ébullition permet d’isoler l’eau du bromure de lithium. C’est le refroidissement qui permet ensuite aux deux éléments de se mêler de nouveau ensemble. C’est lors de cette phase que le froid est produit. Le froid est ensuite envoyé dans le système de climatisation.
Il s’agit de la technique de climatisation solaire la plus couramment installée en France.

La climatisation solaire par absorption se constitue :

  1. d’un évaporateur ;
  2. d’un condenseur ;
  3. d’un absorbeur ;
  4. d’un désorbeur.

A l’intérieur de ces éléments circulent un fluide réfrigérant. Dans un système de climatisation solaire par absorption ce fluide est généralement constitué d’eau.

Composition

Fonctionnement

dans l’évaporateur

Le cycle commence par l’évaporation du fluide réfrigérant dans l’évaporateur. Le phénomène d’évaporation est créé afin d'évacuer les calories (chaleur) présentes dans l’eau, afin de pouvoir utiliser le fluide une fois refroidi pour climatiser la maison. L’envoi de l’air frais dans le logement ou dans les bureaux se fait via un ventilo-convecteur.

dans le condenseur

Une fois évaporé, le fluide réfrigérant devient inutile. Il doit donc être condensé afin que l’opération puisse être à nouveau réalisée. Ainsi, la vapeur produite est de nouveau transformée en liquide dans le condenseur.

dans l’absorbeur

Le bloc absorbeur absorbe la vapeur afin de pouvoir redémarrer le cycle, jusqu’à saturation.

dans le désorbeur

Lorsque l’absorbeur est saturé en vapeur, le désorbeur se charge de réchauffer le fluide afin de créer, à nouveau, un phénomène d’évaporation. C’est lors de cette intervention que l’énergie récupérée via les rayonnements du soleil est utilisée.

Il s’agit d’un cycle qui fonctionne en continu.

Les fluides frigorigènes, grâce auxquels le climatiseur solaire par absorption fonctionne, permettent de ne pas polluer l’environnement. Les climatiseurs traditionnels, eux, possèdent deux inconvénients majeurs : ils polluent et ont une durée de vie moins longue.

Fonctionnement de la climatisation solaire par adsorption

Moins répandue que les autres systèmes de climatisation, cette solution par adsorption consiste en la production d’une eau très froide. Celle-ci est ensuite compatible avec la centrale de traitement de l’air du climatiseur. La vapeur d’eau est absorbée par un système de récipient sous vide et de gel silice. L’absence du soleil la nuit est un inconvénient pour le fonctionnement de la climatisation solaire par adsorption.

La roue dessicante, aussi appelée roue de dessiccation permet à la climatisation solaire par adsorption de fonctionner :

  1. Le premier circuit concerne l’air entrant. Le principe nécessite la déshumidification et le refroidissement de l’air extérieur capté avant qu’il ne puisse être utilisé pour la climatisation d’une pièce.
  2. Le deuxième circuit concerne l’air sortant. Celui-là est extrait du logement ou des bureaux. A l’inverse, il est humidifié et réchauffé avant d’être renvoyé à l’extérieur.

Ce type de fonctionnement ne convient pas en région humide.


Composition

Fonctionnement

premier circuit (air entrant)

une roue à dessiccation

Elle déshumidifie l’air extérieur par rotation. Elle capte ainsi la vapeur d’eau présente dans l’air grâce à un solide absorbant. Le phénomène de transformation rend l’air plus chaud.

un échangeur

Il refroidit l’air devenu à la fois chaud et sec. Un taux d’humidité normale lui est redonné avant qu’il ne serve à rafraîchir la pièce pour ne pas gêner aux conforts des usagers.

deuxième circuit (air sortant)

une batterie chaude (les capteurs solaires thermiques)

Lorsque l’absorbant présent lors de l’étape de déshumidification est saturé en eau, sa régénération est nécessaire afin qu’il puisse de nouveau captée la vapeur d’eau présente dans l’air extérieur entrant. Pour cela, de la chaleur est nécessaire.
Les capteurs solaires thermiques réchauffent l’eau grâce au soleil. L’eau réchauffe ensuite l’air, ce qui permet la régénération de l'adsorbant avant que l’air ne soit évacué vers l’extérieur.

Les fluides frigorigènes grâce auxquels le climatiseur solaire par adsorption fonctionne permettent de ne pas polluer l’environnement. Le montant des économies réalisé grâce à la climatisation solaire est estimé représenter entre 600 et 700 € par an pour une maison individuelle.

Fonctionnement de la climatisation solaire DEC

Ce type de fonctionnement prévoit la mise en contact directe entre l’eau et l’air. Il s’agit d’un système de climatisation ouvert fonctionnant :

  1. par dessiccation ;
  2. ou par évaporation.

La température ambiante est ainsi diminuée par une augmentation de l’humidité présente dans l’air.

Fonctionnement de l’aérovoltaïque

L’aérovoltaïque est un autre système de rafraîchissement fonctionnant grâce au rayonnement solaire. La chaleur produite par les panneaux solaires photovoltaïques lorsqu’ils sont en fonctionnement est captée par le système aérovoltaïque. Plutôt que de ne pas servir et de se dissiper dans l’air, cette technique relativement récente chauffe la maison en hiver avec les calories captées. Celles-ci peuvent être valorisées tout au long de l’année. Puisqu’en été le système est réversible.

Ainsi, lors de la saison chaude, c’est la fraîcheur présente sous les panneaux solaires photovoltaïques qui est récupérée pendant la nuit. Toutefois, pour le moment, il n’est pas possible de parler d’une véritable solution de climatisation pour un logement ou pour des bureaux. L’aérovoltaïque est actuellement une solution de rafraichissement d’un espace.


Les avantages et les inconvénients

Investir dans une climatisation solaire, que ce soit dans le cadre d’une maison individuelle, d’une copropriété, pour une entreprise ou pour une collectivité permet d’utiliser un équipement écologique n’utilisant que les rayons du soleil pour fonctionner.

Les avantages et inconvénients d’une climatisation solaire

Avantages

Inconvénients

  1. réduction de votre consommation énergétique pour faire fonctionner le climatiseur
  2. fonctionnement silencieux
  3. solution 100 % propre et respectueuse de l’environnement
  4. utilisation d’une énergie gratuite et propre : le soleil
  5. réduction des émissions de CO2
  6. utilisation de fluides frigorigènes non polluants
  7. réduction de la nécessité du stockage d’énergie grâce à une offre qui coïncide avec la demande (plus le soleil chauffe, plus il produit de l’énergie pour alimenter le climatiseur)
  8. convient principalement à l’usage du tertiaire (entreprises, collectivités, etc.)
  9. longue durée de vie (25 ans)
  1. type de climatisation qui ne fonctionne pas la nuit lorsqu’il n’y a pas de soleil, puisque les modèles ne sont pas encore équipés de capacité de stockage
  2. le bioclimatique convient donc mieux pour les maisons individuelles que la climatisation solaire
  3. prix d’investissement élevé
  4. installation complexe :
    1. étude d’exposition pour trouver le meilleur placement des panneaux solaires sur le toit ;
    2. renforcement de la charpente ;
    3. pose des panneaux solaires, etc.

 

Les avantages et inconvénients d’une installation photovoltaïque

Lorsque l’énergie produite par l’installation photovoltaïque n’est pas utilisée par le système de climatisation solaire, elle peut servir à d’autres fins pour ainsi ne pas être gaspillée. En effet, il est rare qu’un système de stockage de l’énergie produite soit installé. Elle pourra donc servir immédiatement pour de l’auto-consommation. L’électricité pourra alors alimenter les besoins de la maison, de l’immeuble, de la collectivité ou de l’entreprise. Il est également possible de revendre l’électricité ainsi produite à un fournisseur d’électricité.

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Avantages

Inconvénients

  1. possibilité de revendre l’électricité non utilisée
  2. prix des panneaux photovoltaïques sont en constante diminution
  1. production discontinue due à l'ensoleillement

Les éventuels systèmes de stockage sont encore pour le moment nocifs pour l’environnement, comme les batteries par exemple. La production discontinue peut entraîner des besoins d’utilisation d’électricité par le biais du circuit traditionnel. Cela implique la perte d’autonomie de fonctionnement du climatiseur solaire mais permet toutefois de faire de réelles économies d’énergie.

Les avantages et inconvénients d’une installation thermique

La production de chaleur générée par les panneaux solaires thermiques sert à plusieurs usages, ce qui permet  d’optimiser l’installation. En effet, ces panneaux solaires peuvent aussi bien servir pour :

  1. en hiver, pour alimenter le réseau de chauffage ;
  2. en été, pour alimenter le réseau de climatisation ;
  3. tout au long de l’année, pour la production d'eau chaude sanitaire, etc.

Avantages

Inconvénients

  1. retour sur investissement très rapide
  1. production discontinue due à l'ensoleillement
  2. prix d’achat du climatiseur
  3. technologie encore peu répandue
  4. équipement volumineux

Les systèmes de climatisation solaire thermique conviennent davantage à des structures nécessitant des puissances importantes, correspondant à 35 kW environ. Pour les maisons individuelles, ce sont des installations dont les puissances sont comprises entre 8 et 10 kW qui conviennent. Toutefois, ces équipements sont encore peu commercialisés.

Il sera possible d’installation un ballon de stockage thermique afin de prévoir la discontinuité de la production. Un appoint électrique pourra être nécessaire, il pourra être remplacé par un appoint hydraulique.


La rentabilité de la climatisation solaire ?

Les systèmes de climatisation solaire représentent un investissement important.

Rentabilité de la climatisation solaire DEC

Le modèle le plus rentable est actuellement la climatisation solaire DEC (Dessicant Evaporating Cooling). Toutefois, seules les régions où le climat est suffisamment sec permettent le fonctionnement optimal de ce type de climatisation solaire.

Le climat convient particulièrement bien dans le sud de la France et également dans la région Rhône-Alpes. Si l’ensoleillement est moins important dans l’est de la France le climat y est plus sec et conviendra également parfaitement à l’installation d’une climatisation solaire DEC (Dessicant Evaporating Cooling). Trop près de la mer ou de l’océan, ce système est à éviter. L’air est trop humide dans l’ouest de la France.

Rentabilité du système à adsorption

Cette solution est moins rentable que la précédente pour la raison principale que les frais d’investissement sont relativement élevés aussi bien en termes d’achat des fournitures que de prix de pose de par la taille du volume de ce système.

Toutefois, si ce système est encore difficilement rentable sur un plan économique, il est tout à fait rentable sur le plan écologique. En effet, sa fiabilité et la non-utilisation de réfrigérants polluants en font un modèle pour le développement durable.

Rentabilité du système à absorption

Les besoins d’entretien de ce type de système sont peu élevés. Il est rentable grâce au fait qu’il est suffisamment fiable pour avoir une longue durabilité. De plus le coefficient de performance du système d’absorption peut être relativement élevé puisqu’il est possible de mettre en place une installation sur plusieurs étages.


Prix d’une climatisation solaire

Le prix à prévoir en fournitures varient en fonction du type de système de climatisation solaire choisi entre le photovoltaïque et le thermique, notamment. Mais aussi en fonction de la technique utilisée :

  1. par absorption ;
  2. par adsorption.

Prix d’une climatisation solaire photovoltaïque

Le prix d’une climatisation solaire photovoltaïque est compris entre 700 et 5 000 €. Il s’agit d’un prix similaire à une climatisation classique, ce qui est lié à son mode de fonctionnement. Un système de climatisation traditionnel est en effet installé, c’est-à-dire : une climatisation monosplit ou une climatisation multisplit. Celle-ci est toutefois combinée avec des panneaux solaires qui alimentent le climatiseur en électricité.

Si les frais de consommation après l’installation sont moindres, il faut toutefois ajouter le prix des panneaux solaires pour connaître le prix global du projet. La climatisation solaire photovoltaïque est actuellement la plus répandue sur le marché grand public.

Prix d’une climatisation solaire thermique

L’installation de panneaux solaires thermiques sur le toit d’une maison individuelle nécessite un espace compris entre 20 et 30 m². Le professionnel définit la surface nécessaire en fonction de la localisation du logement et le climat de cette région. Comptez entre 400 et 700 m² de panneaux pour vous équiper d’une installation solaire thermique.
Certains modèles sont réversibles. Ils permettent de créer du chaud et du froid, ce qui garantit l’optimisation de l’installation.

Ce prix est à compléter par le climatiseur adapté, pour un prix avoisinant les 10 000 €. Pour une maison individuelle, la capacité recherchée sera de 10 kW maximum. Comptez un budget global compris entre 20 000 et 30 000 € une fois l’ensemble des accessoires nécessaires ajoutés au devis :

  1. ballon de stockage ;
  2. système de régulation ;
  3. solution d’appoint électrique ;
  4. vannes ;
  5. tuyauterie, etc.

Les panneaux solaires thermiques ne servent pas uniquement à alimenter le système de climatisation. Ils peuvent également permettre de chauffer la maison ou les locaux de l’entreprise ou de la collectivité, ainsi que les alimenter en eau chaude sanitaire.

Prix d’un climatiseur air-eau ou air-air

La fourchette de prix d’un climatiseur air-eau ou d’un climatiseur air-air est grande. Plus le prix est élevé, plus le modèle proposé généralement une puissance importante correspondant à un rendement meilleur.

Le prix d’un climatiseur air-eau est compris entre 5 000 et 10 000 €.
Le prix d’un climatiseur eau-eau est compris entre 7 000 et 14 000 €.

Pour ce type de système, il faut également prévoir les frais d’entretien, correspondant à une valeur de 100 à 200 € par an.


Mise en place d’une climatisation solaire

Une étude de faisabilité pourra être réalisée par un expert en climatisation solaire qui pourra vous conseiller sur la technologie la mieux adaptée à votre environnement et à vos besoins. L’expert prend en compte la localisation et l’orientation de l’implantation du bâtiment, le niveau d’ensoleillement de la région, la taille de l’habitation ou de l’entreprise, le style de vie des résidents et leurs besoins, etc.

Pour la pose, il est nécessaire de faire appel à un installateur spécialisé en énergie solaire ou à un installateur spécialisé en climatisation. Pour faire installer une climatisation solaire dans une maison individuelle ou dans des locaux administratifs, il convient de contacter un professionnel disposant :

  1. de la certification Quali’Pv pour la pose d’un système photovoltaïque ;
  2. de la certification Quali’Sol pour la pose d’un système thermique.

Il est conseillé de contacter un bureau d’études spécialisé en climatisation solaire afin de bénéficier de la meilleure installation possible. Sachez qu’une installation thermique est plus complexe à mettre en place qu’une installation photovoltaïque.


Prix de pose d’une climatisation solaire

En rénovation, peu d’aménagement du mobilier seront nécessaires pendant la période des travaux. Un professionnel certifié peut faire un devis compris entre 1 000 et 10 000 € pour l’installation d’un système de climatisation solaire. Le prix varie notamment en fonction de la préexistence éventuelle de panneaux photovoltaïque ou thermiques sur votre infrastructure. Le professionnel aura en effet besoin de n’installer que les unités intérieures et extérieures dans ce cas de figure-là, ainsi que de s’occuper des raccordements.

C’est l’installation des panneaux sur le toit qui coûte le plus cher dans cette opération.


Financement de l’installation

Les équipements permettant de faire de réelles économies énergétiques sont des systèmes dont l’installation est encouragée par le gouvernement dans une logique de globalisation d’une consommation plus responsable. Les aides financières sont les suivantes :

  1. une TVA réduite à 5,5 % (au lieu de 20 %) sur les équipements et sur la main d’oeuvre ;
  2. un crédit d’impôt de 30 % maximum sur les frais global des travaux.

Il est également possible de constituer un dossier et de l’adresser à l’Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) afin d’obtenir des aides complémentaires pour le financement de l'installation d’un système de climatisation solaire.

 

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