Nouvelle conception de systèmes PVT couplés à une pompe à chaleur air-eau réversible

D’après pv magazine international.

Des chercheurs de l’Université de Saragosse, en Espagne, ont proposé une nouvelle conception pour des systèmes de production énergétique basés sur des panneaux photovoltaïques thermiques (PVT) couplés à une pompe à chaleur air-eau via des ballons de stockage thermique.

Ce système vise à produire chauffage, refroidissement, eau chaude sanitaire et électricité à des bâtiments industriels.

Les universitaires décrivent le mode de fonctionnement du système comme suit : « Le circuit de distribution du chauffage/refroidissement utilise des ventilo-convecteurs comme unités terminales, ce qui permet de fournir une température minimum de 35 °C en hiver et de 7 °C en été. Pour augmenter l’utilisation de la chaleur basse température, l’eau chaude sanitaire est chauffée à 50 °C au lieu de 60 °C, avec des périodes de chauffe à 60 °C pour éviter la légionellose, conformément à la réglementation sanitaire. »

Les scientifiques ont testé le nouveau design sur une période de 5 mois en conditions réelles sur un site industriel appartenant au spécialiste espagnol du PVT Endef, à Saragosse. La centrale hybride pilote est composée de huit modules PVT d’une capacité combinée de 2,6 kW recouvrant une surface de 13,6 m², de deux ballons pour le stockage de l’eau d’une capacité de 350 l pour l’eau chaude sanitaire et de 263 l pour le chauffage et le refroidissement, et d’une pompe à chaleur air-eau réversible Yutaki S6 fournie par le fabricant japonais Hitachi.

La pompe à chaleur présente une capacité nominale de 16 kW en mode chauffage et de 10,5 kW en mode refroidissement. Son coefficient de performance (COP) atteint 4,57 en mode chauffage et 3,31 en mode refroidissement. Le ballon d’eau chaude sanitaire utilise deux échangeurs de chaleur internes, l’un pour le circuit solaire et l’autre pour la pompe à chaleur. Le système peut fournir une chaleur comprise entre 20 et 60 °C en mode chauffage, une eau chaude sanitaire de 30 à 60 °C et refroidir de 5 à 22 °C.

L’équipe de chercheurs a eu recours à des capteurs de température et à des débitmètres pour contrôler les performances thermiques du système, et à un onduleur CC/CA pour analyser celles de l’unité de production d’électricité PV. « Les données sur les conditions météorologiques en temps réel suivies par la centrale pilote sont intégrées dans le modèle. Le modèle transitoire fonctionnant sur la base d’un intervalle de temps de 5 minutes, les chiffres présentés dans cet article sont des moyennes par heure en vue de lisser les résultats ; autrement, les fluctuations viennent complexifier l’interprétation graphique et la comparaison des résultats, poursuivent les scientifiques. Les résultats énergétiques hebdomadaires sont également calculés par intégration, afin de comparer les indicateurs de performance sur une base hebdomadaire. »

Grâce à cette analyse, les universitaires ont observé que le système est potentiellement « auto-suffisant dans l’ensemble » pour répondre à la demande énergétique du bâtiment. Ils affirment également que la centrale pilote présente une déviation négligeable par rapport à la situation simulée. « Les résultats montrent que le COP de la pompe à chaleur estimé dans le modèle transitoire est similaire à celui obtenu avec la centrale pilote, avec une erreur absolue moyenne de -10 % », poursuivent-ils.

Ils présentent leur système dans l’article « Experimental validation of a solar system based on hybrid photovoltaic-thermal collectors and a reversible heat pump for the energy provision in non-residential buildings », paru dans Renewable and Sustainable Energy Reviews.

Traduction assurée par Christelle Taureau.