• Climatisation Solaire Réversible

    Schéma système Helioclim

    Helioclim propose une solution innovante de climatisation solaire réversible basée sur une machine à absorption eau / ammoniac, intégrant une solution interne de stockage de l’énergie et alimentée par un ensemble de capteurs solaires thermiques à concentration.

    Cette solution à faible impact environnemental utilise l’énergie gratuite du soleil pour répondre aux besoins en climatisation, chauffage, eau chaude sanitaire mais également tout besoin frigorifique (jusqu’à -60°C).

    Tableau mode et options

    Cette solution utilisant une pompe à chaleur thermique permet donc de produire plus d’énergie, notamment en mode chauffage, que l’énergie solaire collectée, ce qui permet d’envisager une fraction solaire très importante des besoins en chauffage, même dans les zones où l’ensoleillement est plus faible.

    Sans impact CO2 (aucun rejet de gaz à effet de serre), silencieuse, fiable et résistante, adaptée aux petites et grandes surfaces, le solution Helioclim se raccorde aux systèmes de distribution classiques.

    Schéma global

     

     

  • Etat de l’art des capteurs solaires thermiques

    Plusieurs types de panneaux solaires thermiques existent aujourd’hui : capteurs plans, à tube sous vide, de fresnel, etc.

    Les capteurs plans et les capteurs à tubes sous vide ne permettent pas d’atteindre des températures suffisantes pour le fonctionnement de machines à absorption réversibles.

    Les capteurs à concentrateur de Fresnel ont d’importants inconvénients qui rendent leur utilisation trop problématique pour notre application :

    • Par constitution, ce type de capteur voit 30% de l’énergie collectée perdue à cause de la planéité des miroirs utilisés qui ne permettent pas concentration de l’intégralité du faisceau solaire sur l’absorbeur.
    • Les miroirs doivent avoir un suivi individuel du soleil qui complexifie le système et qui peut poser des problèmes de fiabilité et donc de maintenance.

    Les capteurs à concentration cylindro paraboliques sont donc une solution beaucoup, plus adaptée à un système de climatisation solaire réversible.

    Les technologies actuelles les plus répandues sont basées sur des miroirs en verre épais formés à chaud. Ces réflecteurs possèdent une haute réflectivité et une surface non dégradable mais sont excessivement chers et lourds et donc inadaptées à l’intégration aux bâtis.

    Quelques technologies basées sur des feuilles métalliques polies émergent, la mise en œuvre étant plus aisée, mais la réflectivité déjà initialement inférieure se dégrade au cours du temps.

    Il n’existe donc pas aujourd’hui de capteur adapté aux machines à absorption, installable en toiture, fiable et à un prix permettant de se positionner en concurrent des systèmes non solaires.

     

  • Capteurs solaires Heliolight 4800

    Capteurs

    Helioclim a choisi de développer un capteur solaire à haute performance, adapté à la production en série, adapté au couplage avec une machine à absorption et pouvant être intégré en toiture de bâtiment.

    La forme de ce capteur permet de concentrer les rayons du soleil sur un tube absorbeur dans lequel circule un fluide caloporteur.

    Reglage_reflecteur

    Ce capteur très innovant (brevet en cours) possède les caractéristiques suivantes :

    • Miroir en verre, surface inaltérable
    • Très haut rendement : 85% avec une réflectivité > 96%
    • Surface de 5m² par capteur
    • Faible masse : 60kg par capteur
    • Facteur de concentration : 50
    • Absorbeur à tube sous vide

    Les capteurs suivent la course du soleil grâce à une motorisation sur un axe associée à un système de tracking solaire.

    La taille des capteurs et leur poids réduit permet une installation aisée sur le bâtiment.

    Installation toiture

     

  • Absorbeurs solaires des capteurs Heliolight 4800

    Essai mise sous vide absorbeur light

    Les concentrateurs solaires recueillent l’énergie du soleil et la transmettent à un fluide caloporteur circulant dans un tube métallique appelé absorbeur.

    Pour avoir une bonne efficacité à haute température,  tout en étant totalement insensible à la température extérieure, l’utilisation d’un absorbeur à tube sous vide est nécessaire.

    Cet absorbeur est constitué d’un tube métallique possédant un revêtement sélectif à très forte absorbance solaire et très faible émissivité thermique, et d’une enveloppe en verre permettant de maintenir l’ensemble sous vide secondaire.

    La liaison verre métal étanche au vide a été spécialement développée pour cette application.

     

    Cet absorbeur a été développé et intensivement testé par Helioclim.

    Capteur ensoleillé

     

  • Champs solaires

    Rendu 1

    Helioclim propose des champs de capteurs solaires pour la fourniture de chaleur jusqu’à 200°C.

    Les applications sont multiples :

    Alimentation de réseaux de chaleur industriels,

    Alimentation de réseaux de chaleur urbains,

    Alimentation de réseaux de vapeur,

    Fourniture d’eau chaude sanitaire,

    Chauffage de piscines,

    etc.

  • Machine à absorption

    La machine à absorption est l’élément du système permettant de produire du froid et du chaud à tout niveau de température. C’est une technologie connue et maitrisée puisque son invention date de 1854. Elle a bien sur depuis été considérablement améliorée.

    Produire du froid à partir de chaud? comment cela fonctionne t’il :

    Cette machine, dont le fonctionnement est dit tritherme, se décompose en quatre entités : le condenseur, l’évaporateur, le désorbeur et l’absorbeur.

    Principe de la machine sans fond

     

    • Le mélange eau/ammoniaque contenu dans le désorbeur est chauffé par la source d’énergie, dans notre cas la chaleur issue des capteurs solaires à concentration. L’ammoniac s’évapore et passe à travers un rectifieur qui vient purifier les vapeurs de l’eau résiduelle. Le mélange appauvri en ammoniaque est lui conduit vers l’absorbeur.
    •  L’ammoniac pur à l’état gazeux est ensuite recondensé au niveau du condenseur, avec production de chaleur.
    • Après passage de l’ammoniac liquide dans un échangeur liquide vapeur qui va pré-refroidir le fluide, un détendeur va permettre l’évaporation de l’ammoniac dans l’évaporateur, conduisant à la production de froid.
    • La vapeur d’ammoniac est ensuite amenée dans l’absorbeur où elle va s’absorber dans la solution pauvre en ammoniaque issue du désorbeur. Cette nouvelle solution, riche en ammoniaque, et ensuite ramenée au désorbeur pour un nouveau cycle.

    Machine pilote 10 kW sur alimentation solaire :

    Démonstrateur complet2 light

  • Choix du couple eau/ammoniac

    Pourquoi le choix du couple eau / ammoniac ?

    Il existe d’autres type de machine, en particulier celle utilisant le couple eau/bromure de lithium, mais seul le couple eau/ammoniac permet d’avoir une machine réellement réversible, c’est à dire pouvant produire du chaud et du froid quelle que soit la température extérieure.

    Ce choix de couple fluide nous permet également un fonctionnement en froid industriel, ainsi qu’une solution de stockage de l’énergie permettant d’optimiser l’efficacité de la solution Helioclim et de diminuer encore la facture énergétique des utilisateurs.

    L’ammoniac est un frigorigène particulièrement intéressant pour demain compte tenu de son impact nul sur le réchauffement global et la destruction de la couche d’ozone. L’Assemblée Nationale travaille à une réglementation plus favorable à l’utilisation de l’ammoniac pour s’aligner sur celle en vigueur dans les autres États membres européens.

    De plus, la machine eau / ammoniac peut fonctionner avec des échangeurs secs pour l’évacuation des calories en mode froid, et non avec des tours aéroréfrigérantes (refroidissement à voie humide fonctionnant sur le principe de la pulvérisation de l’eau dans l’air) nécessaires pour les systèmes eau / LiBr. Ces échangeurs secs fonctionnent indépendamment de l’hygrométrie et permettent de s’affranchir des contraintes réglementaires liées aux risques de dissémination de légionelles dans l’atmosphère.

    Notre système fonctionne donc également dans les zones tropicales où les tours aéroréfrigérantes ne peuvent plus fonctionner.

     

    Dans notre solution, l’ammoniac est confiné à la machine et ne circule pas dans les bâtiments utilisateurs. La machine à absorption eau / ammoniac sera dans un local technique indépendant des bâtiments à climatiser ou chauffer.

  • Stockage

    La caractéristique principale de l’énergie solaire, outre sa faible densité, est sa disponibilité intermittente du fait notamment de l’alternance jour / nuit.

    Le système Helioclim possède en interne un dispositif de stockage de l’énergie permettant une utilisation continue malgré l’intermittence de la disponibilité solaire. L’originalité du système Helioclim est que le stockage se fait sous forme chimique et non thermique comme dans la plupart des installations solaires. Cette solution est ainsi sans déperdition énergétique et donc sans limite dans le temps.

    Le Tableau ci dessous présente un comparatif des volumes, températures et pressions nécessaires pour stocker 100 kWh d’énergie (énergie nécessaire pour climatiser pendant 24 heures environ 200m2 de bureaux).

    Stockage

    La solution Helioclim permet non seulement de diminuer le volume nécessaire mais également de ramener la température du liquide de stockage à la température ambiante, ce qui permet de n’avoir strictement aucune perte d’énergie.

    L’énergie peut donc être stockée sans isolation et sans limite de durée.

  • Energie de relève

    Lorsque ponctuellement, l’ensoleillement est insuffisant, le système fait appel à une énergie de relève. Cette énergie sera, en fonction des disponibilités, du gaz, du fioul, du bois ou toute autre énergie disponible.

    Compte tenu de la disponibilité solaire, l’appel à cette énergie de relève sera essentiellement lors des besoins en chauffage. Même dans ce cas, l’utilisation du système Helioclim reste économiquement et écologiquement rentable.

    En effet, le rendement en pompe à chaleur est de 160% minimum, soit 60% d’économie par rapport à l’utilisation directe de cette énergie thermique.

    Pour comparaisons les meilleurs systèmes présents actuellement sur le marché sont :

    • Chaudière à condensation : rendement maximum inférieur à 110 % sur PCI.
    • Pompe à chaleur électrique rendement inférieur à 155 % sur PCI (4/2.58=155%).
  • F.A.Q.

    Comment se positionnent les capteurs en cas de fortes intempéries (grêle, vent violent)?

    Les capteurs Helioclim sont installés sous formes de ligne de capteurs, et chaque ligne est motorisée sur 1 axe. Les capteurs peuvent ainsi se positionner face miroir vers le sol afin de protéger le verre de la grêle et limiter la prise au vent.

    Capteurs en position de sécurité

     

    Pourquoi utiliser le solaire thermique et non photovoltaïque ?

     Il y a plusieurs raisons à ce choix :

    •  Le rendement est le rapport entre l’énergie produite par un système et l’énergie utilisée par ce système pour son fonctionnement.
    •  Le rendement global de la technologie thermique associée à une machine à absorption est plus de quatre fois supérieur à un système de climatisation classique à compression associé à une source d’énergie photovoltaïque :

    Tableau comparaison photovoltaique

    • Aujourd’hui, la rentabilité des installations photovoltaïques est basée sur un prix de rachat de l’électricité subventionné très au dessus du prix du marché. Or, la tendance actuelle tend vers une forte diminution, voire la disparition de ces subventions.Sans ces subventions, ces installations photovoltaïques actuelles ne sont pas compétitives.
    •  L’énergie grise liée à la fabrication des panneaux photovoltaïque, est très supérieure à celle des panneaux thermiques et les systèmes solaires thermiques sont bien plus robustes et durables dans le temps.

     

    Helioclim a voulu, pour sa solution, limiter l’impact environnemental lié à la fabrication de ses produits et optimiser les aspects de maintenance en assurant une robustesse maximale au système. Le choix du solaire thermique en fait partie.