Déterminer pour un projet d’énergie renouvelable :

Sa faisabilité

Sa rentabilité financière

Son bénéfice « effet de serre ».

ObjectifsObjectifs

Estimation :Économie

ou Production

énergétique

Estimation :Coût de

l’installation

Géographiques

Météo

Installation

Etude

Matériel

Main d’oeuvre

Estimation :Bénéfice

Effet de serre

Système de référence

TCO2/an

Analysefinancière

TRI

VAN

kWh/an

€

Données financières

Aides financières

Données

Coût

MéthodeMéthode

Données géographiquesDonnées géographiques1- Google Earth2- Geoportail

Données météoDonnées météo1- Météonorm2-

Analyse de l’installationAnalyse de l’installation1. Etude des pentes de toits2. Etude de la structure3. Etude en mairie (bâtiments de France)

Estimation de la productionEstimation de la production1. Etude des ombrages (Carnaval…)2. Estimation logicielle

1. Tsol2. SimSOl3. Solo 20004. CASSSC5. …

Bénéfice « effet de serre »Bénéfice « effet de serre »RetscreenTSOL

Coût de l’installationCoût de l’installation1: PV : 7€/Wc posé2 :ST: 700 à 1000€/m² posé

Ou 350€/m²+2€/litre+5000€(fournitures et main d’œuvre)

Données financières Données financières TVAApport initialTaux d’inflationDérive du prix des énergiesDurée du projetDurés de emprunt Taux d’intérêt

Aides financièresAides financièresCrédit impôt http://www.impots.gouv.fr/

50% du matériel

Aide (région …)http://www.enerplan.asso.fr/

Analyse financièresAnalyse financièresTR : taux de retour sur investissementVAN : Valeur actuelle netteTRI : taux de rentabilité interne….

Approche des ordres de grandeur

Dimensionnement solaire Dimensionnement solaire thermiquethermique

Déphasage entre le besoin et la demande

Nécessité de stocker la chaleurAvec un rendement optimum

ProblèmeProblème

SynoptiqueSynoptique

Evaluation du besoin en eau chaude sanitaire (à 55°):• 20 à 30 l/pers dans les grands ensembles résidentiels (100l/logt)• Crèches : 10 l/enfant• Camping / gymnases : 12 l/douche• Retraites: 40l/litProblème : grosse disparité et forte baisse lors du maximum d’apport solaire

Quels besoins en ECS ? Quel Stockage?Quels besoins en ECS ? Quel Stockage?

Influence du stockage?Influence du stockage?

1 m² de capteur pour 40 litres pour les régions Nord1 m² pour 50 litres pour le Centre1 m² pour 60 litres pour les régions sud

Le ballon solaire sera dimensionné de façon à ce que son volume, exprimé en litres, soit au minimum égal à 50 fois la surface en m² des capteurs solaires

Remarque: Prendre en compte les surchauffes estivales.

Objectif•Taux de couverture des besoins : 40 à 60%•Productivité : 400 à 600 kWh/m².anChez Clipsol : S capteur = 8% S chauffée + 1m² / personne

Quelle surface de capteurs ?Quelle surface de capteurs ?

Influence de la surface de capteurs ?Influence de la surface de capteurs ?

La présence d’un échangeur entraîne une baisse du rendement global du système car elle provoque, toutes choses étant égales par ailleurs, une augmentation de la température de l’eau dans les capteurs, et donc une augmentation des pertes thermiques des capteurs d’où un choix d’échangeur à efficacité élevée.

On veillera à ce que cette baisse de rendement ne dépasse pas 5% soit un coefficient de transfert thermique de l’échangeur de

100 W/°C (par m² de capteur) minimum.

Tce

Tcs

T f s

T f e

Tce

Tcs

T f s

T f e

T

H

T0

TL

Te

Tmax

Chaud Froid

Quel échangeur?Quel échangeur?

Influence échangeur?Influence échangeur?

•Un composant crucial parfois mal dimensionné•Dimensionnement spécifique au solaire (Attention aux données constructeur)•Choisir une efficacité élevée (0,6 à 0,8)

Les débits de fluide couramment utilisés varient de 40 à 70 l/h par m² de capteur solaire.

La puissance du moteur de la pompe (en W) est déterminée par la relation :

K Q H r gP

R

avec :

Q : débit nominal (m3/s) ; H : hauteur manométrique en mètres de colonne d’eau, calculée en tenant compte des pertes de charge du circuit et de la nature du fluide caloporteur ; r : masse volumique du fluide caloporteur (kg/m3) ; g : accélération de la pesanteur (9,81m/s2) ; R : rendement de l’ensemble pompe/moteur, qui devra être supérieur à 0,8. K est un coefficient de surpuissance (sans dimension) compris entre 1,15 et 1,25 pour s’affranchir des pertes de charge dues à l’entartrage (circuit secondaire) ou à la variation de viscosité du fluide caloporteur (circuit primaire).

Quels circulateurs?Quels circulateurs?

Si l’on respecte la contrainte de vitesse de circulation (1m/s), on peut calculer de façon approximative le diamètre intérieur de la tuyauterie à partir de l’équation suivante :

avec : Di : diamètre intérieur du tuyau (mm); Q : débit nominal (l/h) : masse volumique du fluide (kg/m3) ;

33.3i

QD

Quelle tuyauterie ?Quelle tuyauterie ?

Bilan techniqueBilan techniquePlus un capteur est chaud, moins il est efficaceConcevoir des régulations qui donnent priorité au circuit le plus froidLa partie solaire doit être dimensionnée pour atteindre l'économie d'énergie "optimale"Raisonner "systèmes" et pas seulement « composants » Systèmes solaires thermiques :

Ne produit pas de l'énergie thermiqueMais Économise de l'énergie d'appoint

•Mieux vaut sousdimensionner les capteurs solaires en cas de doute•Pas trop quand même : sinon la part des coûts fixes augmente !•Ne pas surdimensionner les ballons de stockage•Mieux vaut surdimensionner l'échangeur de chaleur•Attention à ne pas surdimensionner canalisations et pompes (investissement, consommations d'électricité)L'appoint doit être dimensionné comme s'il n'y avait pas de solaire, notamment puissance des émetteurs de chaleur si chauffage, puissancede la production d'eau chaude sanitaire, puissance du générateur

Critères économiquesCritères économiquesTaux de couverture en énergie utile

Quelle est la part des besoins thermiques (eau chaude sanitaire et/ou chauffage) couverts par l'énergie solaire?

Besoins ECStemp eau froide 10Cap calo 4185volume eau/j (m3) 0,16 Energie utile/an 2716 kWhtemp eau chaude 50Déperdition ballon (W/°C) 2 Energie perdue/an 701 kWh

Total 3416 kWhPrix du kWhelec 0,0515 € cout elec annuel 175,94 €Prix du kWhgaz 0,0470 € cout gaz annuel 160,57 €

Critères économiquesCritères économiquesTaux de couverture en énergie utile

Quelle est la part des besoins thermiques (eau chaude sanitaire et/ou chauffage) couverts par l'énergie solaire?

Taux de couverture des besoins = 1600 / 2680 = 59,7 %

200 l/j à 50°C 330 jours /an 2680 kWh

Apport solaire : 1600 kWh

Productivité = 1600 / 4 = 400 kWh/m².an

Surface capteurs : 4 m²

Production solaire utile

Besoin eau chaudesanitaireECSF

Critères économiquesCritères économiquesTaux d’économie en énergie utile

Quelle est la part des besoins thermiques (eau chaude sanitaire et/ou chauffage) couverts par l'énergie solaire?

, 1SS AS ASSAV therm

SS SS

C C CF

C C

, 1

ASAS

elSAV ext

SSSS

el

WC

FW

C

Css : Consommation d’énergie d’appoint d’une installation de référence non solaireCAS : Consommation d’énergie d’appoint de l’installation solaire

Critères économiquesCritères économiquesProductivité

Quantité d'énergie (solaire ou économisée) par m² de capteurs solaires :

Quantité d'énergie (solaire ou économisée) par m² de capteurs solaires :de 200 à 800 kWh/m² selon utilisation, climat, dimensionnement, etc

Surface A en m²Prod : en kWh/m² et par an

Prod

ECS ECS suutile

F B P

A A

Prod

éco SS ASéco

E C C

A A

Production > 400 kWh /m2par an

Investissements < 2,25€/kWh par an

Cout du kWh économisé < cout du kWh

classiqueDonc

Cout du kWh économisé < 7 c€/kWh

Indicateurs de rentabilitéIndicateurs de rentabilité

Coût du m² installé : 700 €/m² stockage compris Stockage 4000€/m3

Coûts spécifiques: CESICoûts spécifiques: CESI Le coût d’une installation complète pour un Cesi (capteurs, ballon, régulation, raccordements), pour une famille de 3 ou 4 personnes, équipée de 3 à 5 m2 et d’un ballon de 200 à 300 litres, est compris entre 3 800 et 5 800 €, pose comprise. Mais les aides publiques en diminuent largement le coût.

Ou 350€/m²+2€/litre de stockage + 5000€ (fournitures et main d’œuvre)

Solaire collectif: Hotels F1 groupe Accor

Coûts spécifiquesCoûts spécifiques SSC

Matériel installation mise en route : 800 €/m² pour 100 chambres ; 60 m² ; 48000€ -23000€ d’aides du fond chaleurTRI : 10-15 ans

Le SSC coûte, pour sa part, environ 10 000 €10 m2 de capteurs, surface chauffée de 70 m2

et de l’ordre de 25 000 € pour une plus grande 20 m2 de capteurs et 150 m2 de surface chauffée

Il faut, là aussi, noter que le crédit d’impôt efface le surcoût d’une solution plancher chauffant traditionnel.

Coûts spécifiquesCoûts spécifiques• Le coût des capteurs posés représente 30 à 50 % du coût travaux

• 320 à 550 € HT/m², selon la complexité de la pose

(sur châssis, intégration en toiture, sur-toiture)

dont pose : 50 à 100 €/m² selon la difficulté• Ballons

• Ballon acier : 1,5 € HT/l posé à partir de 1000 l

• Ballon inox : 2,2 € HT/l posé à partir de 1000 l

• Echangeurs

• 50 kW : 1000 €

• 100 kW : 1200 €

• 350 kW : 1500 €

• Canalisations

• Entre 20 et 40 € /ml posé suivant le diamètre et la nature de l’isolation.

Coûts spécifiquesCoûts spécifiques

• Coût de l'ingénierie : entre 10 et 17 % du coût travaux

• Surcoûts possibles :• Création de local technique

• Liaisons capteurs / local technique compliquées (grandes distances, changement de bâtiment, tranchées)

• Adaptation toiture

• Module de transfert (pompe,…)•Entre 1000 et 2000 € pour le matériel, même écart pour la pose.

• Régulation

• Entre 1000 et 3000 € pour le matériel.

• Entretien:

• 0,5% de l’investissement• Consommation des pompes

• Coûts de la chaleur solaire (c€/kWh)

Evolution des coûts, fraction solaire..par surface de Evolution des coûts, fraction solaire..par surface de capteurcapteur

•Mieux vaut sous dimensionner les capteurs solaires en cas de doute•Ne pas sur dimensionner les ballons de stockage•Mieux vaut sur dimensionner l'échangeur de chaleur•Attention à ne pas sur dimensionner canalisations et pompes (investissement, consommations d'électricité)

Plus un capteur est chaud, moins il est efficace

Concevoir des régulations qui donnent priorité au circuit le plus froidRaisonner "systèmes" et pas seulement « composants » Systèmes solaires thermiques :

Produit de l'énergie thermiqueÉconomise de l'énergie d'appoint

BilanBilan

Aides financièresAides financières• l’État rembourse 50 % du matériel (certifié) (pose non comprise) sous la forme d’un crédit d’impôt

Pour les installations d’envergure•AdemeInterlocuteur privilégié, gérant des fonds chaleurs (960 M€ sur 2009-2011 renouvelables) où les applications utilisant la biomasse, les PAC sur eau et les installations solaires thermiques (>25 m² avec contrôle des performances).•Contrats de Plan Etat Région (CPER) 2007-2013•Feder ( Fond européen de Développement Régional)•Enerplan 

TSolTSolNouveau projet

TSolTSolChoix du type de système

Choix de système

TSolTSolProfil des besoins en ECS

Météo

TSolTSolDégrossir le projet: fixer le duo capteur-stockage

Assistant d’étude

La simulation permet de f aire son choix.

Pour spécifier rapidement le cahier des charges de l’installation cliquer sur l’assistant d’étudeCe qui permet de spécifier une installation On spécifie :•Les besoins en ECS•Les types de capteur•Taux de couverture •Le chauffage d’appoint•3 types de ballons envisagés

TSolTSolAffiner le projet

TSolTSolAffiner le projet ……

Choix du capteur De son inclinaison et orientation De sa tuyauterie

Sa surf ace, ses paramètres et K

Ou d’un modèle connu

Son ombrage

TSolTSolSimulation et graphiques

Simulation

Calcul de rentabilité

Graphe des simulations

8 courbes max

TSolTSolSimulation financières

paramètres investissements

Frais d’exploitation Economies

Financements

RetscreenRetscreenDonnées géographiques

RetscreenRetscreenChoix des panneaux

RetscreenRetscreenChoix panneaux stockage

RetscreenRetscreenCompléter les données

RetscreenRetscreenFinalisation

RetscreenRetscreenAnalyse financière

RetscreenRetscreenFinalisation

Solo 2000Solo 2000

Zone géographique et station météo la plus proche

Capteur Vitré Sous vide Sans vitrage

Liste de choix de capteur

Fin de liste personnalisable

Caractéristique du capteur choisi Rendement optique Constante K Résultats instantanés

Mode de calcul des déperditions en fonction du calorifugeage

Lexique financierLexique financieraq+aq²+aq3+…+qn  1

1

nqS a

q

Coût d’un prêt

Un capital K de 1000 € prêtés à un taux de 4% /an sur une durée de 15 ans nécessitera un remboursement annuel R

L’année 0 : capital restant du

L’année 1 : capital restant du

L’année 2 : capital restant du

1K R t

1 11 0

1 1

nn t

K t Rt

1 1K R t R t

3 3 2 11 1 1 1K t R t R t R t

Au bout de n années le capital restant dû doit tomber à 0 donc

Lexique financierLexique financierFonction Excel, toute faite

Taux d’actualisation dépression du billet de 100€ (du à la baisse du pouvoir d’achat, à la montée des prix , à l’inflation )