Un système hybride solaire-biomasse répond aux besoins de chauffage des habitations en hiver

L’ajout d’une source d’énergie à base de matière organique à une unité d’énergie solaire pourrait permettre de chauffer à 100 % une maison à un étage pendant les mois les plus froids de l’année et de préserver l’environnement. Pendant les mois plus chauds, le système pourrait générer des surplus d’électricité qui pourraient être revendus au réseau.

Dans le Journal of Renewable and Sustainable Energy, publié par AIP Publishing, des chercheurs chinois et américains décrivent un modèle de simulation informatique permettant de relever le défi de l’intermittence inhérente à l’énergie solaire en ajoutant la biomasse comme autre source d’énergie renouvelable afin de proposer une solution de chauffage fiable et abordable tout en réduisant les émissions de dioxyde de carbone.

« Nous démontrons comment ce système hybride offre une solution de chauffage plus propre et plus économe en énergie que les combustibles fossiles dans les maisons individuelles« , a déclaré le co-auteur Gaoyang Hou. « Le système serait pratique dans les communautés rurales, où les exploitations agricoles disposent de grandes quantités de biomasse sous forme de déchets agricoles qui peuvent être combinées à l’énergie solaire pour combler le fossé électrique urbain-rural et aider l’environnement dans le processus.« 

Le système hybride solaire-biomasse proposé repose sur une technologie multigénérationnelle distribuée qui intègre des sources d’énergie photovoltaïques-thermiques (PV/T) et de biomasse.

La biomasse est produite à partir de matières organiques renouvelables, comme les enveloppes de maïs, les coquilles de noix, la pulpe de bois et les déchets alimentaires et animaux. Un système PV/T, composé de panneaux PV et de capteurs thermiques, est une technologie émergente qui convertit l’énergie solaire à la fois en chaleur et en électricité avec une efficacité de conversion énergétique plus élevée.

Les études sur les systèmes hybrides décentralisés émergents se sont concentrées sur les quartiers et les fermes de serres commerciales. Les chercheurs ont évalué leur système sur la base des besoins en chauffage d’un chalet d’un étage, de novembre à mars, dans le nord-ouest de la Chine, où les températures en hiver peuvent descendre en dessous de moins 20 degrés Celsius (moins 4 degrés Fahrenheit).

Sur l’apport énergétique total, le capteur PV/T a généré 52 % de l’énergie électrique et capturé 8 % de l’énergie thermique disponible. La biomasse a produit les 40 % restants de l’électricité nécessaire au chauffage de la maison.

« Pendant toute la saison de chauffage, l’énergie solaire prédomine dans la fourniture d’énergie, la production d’énergie à partir de la biomasse intervenant lorsque cela est nécessaire pour combler le déficit énergétique« , a déclaré le co-auteur Lei Xu.

Ils ont créé leur modèle de simulation dans TRNSYS (abréviation de transient system simulation tool), un logiciel modulaire de système thermique utilisé pour évaluer les performances des systèmes d’énergie renouvelable thermiques et électriques.

La simulation de leur système hybride comprenait, entre autres, un capteur PV/T, une pompe à chaleur, un réservoir de stockage avec un échangeur de chaleur à tube spiralé immergé, des déviateurs de flux et une chaudière électrique de secours.

Les chercheurs développent un modèle de système solaire-biomasse pour répondre aux demandes de chauffage et de refroidissement d’un petit bâtiment commercial et, en cas de succès, ils prévoient de développer un prototype pour des tests expérimentaux.

Credit: Gaoyang Hou and Lei Xu/ Northwest A&F University

L’article « Modeling and assessment of a novel solar-biomass based distributed multi-generation system » est rédigé par Gaoyang Hou, Lei Xu, Hessam Taherian, Ying Song, Yuchuan Wang, et Lee Moradi. L’article paraîtra dans le Journal of Renewable and Sustainable Energy le 31 mai 2021 (DOI : 10.1063/5.0085305). Après cette date, il pourra être consulté à l’adresse https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0085305.