Modélisation d’un système solaire combiné comprenant une batterie thermique à base de matériaux à changement de phase

Diane Le Roux$^{1,\star}$, Sylvain Serra$^{1}$, Sabine Sochard-Reneaume$^{1}$, Ryad Bouzouidja$^{2}$, Alain Sempey$^{2}$, Zakaria Aketouane$^{3}$, Romain Lhomer$^{3}$, Jean-Michel Reneaume$^{1}$
$^{\star}$ : diane.le-roux@univ-pau.fr
$^{1}$ Université de Pau et des Pays de L’Adour, E2S UPPA, LaTEP, Pau, France
$^{2}$ Université de Bordeaux, UMR CNRS 5295, I2M Bordeaux, France
$^{3}$ Nobatek, INEF 4, Bordeaux France
Mots clés : Stockage d’énergie thermique, Modélisation, Validation expérimentale, Analyse de sensibilité, Eau chaude sanitaire, Chauffage basse température
Résumé :

Actuellement, les systèmes de stockage d’énergie thermique font l’objet d’une attention croissante en raison de leur capacité à répondre à la transition écologique, en utilisant l’énergie de manière plus durable et efficace. En effet, ces systèmes permettent de réguler les intermittences liées à l’utilisation d’énergies renouvelables.

Le stockage thermique de la chaleur latente à l’aide de matériaux à changement de phase a été considérablement étudié au cours des dernières décennies. En effet, sa densité de stockage thermique élevée avec une variation de température modérée permet de réduire le volume de stockage par rapport au stockage de chaleur sensible. Le système utilisant des matériaux à changement de phase est l’une des solutions les plus prometteuses pour réaliser des économies d’énergie, notamment dans les bâtiments tout en respectant le confort thermique des usagers.

L’objectif de ce travail est de développer un système de stockage d’énergie efficace, qu’il est possible de charger et décharger simultanément, pour produire conjointement du froid, du chauffage basse température et de l’eau chaude sanitaire. Pour cela, la batterie thermique sera conçue, modélisée et testée en conditions réelles. Le modèle développé intègrera une façade solaire composée de panneaux thermiques non-vitrés (Batisol®), une batterie de stockage avec des matériaux à changement de phase, jouant le rôle d’échangeur, et d’une pompe à chaleur réversible. Il sera capable de décrire le comportement dynamique du système. Un tel modèle, basé notamment sur les équations de conservation de la masse et de l’énergie, permettra de relier les variables d’état du système et ses paramètres (de conception et de fonctionnement). Le modèle de la batterie thermique composée de matériaux à changement de phase sera ensuite validé modèle en comparant les résultats expérimentaux, obtenus sur le banc d’essai de Bordeaux (laboratoire I2M), avec les résultats de la simulation.

Enfin, une analyse de sensibilité sur les paramètres opératoires sera réalisée afin de sélectionner les paramètres pertinents du modèle utiles pour la prochaine étape d’optimisation. Dans de futurs travaux, ce modèle sera utilisé pour optimiser le système de manière dynamique.

Ces travaux de recherche s’intègrent au projet MCPBat, et impliquent la collaboration de plusieurs laboratoires, le LaTEP de Pau et l’I2M de Bordeaux, et de l’Institut pour la Transition Energétique (ITE) Nobatek/INEF 4.

Work In Progress