13 mars 2017

Viessmann Vitovalor 300-P : chaudière gaz HPE à micro-cogénération (pile à combustible)

viessmann vitovalor 300-P pile à combustible

Avec la pile à combustible Vitovalor 300-P, Viessmann reste indéniablement toujours leader et tourné vers l'avenir en proposant une technologie innovante pour la production d'électricité et de chaleur. La pile à combustible Vitovalor 300-P est un système de micro-cogénération pour le domestique ou le petit tertiaire qui rassemble dans un même ensemble compact, une chaudière individuelle gaz murale à condensation modulante d'une puissance nominale de 19kW, un réservoir tampon, un préparateur d'eau chaude sanitaire, et une pile à combustible offrant une puissance électrique de 750Wel et une puissance thermique de 1kWth. La machine est donc capable de moduler sa puissance thermique de 1 à 20kWth. Le ballon tampon de 170 litres qui fait office d'accumulateur de chaleur, irrigue un échangeur à plaques qui, grâce à une vanne, alimente soit un ballon de 46 litres pour la production d'ECS, soit le circuit de chauffage.


La pile à combustible Viessmann Vitovalor 300-P fonctionne toute l'année, 24 heures/24 : 20 heures de production d'électricité, 4 heures de régénération. Elle produit 15kWhel par jour ce qui représente chaque année 5.000kWhel, soit environ 70% des besoins annuels d'électricité d'une maison de 100m². Cela représente environ 130kWhEP/m².an en tenant compte du coefficient de 2,58 pour la transformation de l'électricité en énergie primaire. Le rendement de production d'électricité atteint 40% et 90% pour le rendement global du système. La faible puissance de la pile lui permet de fonctionner donc toute l'année, même en été, où sa puissance thermique de 1kW produit uniquement l'ECS.

Le module pile à combustible suffit à couvrir la majorité des besoins de chaleur, la chaudière gaz ne se mettant en marche qu'en cas de températures extérieures très basses ou de soutirage important d'eau chaude sanitaire. La pile à combustible permet quant à elle de satisfaire une partie des besoins en électricité de l'habitation.

La Viessmann Vitovalor 300-P est aussi un produit peu encombrant (moins d'1m² au sol : 0.65m²), avec les mêmes raccordements qu'une chaudière (eau froide, gaz, électricité, départ ECS, départ et retour chauffage, évacuation des produits de combustion). Ses dimensions sont largeur 1080 x profondeur 595 x hauteur 1932mm, avec une hauteur minimale requise pour la pièce de 2250mm.

Vitovalor 300-P couvre 70-80% des besoins électriques en autoconsommé (envoyée vers le réseau pour les 20% restants), 100% des besoins en chaleur, et baisse de 50% les émissions de CO2 par rapport à une chaudière classique ! Dans une maison conforme à la RT2012, le coût annuel du chauffage et de la production d'ECS sera inférieur à 300€, soit 25€ par mois en moyenne !

Avec son excellent rendement électrique, cette technologie de micro cogénération est particulièrement adaptée pour couvrir les besoins des maisons individuelles neuves ou rénovées de haute performance. Elle est ainsi particulièrement performante avec des systèmes basse température : la Vitovalor 300-P convient par exemple idéalement aux maisons individuelles ou jumelées neuves dont les besoins calorifiques sont faibles. L'appareil se montre aussi particulièrement performant lorsque les températures de retour sont faibles. Idéalement adaptée aux planchers chauffants, cette solution convient également à des installations avec radiateurs basse température ayant une température de retour maximale de 40°C.

Avantages pour l'utilisateur

  • Production décentralisée d'électricité pour couvrir une grande partie des besoins de base en électricité au prix du gaz (une solution d‘indépendance par rapport à la hausse du coût de l'électricité).
  • Un rendement électrique à minima 2 fois plus élevé que les solutions classiques de cogénération.
  • Forme compacte et peu encombrante : surface d'installation de 0,65m².
  • Haute performance énergétique et préservation de l'environnement (jusqu'à 50% de réduction des émissions de CO2 par rapport à la technologie gaz condensation).
  • Pas de pièces en mouvement d'où un fonctionnement silencieux.
  • Analyse grâce aux fonctions de comptage intégrées d'électricité, de gaz et des quantités de chaleur produites.
  • Un niveau sonore particulièrement faible : < 30 dB(A).
  • Commande à distance et consultation en temps réel de la production d'électricité et des besoins de maintenance par smartphone ou tablette via l'application ViCare.
  • Technologie sûre et éprouvée : plus de 100.000 piles à combustible PEM ont déjà été installées depuis 2009 (situation 01/2017) en Asie.
  • Fonctionnement possible au gaz H ou L.
  • Solution innovante conforme à la loi de la transition énergétique : rendement sur énergie primaire (EP) > à 140%.

Principe de fonctionnement

Une pile à combustible est un réacteur électrochimique qui convertit l’énergie chimique d’un combustible en électricité et chaleur sans combustion et sans parties en mouvement. Elle utilise une réaction d’oxydoréduction via deux électrodes séparées par un électrolyte qui assure la diffusion des ions. Une cellule comme celle schématisée ci-dessous produit environ 1V, le courant dépendant de sa taille. Ces cellules sont ensuite assemblées en série dans un module de piles à combustible.


La pile à combustible fonctionne avec de l'hydrogène et de l'air, l'hydrogène étant obtenu depuis le gaz naturel grâce au dispositif de traitement du gaz intégré. La Vitovalor 300-P nécessite donc au même titre qu'une chaudière gaz, un raccord au gaz naturel, un apport d'air pour la réaction électrochimique et une évacuation des fumées (forcément verticale : ventouse verticale ou tubage ancien conduit). La chaleur induite par la production d'électricité servira pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire, toute l'énergie est ainsi utilisée sans perte.

viessmann vitovalor 300-p vue intérieure

Les types de piles sont définis par l’électrolyte et les catalyseurs utilisés, tous deux ayant un impact sur le traitement du combustible et la température dans le système. Il existe des piles SOFC (Solid Oxyd Fuel Cell), MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell), PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), et PEM (Polymer Exechange Membran Fuel Cell). A ce jour, les piles à combustible de type PEM présentent le meilleur compromis technico-économique : rendement électrique compris entre 35 et 40%, durée de vie supérieure à 10 ans.

Le cœur de pile de la Vitovalor 300-P est de type PEM (encore dénommée Proton Exchange Membrane ou Polymer Elektrolyt Membran) et est produite par Panasonic : plus de 100.000 piles à combustible PEM produites en série par Panasonic sont déjà disponibles sur le marché japonais. Le cœur de pile transforme le gaz naturel en hydrogène qui réagit avec l'oxygène de l'air, entre deux électrodes (anode et cathode) séparées par un électrolyte. Cette réaction d'oxydoréduction assure une production d'électricité, la chaleur fatale étant récupérée, via un échangeur, pour participer au chauffage et à la production d'eau chaude sanitaire. La transformation directe de l'énergie chimique en énergie électrique, par la pile, élimine toute perte intermédiaire et améliore donc le rendement énergétique global de la production d'électricité et de chaleur. L'hydrogène est consommé dès sa production.




Entretien

La Vitovalor 300-P est aussi durable qu'une chaudière à condensation ! La membrane échangeuse d'ions, qui forme le cœur des composants de base de la pile à combustible, est donnée pour une durée de vie de 60.000 heures, soit environ 14 ans pour le système Vitovalor 300-P.

La maintenance prévue par Viessmann consiste à changer le filtre à eau tous les 2 ans, une sonde tous les 5 ans, sans changer le cœur de la pile durant toute sa durée de vie.

Module de gestion énergétique intelligent

La micro-cogénération avec pile à combustible est asservie aux besoins de chaleur et son fonctionnement est optimisé selon les besoins en énergie électrique. Le module de gestion énergétique intelligent intégré réagit en fonction des besoins spécifiques de l'utilisateur : le module « pile à combustible » ne se met en marche qu‘en prévision d‘une auto-consommation d‘électricité uniforme pendant une durée de fonctionnement importante.

Naturellement, Vitovalor 300-P est aussi associée à une application Vitotrol pour Smartphone et tablette qui permet son pilotage et indique l'énergie produite.

Installation Viessmann Vitovalor 300-P en maison individuelle

[1] Module à pile à combustible
[2] Chaudière de charge de pointe
[3] Système fumées/air fourni
[4] Compteur électrique intégré
[5] Interface de communication
[6] Compteur électrique (bidirectionnel)
[7] Réseau électrique dans la maison
[8] Réseau de distribution électrique public
[9] Internet
[10] Application Vitotrol
[11] Gaz naturel
[12] Eau


Une solution pour la RT2020

Les constructeurs se sont adaptés, non sans mal, à l'exigence BBC dans la RT2005, puis à la RT2012, en constatant au passage que s'ils s'écartent des méthodes constructives que maîtrisent bien leurs partenaires locaux, leurs coûts de construction s'envolent et les pathologies s'accumulent.

Donc ce qu'ils cherchent et que la Vitovalor 300-P leur apporte, c'est un moyen simple d'atteindre l'exigence BEPOS prévisible en 2020 sans bouleverser leur système constructif, car la Vitovalor se pose comme une simple chaudière gaz à condensation !

Avec son système constructif actuel, une Vitovalor 300-P et seulement 5m² de panneaux photovoltaïques sur le toit, une maison devient BEPOS. De plus, en additionnant les aides de GrDF, de l'ADEME, des Régions, le coût d'une pile à combustible est ramené à 12.000€ environ. Ce qui revient à un surcoût de 7.000€ par rapport à une bonne chaudière à condensation, un prix acceptable pour les constructeurs de maisons pour accéder au BEPOS. 


Ambitions sur le marché français

Cette technologie fait l'objet d'un projet ambitieux de développement sur le marché français dans le cadre d'un consortium associant GRDF, Viessmann, le Crigen (l'un des laboratoires de la direction Recherche & Technologies de GDF Suez) et le Costic (Comité scientifique et technique des industries climatiques) et soutenu par l'Ademe.

Dans le cadre du projet « EPILOG », trois piles à combustible au gaz naturel ont déjà été expérimentées depuis 2014 en conditions réelles à Forbach (Moselle) par le consortium, avec pour objectif de développer sur le marché français à l'horizon 2017 cette technologie adaptée aux petits bâtiments très bien isolés.

Les 3 piles à combustible au gaz naturel, produisant électricité et chaleur, ont été installées dans trois bâtiments rénovés de la commune : une maison individuelle occupée par un gardien de stade, une crèche de 25 berceaux et deux logements collectifs. Le Costic, avec l'appui du Crigen, a instrumenté entièrement l'expérience via un dispositif de mesures en continu (des capteurs équipant une quinzaine  de points de mesure par site), pour disposer de données quantitatives fiables permettant la mesure des performances.

Aujourd'hui, la Viessmann Vitovalor représente la solution technologique de micro cogénération la plus aboutie et est suffisamment mature techniquement pour être commercialisée. Mais son succès nécessite une adaptation aux spécificités du marché visé dans chaque pays ainsi qu'une préparation de l'environnement réglementaire et des acteurs de la filière.

Chez Viessmann, les piles à combustible pour la production d'énergie domestique ne sont donc plus en phase de test. Viessmann est la première entreprise à introduire sur le marché européen des piles à combustible produites en grande série. Cette solution dispose, par rapport aux solutions à moteur Stirling, d'en rendement électrique deux fois plus important.

Pour autant, en l'état, on ne peut pas mettre en avant la Vitovalor 300-P comme une réponse à l'ensemble de la précarité énergétique. Son prix d'installation sera de l'ordre de 15.000€HT, qui en fonction des coûts actuels de l'électricité et du gaz naturel en France n'est pas toujours amortissable par rapport à une classique chaudière HPE.


carateristiques techniques viessmann vitovalor 300-p



Nous vous remercions pour votre visite !
N'oubliez pas de partager cet article sur les réseaux ...