Institut für Nachhaltige Chemie und UmweltChemie - Leuphana Üniversität Lüneburg

LE FROID SOLAIRE PAR SORPTION EN AFRIQUE

ou Comment le soleil souffle le chaud et le froid

N’TSOUKPOE K. Edemntsoukpoe@inkubator.leuphana.de

APPLICATIONS SOLAIRES THERMIQUES BASSE TEMPÉRATURE:

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

APPLICATIONS SOLAIRES THERMIQUES BASSE TEMPÉRATURE

Froid solaire par sorption: climatisation réfrigération congélation

25

75

100

50

125T [°

C]

Chauffage de piscine

Fours & cuiseurs solaires

Séchage solaire

Eau chaude solaireChauffage de l’habitat

Procédés industrielles

Distillation solaire

Cycle organique de Rankine

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

Climatisation: 55-65% de

la consommation

électrique

FACTURE ÉLECTRIQUE*

Client: Bâtiments C

limatisés

en Afrique Noire**

*Votre électricité est essentiellement produite à partir du pétrole importé.

** Veuillez consulter le planning de vos prochains délestages au verso.

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

LE FROID SOLAIRE: POURQUOI OU POUR QUOI?Climatisation

Réfrigération/Congélation

Questions économiques (dépendance énergétique, etc.) Questions environementales

Bâtiment tertiaire Secteur résidentiel Véhicule automobile

Conservation de médicaments & vaccins Bateau de pêche Chambre froide

Afrique: quasi totalité sont des cycles à compression qui ont surtout besoin d’électricité:

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

PRINCIPE DU FROID PAR ABSORPTION

Apports solaires

Rejet vers l’environnement

Chaleur d’absorption

Production du froid

Principaux couples utilisés:

LiBr/H2O: climatisation

H2O/NH3: jusqu’à -40°C

Désorbeur Condenseur

ÉvaporateurAbsorbeur

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PRINCIPE DU FROID PAR ADSORPTION

Désorbeur

Apports solaires

Condenseur

Rejet vers l’environnement

Chaleur d’adsorption

Production du froid

Mêmes composants

DÉCHARGE

CHARGE

CYCLE INTERMITTENT CYCLE CONTINU

Principaux couples d’adsorption: silicagel/H2O, charbon actif/NH3

Adsorbeur Évaporateur

Apports solaires

Rejet vers l’environnement

Chaleur d’adsorption

Production du froid

Désorbeur Condenseur

Évaporateur Adsorbeur

Apports solaires

Rejet vers l’environnement

Chaleur d’adsorption

Production du froid

Adsorbeur Condenseur

Évaporateur Désorbeur

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

PRINCIPE DU RAFFRAICHISSEMENT PAR DESSICATION

Principaux couples de sorption: silicagel/H2O, LiCl/H2O

Apports solaires

Humidificateur

Humidificateur

Récupérateur de chaleur

Capteur solaire

Dessicateur(sorbant)

Air neuf Air soufflé

LOCAL À RAFFRAICHIR

Air extraitAir rejeté

CENTRALE DE TRAITEMENT D’AIR AVEC REFROIDISSEMENT ADIABATIQUE

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

CHOISIR UN PROCÉDÉ EN AFRIQUE NOIRE: SPÉCIFICITÉS

Marché potentiel: unités de faibles puissances (2-10 kW) mais le tertiaire = lieu d’introduction privilégié

Prendre en compte le besoin de stockage du froid

Coûts: capacité financière des utilisateurs généralement limitée

Échecs d’installations souvent liés à des problèmes de maintenance

Possibilité de production surplace?

Ensoleillement abondant pendant toute l’année

Près de 80% de la population n’a pas accès au réseau électrique*

* Exception faite de l’Afrique du Sud.

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

CHOISIR UN PROCÉDÉ EN AFRIQUE...Adsorption Dessication Absorption

Coût ++ 300-1500 €/ kW ++ + 200-600 €/ kW

Maintenance+ (sans partie mobile: sans pompes ni vannes électriquement commandées)

++ ++

Capacité 1-500 kW 20-300 kW 20-5000 kW a

Espérance de vie 25 ans - 15 ans

Consommation électrique

+ (souvent nulle) ++ ++

Température de regénération 50-100°C 45-90°C 75-120°C

COP thermique 0,3-0,7 0,6-0,750,4-0,75 (simple effet)1-1,3 (bi- ou tri étagée)

COP solaire 0,05-0,15 - 0,07-0,3

a L’offre dans les petites puissances (5 à 10 kW) esten train de se développer: Climatewell (4-10 kW), Rotartica (4,5 kW), Sonnenklima (10 kW), ROBUR, etc.

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

CHOISIR UN PROCÉDÉ EN AFRIQUE...Adsorption Dessication Absorption

Sécurité Pas de cristallisation

Risque de cristallisation avec la fluctuation des T a

> Refroidissement à l’eau parfois nécessaire

Fonctionnement

Plus contraignant car fonctionnement cyclique.Puissance décroissante pendant la décharge b

Plusieurs composants nécessitant un contrôle délicat

Puissance croissante pendant la décharge

Encombrement c ++ ++ +

Pression Quelques mbar Atmosphère 0,01 bar – 20 bar

Destinations privilégiées

Tertiaire, individuel

Tertaire, surtout où contrôle humidité nécessaire: hôtels, hôpitaux, etc.

Tertiaire

État de l’art Quelques produits marché En développement Mature

a Pour certains couples tels que le LiBr/H2Ob Sous condition de décharge constantec Par kW de froid produit.

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SUR LE MARCHÉ AFRICAIN...

Machine à absorption

Machines à adsorptionSOLAREF, silicagel/H2O, testé au Burkina Faso : 80 l (5500 € HT); 200 l (8400 € HT) > production visiblement arrêtée

CESBRON, testé en laiterie au Sénégal (25000-30000 €)

ATC, charbon actif/(m)éthanol, peut fonctionner aussi au fuel (400 €)

Produit typique

Tous sans électricitéPas de climatisation

Prix « prohibitifs » (achat uniquement par des ONG ou bailleurs)

ISAAC*, H2O/NH3, utilisé par des fromageries dans des villages au Kenya, financement BM

Collecteur avec sorbant intégré

Condenseur à air

Évaporateur

*Utilise des capteurs miroirs cylindro-paraboliques (pas du BT).

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Introduction | Principe du froid par sorption | Choix pour l’Afrique | Conclusions

QUELQUES PERSPECTIVES DE RECHERCHE/DÉFIS POUR L’AFRIQUE

Baisser les coûts

Composants et matériaux localement disponibles? (ex. CaCl2 assez disponible sur le continent, des tests avec charbon actif à partir de noix de coco)

Prise en compte des particularités de la ressource solaire et définition du confort sous différentes latitudes en Afrique

Amélioration des performances (capteurs + adsorbeur) et Expérimentation et pour un retour d’expérience (contrôle, fonctionnement, maintenance, installation, etc.)Guide et formation d’installateurs avec des composants pouvant être facilement installés par ces derniers.

Besoins de réfrigération (avec stockage éventuellement)> part non négligeable

ANITSE

ASANTEAKPE

GA PIN BARKA

NAGODE

JËRE-JËF

WEEBALEMERCI

7 شكرًا

Ne laissez pas votre soleil vous échapper: profitez-en!

Transport de médicaments dans le Sahel

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QUI s’y intéresse?

Tshwane University of Technology

- Federal University of Technology, Oweri

- University of Nigeria, Nsukka

- 2ie

- Centre Écologique Albert Schweitzer

« Est-ce que vous croyez réellement que les 53 États qui se partagent l’aire du continent africain ont de quoi individuellement faire une recherche scientifique digne de ce nom ? Je ne crois pas du tout ! Ils (ne) chercheront rien du tout, ils (ne) trouveront rien du tout ! Par contre, en mettant bout à bout les budgets consacrés dans les 53 pays pour faire une véritable recherche scientifique alors à ce moment là on jette les bases de quelque chose de plus cohérent, de plus solide... »

Edem KODJO