Description succincte
(Allemand)
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In diesem Projekt geht es um die Überwachung und Optimierung der Leistung einer solarthermischen Anlage von etwa 800 m2, die an ein Fernwärmenetz in Genf gekoppelt ist. Die Anlage besteht aus thermischen Solarkollektoren der Schweizer Firma TVP Solar. Diese Flachkollektoren haben die Besonderheit, dass sie mit einem Hochvakuum isoliert sind. Diese Anlage ist die größte solarthermische Anlage, die mit einem CàD in der Schweiz gekoppelt ist. Darüber hinaus interessiert sich dieses Projekt auch dafür, den ökologischen Fußabdruck der von dieser Anlage eingespeisten Solarwärme zu bewerten (Klimawandel, graue Energie, etc.).
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Description succincte
(Anglais)
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This project proposes to monitor and optimize the performance of a solar thermal installation of about 800m2 coupled to a district heating network (DHC) located in Geneva. This installation consists of solar thermal collectors from the Swiss company TVP Solar. These flat plate collectors have the particularity of being insulated by a high vacuum. This installation represents the largest solar thermal installation coupled to a CàD in Switzerland. In addition, this project is also interested in evaluating the environmental footprint of the solar heat injected by this installation (climate change, grey energy, etc.).
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Description succincte
(Français)
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Ce projet propose de monitorer et d’optimiser les performances d’une installation solaire thermique d’environ 800m2 couplée à un réseau de chauffage à distance (CàD) localisé à Genève. Cette installation est constituée de collecteurs solaires thermiques de la société Suisse TVP Solar. Ces collecteurs plans ont la particularité d’être isolés par un vide poussé. Cette installation représente la plus grande installation solaire thermique couplée à un CàD en Suisse. En outre, ce projet s’intéresse aussi à évaluer l’empreinte environnementale de la chaleur solaire injectée par cette installation (changement climatique, énergie grise, etc.).
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Rapport final
(Allemand)
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Das Projekt SOLARCADII: Optimierung und Leistungsüberwachung einer großen Solarthermieanlage in einem Fernwärmenetz Das Projekt SOLARCADII konzentrierte sich auf die Optimierung und Leistungsüberwachung einer großen Solarthermieanlage, die an ein Fernwärmenetz angeschlossen ist. Die neue Anlage befindet sich auf einer Metallstruktur in Vernier, dem ehemaligen Standort eines Photovoltaik-Solarparks, und besteht aus 400 von TVP Solar entwickelten Vakuum-Flachkollektoren (784 m²). Die Inbetriebnahme erfolgte Anfang 2021. Die Kollektoren speisen Wärme in das von den SIG betriebene Fernwärmenetz CADSIG ein. Während der Überwachungsphase wurden die Leistungen der Anlage sorgfältig bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anlage eine gute thermische Stabilität mit einem solaren Gesamtwirkungsgrad von 45 % in den ersten drei Betriebsjahren bei einer mittleren Betriebstemperatur von über 80 °C aufrechterhalten hat. Im gleichen Zeitraum schwankte die jährliche spezifische Produktivität zwischen 660 und 740 kWh/m²/Jahr. In den ersten drei Jahren speiste die Solaranlage 1,619 GWh Wärme in das Fernwärmenetz ein. Mithilfe numerischer Simulationen, die mit den Softwareprogrammen Polysun und TRNSYS durchgeführt wurden, konnten verschiedene Bedingungen getestet und die Regelung des Systems optimiert werden, um die Effizienz zu maximieren. Die Validierung der numerischen Modelle zeigte, dass Polysun und TRNSYS die thermische Leistung der Anlage präzise wiedergeben können. Die Simulationen ergaben insbesondere, dass der solare Umwandlungswirkungsgrad durch eine Optimierung des Volumenstroms in den Primär- und Sekundärkreisläufen gesteigert werden könnte. Aus wirtschaftlicher Sicht ergab die Analyse, dass die Stromgestehungskosten für Wärme (LCOH) zwischen 14,5 (mit 20 % Förderung) und 17,4 Rp./kWh (ohne Förderung) liegen, was im Vergleich zu anderen auf dem Schweizer Markt verfügbaren Technologien zur Erzeugung erneuerbarer Wärme wettbewerbsfähig ist. Eine Sensitivitätsanalyse ergab, dass die Kosten für die Solarkollektoren und die Höhe der Fördermittel kritische Faktoren sind, die diese wirtschaftlichen Kennzahlen beeinflussen. Die Ökobilanz der Solaranlage ergab im Vergleich zu fossilen Energiequellen eine positive Umweltbilanz. Die Treibhausgasemissionen wurden mit 17,7 g CO2 Äquivalent/kWh der in das Fernwärmenetz eingespeisten Wärme berechnet, während der Energieaufwand für die Herstellung der Komponenten auf 1.884,7 kWh/m² (für die gesamte Anlage) geschätzt wurde. Der Vergleich mit anderen Wärmeerzeugungstechnologien für Fernwärmenetze in der Schweiz zeigte, dass die von SOLARCADII bereitgestellte Wärme zu den CO2-ärmsten verfügbaren Optionen gehört. Zu den Empfehlungen für eine weitere Leistungsoptimierung der Anlage gehören die Optimierung des Designs der hydraulischen Systeme, die Senkung der Kosten für die Kollektoren und eine Anpassung der Förderprogramme, um die Errichtung großer Solarthermiefelder zu fördern. Das Projekt diente den SIG und TVP Solar als technologisches Schaufenster, das neue Projekte in der Schweiz und im Ausland anregte und internationale Kooperationen initiierte, unter anderem mit der IEA-SHC Task 68. Diese Fortschritte machen SOLARCADII zu einem Referenzmodell für die effiziente Integration von Solarthermie in Fernwärmenetze.
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Rapport final
(Anglais)
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The SOLARCADII project focused on optimizing and monitoring the performance of a large-scale solar thermal installation coupled with a district heating network. Located on a metal structure in Vernier, the former base of a photovoltaic solar field, this new installation comprises 400 flat-plate vacuum solar thermal collectors designed by TVP Solar (784m2). It was commissioned in early 2021. These collectors inject heat into the CADSIG thermal network operated by SIG. During the monitoring period, the plant's performance was carefully evaluated. The results show that the plant has maintained good thermal stability, with an overall solar conversion efficiency of 45% for the first three years of operation at an average operating temperature of over 80°C. Over the same period, annual specific productivity fluctuated between 660 and 740 kWh/m²/year. During the first three years, the solar power plant injected 1.619 GWh of heat into the CADSIG. Numerical simulations using Polysun and TRNSYS software were used to test various conditions and optimize system control to maximize efficiency. Validation of the numerical models showed that Polysun and TRNSYS could accurately reproduce the plant's thermal performance. In particular, the simulations revealed that solar conversion efficiency could be improved by optimizing fluid flow in the primary and secondary circuits. In economic terms, the analysis indicated that the Levelized Cost of Heat (LCOH) was between 14.5 (with 20% subsidy) and 17.4 ctsCHF/kWh (without subsidy), which is competitive with other renewable heat technologies available on the Swiss market. A sensitivity analysis revealed that the cost of solar collectors and the subsidy rate are critical factors affecting these economic indicators. The life cycle assessment (LCA) of the solar power plant revealed a favourable environmental impact compared to fossil energy sources. Greenhouse gas emissions were calculated at 17.7 g CO2 eq/kWh of heat injected into the DHN, while the embodied energy for component manufacture was estimated at 1,884.7 kWh/m² (for the entire plant). Comparison with other heat production technologies for thermal grids in Switzerland has shown that the heat supplied by SOLARCADII is among the most carbon-free options available. To further optimize the plant's performance, recommendations include optimizing the design of hydraulic systems, reducing collector costs, and adapting subsidy schemes to encourage the siting of large solar thermal fields. The project has served as a technological showcase for SIG and TVP Solar, sparking new projects in Switzerland and abroad, and initiating international collaborations, notably with IEA-SHC Task 68. These advances position SOLARCADII as a reference model for the efficient integration of solar heat in district heating networks.
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Rapport final
(Français)
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Le projet SOLARCADII s'est concentré sur l'optimisation et le suivi des performances d'une grande installation solaire thermique couplée à un réseau de chauffage à distance. Implantée sur une structure métallique située à Vernier, ancienne base d'un champ solaire photovoltaïque, cette nouvelle installation se compose de 400 collecteurs solaires thermiques plan sous vide conçus par TVP Solar (784m2). Elle a été mise en service début 2021. Ces capteurs injectent de la chaleur sur le réseau thermique CADSIG exploité par les SIG. Pendant la période de suivi, les performances de l'installation ont été soigneusement évaluées. Les résultats montrent que l'installation a maintenu une bonne stabilité thermique avec un rendement de conversion solaire global de 45 % pour les trois premières années de fonctionnement avec une température d’opération moyenne supérieur à 80°C. Sur cette même période, la productivité spécifique annuelle a fluctué entre 660 et 740kWh/m²/an. Durant les trois premières années, la centrale solaire a injecté 1,619 GWh de chaleur dans le CAD. Des simulations numériques, effectuées avec les logiciels Polysun et TRNSYS, ont permis de tester diverses conditions et d'optimiser la régulation du système pour maximiser l'efficacité. La validation des modèles numériques a montré que Polysun et TRNSYS pouvaient reproduire avec précision les performances thermiques de la centrale. Les simulations ont notamment révélé que l'efficacité de conversion solaire pourrait être améliorée en optimisant le débit des fluides dans les circuits primaire et secondaire. Sur le plan économique, l'analyse a indiqué que le coût actualisé de la chaleur (LCOH) se situe entre 14,5 (avec subvention de 20%) et 17,4 ctsCHF/kWh (sans subvention), ce qui est compétitif par rapport aux autres technologies de production de chaleur renouvelable disponibles sur le marché suisse. Une analyse de sensibilité a révélé que le coût des capteurs solaires et le taux de subvention sont des facteurs critiques affectant ces indicateurs économiques. L'analyse du cycle de vie (ACV) de la centrale solaire a révélé un impact environnemental favorable par rapport aux sources d'énergie fossiles. Les émissions de gaz à effet de serre ont été calculées à 17,7 g CO2-eq/kWh de chaleur injectée dans le CAD, tandis que l'énergie grise pour la fabrication des composants a été estimée à 1’884,7 kWh/m² (pour toute l’installation). La comparaison avec d'autres technologies de production de chaleur pour les réseaux CAD en Suisse a montré que la chaleur fournie par SOLARCADII est parmi les options les plus décarbonées disponibles. Afin d'optimiser davantage les performances de l'installation, les recommandations incluent l'optimisation du design des systèmes hydrauliques, la réduction des coûts des capteurs, et une adaptation des schémas de subvention pour encourager l'implantation de grands champs solaires thermiques. Le projet a servi de vitrine technologique pour les SIG et TVP Solar, suscitant de nouveaux projets en Suisse et à l'étranger et initiant des collaborations internationales, notamment avec l'IEA-SHC Tâche 68. Ces avancées positionnent SOLARCADII comme un modèle de référence pour l'intégration efficace de la chaleur solaire dans des réseaux de chauffage à distance.
Documents annexés
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