La pile à combustible – fonctionnement et économies

La pile à combustible utilisée en série

En tant qu'appareil de chauffage, la pile à combustible a fait ses preuves et s'est avérée fonctionner de manière fiable à maintes reprises. Rien qu'au Japon, plus de 123 000 unités ont déjà été vendues par différents fabricants pour des applications fixes depuis 2009 (à compter du 01/2015). Les chaudières à pile à combustible Viessmann Vitovalor  PT2 et Vitovalor  PA2, spécialement développées et optimisées pour les maisons individuelles et jumelées, fonctionnent avec un rendement global très élevé et sont conçues pour un fonctionnement optimisé en termes de puissance.

Toutefois, les piles à combustible fournissent également de l'énergie pour alimenter les véhicules et les navires, ainsi que pour fournir de l'électricité à l'industrie aérospatiale. Parmi les autres domaines d'application figurent les téléphones mobiles (batteries), la gestion du trafic, la sécurité et la surveillance, l'énergie éolienne et les télécommunications. En outre, on trouve des piles à combustible dans le secteur des loisirs pour l'alimentation en électricité (par ex.  dans les camping-cars, les voiliers, les maisons de vacances et les refuges de montagne).

Charger une voiture électrique à la maison : mode de fonctionnement

Prenez l'avantage ! Pratiquement chaque maison (neuve ou modernisée) peut produire de l'électricité verte pour la famille et une voiture électrique ; avec une pile à combustible, une unité de stockage d'énergie, des cellules solaires et la bonne technologie, les coûts d'électricité et d'essence peuvent être réduits au maximum. Andreas Czylwick, notre expert en installations électriques et de chauffage, explique comment cela fonctionne et comment cela peut être rentable.

Comment fonctionne la pile à combustible ?

La production de chaleur et d'électricité dans la pile à combustible est basée sur une réaction électrochimique des deux éléments que sont l'oxygène et l'hydrogène. Le type de combustion qui a lieu dans les chaudières conventionnelles ne se produit pas, c'est pourquoi le processus est également appelé combustion à froid.

L'image montre le schéma de la réaction chimique dans une pile à combustible.

Mode de fonctionnement d'une pile à combustible au cours d'une journée

Pendant une grande partie de la journée, l'électricité produite par l'installation de chauffage à pile à combustible suffit à couvrir la demande. L'électricité ne doit être prélevée sur le réseau public qu'aux heures de pointe. En contrepartie, l'énergie excédentaire est exportée vers le réseau en échange d'une rémunération. Les utilisateurs d'installations de chauffage à pile à combustible sont donc moins dépendants de la hausse des prix de l'électricité.

Vitovalor PT2 et Vitovalor PA2

Avec la Vitovalor PT2, le modèle qui succède à la Vitovalor 300-P, et la Vitovalor PA2, unité auxiliaire destinée à compléter une installation de chauffage existante, Viessmann propose deux solutions efficaces pour la production d'électricité et de chaleur dans les maisons individuelles et jumelées.

L'appareil de chauffage compact à pile à combustible Vitovalor  PT2

Vitovalor  PT2 est la centrale énergétique idéale pour la maison individuelle moderne. L'installation combine la production de chaleur et d'électricité sur une très petite surface. L'installation de chauffage à pile à combustible offre un rendement électrique nettement supérieur à celui des solutions actuelles de production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE). Cela réduit la quantité de chaleur extraite et rend l'appareil de chauffage à pile à combustible particulièrement adapté aux nouvelles constructions et aux projets de rénovation.

Diagramme de l'installation de Vitovalor PT2

[1] Unité standard avec module pile à combustible et chaudière gaz à condensation
[2] Tour
[3] Interface de communication
[4] Compteur d'exportation intégré
[5] Routeur
[6] Circuit d'alimentation domestique
[7] Internet
[8] Application ViCare
[9] Réseau public

L'installation de chauffage à pile à combustible Viessmann se compose de deux unités qui peuvent être transportées séparément. Cela permet une installation rapide et facile, même dans les sous-sols étroits. L'une des unités contient le ballon d'eau chaude sanitaire en acier inoxydable d'une capacité de 220  litres, tandis que l'autre unité abrite la chaudière gaz à condensation destinée à couvrir les pics de consommation, la régulation pour marche en fonction de la température extérieure dotée d'un grand écran tactile couleur et le module pile à combustible avec reformeur, onduleur et empilement de piles à combustible (série de plusieurs piles à combustible). Cette unité visuellement cohérente est compacte et nécessite une surface de seulement 0,72  mètre carré.

Vitovalor  PA2 comme extension

Vitovalor  PA2 de Viessmann est un complément idéal à une installation existante. Il s'agit d'une installation compacte composée d'un module pile à combustible, d'un reformeur intégré, d'une régulation et d'une technologie hydraulique et de sondes. Contrairement à Vitovalor PT2, la chaudière gaz à condensation n'est pas intégrée.  

La chaudière gaz à condensation est principalement utilisée pour couvrir la demande de chaleur pendant les heures de pointe. C'est-à-dire lorsqu'il fait très froid à l'extérieur ou lorsqu'une grande quantité d'eau chaude est requise à court terme. La chaudière gaz à condensation et le module pile à combustible sont alimentés par une conduite de gaz commune. Ils partagent également un système d'évacuation des fumées commun, ce qui rend l'installation aussi facile que pour une chaudière gaz à condensation murale. Cela concerne Vitovalor  PA2, notamment Vitodens  200-W fabriquée à partir de  2011.

Section transversale du produit Vitovalor  PA2

Quelles est l'efficacité de l'installation de chauffage à pile à combustible Viessmann ?

La production d'électricité s'accompagne d'une production de chaleur qui, dans les grandes centrales électriques classiques, est généralement perdue sous forme de chaleur résiduelle inutilisée. Les installations de chauffage à pile à combustible telles que la Vitovalor, quant à elles, utilisent cette chaleur perdue pour le chauffage central et la production d'eau chaude sanitaire. Elles ont donc un très haut niveau d'efficacité globale. En outre, il n'y a pas de pertes lors du transfert d'énergie, puisque l'énergie est utilisée directement sur place. Même la conversion du gaz de combustion en hydrogène est très efficace en raison de l'absence d'étapes thermomécaniques intermédiaires. La puissance électrique constante du module pile à combustible est de 0,75 kW. Une grande partie de la demande d'électricité peut ainsi être couverte à tout moment.

Vitovalor fonctionne encore plus efficacement en association avec l'installation de stockage d'énergie Vitocharge. Elle permet de stocker le surplus d'énergie pour les périodes de pointe, ce qui augmente considérablement l'indépendance vis-à-vis des fournisseurs d'électricité. Il est également possible d'exporter l'excédent d'énergie vers le réseau public. Le gestionnaire d'énergie intégré est autodidacte et optimise donc le niveau de consommation sur site.

Fiable et éprouvée : la technologie de pile à combustible de Viessmann et Panasonic

Pour Viessmann, innover sans accorder une priorité absolue à la fiabilité et à la durabilité serait inimaginable. Viessmann s'appuie également sur une technologie éprouvée pour les installations de chauffage à pile à combustible. C'est pourquoi elles ont été développées en coopération avec Panasonic. Le module pile à combustible Vitovalor provient de l'entreprise japonaise. Panasonic a fabriqué plus de 34 000  unités en série pour le marché japonais.

Connaissances de base : qu'est-ce que l'hydrogène ?

L'hydrogène…

• est une source d'énergie dont la densité énergétique en poids est la plus élevée
• est un élément chimique portant le symbole  
• se compose d'un proton et d'un électron
• a le numéro atomique 1 (il décrit le nombre de protons dans le noyau atomique d'un élément chimique –– il est donc également appelé nombre de protons)
• est l'élément chimique le plus commun dans l'univers
• ne produit pas de CO₂, car le H₂ ne contient pas de carbone

La vidéo explicative suivante fournit des informations sur l'hydrogène en tant que support de stockage d'énergie du futur.

L'hydrogène est mal connu dans notre quotidien. Le H₂ est plutôt soumis à des idées préconçues le plus souvent basées sur l'ignorance ou de fausses informations. Cependant, il offre de nombreux avantages en tant que combustible.

L'hydrogène…

• ne s'enflamme pas automatiquement
• ne se décompose pas (contrairement à l'acétylène, par exemple)
• ne s'oxyde pas et n'est donc pas un accélérateur de feu
• n'est pas toxique, corrosif ou radioactif
• est inodore
• ne contamine pas l'eau
• ne nuit ni à la nature ni à l'environnement
• n'est pas cancérigène
• brûle sans résidu

L'hydrogène jouera un rôle de plus en plus important dans les années à venir en tant que carburant dans le transport routier et en tant que support de stockage dans l'approvisionnement énergétique. Aujourd'hui, l'hydrogène est déjà largement utilisé pour alimenter les piles à combustible des véhicules. Par exemple, dans les bus pour les transports publics locaux. Il n'y a pas eu d'incidents à déplorer jusqu'à présent. En effet, l'hydrogène est sûr –– il n'explosera pas de lui-même. Cela nécessiterait la présence d'un oxydant (par ex. l'air ou l'oxygène pur) et d'une source d'inflammation (limite d'inflammation dans l'air : 4 à 75  % en volume).