Pompe à chaleur et photovoltaïque : avantages du couplage des énergies
La mise en place d’une pompe à chaleur constitue un grand pas pour améliorer la performance énergétique de son logement. Pourquoi pas la coupler avec du solaire photovoltaïque ?
En remplacement d'une chaudière fioul, la pompe à chaleur air/eau réduit en moyenne de moitié la facture énergétique.
En remplacement d'une chaudière gaz, la mise en place d'une pompe à chaleur air/eau est bien sûr intéressante également, car elle permet de gagner en indépendance vis-à-vis des combustibles fossiles. Mais la rentabilité est moins évidente compte tenu du différentiel de prix entre gaz et électricité (environ 23 centimes d'euros/kWh pour l'électricité mi 2023, contre environ 8 centimes d'euros/kWh pour le gaz naturel), sauf à bénéficier pour les foyers les plus modestes des aides de l'Etat (MaPrimeRénov').
Une solution est alors de coupler la pompe à chaleur avec du solaire photovoltaïque. On améliore ainsi encore la performance énergétique. En installant par exemple 4,5 kWc en toiture, la facture énergétique est réduite de moitié par rapport à la chaudière gaz !
Un autre avantage est, en produisant son électricité pour couvrir une partie de ses besoins (dont ceux de la pompe à chaleur), de s'affranchir des hausses du prix de l'électricité.
Deux énergies valent mieux qu’une
PAC et PV : c'est l'option choisie par Becker Energie, installateur partenaire Viessmann dans la Meuse, pour deux de ses réalisations ici. Le professionnel a proposé à ses clients, qui étaient venus le voir avec l’idée d’une simple pompe à chaleur, d’aller plus loin dans la performance énergétique en couplant ce générateur avec du solaire photovoltaïque.
Banco ! Les deux réalisations associent désormais deux énergies renouvelables : l’air (avec une pompe à chaleur split air/eau Vitocal 222-S) et le soleil (avec 10 modules photovoltaïques Vitovolt 300 en toiture, soit une surface de 17 m²).
Electricité gratuite et stockage d’énergie
Le principe de cette association entre les deux énergies est simple. Il vise d’une part à alimenter la pompe à chaleur avec l’électricité solaire produite gratuitement en toiture, d’autre part à optimiser l’autoconsommation photovoltaïque de manière à limiter l’injection sur le réseau électrique. On parle dans ce dernier cas de "Smart Grid" ou réseau intelligent. Toutes les pompes à chaleur Viessmann "Smart Grid Ready" (SGR) sont d’ailleurs compatibles avec ce mode de fonctionnement appelé à se développer pour réduire les appels de puissance sur le réseau électrique.
Optimiser l’autoconsommation
Trois configurations de fonctionnement peuvent être distinguées :
- Les panneaux solaires produisent de l’électricité et la pompe à chaleur fonctionne pour le chauffage ou la production d’eau chaude sanitaire : la pompe à chaleur est alors partiellement ou totalement alimentée en électricité par l’installation photovoltaïque.
- Les panneaux solaires produisent de l’électricité mais il n’y a pas de besoins de chauffage ou de production sanitaire : la pompe à chaleur est dans ce cas mise en marche forcée pour stocker l’électricité photovoltaïque sous forme d’énergie thermique. Dans les deux réalisations de Becker Energie, l’installation comporte de fait deux volumes de stockage : le ballon sanitaire de 210 litres intégré dans le module intérieur de la pompe à chaleur et un ballon tampon de 200 litres sur le réseau de chauffage central. Selon les besoins, il est ainsi possible d’élever la température de consigne des ballons, par exemple en autorisant la pompe à chaleur à produire de l’eau sanitaire à 55°C plutôt qu’à 50°C. De cette manière, il est ainsi possible de stocker sous forme de chaleur l’électricité produite dans l’un ou l’autre, voire les deux, de ces ballons.
- Les panneaux solaires ne produisent pas d’électricité et la pompe à chaleur est alimentée totalement par l’électricité du réseau.
Puissance de 3 kWc
Dans ces deux maisons individuelles, l’installation photovoltaïque a été dimensionnée pour une puissance de 3 kWc correspondant approximativement à la consommation maximale de la pompe à chaleur. C’est aussi le seuil à ne pas franchir pour bénéficier d’une TVA à 10%.
La production photovoltaïque est consommée par le talon électrique de la maison (300 W en moyenne, consommés par les appareils en veille dans la maison) et le fonctionnement de la pompe à chaleur, soit pour chauffer ou assurer les besoins sanitaires, soit pour stocker l’électricité sous forme de chaleur. Il est ainsi possible d’autoconsommer tout ou partie de l’électricité solaire produite.
Les propriétaires de ces deux maisons vont ainsi réaliser des économies substantielles sur leur facture d’électricité.
En été, à condition de disposer d’un plancher chauffant-rafraîchissant, il est aussi possible de paramétrer la pompe à chaleur pour affecter la production photovoltaïque au rafraîchissement de la maison. L’électricité gratuite produite en toiture permet donc aussi de gagner en confort.
Une alternative dans l'air du temps : le système de stockage d'énergie
Le stockage permet d'optimiser l'autoconsommation photovoltaïque et d'économiser encore sur la facture d'énergie. Le stockage hydraulique constituait jusque-là la seule option possible. Ce n'est désormais plus la seule et il est maintenant possible de mettre en place un stockage chimique sous forme d'une ou de plusieurs batteries (Vitocharge, 5 kWh unitaire, jusqu'à 15 kWh cumulable).
Chaque type de stockage présente ses particularités. Ainsi le stockage hydraulique est peu coûteux et relativement efficace, surtout en mi-saison. Mais il est aussi conditionné par le choix des émetteurs de chauffage (efficace à basse température, moins à haute température) et requiert un grand espace en chaufferie.
Le stockage par batterie apparaît aujourd'hui plus adapté. En premier lieu, l'électricité stockée peut bénéficier à tous les usages électriques de la maison, pas seulement qu'au chauffage. En été notamment, quand la production photovoltaïque est la plus élevée, l'électricité peut facilement être valorisée. L'encombrement est également réduit (colonne de 60 cm de large, sur 50 cm de hauteur et 25 cm de profondeur, fixation au mur ou sur châssis). Une batterie de 5 kWh couvre généralement le talon de consommation de la maison, correspondant au réfrigérateur, appareils en veille...
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