Calcul rentabilité panneaux solaires thermique

[invite52e0b0a8]

Bonjour,

J'ai un projet de construction de villa individuelle dont le chantier va commencer prochainement. La surface à chauffer fait 198m2 sur 2 étages, pour 4 personnes.

La maison n'est pas une maison passive mais offre une isolation correcte: 15 cm de brique terre-cuite et 16 cm d'isolation périphérique. Les besoins de chauffage (sans ECS) calculé par l'ingénieur thermique sont de 9200 kWh par année, pour une maison chauffée à 20°C.

Le chauffage prévu est une pompe à chaleur géothermique (puissance de 5.6 kW) avec distribution au sol. Pour l'eau chaude sanitaire, un chauffe-eau de 400 litres est prévu. J'ai également fait la demande d'avoir un couplage de la pompe à chaleur sur le chauffe-eau afin d'avoir un préchauffage (dans le cas d'une pompe à chaleur standard) ou le chauffage complet de l'eau dans le cas d'une pompe à chaleur haute-température.

Je suis cependant intéressé par la mise en place de panneaux solaires thermique et d'un accumulateur de type Jenni (ECS + chauffage) mais souhaite calculer, ou du moins estimer, la rentabilité d'une telle installation. Dans un premier temps je veux calculer les coûts de chauffage du système prévu actuellement (sans solaire).

- Si je souhaite profiter des heures creuses (21h à 7h, soit 10h) et que ma PAC tourne sans arrêt pendant cette durée, celle-ci peut apporter une énergie de 5.6 kW * 10 h, soit 56 kWh. Si je prends le mois de janvier, le besoin de chauffage est estimé à 2200 kWH, donc environ 71 kWh par jour. Donc il serait possible, théoriquement, de couvrir 78.9% des besoins de chauffage avec les heures-creuses. Néanmoins, il faut pouvoir stocker cette énergie dans un accumulateur. Avec une eau stockée à 30°C et une température de retour du circuit de chauffage à 22°C, l'énergie distribuée dans la maison est bien de (30-22)*1000*4186, soit 33488000 J 9.3 kWh ? Donc visiblement insuffisant pour chauffer une journée entière et très insuffisant pour stocker les 56 kWh qui pourraient être produits par la PàC durant les heures-creuses. Ce raisonnement vous semble-t-il correct ?

Merci
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[invite2bc8257b]

J'ai jamais été très fort en thermique mais je vais essayer de t'aider.
Déjà le calcul que tu fais est juste, on tombe bien sur 9.3 kWh mais par m3 d'eau. Or ton ballon ne fait que 400 L, donc vider ton ballon d'eau chaude entièrement à 30°C et récupérer l'eau à 22°c permettra de distribuer 9.3 *0.4 = 3.7 kWh.
La question qui se pose est de savoir en combien de temps le ballon d'eau chaude à fait un cycle eau à 30°C -> eau à 22°C (si on suppose l'absence de chauffage du ballon d'eau chaude). Imaginons qu'il faut 1h, alors tu pourras faire 10 fois le cycle soit 37kWh distribués sur la période des heures creuses.

La première question est de savoir si la puissance de ta pac est suffisante pour combler la puissance de ton ballon, elle a une puissance de 5.6 kW. Ton ballon va fournir 3.7 kWh par x temps, il faudrait donc que ton cycle de distribution des 400 L d'eau chaude soit de 40 min au minimum, sinon ta pac ne pourrait pas suivre.

La deuxième question est d'apporter les kWh a ta maison au moment ou elle en a besoin, en gros faire tourner tout le système au maximum pendant la nuit va augmenter la température de ta maison de façon importante. Du coup les pertes de la maison qui sont fonction de la température intérieure risquent d'être plus importantes, car le delta température intérieur température extérieur est plus important.

Bref tout ce que je viens de dire est sympa mais c'est surement pas comme ça que sont faits les calculs de dimensionnement en thermique, il doit bien y avoir des spécialistes dans le coin!

[invite52e0b0a8]

Merci pour ta réponse !

Ton raisonnement concernant le nombre de cycles est correct mais mon idée était effectivement de restituer la chaleur lorsque j'en ai besoin et donc uniquement la journée. Le ballon est actuellement dimensionné à 400L mais je peux le passer à 1000L. C'est pourquoi j'ai fait le calcul avec 1000L.

Le comportement du système serait donc le suivant :
- De 21h à 6h (heures creuses) -> Chauffage de l'eau du ballon à l'aide de la PAC. Le chauffage de la maison ne tourne pas.
- De 6h à 7h (heure creuse) -> Chauffage de l'eau du ballon à l'aide de la PAC. Le chauffage de la maison tourne.
- 7h à 19 -> Pas de chauffage de l'eau du ballon. Le chauffage de la maison tourne.
- 20h à 21h -> Pas de chauffage de l'eau du ballon. Le chauffage de la maison ne tourne pas.

Cette solution permet d'obtenir 9.3 kWh pendant les heures creuses avec un ballon de 1000L. Néanmoins, on est loin des 71 kWH nécessaires pour une journée moyenne du mois de janvier. La PAC devra donc fonctionner également pendant les heures pleines.

[inviteeeca331c]

Bonsoir à vous,

Si je ne me trompe pas, les heures creuses (dans le cadre de la double tarification) s'entend sur une période de 8 heures et non 10 heures. Cela peut avoir un impact sur le calcul de votre simulation.

Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite59fd223a]

Bonjour,
Je ne me suis pas attardé sur ce calcul thermodynamique mais vous avez les principes de base.
Il faut savoir que le solaire fonctionne à basse t°C, donc il est sur le même créneau que votre PAC. En hiver, par temps ensoleillé, on peut avoir 40°C de t° d'eau. C'est suffisant pour un plancher chauffant. Si le soir, ce n'est pas assez, la PAC complètera, ça tombe bien, on sera en heure creuse...il faut juste combler de 17H à 21H en heure pleine. Il faut donc connaitre la capacité du sol à emmagasiner des calories et dimensionner le tampon en conséquence. Il faut aussi compenser les jours sans soleil...et aussi les jours EJP si ça existe encore. Mais de toute façon, soit vous augmentez la puissance de la PAC, soit vous devez l'utiliser plus longtemps. Mais le solaire pour du chauffage, il faut du 10m2 au bas mot, tout dépend du lieu. Est ce raisonnable avec une PAC géo ?
Sinon, pour le coût, prenez l'estimation annuelle et calculez avec.

[antec51]

- Si je souhaite profiter des heures creuses (21h à 7h, soit 10h) et que ma PAC tourne sans arrêt pendant cette durée, celle-ci peut apporter une énergie de 5.6 kW * 10 h, soit 56 kWh. Si je prends le mois de janvier, le besoin de chauffage est estimé à 2200 kWH, donc environ 71 kWh par jour. Donc il serait possible, théoriquement, de couvrir 78.9% des besoins de chauffage avec les heures-creuses. Néanmoins, il faut pouvoir stocker cette énergie dans un accumulateur. Avec une eau stockée à 30°C et une température de retour du circuit de chauffage à 22°C, l'énergie distribuée dans la maison est bien de (30-22)*1000*4186, soit 33488000 J 9.3 kWh ? Donc visiblement insuffisant pour chauffer une journée entière et très insuffisant pour stocker les 56 kWh qui pourraient être produits par la PàC durant les heures-creuses. Ce raisonnement vous semble-t-il correct ?

Merci

Salut,

- Tu as 10 heures d'heures creuses ? en général c'est juste 8h (23h30 - 7h30 par exemple)
- Il faudrait faire le calcul entre utiliser la PAC la nuit avec une électricité 30% moins cher mais un COP inférieur dû à une température extérieur plus faible, et la faire fonctionner la journée !
- Pour stocker 56 kWh il faut combien de litres dans un ballon tampon ?

[invite52e0b0a8]

Merci pour vos interventions !

Bonjour,
Je ne me suis pas attardé sur ce calcul thermodynamique mais vous avez les principes de base.
Il faut savoir que le solaire fonctionne à basse t°C, donc il est sur le même créneau que votre PAC. En hiver, par temps ensoleillé, on peut avoir 40°C de t° d'eau. C'est suffisant pour un plancher chauffant. Si le soir, ce n'est pas assez, la PAC complètera, ça tombe bien, on sera en heure creuse...il faut juste combler de 17H à 21H en heure pleine. Il faut donc connaitre la capacité du sol à emmagasiner des calories et dimensionner le tampon en conséquence. Il faut aussi compenser les jours sans soleil...et aussi les jours EJP si ça existe encore. Mais de toute façon, soit vous augmentez la puissance de la PAC, soit vous devez l'utiliser plus longtemps. Mais le solaire pour du chauffage, il faut du 10m2 au bas mot, tout dépend du lieu. Est ce raisonnable avec une PAC géo ?
Sinon, pour le coût, prenez l'estimation annuelle et calculez avec.

Effectivement, j'avais une surface solaire de 10 à 16m2 en tête. Néanmoins, avec une PAC géo déjà en place et une maison qui ne consomme pas de l'énergie de façon excessive, j'ai le sentiment que c'est un investissement qui ne sera que difficilement rentable.

Salut,

- Tu as 10 heures d'heures creuses ? en général c'est juste 8h (23h30 - 7h30 par exemple)
- Il faudrait faire le calcul entre utiliser la PAC la nuit avec une électricité 30% moins cher mais un COP inférieur dû à une température extérieur plus faible, et la faire fonctionner la journée !
- Pour stocker 56 kWh il faut combien de litres dans un ballon tampon ?

Je ne l'ai pas précisé mais le projet se trouve en Suisse et donc quelques différences sont à noter : heures creuses de 21h à 7h, prix en heures pleines de 21.7 cts/kWh et prix en heures creuses de 11.3 cts/kWh, soit pratiquement 50% de moins.

[invite52e0b0a8]

Salut,

- Tu as 10 heures d'heures creuses ? en général c'est juste 8h (23h30 - 7h30 par exemple)
- Il faudrait faire le calcul entre utiliser la PAC la nuit avec une électricité 30% moins cher mais un COP inférieur dû à une température extérieur plus faible, et la faire fonctionner la journée !
- Pour stocker 56 kWh il faut combien de litres dans un ballon tampon ?

Pour le COP d'une PAC géothermique, j'avais l'impression, peut-être fausse, qu'il ne varie que peu entre jour/nuit et été/hiver en comparaison d'une PAC air/eau. N'est-ce pas le cas ?

Pour le stockage de 56 kWh, il faudrait remplir un ballon de 1800 litres avec de l'eau à 50°C (PAC haute température) ou alors 6200 litres avec de l'eau à 30°C. La deuxième solution est irréaliste (coûts et volume). Il faudrait vérifier le rendement d'une PAC haute-température sortant de l'eau à 50°C, estimer les pertes d'un ballon stockant 1800L à 50°C et mettre en place un couplage entre l'eau sortant à 50°C et l'eau de retour à 22°C afin d'envoyer de l'eau à 30°C dans le plancher chauffant.

[yves35]

bonsoir,

Le chauffage prévu est une pompe à chaleur géothermique (puissance de 5.6 kW) avec distribution au sol.

faut il comprendre qu'il s'agit d'un plancher chauffant massif? dans ce cas l'épaisseur est disons de 10 cm, le volume de 200 X 0.1= 20 m3 ce qui corresponds à un tampon eau de 20 m3

- vous n'avez aucun besoin de tampon hydro
-compte tenu de la basse température retour , c'est idéal pour le rendement du solaire
-le montage est archi simple : une vanne 3 voies TOR qui dirige soit vers l'ecs, soit vers le PC


Pour connaitre l'optimum économique , il faut faire une simulation. Prenez contact soit avec un installateur sebasol si vous avez 2 mains gauche, soit avec l'association sebasol si vous sentez capable et désireux de faire vous même.
http://sebasol.ch/default.asp
http://sebasol.ch/membres.asp?membre=installateur
http://sebasol.ch/public/estimation_auto.pdf


Je ne connais pas le coût de votre PAC+plancher hydro , mais déjà ce n'est sans doute pas optimum du point de vue économique (à prestation donnée) , vous avez toute l'expertise chez vous

yves

[invite52e0b0a8]

Je ne connais pas le coût de votre PAC+plancher hydro , mais déjà ce n'est sans doute pas optimum du point de vue économique (à prestation donnée) , vous avez toute l'expertise chez vous

yves

Bonsoir,

Je ne suis pas certain de comprendre ce que vous voulez dire par plancher chauffant massif ? Dans mon cas, il s'agit d'un réseau de distribution de chauffage tout à fait standard.

Je connais effectivement l'association Sebasol et je pense participer à leur cours de base.

Pourquoi la PAC+chauffage au sol ne serait pas idéal ? Je conçois que la variante maison passive avec appoint bois/solaire est excellente mais ça ne passait pas dans le budget et l'approvisionnement en bois n'était pas compatible avec le projet.

[yves35]

bonjour,

Je ne suis pas certain de comprendre ce que vous voulez dire par plancher chauffant massif ? Dans mon cas, il s'agit d'un réseau de distribution de chauffage tout à fait standard.

est ce un réseau de tubes en "plastique" noyés dans une certaine épaisseur de béton (environ 10à15 cm) , ou un plancher chauffant sec (plus mince et moins stockeur) , ou un réseau de radiateurs( pas du tout stockeurs)?
pou les 2 niveaux ou un seul?

yves

yves

[invite52e0b0a8]

Bonjour,

Il s'agit de la première variante, les tubes plastiques noyés dans le béton.

Merci !

[Tam]

Bonjour, je suis avec intérêt cette discussion sur la rentabilité de panneaux solaires thermiques

faut il comprendre qu'il s'agit d'un plancher chauffant massif? dans ce cas l'épaisseur est disons de 10 cm, le volume de 200 X 0.1= 20 m3 ce qui corresponds à un tampon eau de 20 m3

- vous n'avez aucun besoin de tampon hydro
[...]

Là j'ai un doute sur l'équivalence (chauffage par plancher chauffant épais chez moi, sans tampon)

• La capacité thermique volumique du béton est environ la moitié de celle de l'eau (à confirmer)
• Le delta_t° exploitable d'un plancher est très inférieur à celui d'un ballon de stockage

[yves35]

bonjour,

La capacité thermique volumique du béton est environ la moitié de celle de l'eau (à confirmer)

environ exact mais la masse du béton vaut environ 2 fois celle de l'eau . Donc en (très ) gros ,ça contient la même quantité d'énergie que si c'était de l'eau .

Il est exact que l'eau peut monter plus haut en température que le béton ,mais cela doit être tempéré par le fait que c'est en hiver qu'on s'en sert et que les puissances solaires sont inférieures . Donc avec un plancher chauffant massif existant c'est idéal pour tirer le maximum d'énergie des capteurs , parce que ça travaille toujours à basse température. Si d'aventure l'ensoleillement le permet on remplit alors le ballon d'ecs.

En mi saison la régulation se charge de gérer les surplus d'énergie . A mon sens pas de risque de surchauffe de la dalle.

Si le permis de construire n'est pas figé, considérer la possibilité de faire le champ solaire au sol ,ce qui a des avantages (dont la possibilité de bâcher une partie en été ,donc de majorer un peu la surface)

yves

[yves35]

bonjour,

Le delta_t° exploitable d'un plancher est très inférieur à celui d'un ballon de stockage

je n'ai pas été très clair la dessus: bien sûr qu'un stock hydro permet en théorie de monter plus haut en température et de stocker théoriquement plus (à volume donné) . Mais concrètement pour l'application qui nous intéresse (le chauffage ), dans la période d'exploitation (les 6 mauvais mois de l'année)la ressource solaire est faible en valeur absolue et suivant le climat local faible en qualité (en ensoleillement direct à la bonne heure) . Donc un tampon hydraulique ne sera pas capable d'exploiter au mieux cette ressource : dès que la sonde ballon voit une température de 30-35°C et que l'ensoleillement voilé ne permet pas d'avoir mieux qu'environ 40°C le circulateur est coupé alors qu'un plancher chauffant massif peut continuer à recueillir de l'énergie

yves

[Tam]

Ok Yves pour ces précisions, je comprends qu'un plancher permet d'exploiter au mieux un capteur pendant les mois où le soleil est bas, mais qu'il ne sert pas pour autant d'accumulateur.

PS: ci-dessus je comparais la capacité thermique d'un même volume d'eau ou de béton, pour m'affranchir de la densité.