Pompe à chaleur + photovoltaïque en autoconsommation : un bon couple en neuf, comme en rénovation

Nous poursuivons notre exploration des diverses technologies et emplois des pompes à chaleur avec l’association PAC + PV en deux configurations, l’une en construction neuve, l’autre en réhabilitation. Commençons par la maison individuelle neuve.

En 2019, Nicolas Sagnier, alors attaché technique de Viessmann pour les Deux Savoies, reprend l’entreprise créée en 1978 par Henri Ayet et son épouse Josiane. Henri Ayet était déjà vacciné Viessmann. Avec Nicolas Sagnier, ancien de chez Viessmann, ça n’a pas changé. L’entreprise pose du Viessmann en chaudières, en pompes à chaleur, en solaire thermique et aussi en solaire photovoltaïque. ©Sagnier-Energies

Nicolas Sagnier a développé une spécialité : la pompe à chaleur air/eau alimentée en autoconsommation par une installation photovoltaïque. Depuis 2019, Sagnier-Energies propose à ses clients l’association Pac + pv en autoconsommation. L’entreprise a déjà réalisé trois installations, en commençant par la maison qu’il a fait construire pour lui-même et sa famille.

Nicolas Sagnier a équipé sa maison d’un kit PV Viessmann de 3 kWc, installé sur le toit, d’une pompe à chaleur air/eau Viesssmann de 8 kW à A7/W35 (température d’air de 8°C, température de départ d’eau de 35°C), d’un plancher chauffant basse température (PCBT) au rez-de-chaussée et à l’étage et d’un ballon tampon de 200 l sur le primaire chauffage. ©Sagnier-Energies

Un compteur Saia PCD mesure la puissance électrique et l’énergie produites par l’installation PV. Tant que la puissance PV disponible demeure en dessous de 1 kW, c’est de l’autoconsommation classique. ©Sagnier-Energies

Jusqu’ici, rien d’extraordinaire. Mais la nouveauté vient de la logique de fonctionnement du système.

Dès que la puissance PV disponible dépasse 1 kW, la Pac démarre et module sa puissance en fonction de l’apport de l’installation photovoltaïque. Fournie par Viessmann, la régulation de la pompe à chaleur communique avec le compteur en Modbus et pilote de manière classique la Pac à inverter. La régulation Viessmann permet ce fonctionnement depuis 2014.

La production photovoltaïque est transformée en énergie thermique. Le ballon tampon de 200 l et les deux PCBT stockent la chaleur produite par la Pac alimentée par l’installation PV. Ce qui constitue une première solution de stockage de l’énergie produite sur site. ©Sagnier-Energies

Au cours des deux premières saisons d’exploitation, Nicolas Sagnier a couvert 40 à 50% des besoins annuels d’électricité de sa maison, mais réinjecté dans le réseau 50 à 60% de sa production photovoltaïque annuelle. ©Sagnier-Energies

Un stockage d’énergie sous forme de chaleur

De mai à Septembre, la maison prélève sur le réseau seulement 4 à 5 kWh/jour, surtout le matin et le soir. En 2020, seule année pleine d’exploitation de la solution PAC + PV mise en service en avril 2019, le système a couvert 32,90% des besoins annuels d’électricité de la maison et réinjecté 57,55% de la production d’électricité photovoltaïque dans le réseau.

Nicolas Sagnier songe donc à deux améliorations. Premièrement, ajouter deux panneaux photovoltaïques, l’un à l’Est, l’autre à l’Ouest pour augmenter son autonomie. Deuxièmement, ajouter une batterie de stockage de 6 kWh pour diminuer les quantités d’électricité réinjectées sur le réseau et accroître son autoconsommation.

Le programme européen SunHorizon et son TP4

De son côté, le programme européen SunHorizon teste cinq solutions d’association de pompes à chaleur et d’énergie solaire. Le TP4 – Technology Package 4 – mis en œuvre dans un immeuble collectif existant à Madrid, teste précisément l’idée d’une solution collective avec 50 m² de panneaux solaires hydride DualSun Spring (thermique + photovoltaïques) associés à deux pompes à chaleur réversibles BDR Thermea, l’une air/eau de 27 kW, l’autre eau glycolée/eau de 9 kW, et à un ballon de stockage Ratiotherm.

Le site est un immeuble de 9 logements et quatre niveaux, construit en 1946. La chaleur produite par les panneaux hybride sera utilisée pour le chauffage et la production d’ECS. L’électricité photovoltaïque produite par les panneaux DualSun sera autoconsommée par la Pac et par les usages domestiques du bâtiment. Les pompes à chaleur venant en relève pour le chauffage, la production d’ECS et produisant le rafraîchissement en été. Les émetteurs pour le chauffage et le rafraîchissement sont des ventiloconvecteurs.

Le stockage de chaleur Ratiotherm, alimenté par la production thermique des panneaux solaires et par les Pac, joue le rôle d’un primaire pour le chauffage et la production d’ECS. Première conclusion, à partir d’une Pac air/eau BDR Thermea avec un Cop nominal de 4,2 (A7/W35), le Cop annuel est multiplié par 3 si l’électricité consommé par la Pac est à 65% d’origine photovoltaïque et produit sur site. ©BDR Thermea

La Pac eau glycolée/eau associée à des panneaux hybrides DualSun voit son Cop multiplié par 2,5, grâce à deux apports spécifiques. Premièrement, la Pac est alimentée à 50% par l’électricité photovoltaïque produit sur site. Deuxièmement, la partie thermique des panneaux hybrides est utilisée pour remonter de 10°C la température de l’eau glycolée qui alimente l’évaporateur de la Pac. Si ces deux conditions sont réunies, le Cop annuel atteint 11.

A Madrid, les simulations conduisent à une réduction de 60% de la dépense énergétique annuelle pour la production d’ECS, le chauffage et le rafraîchissement, ainsi qu’à une baisse de 77% de la consommation d’énergie, une fois déduit l’apport du PV sur site.