Chaque fois que de l’énergie est transformée d’une forme à une autre ou nécessite d’être stockée, une partie est perdue, généralement en chaleur… La logique est donc de privilégier le capteur thermique pour les besoins de chaleur et le photovoltaïque en optimisant les possibilités d’autoconsommation pour les besoins d’électricité.
La consommation d’électricité ne peut pas être en adéquation parfaite avec la production. L’installation doit être raccordée au réseau pour compléter les besoins non satisfaits et pour pouvoir injecter les surplus non utilisables… À moins de stocker l’électricité. Mais un système de stockage n’est généralement pas justifiable économiquement sauf si on cherche à réaliser une installation autonome.
Pour améliorer le rendement, aller au plus direct – L’eau chaude solaire, simple et efficace…
Stocker de l’énergie sous forme d’eau chaude est bien plus simple et moins couteux… Même si des systèmes d’appoint restent nécessaires pour assurer les besoins pendant les périodes de faible ensoleillement qui correspondent aux périodes les plus froides.
Par contre il est de plus en plus facile d’atteindre une quasi-autonomie en eau chaude sanitaire solaire de mai à octobre. Intéressant quand on sait que bon nombre de chaudières à fuel ou gaz tournent tout l’été uniquement pour fournir de l’eau chaude y compris pendant les périodes de canicule !
Un chauffe-eau solaire est un dispositif de captage de l’énergie solaire qui permet de fournir l’eau chaude sanitaire © electra
Photovoltaïque, déplacer les usages pour auto-consommer.
Dans un objectif d’optimisation de l’autoconsommation d’une installation photovoltaïque, la meilleure stratégie est de déplacer des usages pour faire coïncider au mieux consommation et production : Faire tourner lave-linge ou lave-vaisselle en milieu de journée ensoleillée par exemple, charger les batteries des appareils autonomes (smartphone, outils, etc. et voiture électrique le cas échéant !).
Comment dimensionner son installation ?
Si l’autoconsommation est l’objectif visé, une installation modeste de 1 ou 2 kWc et une bonne gestion des usages est souvent le meilleur compromis.
Si l’objectif est la production d’électricité destinée à la revente, une installation aussi grande que le permet l’espace disponible sera en principe la meilleure option économique.
Attention, les systèmes photovoltaïques classiques sont raccordés sur le réseau pour pouvoir injecter les surplus gratuitement ou avec revente selon les contrats. Il ne peuvent pas se transformer aisément en systèmes autonomes.
Ceux-ci nécessitent des batteries de stockage, un régulateur de charge, et un système réversible courant alternatif/courant continu. Un onduleur classique (continu vers alternatif) a généralement besoin du signal du réseau pour ajuster sa fréquence et se synchroniser avec lui.
Chauffage électrique photovoltaïque ? une idée peu rationnelle…
Pour optimiser l’autoconsommation d’une installation photovoltaïque et ne pas perdre l’électricité produite au moment où elle est en surplus, l’idée pourrait être de la délester dans un chauffe-eau électrique pour la stocker sous forme de chaleur. Mais concevoir une telle installation n’est vraiment pas une bonne idée !
L’efficacité énergétique globale de cette chaine de transformation est en effet bien plus mauvaise que celle d’un chauffe-eau solaire direct.
De façon générale, les processus de production d’électricité occasionnent de grandes pertes thermiques. Ce coût peut être toléré si l’usage final l’impose. Même si les calculs économiques peuvent parfois aboutir à d’autres conclusions, produire de l’électricité pour la transformer en chaleur est énergétiquement aberrant.
Pour produire de l’eau chaude, il vaut mieux capter l’énergie solaire sous forme de chaleur !
Lire aussi : Atteindre l’autonomie énergétique : le Graal ?
Solutions mixtes
Elles offrent l’avantage indéniable d’optimiser l’énergie captée par unité de surface. L’usage de ce type de solutions doit être bien réfléchi au moment de la conception en se souvenant que le soleil est généreux en été quand le besoin de chaleur est moindre.
Si le panneau mixte optimise la production photovoltaïque, il produit aussi de la chaleur qu’il faut être en mesure de valoriser. Que faire par exemple de l’air chaud généré par un panneau aéro-voltaïque en été ?
En hiver, la lumière du vitrage photovoltaïque est un plus mais en été, un panneau classique opaque sera tout aussi utile en jouant le rôle de brise soleil. Lorsque les surfaces disponibles le permettent, des systèmes séparés plus simples peuvent faciliter la maintenance ou la régulation.
@Bernard Pierre,
Je comprends que pour vous l’avantage du solaire thermique pour de l’eau chaude individuelle est sa meilleur « efficacité énergétique » lire ici surfacique, à surface de captage égale, il y aura moins de consommation d’appoint avec du solaire thermique.
Jusqu’ici je suis d’accord sur la plus grande efficacité à surface égale, mais en maison individuelle, la surface de captage en solaire thermique de 4-5m2 est loin de mobiliser toute la surface disponible. En solaire thermique, on limite souvent la surface de captage car chaque m2 ajouté fait chuté « l’efficacité » comme vous dites ou la productivité utile par m2 de surface.
En photovoltaique, on peut plus facilement augmenter la surface et donc la couverture par le solaire, les co-produit (surproduction) est valorisable soit en direct pour les autres usages soit pour le bien commun (donnée ou vendu).
Donc si on prends non pas l’efficacité surfacique en regardant un spectre restreint des 4 à 5m2 de panneaux solaire thermique mais que l’on regarde l’ensemble maison, le solaire photovoltaïque est plus « efficace » car in fine la maison avec une installation d’eau chaude photovoltaïque consommera moins que celle avec du thermique et produira même de l’énergie pour injecter sur le réseau.
Ce propos vaut pour la maison individuelle, cela ne sera pas le cas quand on est sur une surface utile solaire réduite par rapport au besoin comme dans une copropriété ou il y a peu de toiture par rapport au nombre de logement, piscine ou autres.
Bonjour, en 2022 le cout des kits PV etant devenu très bas et le prix d’une solution ECS thermique restant un investissement car il faut aussi payer l’installateur, il semble plus intéressant le PV avec simple ballon ECS.
Bonjour,
Je suis actuellement en pleine réflexion sur le sujet, aussi je me permets de vous en faire part!
Comme vous, je pensais qu’une solution thermique pour chauffer de l’eau était du point de vue de la logique énergétique la bonne solution, même si je ne trouvais pas très logique de laisser par 0 degré à l’extérieur un ballon chauffé à 65°C, surtout que durant ce cas de figure le ballon est plus souvent chauffé par l’électricité et non par le panneau solaire thermique.
J’ai donc investi dans un chauffe eau avec échangeur et résistance électrique et réalisé mon capteur thermique fonctionnant en auto syphon. Cela fonctionnait très bien, seulement pour toutes interventions de surveillance et de maintenance il faut grimper sur le toit, à 67 ans cela commence par devenir un exercice parfois pénible, quand à faire surveiller l’installation par une société, économiquement mieux vaut le bon vieux ballon électrique raccordé au réseau.
Dernièrement, lors d’une visite de maintenance, j’ai détecté une fuite d’eau, combien de litres d’eau perdus depuis ma dernière visite! La fuite est finalement due à l’oxydation de la cuve du ballon… à peine 5 ans ballon HS remplacement 600€ mini sans l’installation.
Fort de cette expérience j’ai reconsidéré mon point de vue, en n’intégrant pas que la logique énergétique mais aussi les contraintes financières à l’installation et à la maintenance, les contraintes d’accessibilité et de surveillance, et je suis arrivé à la conclusion qu’il fallait que je m’oriente vers une solution ballons électriques + panneaux photovoltaïques.
Je retiens donc une solution avec deux ballons électriques standards de 80 l (2 x 120 €) mis en série et 5 panneaux photovoltaïques de 325 W (5 x 110€) câblés en série et reliés directement aux ballons. La redondance des éléments m’offre une sécurité de service en pouvant fonctionner en mode dégradé.
Du point de vue du fonctionnement, Je chauffe d’abord le ballon relié au réseau de distribution de l’eau chaude par l’intermédiaire d’un mitigeur thermostatique réglé sur 45°C, et lorsqu’il a atteint 75°C je commute sur le 2ème ballon. Je m’affranchis de tout système électronique type recherche du MPPT, convertisseur de tension et onduleur, sources de coûts, pertes thermiques et pannes. Pour un cout inférieur à une solution thermique qui serait de 1200€ mini sans l’installation, j’ai une solution que je peux implanter dans un local tempéré et accessible, une contrainte est que la surface des panneaux photovoltaïques est le double de celle du capteur thermique, mais en ce qui me concerne ce n’est pas une contrainte, de plus je ne suis pas obligé de les installer sur le toit, et je peux les nettoyer plus souvent pour garantir leur rendement. Une inconnue pour l’instant est l’éventuelle corrosion du à l’électrolyse due à l’alimentation de la résistance en tension continue que je peux contourner en inversant périodiquement les polarités de la tension alimentant les résistances.
Cordialement
Bizarre…
Nous avons des amis en Allemagne vers Schwerin à Lübesse ( 53ème parallèle Nord, « c’est le Noooord! », à 1h de route de la mer Baltique!). Ils ont depuis plus de 10 ans des panneaux solaires photovoltaïques afin de produire de l’électricité. Pour leur besoin (2 adultes, 2 enfants de 6 ans-fille et 12 ans-garçon). En autoconsommation + relier au réseau (au cas ou et pour revendre). 2 ballons d’eau chaude sanitaire (1 de 300L pour la famille, 1 de 200L pour la location ou amis) sont alimentés par cette grande installation car il faut quasi 2X plus de surface qu’en France sans compter l’inclinaison nécéssaire des PS sur leur toit… Ces PS alimentent aussi l’éclairage (leds), les plaques à induction, les prises dont une pour recharger leur « Zoé Intens » depuis mars dernier! Cela fonctionne très bien, la revente du surplus compense le coût d’entretien. Ils sont avertis des « jours rouges ». Le chauffage « central » est assuré par un gros poële à bois (à l’Allemande) au centre de l’habitation principale (+/-130 m3 RdCh, chambres et bain-douche à l’étage sous toit + l’appart location de 50 m2). Bien sûr, l’isolation intérieure+extérieure et les fenêtres triple vitrages sont au top mais c’est normal là-bas. Tout autour d’eux, tous les pavillons ont les mêmes installations, souvent depuis plus longtemps.
C’est donc bizarre que ce qui fonctionne depuis des années dans un endroit plus haut sur le globe, plus froid, ne fonctionnerait pas en France…
J’ai dit « bizarre »!?
Comme c’est bizarre…
Allez, portez vous bien 😉
Merci de votre commentaire
Je n’ai pas dit que cela ne « fonctionnait » pas. Mais que lorsqu’il s’agit de produire de la chaleur, le thermique est plus efficient au sens où il capte plus d’énergie à surface égale et évite une conversion d’énergie toujours source de pertes. Dans le cas d’une installation telle que vous la décrivez qui vise à alimenter des usages électriques, il est tout à fait possible qu’opter pour une installation unique photovoltaique soit économiquement plus simple et économiquement plus intéressante que de de mettre en place 2 systèmes différents. Mais quand l’objectif est uniquement ou principalement la production de chaleur (eau chaude + chauffage), ce n’est vraiment pas rationnel énergétiquement parlant. Les couts matériel, les programmes d’aide, les tarifs d’achat sont déterminants et orientent vers la forme d’installation la plus économiquement rentable.
J’imagine que la surface photovoltaïque de vos amis doit être assez conséquente ?
Merci pour les précisions 😉
En effet, la production d’eau chaude sanitaire « en directe » est plus « efficiente »: on en voit partout en Espagne, nord Afrique pour ne donner que ces 2 exemples. Et je peux confirmer que cela chauffe vite et bien ! Par contre, sous nos latitudes, au-dessus de la Loire pour le moment (d’ici 2025-2030, cela aura évolué…), il est plus efficace et moins cher de n’installer qu’un « système ». Plus encore donc du côté de Schwerin en Allemagne où il faut bcp de m2 pour cette production. Pour le moment, seul le toit est quasi entièrement recouvert afin de produire l’équivalent de 9 kW (si mes souvenirs sont bons, au-moins 25-30 PS de 300 Wc). Mais ils vont augmenter la surface sur l’abri voitures et la remise dans le jardin. Ils ont la chance de ne pas avoir d’ombre portée ni de limite/contrainte réglementaire (limite de production-rachat, ABF, site classé…). Enfin, ils ont été conseillé et accompagné par des fonctionnaires qualifiés du « Lander » et, en Allemagne, il y a bcp d’électriciens qualifiés en installations de PS.
En France, le site http://www.hepsul.org permet de se faire une bonne idée de toute la chaine à mettre en place sans se faire avoir par certains « profiteurs »…
Bonjour,
La conclusion sur l’intérêt relatif des panneaux thermiques et photovoltaiques est celle à laquelle j’avais abouti il y a quelques années: les panneaux thermiques à circulation de liquide impliquent des tuyauteries, des raccords, parer le gel, éviter l’éloignement qui apporte des pertes énergétiques et des complications, assurer que la pompe de circulation fonctionne, empêcher la surchauffe en été, contrôler la qualité du liquide qui se dégrade à l’usage et qui est coûteux à remplacer; de plus, l’utilisation de l’énergie captée ne concerne que pour le chauffage de l’eau ou la maison (ou la piscine pour certains), donc peu utile pendant une bonne part de l’année, on réalise difficilement un système de panneaux qui tournent en fonction de la direction du soleil en raison des tuyauteries, et la captation de chaleur et très faible en hiver sauf capteurs à concentration. Une installation photovoltaique est moins chère, plus légère, les panneaux peuvent être dispersés car ils transmettent leur énergie par des câbles faciles à poser et raccorder, peu chers et avec des faibles pertes en ligne, et la captation d’énergie en hiver est réelle, même si divisée par env. 5 au coeur de l’hiver ; l’énergie électrique peut être stockée plutôt facilement et pour peu cher, transformée en courant AC 220 V et utilisée par une multitude d’appareils domestiques, ou la recharge des batteries d’un véhicule électrique, ou même vendue au réseau.
La plus simple utilisation d’un petit système photovoltaïque est de chauffer ou préchauffer l’eau de la douche etc., qui est un très gros poste de consommation électrique, mais ce n’est pas si simple car un ballon de 200 ou 300 l possède une résistance de 2400 à 3000 W et donc implique de pouvoir apporter une puissance importante sur la base d’un onduleur qui doit être nettement plus puissant que la puissance demandée et de batteries qui vont pouvoir alimenter l’onduleur ; en 24 V (les équipements en 48 V sont nettement plus chers), l’ampérage pour 2400 ou 3000 W est 100 ou 125 A à partir des batteries, ce qui est plutôt important ; ou il faudrait un ballon électrique possédant 2 ou 3 résistances pour une meilleure gestion, mais je n’en ai pas trouvé jusqu’à maintenant.
Je suis intéressé par le branchement direct évoqué par Marc S., je ne pensais pas que cela était envisageable.
ChrRV
Au-delà de l’optimisation financière de vendre l’électricité PV à un tarif subventionné plutôt que de la consommer (optimisation d’ailleurs scandaleuse mais légale), le fait de chauffer de l’eau par un ballon à effet joule (sur-isolé, placé dans un local chauffé) plutôt que par du solaire thermique est une équation qui reste + rentable économiquement, sauf quand on installe soi-même les panneaux thermiques. il me semble que le prix des panneaux et de leur installation est sensiblement trop élevé pour que l’effet économique soit réel.
Merci de votre commentaire. Je vous rejoins en effet sur le fait que l’optimisation économique conduit hélas souvent à une conclusion en contradiction avec l’optimisation de l’efficacité énergétique.
L’auto-consommation est intéressante et vertueuse à condition de l’accompagner d’une pédagogie sensibilisant et responsabilisant le consommateur sur la manière de bien gérer une production intermittente.
Et effectivement, il est bien dommage que le solaire thermique apparaisse plus cher qu’une solution électrique. Il resterait à étudier et débattre de la façon dont sont formés les prix des équipements et de l’électricité. Mais ça c’est une autre histoire. Il y a eu par le passé des programmes de soutien au solaire thermique qui semblent hélas passés de mode.