Solaire thermique ou photovoltaïque ?

Quelle est la meilleure solution pour la production d’eau chaude sanitaire ?  D’après un article d’APERE paru de septembre 2016, il est clair que les solutions solaires thermiques n’ont plus la côte par rapport au photovoltaïque:

  • complexité de l’installation,
  • coût,
  • entretient,
  • flexibilité,
  • robustesse.

Nous avons décidé en 2014 d’installer 6m2 de solaire thermique.  A ce moment, nos motivations étaient les suivantes :

  • diminuer considérablement l’utilisation de l’électricité pour la production d’eau chaude sanitaire,
  • orienter le surplus d’énergie vers un échangeur pour le chauffage de la piscine.
  • profiter des nouveaux incitants financiers pour l’installation de tels panneaux (1900 € de prime).

Le point clé était que l’on puisse à la fois utiliser cette source d’énergie  pour l’eau chaude et pour la piscine l’été.  Cela permet effectivement de réchauffer plus rapidement la piscine dès que les rayons de soleils sont au rendez-vous.

Nos chiffres

Entre le 1/11/2016 et le 31/10/2017, nous avons produit 2687 kWh d’énergie solaire. La simulation solaire nous annonçait 2176 kWh :

 EffectifSimulation
Eau chaude sanitaire1351 kWh1440 kWh
Piscine1336 kWh736 kWh
Total2684 kWh2176 kWh

Les chiffres semblent cohérents sachant :

  • qu’il y a des pertes additionnelles après les capteurs de températures me permettant d’évaluer l’énergie produite.
  • que l’ensoleillement a été égal ou au dessus de la moyenne durant 9 mois sur 12 (source IRM) :

L’influence de la régulation

La simulation prévoyait notamment une proportion plus importante pour l’eau chaude.  C’est probablement notre régulation qui explique cela.  La régulation en place prend en compte la nébulosité de la journée et la prévision pour le lendemain.

  • Si la nébulosité pour la journée est faible, la résistance électrique ne va pas se mettre en route le matin avant le lever du soleil (mis à part si l’eau descend en dessous des 50°)
  • Si la nébulosité est faible le lendemain, la consigne pour l’eau chaude sanitaire sera fixée entre 60 °C et 65 °C.  Dans le cas contraire, elle sera fixée entre 80 °C et 85°C afin d’accumuler de l’énergie dans le ballon.

Ces deux règles permettent d’éviter que la résistance prenne trop vite le relais et de privilégier la piscine quand les prévisions météorologiques sont bonnes.  Cette règle a tout son sens car :

  • nous utilisons moins d’eau chaude les jours d’été ensoleillés (les enfants passent la journée dans l’eau),
  • cela réduit aussi la surchauffe dans la buanderie (300L d’eau à 90°C alors qu’il fait 35 °C dehors, ça n’aide pas pour maintenir des températures fraiches à l’intérieur).

Investissement

Nous avons déboursé environ 5500 € pour cette installation solaire thermique (sans l’équipement et les raccords pour la piscine).  A l’époque, nous avons obtenu une prime de 1900 €.

L’équivalent en photovoltaïque

Pour nos besoins en eau chaude, sachant que 1 Kwc produit en Belgique +/- 980 kWh (chiffre Apere) et que nous sommes orienté sud-est (rendement = 95%), nous aurions besoin de 1,45 kWc pour produire la même quantité d’électricité :

\(\frac {1351}{ 980  * 0,95}  = 1,45 kWc \)

Nous considérons que pour une petite installation le coût du Wc serait de 2 € : soit un investissement de 2902 €.

Pour les besoins en eau chaude et piscine, nous aurions besoin de 2,61 kWc :

\(\frac {2687}{ 980  * 0,95}  = 2,89 kWc \)

Soit un investissement de 5772 €.

A ces deux montants, il est nécessaire d’ajouter le prix d’un ballon (800€).

Conclusion

 Solaire thermique 2014Photovoltaïque 2016 (uniquement pour l'eau chaude)Photovoltaïque 2016 (eau chaude et piscine)
Coût d'installation5500 €3702 €6580 €
Prime1900 €1178 €2445 €
Total3600 €2524 €4135 €

On voit clairement que si on ne prend pas en compte l’énergie injectée dans la piscine, il est bien plus judicieux d’installer des panneaux photovoltaïques.  Ok… on pourrait dire que dans ce cas de figure, on a pas vraiment besoin d’une surface de 6 m2…  Mais passer à 4m2 ne diminuerait pas de façon importante le prix de l’installation.

Dès lors, même conclusion que l’article cité ci-dessous.  Le solaire thermique est bien voué à disparaitre.

Dans le cas ou l’on prend en compte les kWh « Piscine », c’est discutable.  La solution thermique est toujours intéressante.  Il faudrait certainement la comparer avec une pompe a chaleur pour piscine et une surface photovoltaïque adaptée.  A suivre…

Récupérateur de chaleur pour douche

En mai dernier, j’ai fait installer un échangeur/récupérateur de chaleur pour la douche. J’ai trouvé ce dispositif sur internet. Le principe de cet échangeur est assez simple. Il s’agit d’un tube de cuivre de 50mm de diamètre utilisé pour l’écoulement de l’eau usée de la douche. Ce tube est entouré d’un deuxième tube de cuivre un peu plus large dans lequel on fait passer l’eau froide. C’est un échangeur à contre courant : pendant que l’eaux usée chaude de la douche s’écoule vers le bas, l’eau froide est amenée entre les parois de l’échangeur. Les calories de l’eau usée sont transmises à l’eau froide.

Le système a été installé en mode B. C’est à dire que seule l’arrivée d’eau froide de la douche passe par l’échangeur. C’est moins performant selon le constructeur mais cela à l’avantage de ne pas limiter le débit d’eau chaude pour tous les points d’eau chaude de la maison.

Afin de vérifier la pertinence de cet achat – un peu compulsif il faut l’avouer – j’ai installé des sondes de température aux entrées et sorties du systèmes :

  • Entrée d’eau froide (bleu)
  • Sortie d’eau préchauffée (jaune)
  • Eau usée provenant de la douche (rouge)
  • Eau usée vers les égouts (pourpre)

Et voici ce que ça donne sur un graphique quand on prend une douche.

Afin de calculer le gain de ce type de dispositif, j’ai calculé le delta t moyen entre l’eau froide en entrée et l’eau froide en sortie. Ensuite, sachant qu’il faut 4,186 J pour élever de un degré un gramme d’eau je peux calculer le nombre de joule épargnés et le transformer en kWh :

\(\Delta temperature * 4,186 * 1000 * litre\)

Premier cas : une douche rapide du matin (4min)

Eau consommée (total) : 48 l
Eau froide : 27,00 l
Eau chaude : 21,00 l
Température moyenne entrée eau froide : 22,78 °C
Température moyenne sortie eau froide : 26,02 °C
Delta temperature eau froide : 3,24 °C
Température moyenne entrée vidange : 26,73 °C
Température moyenne sortie vidange : 23,88 °C

Résultats :
Energie épargnée en Joule : 365908,73 J
Energie épargnée en kWh : 0,10 kWh

Deuxième cas : une longue douche (10min)

Eau consommée (total) : 117,00 l
Eau froide : 67,00 l
Eau chaude : 50,00 l
Température moyenne entrée eau froide : 19,43 °C
Température moyenne sortie eau froide : 29,17 °C
Delta temperature eau froide : 9,74 °C
Température moyenne entrée vidange : 31,76 °C
Température moyenne sortie vidange : 23,74 °C

Résultats :
Energie épargnée en Joule : 2730714,62 J
Energie épargnée en kWh : 0,76 kWh

J’ai observé des performances semblables dans le cas ou on prend 2 douches consécutivement.

Retour sur investissement

Nous somme 5 à la maison, si on considère qu’en moyenne, on prendrait :

  • 21 petites douche par semaine
  • 5 longues douche tonifiante

Cela ferait donc épargner 2,1 kWh + 3,8 kWh par semaine ou 306,8 kWh par an.

D’un point de vue écologique, c’est donc tout à fait cohérent bien que 306,8 kWh ne représente pas grand-chose dans la consommation globale d’un menage (à peine 30 l de mazout).

D’un point de vue économique, le retour sur investissement dépend de coût du chauffage de l’eau. Dans le cas où on utilise l’électricité pour chauffer l’eau, c’est assez vite rentabilisé puisque cela fait épargner environ 65€ par an (prix constant de l’énergie!). Le dispositif coutant 602€ TVAC, il est rentabilisé en moins de 10 ans.

Dans notre cas, nous avons installé des panneaux solaires thermique donc la production d’ECS l’été est gratuite. Le retour sur investissement serait donc beaucoup plus long (de l’orde de 20 à 30 ans probablement). Néanmoins, en mi-saison, le dispositif pourrait faire épargner un peu d’eau chaude.

Conclusion

Ce dispositif est un choix cohérent pour une famille nombreuse où l’ECS est exclusivement produite à partir d’électricité (résistance). Dans d’autres cas, c’est économiquement difficile à rentabiliser. Néanmoins, ce dispositif a 2 autres atouts par rapport à d’autres moyens permettant de réduire la facture énergétique pour l’ECS :

  • le système ne nécessite aucune maintenance,
  • il est simple et ne nécessite pas beaucoup d’énergie grise à la fabrication.

Ces échangeurs doivent être particulièrement adaptés pour les collectivités comme les piscine (nombreuses douches successives). Il y a d’ailleurs de nombreuses photos d’installations collectives sur le site de Gaia green.

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