Par Elisabeth AUBERT et Frédéric RAVAT - GrDF
Associer une chaudière à condensation et un kit photovoltaïque en autoconsommation permet de respecter la RT 2012 tout en maîtrisant le coût de construction (Bbio proche de Bbiomax) et en limitant fortement l’encombrement dans le logement (aucun encombrement au sol).
Principe de fonctionnement
Cette solution se compose :
- D’une chaudière à condensation ;
- D’un kit photovoltaïque de 2 à 5 m² environ (250 Wc à 750 Wc) en autoconsommation permettant d’assurer une production minimale de 5 kWhep/m² SHONRT/an d’énergie renouvelable.
Schéma de principe du couplage chaudière à condensation + kit PV
La chaudière à condensation et le kit photovoltaïque fonctionnent de manière totalement indépendante.
La chaudière à condensation, généralement micro-accumulée, assure les besoins de chauffage et d’eau chaude du logement. Tous les types d’émetteurs peuvent y être associés : radiateurs, PCBT, vecteur air, etc.
Le kit photovoltaïque permet, par sa production d’électricité, de répondre à l’exigence de recours à une EnR en RT2012. L’électricité produite est en priorité autoconsommée dans le logement (électroménager, éclairage, informatique, etc.).
Etant donné la faible puissance installée (250 Wc à 750 Wc environ), l’électricité photovoltaïque sera le plus généralement entièrement autoconsommée : en effet, la production PV sera le plus souvent inférieure au talon de consommation d’électricité domestique du logement.
Toutefois, lorsqu’il n’y a pas de demande, l’électricité produite est réinjectée gratuitement sur le réseau.
Transformation de l’énergie lumineuse en énergie électrique
Ce kit peut être composé de panneaux ou de tuiles photovoltaïques. Dans le cas de panneaux, l’électricité continue est transformée en courant alternatif par des micro-onduleurs directement intégrés aux panneaux. Dans le cas de tuiles PV, un unique onduleur central permet de transformer l’électricité.
L’autoconsommation, avenir du photovoltaïque ?
GrDF a choisi, au travers de cette offre, de réintégrer le photovoltaïque en tant que système énergétique au cœur du logement et non plus en tant que produit financier. Il permet aux clients de disposer d’une des solutions RT 2012 les plus compétitives tout en bénéficiant d’une économie sur leur facture d’électricité.
Ce choix intervient dans un contexte économique où les clients n’ont plus les moyens d’investir dans de grandes installations (crise économique, disparition du CIDD photovoltaïque) et où les prix d’achat de l’énergie photovoltaïque baissent tous les trimestres pour atteindre d’ici un an à deux la parité réseau.
Les études menées par le CRIGEN ont montré qu’à l’échelle d’une maison, la production de 2 à 3 panneaux (soit 500 à 750 Wc) photovoltaïques été quasi entièrement autoconsommée par les appareils électriques (réfrigérateur, auxiliaire, éclairage box internet, appareil en veille ...). Cette solution génère ainsi de 50 à 150 € d’économie par an sur la facture d’électricité.
L’enjeu de demain sera de trouver des solutions intelligentes permettant d’ajuster la production des panneaux photovoltaïques à la consommation d’un foyer afin de valoriser une production d’électricité plus importante, c'est-à-dire au-delà de 2 à 3 panneaux sur une maison, au-delà des communs à l’échelle d’un immeuble.
Un taux d’autoconsommation proche de 100%
3.1 Des études CRIGEN
Le CRIGEN a mené une étude en 2013 pour estimer la part autoconsommée dans une maison, de différents systèmes photovoltaïques : 1 panneau de 250 Wc, 2 panneaux soit 500 Wc, 10 tuiles de 66 Wc soit 660 Wc) et sur 3 zones climatiques H1a ; H2b , H3.
- Le profil des consommations d’électricité spécifiques d’une maison de 120 m² a été reconstitué à partir des données issues d’une campagne de tests portant sur 40 maisons individuelles (MI) alimentées au gaz (chauffage + ECS + cuisson). Durant cette expérimentation, seule la consommation électrique totale a été mesurée. Cette dernière englobe potentiellement tous les usages électriques hors chauffage, ECS et cuisson.
Profil reconstitué :
Une consommation d’électricité spécifique de 4063 kWh/an ; constante d’un mois à l’autre et d’une zone climatique à l’autre (usage chauffage + ECS au gaz)
- La production de chaque système PV étudié a été simulée à partir du logiciel ARCHELIOS et comparée au besoin électrique afin de déterminer par différence l’autoconsommation de l’électricité produite dans chaque cas étudié.
Une production d’électricité PV de chaque système variant mensuellement, ainsi que d’une zone à l’autre.
Les principales conclusions sont les suivantes :
A l’échelle annuelle, quelle que soit l’offre PV étudiée, la totalité de la production d’électricité est autoconsommée par une MI de 120 m².
L’étude journalière confirme que le logement étudié est en autoconsommation complète quelle que soit l’offre PV.
En zone H3 et en juillet, la proximité des profils de consommation et de production aux heures méridiennes laisse penser qu’en configuration réelle des réinjections sur le réseau pourraient être observées. Ceci semble nettement moins probable en zone H1a.
3.2 Un Field Test
Pour compléter cette première étude théorique par un retour terrain en conditions réelles, GrDF et le CRIGEN ont confié à l’INES (Institut National de l’Energie Solaire) l’instrumentation d’une maison RT 2012 de 98 m² à Pruillé-le-Chétif (près du Mans) équipée d’une chaudière à condensation et d’un kit photovoltaïque. La métrologie enregistre l‘ensoleillement, la production des panneaux photovoltaïques, ainsi que la consommation électrique de la maison.
Les mesures ont démarré en Mars pour une durée d’un an. Il est donc trop tôt pour pouvoir en tirer des conclusions cependant les premiers résultats tendent à démontrer une autoconsommation quasi-totale, comme le montre le graphique ci-dessous du mois de Mars avec une réinjection de 0.933KWh au total sur le mois :
Figure 1 : profils électriques mesurés sur le mois de mars 2014 de la maison en Field-Test
Un couplage aux nombreux atouts
Le couplage chaudière à condensation et kit PV présente de nombreux atouts :
Pour le maître d’ouvrage :
- Maîtrise du coût de construction (Bbio proche de Bbiomax)
- Prix compétitif : coûts d’achat et de pose maîtrisés
- Performance énergétique : exigence Cep facilement respectée
- Possibilité éventuelle de placer les équipements hors volume chauffé
- Atteinte facilitée de hauts niveaux de performance énergétique - Intervenants indépendants pour la mise en œuvre (plombier chauffagiste pour la chaudière, couvreur pour les tuiles ou panneaux PV, électricien pour le raccordement au tableau électrique)
- Pas d’unité extérieure (projets situés en milieu dense nécessitant de limiter la présence d’équipements à l’extérieur du logement)
- Adaptée à toutes les régions (maîtres d’ouvrage gros faiseurs recherchant une solution standardisée sur l’ensemble du territoire)
- Solution adaptée aux maisons de faible surface sans garage ni cellier grâce à son faible encombrement (notamment en cas de production d’ECS instantanée)
Pour l’utilisateur final :
- Très faible encombrement dans le logement (aucun encombrement au sol)
- Possibilité éventuelle de placer les équipements hors volume chauffé (garage…)
- Economie sur la facture d’énergie grâce à l’autoconsommation de l’électricité photovoltaïque (30 € à 100 € environ)
- Coût d’entretien réduit (chaudière à condensation)
Les offres fabricants disponibles
La chaudière à condensation peut être de la marque habituelle ou de toute autre marque.
Des kits PV sont proposés par de nombreux fabricants, dont voici une liste non exhaustive : Clipsol, Imerys, Systovi, Terreal, Viessmann ...
Un succès croissant de la solution auprès des maîtres d’ouvrage
Fort de ses atouts, cette solution connaît d’ores et déjà un succès important auprès des maîtres d’ouvrage et des bureaux d’études. Voici 2 exemples d’opérations références :
Lotissement des Chênes
Maine Construction – Pruillé-le-Chétif (72)
Cette maison RT 2012 de 98 m² située à Pruillé-le-Chétif, en périphérie du Mans, est équipée d’une chaudière à condensation pour le chauffage et l’ECS, ainsi que d’un kit photovoltaïque produisant de l’électricité consommée à demeure.
Le chauffage et l’eau chaude sanitaire de cette maison sont produits par une chaudière à condensation micro-accumulée Atlantic de 24 kW. L’émission de chauffage est assurée par un plancher chauffant basse température (départ 35°C) dans la partie jour située au RDC, et par des radiateurs équipés de robinets thermostatiques de variation temporelle 0,50 à l’étage. 2 panneaux PV Clipsol (puissance totale : 500 Wc) produisent de l’électricité qui est en priorité autoconsommée dans le logement (électroménager, consommations de veille…). Lorsqu’il n’y a pas de demande, elle est réinjectée gratuitement sur le réseau électrique.
Gérard Babin, responsable du pôle MI chez ETC, revient sur les atouts de cette solution :
« Un coût de fonctionnement et d’entretien moindre »
«Le premier atout de la chaudière gaz naturel à condensation associée à un kit photovoltaïque réside dans sa simplicité de mise en œuvre, avec trois intervenants bien identifiés : le chauffagiste pour l’implantation de la chaudière gaz naturel à condensation (pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire) ; le couvreur pour la pose du kit photovoltaïque ; et l’électricien pour le branchement de celui-ci au tableau électrique. Autre avantage : un coût de fonctionnement et d’entretien moindre comparé à d’autres solutions RT 2012 puisque limité à la seule chaudière à condensation (un simple nettoyage des modules photovoltaïques est nécessaire). Soulignons l’absence de nuisance sonore souvent reprochée au ballon thermodynamique, en particulier au ballon thermodynamique autonome. Et enfin, la possibilité d’intégrer la chaudière à condensation dans un placard technique dans la cuisine, disposition qui économise les mètres carrés du cellier qui abrite habituellement les équipements de chauffage et d’ECS.
La production d’électricité par le kit photovoltaïque permet pour sa part de réduire la facture énergétique du logement sans modifier les habitudes de ses occupants. »
Résidence Les Brigantines
Arauris – Le-Grau-du-Roi (30)
Ce programme de 20 maisons individuelles, situé dans le quartier de Port-Camargue au Grau-du-Roi dans le Gard, comprend 16 villas T3 et 4 villas T4. Ces maisons, respectant la RT 2012, sont équipées d’une chaudière à condensation pour le chauffage et l’ECS, ainsi que d’un kit photovoltaïque.
Les villas sont équipées d’une chaudière à condensation micro-accumulée de 28 kW, produisant le chauffage et l’eau chaude sanitaire. L’émission de chauffage est assurée par des radiateurs équipées de robinets thermostatiques de variation temporelle 0,5. Par logement, 1 unique panneau PV Clipsol (250 Wc) d’une surface de 1,59 m² permet de répondre à l’exigence EnR de la RT 2012. L’électricité photovoltaïque est transformée en courant alternatif grâce au micro-onduleur directement intégré sous le panneau.
Laeticia Dinard, ingénieur projets chez BG Ingénieurs Conseils, revient sur les atouts de cette solution :
« Economiquement mieux placée que les solutions thermodynamiques »
«L’énergie gaz naturel associée à l’énergie photovoltaïque répond parfaitement à l’exigence de la RT 2012 de produire au minimum 5 kWh d’énergie renouvelable. Cette production est atteinte avec seulement un ou deux panneaux photovoltaïques.
L’électricité produite est autoconsommée. Elle permet d’alimenter les veilles d’appareils électroniques : télévision, informatique… ainsi qu’une partie de l’éclairage, ce qui concourt à abaisser encore la consommation énergétique du logement, déjà limitée grâce aux excellentes performances de la chaudière gaz naturel à condensation.
Au plan économique, cette technologie se révèle mieux placée que les solutions thermodynamiques et, du point de vue de l’entretien, plus avantageuse que le solaire thermique.
Les limites du système sont relatives au respect de l’orientation des panneaux, à l’absence d’ombres portées et aux contraintes des zones ABF. L’implantation des panneaux doit aussi être réalisée par un installateur qualifié et labellisé Quali’PV. Il est important de préciser que, indépendamment de l'énergie renouvelable, le bâti et les équipements techniques se doivent d'être performants.»
Par Elisabeth AUBERT -
Responsable produits Habitat Neuf et EnR, et
Frédéric RAVAT
Ingénieur d'affaires -Pôle Efficacité Energétique - GrDF
SOURCES ET LIENS
AUTRE CHRONIQUE des ingénieurs de GrDF