Chaudière gaz condensation et kit photovoltaïque : solution RT2012 et plus !

Par nos consultants et experts techniques.

4 Juillet 2019

Par Anne-Sophie Seguis, Responsable efficacité énergétique résidentiel, Cegibat
Laurent Caravati, Ingénieur efficacité énergétique résidentiel, Cegibat

Produire son énergie pour l’auto-consommer constitue aujourd’hui une des solutions les plus efficaces sur le plan énergétique et environnemental. De plus, associer un kit photovoltaïque à une chaudière gaz condensation permet de disposer d’une énergie en continu apportant sécurité et confort.

Cette solution « chaudière à condensation avec 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).
La solution est de plus en droite ligne de la prochaine réglementation de la construction 2020 qui prendra comme standard le BEPOS à qualité environnementale.

Les terrasses de l’Ourcq « European Homes » à Villenoy (77): Réalisation concrète avec solution chaudière condensation et kit PV pour 25 maisons individuelles

Principe de fonctionnement : chauffage gaz et photovoltaïque

Cette solution se compose :

D’une chaudière gaz à condensation double service (chauffage et eau chaude sanitaire)
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 SRT/an d’énergie renouvelable
D’un onduleur (ou d’un micro-onduleur sur chacun des panneaux)
D’un compteur de production (optionnel)

Schéma de principe du couplage chaudière à condensation + kit photovoltaïque

La chaudière gaz à condensation et le kit photovoltaïque fonctionnent de manière totalement indépendante.

La chaudière gaz à condensation, généralement micro-accumulée, assure les besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire du logement. Tous les types d’émetteurs peuvent y être associés : radiateurs, plancher chauffant basse température, vecteur air, etc…

Le kit photovoltaïque peut être composé de panneaux ou de tuiles photovoltaïques. Dans le cas de panneaux, l’électricité produite en courant continu est transformée en courant alternatif par des micro-onduleurs directement intégrés aux panneaux. Dans le cas de tuiles PV, ce rôle est joué par un onduleur central.

Etant donnée la faible puissance installée (250 Wc à 750 Wc environ), l’électricité photovoltaïque est le plus généralement autoconsommée. En effet la production PV est, dans la majorité des cas, inférieure au talon de consommation d’électricité domestique du logement.
Toutefois, lorsqu’il n’y a pas de demande, l’électricité produite est injectée gratuitement sur le réseau.

Le kit photovoltaïque (PV) pour favoriser l’autoconsommation

La surface réduite du kit PV a été dimensionnée pour favoriser l’autoconsommation dans le logement. Avec ce dimensionnement judicieux, l’électricité produite par le kit PV est quasi entièrement consommée par les appareils domestiques (réfrigérateur, auxiliaires, éclairage, box internet, appareils en veille….).

L’autoconsommation de l’électricité permet de réaliser des économies sur la facture d’énergie, là où le choix de la revente se montre peu, et de moins en moins, rentable.

Ci-dessous, l’évolution des tarifs d’achat du kWh photovoltaïque d’après le site du Ministère de l’Energie, de l’Environnement et de la Mer.

Tarifs d’achat du kWh photovoltaïque pour une installation intégrée au bâti de puissance < 9 kWc

Tarifs d’achat du kWh photovoltaïque pour une installation intégrée simplifiée au bâti de puissance < 9 kWc

L’enjeu de demain sera de trouver des solutions intelligentes permettant d’ajuster la production des panneaux photovoltaïques au plus juste de la consommation d’un foyer afin de valoriser une production d’électricité encore plus importante.

Les études théoriques

Une étude a été menée en 2013 pour estimer la part d’électricité autoconsommée dans une maison d’environ 120 m² équipée, dans le premier cas, d’un panneau de 250 Wc, dans le second cas, de 2 panneaux soit 500 Wc, et dans le troisième cas, de 10 tuiles de 66 Wc (soit 660 Wc) et sur 3 zones climatiques H1a, H2b et H3.

→ Le profil des consommations d’électricité spécifique 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 pour les usages suivants : chauffage, eau chaude sanitaire et cuisson. Durant cette expérimentation, seule la consommation électrique totale a été mesurée. Cette dernière englobe potentiellement tous les usages électriques hors usages au gaz évoqués précédemment.

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 la part d’électricité autoconsommée.

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 devrait être autoconsommée par une maison de 120 m².

L’étude journalière indique que le logement étudié serait 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.

Ces résultats sont à pondérer en raison du profil des consommations. Le profil utilisé dans cette étude théorique est journalier et constant sur l’année étudiée. Or les consommations d’électricité réelles d’un foyer sont variables tout au long de l’année.

Un Field-Test

Pour compléter cette première étude théorique par un retour terrain en conditions réelles, GRDF a 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 le 1^er mars 2014 et se sont achevées le 28 février 2015.

Les résultats de l’étude sont présentés dans le graphique ci-dessous :

Profils électriques mesurés sur la période du 01/03/2014 au 28/02/1015

Bien que la production annuelle d’électricité soit inférieure à la consommation, une partie de l’électricité est injectée sur le réseau.

Pour mieux observer ce phénomène, il est préférable d’analyser les profils électriques à l’échelle d’une journée :

Fonctionnement du système PV : Jour d'été

La production d’électricité qui a lieu en pleine journée, c'est-à-dire le moment où les personnes sont absentes (consommation faible) ne peut être consommée dans sa totalité. Sur la journée du 1^er septembre 2014, l’injection de l’électricité produite sur le réseau a été importante soit 43 % de la production.

Profils électriques mesurés sur la période du 01/03/2014 au 28/02/1015

En hiver, la production d’électricité étant plus faible qu’en été, la quasi-totalité de l’électricité est consommée directement sur place. Ainsi, pendant la journée du 10 mars 2014, la part de l’électricité produite injectée sur le réseau est de 5%.

Conclusions du Field-Test :

Le taux d’autoconsommation sur la période étudiée est de 77%, c’est-à-dire que 77% de la production électrique issue de l’installation PV a été utilisée pour les besoins propres à la maison.
Le taux d’autoproduction s’élève à 12% signifiant que la production PV a couvert 12% des besoins électriques de la maison.
Le taux de couverture, quant à lui, est de 16% indiquant que l’installation pourrait couvrir 16% des besoins électriques totaux de la maison si l’intégralité de la production électrique était autoconsommée.
La puissance maximale injectée de 0,41 kW n’a pas d’impact sur le réseau électrique français
Le ratio de performance du système photovoltaïque installé sur la toiture de la maison de Pruilly le Chétif est de 85%. Le ratio de performance est obtenu d’après la formule suivante :

L’économie réalisée sur la facture électrique s’élève à 75 € sur la période du 1^er mars 2014 au 28 février 2015 grâce à l’électricité produite et consommée sur le site.

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)
L’optimum technico-économique : Le coût de l’ensemble bâti/système de chauffage le moins cher du marché.

Chiffrages constatés chez des CMI de taille moyenne – coût global d’investissement bâti-systèmes

Un prix de la solution très intéressant : 2500 à 3500 €HT fourni/posé
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)
Solution adaptée aux maisons de faible surface sans garage ni cellier grâce à son faible encombrement (notamment en cas de production d’ECS instantanée)
Adaptée à toutes les régions (maîtres d’ouvrage gros faiseurs recherchant une solution standardisée sur l’ensemble du territoire).
Les graphiques ci-dessous présentent l’évolution du nombre de panneaux à installer en fonction de la surface habitable pour respecter la part EnR dans les trois zones climatiques :

Evolution de la part EnR en fonction de la SRT (orientation ouest des panneaux PV)

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 (de 50 à 100 € par an environ)
Coût d’entretien réduit (chaudière à condensation)
Absence de nuisances sonores : confort acoustique

Saisie réglementaire

Pour vous aider dans votre projet, il existe des fiches d’aide à la saisie réglementaire en libre accès sur le site :

https://cegibat.grdf.fr/reglementation-energetique/fiche-saisie-rt-2012

Un regain d’intérêt des maîtres d’ouvrage vis-à-vis de la solution

Depuis 2012, la solution de chauffage chaudière à condensation + kit PV connaît un regain d’intérêt. Le nombre de logements équipés avec ce système dans le résidentiel neuf grimpe en flèche :

Nombre de logements neufs équipés de la solution chaudière condensation + kit PV entre 2013 et 2015
[source : Batiétudes]

La part de marché de la solution sur le résidentiel neuf s’envole également :

Part de marché de la solution chaudière condensation + kit PV entre 2013 et 2015 (tous systèmes énergétiques confondus)
[source : Batiétudes]

Grâce à ses nombreux atouts et son prix très compétitif, la solution chaudière à condensation + kit PV est de plus en plus choisie par les maîtres d’ouvrages dans leurs projets.

Plusieurs opérations références

Les terrasses de l’Ourcq
European Homes – Villenoy (77)

Le projet à Villenoy est composé de 25 maisons individuelles et de trois immeubles collectifs abritant 33 appartements. La solution énergétique retenue dans le cadre de cette opération consiste à coupler une chaudière à condensation pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire à un kit photovoltaïque pour respecter l’obligation de recourir à une énergie renouvelable à hauteur de 5 kWhep/(m².an). Le début des travaux a débuté en 2015.

Suivant la typologie de la maison (T6, T5 ou T3) les chaudières installées sont soit d’une puissance de 21 kW avec micro-accumulation soit d’une puissance de 13 kW avec ballon de 120 L. Les émetteurs installés sont des radiateurs moyenne température avec robinets thermostatiques et circulateur à vitesse variable. Le nombre de panneaux installés varie en fonction de la surface du logement pour respecter l’exigence des 5 kWhep/m².an comme le démontre le tableau ci-dessous :

Voici les descriptifs techniques de la composition du bâti et du système :

PLANCHER BAS SUR TERRE PLEIN	T3 et T5 en R+1 : Dalle béton + 100 mm de polyuréthane en isolation sous chape, (R=4,65 m².K/W) + Chape béton -Up=0,20 W/m².K T6 en R+1 : Sur terre-plein Dalle béton + 100 mm de polyuréthane en isolation sous chape (R=4,65 m².K/W) + Chape béton Up=0,22 W/m².K Sur garage Entrevous PSE, (R=4,65 m².K/W) -Up=0,23 W/m².K
COMBLES	Plaque de BA 13 + 400 mm de laine de verre déroulée, (R=11,40 m².K/W) - Up=0,10 W/m².K
MURS EXTERIEURS GARAGE	T6 et T3 en R+1: Brique (R≥1,00 m².K/W)+ 100 mm doublage PSE (R=3,40 m².K/W) - Up=0,22 W/m².K T5 en R+1 : Brique(R=1,32 m².K/W)+ 120 mm doublage PSE (R=4,10 m².K/W) - Up=0,18 W/m².K
PERMEABILITE	T6 et T3 en R+1: 0,6 m³/h/m² sous 4 Pa T5 en R+1: 0,4 m³/h/m² sous 4 Pa
MENUISERIES	Double vitrage PVC + vitrage 4/16/4 à faible émissivité + Argon Uw=1,50 W/m²K -Ujn=1,30 W/m²K
CHAUFFAGE + ECS	Chaudière individuelle murale gaz naturel à condensation double service située en volume chauffé T6 et T3 en R+1 : P=21 kW avec micro accumulation (Débit=14 L/min). T6 et T5 en R+1 : P=13 kW avec ballon 120 litres.
EMISSION - DISTRIBUTION	Radiateurs moyenne température avec robinets thermostatiques avec circulateur à débit variable.
SURFACE PV	Kit photovoltaïque surimposé toiture T3 en R+1 : P=240~260 Wc – 1,61 m² - orienté sud T5 et T6 en R+1 : P=480~520 Wc – 3,22 m² - orienté sud
VENTILATION	VMC individuelle hygro B basse consommation

Chiffres clés de l’étude thermique sur le programme :

Ce chantier a été lancé en mai 2015, les premières livraisons ont débuté en décembre 2015 pour se finaliser en octobre 2016.

Le coût global de construction s’élève à moins de 1000 €HT/m² habitable. La prestation liée à la fourniture et la pose des panneaux photovoltaïques s’élève 24 633 €HT pour 25 maisons - 42 panneaux, soit 2,4 €HT/Wc.

Jérôme Soulé, directeur technique European Homes revient sur les atouts de cette solution :

« En tant que maitre d’ouvrage, nous privilégions les solutions au gaz naturel, plus favorables, pour être conforme à la RT2012. Concernant le choix des panneaux photovoltaïques, ils ont l’avantage d’être aussi performants que d’autres solutions vis-à-vis de la réglementation et de ne pas consommer d’espace dans le volume bâti dans une période où la surface des logements est de plus en plus réduite. D’autre part, il s’agit de la solution EnR la plus compétitive en termes d’investissement. »

Mathieu Carcouet, thermicien – construction Pôle Conseil et Etudes Energétiques Pouget Consultants, témoigne :

« En tant que bureau d’études thermiques, nous avons accompagné European Homes dans sa recherche d’équilibre technico-économique. Le projet s’est rapidement orienté vers un bâti performant et une solution de chauffage + ECS gaz condensation. Pour répondre à l’exigence d’EnR, nous avons opté pour la solution photovoltaïque puisqu’elle présente des avantages en termes d’encombrement (pas de stockage d’ECS) et de coût d’exploitation (peu d’entretien) tout en restant plus économique que les autres solutions pouvant s’associer à un chauffage gaz. »

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 :

«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 équipés 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 :

«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 Anne-Sophie Seguis, Responsable efficacité énergétique résidentiel, Cegibat
et Laurent Caravati, Ingénieur efficacité énergétique résidentiel, Cegibat

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Commentaires

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10/11/2016 joel
Il est regrettable que l'autoconsommation de PV soit présentée comme le moyen de réduire la performance de l'enveloppe (Bbio proche de Bbio max) , brèche dans laquelle s'engouffrent les MOA et CMISTES . Alors que d'autres pays font le choix du passif, la France après de bonnes intentions (label RT 2005) n'en finit plus de reculer. L'objectif des bâtiments à énergie positive nécessitera des contorsions "technocratiques" alors qu'avec des enveloppes tendant vers le passif, cet objectif devenait vraiment réaliste...on a les lobbies qu'on merite.

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