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LES ENERGIES RENOUVELABLES
Entre géothermie, solaire, pompe à chaleur comment faire la part des choses dans le panel des énergies renouvelables proposées ?
Ce petit dossier comparatif fait la lumière sur les dernières nouveautés, leurs avantages, leurs inconvénients, les prix indicatifs,...
Bonne lecture !
Sommaire interactif (cliquez sur le chapitre pour y accéder directement) :
Le Chauffe-eau solaire individuel (CESI) pour la production d’eau chaude sanitaire Le Système solaire combiné (SSC) ou Combi solaire pour l’eau chaude sanitaire et le chauffage Les chiffres du solaire thermique Le solaire photovoltaïque, devenir producteur d’électricité 4/ Les différents types de pompes à chaleur, leurs avantages, leurs inconvénients Le puit canadien ou puit provençal :
Définition du fameux COP (Coefficient de Performance) C’est en fait le rendement de l’appareil producteur d’énergie : rapport entre l’énergie utile fournie par l’appareil et l’énergie finale livrée. Mesure la performance énergétique des équipements Exemple : pour 1 joule consommé (en électricité), une pompe à chaleur peut produire 4 joules d’énergie. Le COP est alors de 4 (on ne parle plus de rendement car un rendement est, par définition, toujours inférieur à 1).
Il en existe 2 grandes familles : le solaire thermique qui va produire de l’eau chaude et le solaire photovoltaïque qui va produire de l’électricité. Dans les 2 cas, il faut capter le rayonnement solaire, cela se fait dans 90% des cas via des panneaux posés en toiture. Ils peuvent être posés sur la toiture existante (la surimposition) ou intégrés à la toiture. Généralement, la pose de panneaux solaires ne nécessite qu’une demande d’autorisation en mairie, cependant, dans certains sites classés, un permis de construire peut être nécessaire, n’hésitez pas à demander à votre mairie !
Tout d’abord, il est nécessaire de distinguer la production d’eau chaude sanitaire (douche,…) de l’eau chaude de chauffage (plancher chauffant, radiateurs fonte ou acier,…). Généralement, le solaire thermique est utilisé pour produire l’eau chaude sanitaire mais il peut également participer au chauffage de la maison ou d’une piscine.
Le solaire thermique utilise le rayonnement solaire pour chauffer un fluide caloporteur. Les capteurs emmagasinent l’énergie fournie par le rayonnement solaire – contrairement à une idée reçue, ils s’échauffent donc même par temps nuageux – et la transmettent à l’eau contenue dans le ballon par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur circulant dans les canalisations en cuivre ou en inox.
Le COP d’une installation solaire est extrêmement élevé, il peut atteindre 100 ; ainsi, pour 100 W consommés (équivalent à une ampoule), une installation solaire peut générer jusqu’à 10 KW d’énergie dans la maison !
Le Chauffe-eau solaire individuel (CESI) pour la production d’eau chaude sanitaire
Dans le cas d'un CESI (Chauffe-eau solaire individuel), le fluide caloporteur transmet sa chaleur à l'eau sanitaire en passant dans un échangeur thermique en forme de spirale. Alors qu'il a cédé sa chaleur, il repart vers les capteurs où il sera de nouveau réchauffé. L'eau chaude sanitaire est stockée dans le ballon auquel on peut adjoindre un dispositif complémentaire (résistance électrique ou deuxième échangeur thermique relié à une chaudière traditionnelle au gaz, au fioul ou au bois) permettant de pallier à un défaut d'ensoleillement. Inversement on peut donc tout à fait installer un CESI en complément d'une installation de chauffage déjà existante ! Un CESI permet de couvrir 50 à 70 % des besoins en eau chaude. Selon le type d’habitation et la zone géographique, il faut compter 4 m² de capteur (1m² par personne au foyer) et un ballon de 200 à 300 litres pour les besoins d’une famille de 4 personnes. Prix : 1000 à 1500 €/m² de capteur et matériels hors aides financières.
Le Système solaire combiné (SSC) ou Combi solaire pour l’eau chaude sanitaire et le chauffage
Comme son nom l'indique, le Système solaire combiné, associe chauffage de l'eau sanitaire et chauffage de l'habitat. En plus de réchauffer l'eau sanitaire, le fluide caloporteur transmet sa chaleur au réseau d'eau de chauffage également stockée dans un ballon et toujours par le biais d'un échangeur thermique. C'est ensuite l'eau de chauffage qui circule dans les diffuseurs thermiques (radiateurs, planchers chauffants,…) pour réchauffer l'air ambiant. Prix : compter 1m² de capteur pour 10m² de surface à chauffer et entre 1800 et 2500 €/m² de capteur installé, hors aides financières.
Les chiffres du solaire thermique
Un CESI requiert une surface de capteurs largement plus petite qu'un Système solaire combiné ou qu'un Plancher Solaire Direct. Pour ceux là, plus le local est grand, plus la surface de capteurs est élevée. Dans tous les cas, le choix et le dimensionnement des équipements dépendent du budget, de la région et des économies envisagées, mais doit être confié à un professionnel.
Le solaire photovoltaïque, devenir producteur d’électricité
Le rayonnement solaire peut être transformé en électricité via des capteurs photovoltaïques.
Le rayonnement solaire frappe les capteurs en silicium qui, excités, produisent un courant continu.
En maison individuelle et selon les performances du matériel et de la région, 10 m² de panneaux photovoltaïques totalisant une puissance de 1kWc permettent de produire entre 900 kWh et 1 200 KWh par an. C’est 1/3 de la consommation annuelle moyenne d’un ménage (hors chauffage, eau chaude sanitaire et cuisson).
Pour 20 m² de capteurs, il faut compter entre 15 000 et 20 000 € hors aides financières Il faut néanmoins compter sur les bénéficies de la vente du courant au fournisseur d’énergie puisque ce dernier rachète plus cher le courant qu’il ne le vend (rapport de 1 à 3 environ). En moyenne, le retour sur investissement est compris entre 6 ans (sud) et 10 ans (nord). La durée de vie des capteurs est comprise entre 20 et 30 ans, celle des onduleurs est de plus de 10 ans.
Il faut savoir qu’un dossier de revente d’électricité prend entre 6 mois et 1 an pour être instruit. EDF n’est pas toujours pressé de mettre la main au portefeuille !
Le principe de la pompe à chaleur consiste à pomper l’énergie contenue dans le sol, l’eau ou l’air et à la restituer dans l’habitation via de l’air chaud ou de l’eau chaude.
Quelque soit l’élément dans lequel la pompe puise l’énergie de départ, le principe reste le même et utilise les caractéristiques de changement d’état (gaz vers liquide et inversement) d’un fluide frigorigène. En effet, lorsque ce fluide passe de l’état gazeux à l’état liquide, il libère de la chaleur, inversement, lorsqu’il s’évapore (liquide vers gaz), il a besoin de chaleur (qu’il va « capter » dans l’air, l’eau, le sol). On le comprime avant de le condenser afin d’augmenter encore sa température et on le détend avant de l’évaporer pour réduire sa température.
1- le condenseur (source chaude) : le fluide frigorigène libère sa chaleur au fluide secondaire (eau, air...) en passant de l'état gazeux à l'état liquide, 2- le détendeur : il réduit la pression du fluide frigorigène en phase liquide. 3- l'évaporateur (source froide) : la chaleur est prélevée au fluide secondaire pour vaporiser le fluide frigorigène. 4- Le compresseur : actionné par un moteur électrique, il élève la pression et la température du fluide frigorigène gazeux en le comprimant
On utilise principalement trois types d'émetteurs de chauffage :
Il est important de retenir que les pompes à chaleur n'offrent une efficacité intéressante qu'à la condition d'être reliées à des émetteurs dimensionnés pour des températures basses. En effet, les coefficients de performance annoncés par certaines publicités à des températures d'eau élevées sont fantaisistes. Les radiateurs peuvent parfois être ré-utilisés s'ils sont adaptés au chauffage à basse température ; ce peut être le cas pour des installations anciennes : les dimensions de canalisations et de radiateurs peuvent permettre de chauffer à basse température avec un débit très supérieur à celui d’origine grâce aux accélérateurs modernes. Il est également possible de redimensionner certains radiateurs en fonction du besoin propre au local concerné afin de compenser la baisse de température par une surface d'émission supérieure. C'est la solution retenue le plus couramment en cas de rénovation d'une installation existante.
Certains modèles sont réversibles, c'est-à-dire capables de transférer de la chaleur de la maison vers l'extérieur. Ces machines ont l'avantage de pouvoir servir de climatisation si les échangeurs de chaleur s'y prêtent : le plancher chauffant a une capacité relativement limitée à devenir plancher rafraîchissant mais les radiateurs ne conviennent pas (question d'aire d'échange et de génération de condensats) : il faut les remplacer par des ventilo-convecteurs nettement plus coûteux et générant d'autres contraintes (alimentation électrique, évacuation des condensats, bruit généré)
Le coefficient de performance (ou "COP") est de l'ordre de 5 sur les modèles avec l'eau comme source froide et 3 pour les systèmes air-eau installés à l'heure actuelle : cela veut dire que pour 1 kW d'électricité consommé, la maison recevra respectivement 5 kW ou 3 kW de chaleur. Mais quand il s'agit de chauffer, il convient de compter à l'inverse : pour obtenir 1 kW de chaleur, il faudra fournir 1/5 ou 1/3 kW d'électricité, sachant qu'on obtiendra respectivement 4/5 et 2/3 de puissance calorifique gratuite. Pour un même matériel donné, le COP variera en fonction de la température extérieure ; les fabriquant ont normalisé le COP de la manière suivante : température source froide 7°C, température de chauffe 35°C.
4/ Les différents types de pompes à chaleur, leurs avantages, leurs inconvénients
C'est le système le plus simple à installer : il s'agit d'aller rechercher les calories dans l'air extérieur, de le rechauffer puis de le faire circuler dans l'habitation à l'aide de bouches d'aérations.
Avantages : · Il n'y a pas besoin d'effectuer de gros travaux · pas besoin de permis · peut être installé en appartement Inconvénients : · plus la température extérieure est fraiche moins le rendement est bon. En dessous d'une certaines température, certains modèles ne fonctionnent plus du tout. · pas très esthétique d'avoir un gros bloc sur sa façade
On récupère les calories dans l'air et on augmente la chaleur que l'on transfère vers un circuit de type eau chaude. L'eau chaude peut alors circuler dans un plancher chauffant ou à travers des radiateurs basse température.
Avantages : · peut être utilisé avec une installation eau existante Inconvénients : · comme la PAC AIR/AIR, elle marche moins bien en dessous d'une certaine température · niveau sonore pouvant être élevé
Le principe est ici de récupérer les calories dans le sol du jardin, celui ci étant toujours plus chaud en hiver que l'air extérieur puis il transmet la chaleur à la pompe, laquelle réchauffe le circuit de chauffage. C'est le principe d'un échangeur entre 2 circuits fermés Des tubes sont enterrés horizontalement ou verticalement et un fluide (avec antigel) circule en circuit fermé jusque dans la maison. Une installation en mode vertical nécessite moins d'espace mais est bien plus coûteuse. La superficie de l'installation horizontale doit être de une à deux fois supérieure à l'habitation à chauffer.
Avantages : · l'inertie du sol est plus importante que l'air, le rendement annuel est supérieur aux PAC AIR/AIR · permet de se brancher sur une installation eau existante · rafraichissement possible en été Inconvénients : · cout assez élevé
Avec ce principe, on capte les calories dans un point d'eau souterrain (puit, nappe, cours d'eau, ...).
Avantages : · la température de l'eau variant peu, le rendement est très bon toute l'année · Rafraîchissement possible Inconvénients : · il faut avoir une source d'eau et demander une autorisation si forage
Le puit canadien ou puit provençal :
Le puits canadien consiste à faire passer, avant qu'il ne pénètre dans la maison, une partie de l'air neuf de renouvellement par des tuyaux enterrés dans le sol, à une profondeur de l'ordre de 1 à 2 mètres. En hiver, le sol à cette profondeur est plus chaud que la température extérieure : l'air froid est donc préchauffé lors de son passage dans les tuyaux. Avec ce système, l'air aspiré par la VMC ne sera pas prélevé directement de l'extérieur (via les bouches d'aération des fenêtres), d'où une économie de chauffage. En été, le sol est à l'inverse plus froid que la température extérieure : ce "puits" astucieux va donc utiliser la fraîcheur relative du sol pour tempérer l'air entrant dans le logement.
Prix indicatif : entre 500 et 700 € pour la tranchée de 25m (profondeur 2m) et la pose du tuyau diam 160. Attention, ce type d’installation nécessite des travaux de terrassement !
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