Coefficient de Performance (COP) et panneaux solaires Dualsun

Et si nous convertissions le TC (Taux de Couverture Solaire) en COP (Coefficient de Performance) pour pouvoir enfin comparer la performance d’une installation solaire DualSun avec celle d’un chauffe-eau thermodynamique (CET) ? 

Chauffe-eau thermodynamique et « COP » : Qu’est-ce que c’est ?

Quand on parle de pompes à chaleur et de « chauffe-eau thermodynamique », on entend systématiquement parler de « COP », un indice de référence pour parler de la performance énergétique du système.

Le chauffe-eau thermodynamique (ou « CET » pour Chauffe-Eau Thermodynamique) est composé d’un ballon (réservoir d’eau) associé à une pompe à chaleur air/eau intégrée dans le ballon. En mode chauffage, la pompe à chaleur va capter les calories contenues dans l’air afin de chauffer l’eau présente dans le ballon d’eau sanitaire.

Considéré comme une source d’énergie renouvelable, le chauffe-eau thermodynamique est devenu très courant pour les maisons individuelles, surtout pour la RT2012.

L’efficacité d’un chauffe-eau thermodynamique est caractérisée par son coefficient de performance (COP).

Ce dernier se définit comme étant le rapport de la quantité d’énergie fournie à l’eau sanitaire sur celle absorbée par le compresseur du CET.

Par exemple, un COP de 3 signifie que la pompe à chaleur consomme 1 kWh d’électricité et restitue 3 kWh d’énergie sous forme d’eau chaude sanitaire selon la formule :

Quel COP atteindre avec un CET ?

Les fabricants des CETs annoncent souvent des COPs de 3-4. Ces données dites « constructeurs » sont cependant à relativiser avec une étude ADEME concluant que la performance du CET est très sensible aux conditions d’installation, d’exploitation et de régulation.

En effet, suite à une campagne de tests sur des sites réels, l’étude a démontré que les chauffe-eau thermodynamiques « air extrait » (qui extraient les calories de l’air ambiant) avaient des COPs réels de 0,96 à 1,4. Non-seulement les performances des CETs étaient largement inférieures à celles annoncées, mais dans quelques cas, le CET a consommé plus d’énergie qu’il n’en a généré !

Consultez l’étude complète de l’ADEME sur les chauffe-eau thermodynamiques individuels

Quelle analogie y a-t-il entre le COP et le « taux de couverture solaire » (TC) des panneaux solaires thermiques ?

Le COP et le taux de couverture solaire (TC) sont tous deux des indicateurs de la performance énergétique d’un système. Il est donc facile de les lier par une équivalence ce que nous allons vous démontrer.

La couverture solaire (ou fraction solaire) est la proportion d’énergie fournie par les panneaux, en provenance du soleil, qui répond aux besoins en eau chaude sanitaire.

Donc un taux de couverture de 50% indique que la moitié de votre eau est chauffée gratuitement par le soleil alors que l’autre moitié reste chauffée par votre source d’énergie traditionnelle selon la formule suivante :

En combinant les équations (1) et (3), on montre que le COP d’un CET peut s’interpréter comme une « couverture renouvelable ». La relation suivante peut alors servir de base comparative entre des panneaux Dualsun et un CET :

Ainsi, une installation Dualsun à Lyon avec une couverture de 50% possède un COP équivalent de 2. Et là, on parle uniquement de la production thermique des panneaux ! En effet, il ne faut pas oublier que les panneaux Dualsun produisent aussi de l’électricité, qui servira à chauffer de l’eau sanitaire via une résistance électrique dans un ballon. Aussi, si on considère également la production d’électricité, une installation Dualsun présente un COP de 8,1 par rapport aux besoins en eau chaude sanitaire.

Ce COP de 8,1 est calculé à partir de l’énergie produite par 4 panneaux Dualsun à Lyon sur un an considérant les points suivants :

• Production électrique des panneaux : 1220 kWh
• Production thermique des panneaux : 1278 kWh
• Besoins estimés en eau chaude sanitaire : 2850 kWh

Soit un taux de couverture solaire de :

D’après (4) on obtient, pour cette installation :

Tableau sur l’équivalence entre le COP et le taux de couverture solaire (TC) :

Dans une installation intégrant des panneaux solaires, une couverture solaire de 0% signifie que toute l’énergie finale (celle consommée) est fournie par une source d’énergie auxiliaire (ex : appoint au gaz, électricité on-grid traditionnelle ou énergie non renouvelable). C’est par exemple l’équivalent d’une journée sans soleil en hiver.

Le COP étant un indicateur de référence incontestable et largement répandue dans le domaine des Pompes à Chaleur (PAC), convertissons le terme de taux de couverture en équivalent COP ! Ainsi nous pouvons comparer de façon claire deux équipements durables différents : Chauffe-eau thermodynamique et installation solaire Dualsun !

Sur le schéma ci-dessus nous voyons bien qu’en terme de production énergétique, une installation Dualsun est beaucoup plus performante qu’un chauffe-eau thermodynamique.

* Auxiliaires : circulateur solaire, régulation…

CET vs Dualsun : quelle est la solution la plus compétitive ?

Au départ, l’installation d’un CET coûte moins cher qu’une installation Dualsun. Il faut par contre prendre en compte que le CET produit beaucoup moins d’énergie que les panneaux Dualsun et qu’il possède des pièces sensibles (ventilateur, compresseur), ainsi que du fluide frigorigène sous pression. Le CET présente des coûts d’opérations et de maintenance plus élevés. En effet, ses vérifications sont nécessaires tous les 2/3 ans. De plus, certains composants d’un CET doivent être remplacés tous les 5 à 10 ans car la durée de vie associée est assez variable dépendamment de la qualité du matériel.

En prenant en compte ces divers éléments, nous pouvons voir ci-dessous que sur 20 ans, une installation Dualsun est largement plus rentable qu’une installation CET.

L’élaboration du schéma a été réalisé à partir des hypothèses suivantes : 4 panneaux Dualsun en autoconsommation ou un chauffe-eau thermodynamique avec un COP de 2 pour une famille de 4 personnes à Lyon. Remplacement du matériel tous les 10 ans pour le chauffe-eau solaire Dualsun et tous les 8 ans pour le chauffe-eau thermodynamique. Coût de l’électricité : 13,7c€/kWh en 2014, avec une augmentation de 5% par an.

Il faudra aussi relever certaines contraintes d’un CET. Du point de vue de l’emplacement, le CET ne peux pas s’installer n’importe où car il lui faut une pièce non-chauffée d’au moins 10 m² au sol pour fonctionner correctement. Notons aussi que le CET aspire des calories et va donc refroidir la pièce en question. Du point de vue du bruit, le CET en fonctionnement génère un bruit à environ 40dB, comparable à un lave-linge en marche.

Nous espérons qu’après la lecture de cet article vous comprenez mieux le concept de COP par rapport à un taux de couverture solaire et pourquoi nous faisons le parallèle entre les deux.

Consultez la fiche technique de l’ADEME pour une explication globale des chauffe-eau thermodynamiques individuels. 

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