Les systèmes solaires thermiques Demax peuvent-ils être combinés avec des pompes à chaleur ?

Capteurs Demax avec pompes à chaleur : hydraulique et chauffage

Comprendre comment intégrer les systèmes ci-dessus exige une bonne connaissance de l’hydraulique associée aux capteurs solaires thermiques et aux circuits des pompes à chaleur. Idéalement, dans des conditions de fonctionnement données, les débits des capteurs et de la pompe à chaleur doivent être maintenus à moins de 10 % l’un de l’autre afin d’éviter les pertes parasites gênantes dues à un pompage excessif. En outre, pour garantir un transfert de chaleur suffisant, il convient de viser le maintien d’un écoulement turbulent. Une affirmation très courante chez de nombreux professionnels concerne les gradients thermiques, ou différences de température, fournis par les capteurs. Les capteurs Demax peuvent atteindre des températures de sortie comprises entre 50 et 80 °C, tandis que la plupart des pompes à chaleur fonctionnent mal, voire pas du tout, dans la plage de températures 25–35 °C. Afin de réduire ou de minimiser ces écarts thermiques tout en améliorant l’échange thermique, on peut être amené à utiliser des ballons tampons stratifiés ou des échangeurs de chaleur à plaques compacts présentant une différence de température (« temperature approach ») n’excédant pas 2 °C. Des études de recherche sectorielles ont montré que, en l’absence de conceptions adéquates de l’interface dans les systèmes hybrides, l’efficacité de ces systèmes peut chuter de 15 à 22 % par rapport à leur rendement nominal. C’est également l’une des raisons principales pour lesquelles l’utilisation de robinets mélangeurs thermostatiques est essentielle afin de maintenir des températures d’entrée stables lorsque le gain solaire est variable.

Marketing de conformité : logique de priorité, étagement de la température et réglementations anti-cyclage court

Des performances prédictives exigent une commande intelligente qui ajuste la consommation d’énergie en fonction des circonstances actuelles / en temps réel. Trois protocoles de priorisation en phases contrôlent l’activité du système :

Le mode solaire principal s’active lorsque la température du capteur est supérieure d’au moins 8 °C à la température de source requise de la pompe à chaleur.

Le mode d’assistance hybride s’active en cas d’irradiation solaire partielle et régule la température du circuit du capteur afin de préchauffer la boucle de source sans surchauffe.

Le mode de priorisation de la pompe à chaleur s’active lorsqu’il n’y a pas suffisamment d’énergie solaire, et les débits du système sont régulés afin d’éviter les dommages au compresseur en maintenant / en contrôlant les durées de fonctionnement.

Les essais sur le terrain menés en Europe ont montré que la régulation progressive de la température réduisait les cycles du compresseur de 40 % et augmentait la durée de vie de l’équipement d’autant. Les dispositifs anti-cyclage court intègrent des commandes prédictives et anticipatoires de la charge ainsi qu’une prévision de la demande thermique, réduisant ainsi les démarrages inutiles qui augmentent les coûts de maintenance de 740 $ par an et par unité (The Ponemon Institute, 2023).

Avantages en matière de performance des pompes à chaleur assistées par énergie solaire (PACES)

La combinaison de capteurs solaires thermiques et de pompes à chaleur offre des performances synergiques, grâce à leurs forces respectives complémentaires, que chaque composant ne pourrait atteindre séparément. On peut y voir une sorte de travail d’équipe impliquant plusieurs sources d’énergie. Les capteurs solaires fournissent de la chaleur que la pompe à chaleur peut ensuite exploiter pour réaliser un transfert thermique plus efficace. Par exemple, les bâtiments consomment moins d’énergie pour faire fonctionner les pompes à chaleur, car celles-ci nécessitent moins d’énergie pour fonctionner : une partie de l’énergie à déplacer est déjà fournie par l’énergie solaire. En outre, cette configuration améliore la performance énergétique du bâtiment et modifie les profils de consommation énergétique en réduisant la consommation globale d’énergie, ce qui renforce encore la performance énergétique du bâtiment et améliore son profil de charge. Ainsi, les pompes à chaleur assistées par l’énergie solaire permettent aux bâtiments de mieux interagir avec le réseau électrique, notamment pendant les périodes de pointe de consommation énergétique.

Amélioration du COP : essais sur le terrain menés dans l’UE avec des pompes à chaleur assistées par l’énergie solaire intégrées Demax

Les essais européens des systèmes SAHP couplés à la technologie Demax montrent une amélioration du COP de 20 à 30 % par rapport aux pompes à chaleur utilisées de manière indépendante. Lorsque l’évaporateur est alimenté par de l’énergie thermique solaire, la consommation électrique globale est réduite, et la température de l’évaporateur du compresseur allège le travail des pompes à chaleur de 10 à 15 °C. Le potentiel d’économie d’énergie le plus élevé de cette technologie se situe là où se chevauchent l’ensoleillement et la demande de chauffage. En plus de permettre des économies d’électricité, les systèmes SAHP améliorés sont plus efficaces énergétiquement en hiver, car ils nécessitent moins de cycles de dégivrage et, par conséquent, moins d’énergie.

Déplacement de charge et résilience du réseau : préchauffage de l’eau source afin de réduire la demande électrique de pointe

Les pompes à chaleur assistées par l'énergie solaire (SAHP) utilisent la lumière du soleil pour chauffer de l'eau destinée à être utilisée le soir, lorsque les tarifs énergétiques sont plus élevés, et pour recharger la batterie thermique de la SAHP pendant la journée, lorsque les tarifs énergétiques sont plus bas. Nous avons observé que, dans des systèmes commerciaux, la batterie thermique permet une réduction de 30 à 40 % de la demande énergétique de pointe. En plus de réduire les coûts énergétiques, les SAHP améliorent la flexibilité du réseau électrique, et la participation aux programmes de réponse à la demande crée des flux de revenus supplémentaires pour les propriétaires d’immeubles. Grâce aux pompes à chaleur, les équipements de chauffage, auparavant négligés, deviennent essentiels pour gérer la charge énergétique des clients et améliorer l’ensemble du réseau.

Pourquoi la technologie solaire thermique seule est insuffisante — et comment les pompes à chaleur complètent la stratégie de décarbonation. Les systèmes solaires thermiques sont capables de capter la chaleur renouvelable provenant du soleil, mais ils présentent toutefois certaines limites. Leur capacité à capter la chaleur est affectée par la couverture nuageuse, l’hiver et la nuit. Si l’on s’appuie uniquement sur des systèmes thermiques pour produire de l’énergie sous forme de chaleur, ceux-ci devront recourir à des combustibles fossiles, ce qui contredit l’objectif même de réduction des émissions de carbone. Dans ce contexte, les pompes à chaleur deviennent extrêmement utiles. Elles peuvent capter l’énergie thermique présente dans l’environnement ambiant et fournir de la chaleur pendant que l’énergie solaire est produite. Les pompes à chaleur sont très efficaces et possèdent un coefficient de performance (COP) pouvant atteindre 3,5, ce qui les rend nettement plus performantes que les systèmes conventionnels. Leur efficacité est encore accrue lorsqu’elles sont couplées à des systèmes solaires thermiques : le dispositif solaire thermique préchauffe l’eau avant qu’elle n’entre dans la pompe à chaleur, ce qui permet au compresseur de fonctionner plus efficacement.

Selon des études, cette configuration peut réduire la demande électrique de pointe de 18 % à 34 % pendant les périodes de tension sur le réseau électrique (2023, Fraunhofer ISE). À ce jour, selon les données de l’AIE 2024, les pompes à chaleur ne représentent que 10 % du chauffage des bâtiments à l’échelle mondiale, ce qui n’est pas conforme à nos objectifs climatiques. Toutefois, l’intégration des pompes à chaleur avec la technologie solaire thermique renforce notre maîtrise des charges énergétiques, accroît la fiabilité du système et permet un chauffage des bâtiments neutre en carbone tout au long de l’année. Ces deux technologies se complètent particulièrement bien : l’énergie solaire améliore le rendement des pompes à chaleur, tandis que celles-ci garantissent un fonctionnement continu lorsque la production d’énergie solaire est insuffisante. Cette combinaison innovante est véritablement transformatrice pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles, tant sur le plan technique qu’économique, contrairement à d’autres technologies qui se contentent d’ajouter un plus un pour obtenir deux.

Section FAQ

Q1 : Quel est le principal défi lié à l’intégration des capteurs Demax dans les circuits des pompes à chaleur ?

A1 : Le principal défi consiste à équilibrer l’hydraulique des capteurs solaires thermiques et des circuits des pompes à chaleur afin d’éviter les pertes parasites et de permettre un transfert de chaleur efficace.

Comment les différences de température influencent-elles l’intégration des systèmes entre eux ?

Les capteurs Demax peuvent atteindre des températures de 80 °C, tandis que les pompes à chaleur fonctionnent de manière optimale entre 25 et 35 °C. Cela signifie qu’il leur faut des outils spécifiques pour combler cet écart de température tout en préservant le rendement global du système.

Comment les pompes à chaleur à assistance solaire (SAHP) augmentent-elles le rendement ?

Les SAHP fonctionnent avec l’énergie solaire comme une « nouvelle » (moins de 6 ans) couche énergétique. Ce type d’énergie est moins coûteux et permet également au transfert de chaleur de s’opérer facilement au sein d’une unité.

Pourquoi la technologie solaire thermique seule ne suffit-elle pas ?

Les systèmes solaires thermiques voient également leur rendement diminuer par temps nuageux et la nuit, ce qui implique qu’ils nécessitent également l’appoint de combustibles fossiles. Les pompes à chaleur peuvent aussi compléter les systèmes solaires thermiques en fournissant de la chaleur lorsque le soleil n’est pas disponible, contribuant ainsi pleinement à l’objectif de décarbonation.