Quels sont les paramètres impactant les performances d’un système PAC solarothermique alimenté par les panneaux hybrides Dualsun MAX ?

La réponse ici est un résumé en français du papier « Numerical Study of the Effect of the System Specifications on the Performance of a Brine/Water Heat Pump in Combination with Photovoltaic Thermal Solar Collectors » que nous avons co-rédigé et publié à une conférence scientifique EuroSun avec l’institut Allemand pour la recherche en énergie solaire ISFH.

• L’étude porte sur la pompe solarothermique dont la seule source froide est des capteurs photovoltaïques thermiques (PVT) qui produisent à la fois de la chaleur et de l’électricité.
  

• Le but principal est d’étudier numériquement comment les différents paramètres du système influencent sa performance énergétique globale (le SPF, Seasonal Performance Factor).
  
  

• L’étude emploie le modèle numérique développé sur le logiciel TRNSYS par l’ISFH, en combinant divers “types” pour représenter les différents composants.
  

• Trois configurations hydrauliques du système sont testées :
   1. Combi stockage : un seul réservoir thermique pour l’eau chaude sanitaire (ECS) + chauffage
   2. Double stockage : un réservoir pour l’ECS et un autre pour le chauffage
   3. Stockage unique pour ECS + pas de stockage pour le chauffage (le chauffage est relié directement à la pompe à chaleur)

• Le bâtiment simulé est une maison individuelle de 140 m² située à Strasbourg, avec des besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire définis.
  

• On fait varier plusieurs paramètres :
   • Technologie du compresseur : “inverter” (vitesse variable) vs “ON/OFF” (vitesse fixe)
   • Limites de température pour l’évaporateur (température minimale / maximale admissible)
   • Type de chauffage intérieur : plancher chauffant vs radiateurs

Les résultats montrent comment les différents choix de conception influencent la performance du système. Voici les points clés :

1. Limite de température minimale de l’évaporateur

   • Elle est critique : si le seuil minimal est trop élevé, la pompe à chaleur ne peut pas fonctionner dès que la source est trop froide, et le chauffage de secours électrique (backup) entre en jeu.

   • Par exemple, passer d’une limite minimale de –15 °C à –10 °C entraîne une baisse de performance d’environ 22 %. Passer à –5 °C conduit à une diminution encore plus forte (~32 %).
     

2. Technologie du compresseur (inverter vs ON/OFF)

   • La technologie “inverter” (vitesse variable) est plus performante que la version à vitesse fixe (ON/OFF).

   • Dans les scénarios comparés (à mêmes conditions limites de température), l’inverter améliore le SPF d’environ 9 % par rapport à l’ON/OFF.
     

3. Configuration hydraulique du circuit de distribution / stockage

   • Les deux configurations avec stockage pour le chauffage (combi stockage ou double stockage) donnent des performances très proches (SPF ~3,60 vs ~3,55).
     

   • La configuration sans stockage pour le chauffage est nettement moins performante (baisse d’environ 7 %) : elle induit de nombreux cycles de démarrage/arrêt de la pompe, ce qui engendre des pertes (la pompe démarre, consomme de l’électricité sans produire immédiatement de chaleur utile).
     

4. Système de chauffage intérieur : plancher chauffant vs radiateurs

   • Le plancher chauffant offre de meilleures performances que les radiateurs, car il nécessite des températures de sortie plus faibles.
     

   • Dans le cas examiné, passer aux radiateurs fait baisser le SPF d’environ 7 %.
     

5. Limite de température maximale de l’évaporateur
   

   • La limite maximale (c’est-à-dire la température maximale tolérée à l’entrée de l’évaporateur) n’a quasiment aucun effet sur la performance globale (variation inférieure à ~2 %).
     

   • Ceci est expliqué par le fait que dans ce genre d’application “basse température”, les conditions où la température excède cette limite sont rares, sauf en été quand la demande de chauffage est faible.

• Le concept d’un couplage direct entre PVT et pompe à chaleur offre une solution simple et efficace produisant de l’électricité et de la chaleur (pour répondre aux besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire).

• Parmi les paramètres qu’il faut privilégier lors de la conception, la limite minimale de température de l’évaporateur est la plus critique — il faut que la pompe puisse fonctionner à des températures assez basses pour éviter l’activation fréquente du chauffage de secours.

• La technologie inverter est favorable, mais son avantage est modéré dans certains cas quand un stockage thermique est présent et volumineux.

• Il est préférable d’avoir un stockage thermique pour le chauffage, pour éviter les cycles de démarrage fréquents et les pertes associées.

• Le choix du plancher chauffant (températures plus faibles) est aussi un meilleur choix que les radiateurs pour ce type de système.