PV vs SOLAIRE THERMIQUE vs GAZ vs CHAUFFAGE DE L’EAU PAR POMPE À CHALEUR

Le coût de l’électricité, la stabilité du réseau national et la sensibilisation à la vie durable ont contraint de nombreux consommateurs à se tourner vers la technologie des énergies renouvelables pour chauffer l’eau. Les réglementations nationales en matière de construction exigent également qu’au moins 50% du chauffage de l’eau soit effectué avec autre chose qu’un élément électrique. Mais, comme avec de nombreux produits sur le marché, on peut trouver des affirmations considérablement contradictoires en ce qui concerne les différentes technologies. Beaucoup de ces affirmations ne sont rien de plus que du marketing « bla” et n’ont aucun fait derrière elles.
À SON, nous avons donc décidé d’essayer de faire la lumière sur les principales technologies de chauffage de l’eau et les économies qui peuvent être réalisées.

UN CONTEXTE DES TECHNOLOGIES

Les chauffe-eau à gaz instantanés utilisent du GPL pour chauffer l’eau instantanément et, par conséquent, aucun geyser (réservoir de stockage d’eau chaude) n’est nécessaire. 1 kg de GPL « contient” 13,6 kWh d’énergie et peut donc produire 11,5kWh d’énergie thermique si le chauffage au gaz a un rendement moyen de 85%.
L’élément chauffant solaire PV utilise des panneaux électriques solaires (panneaux PV) pour alimenter un chauffage électrique element.An l’élément électrique est près de 100% efficace. En d’autres termes, s’il s’agit d’un élément de 1 kW, il consommera 1 kW d’électricité pour produire 1 kW de puissance thermique. Cette puissance provient maintenant d’un panneau PV. Les panneaux photovoltaïques doivent être installés face au nord et à un angle horizontal égal à la latitude de l’emplacement et il est essentiel qu’il n’y ait pas d’ombrage sur le panneau. Ombrage aussi peu que 2% de la surface du panneau peut entraîner une réduction de la sortie du panneau de plus de 50%.
L’efficacité des panneaux photovoltaïques est d’environ 17% (dans des conditions de laboratoire avec la cellule à 25 °C). Dans la vraie vie avec le soleil qui brille sur la cellule, il va chauffer et provoquer une diminution de la puissance de sortie d’environ 8% (0,4% / ° C avec 20 ° CNOCT). Le vieillissement des panneaux se traduira généralement par une dégradation maximale de 2,5% la première année et jusqu’à 10% en 10 ans. Ensuite, vous avez besoin d’un MPPT pour assurer un transfert de puissance optimal des panneaux vers l’élément. Un très goodMPPT est généralement efficace à environ 95% et vous perdez donc encore 5% de la puissance disponible.
Les chauffe-eau thermiques solaires utilisent le rayonnement du soleil pour générer de la chaleur. La taille du panneau solaire seradéterminer combien d’énergie peut être collectée du soleil. Ainsi, si nous avons par exemple un panneau solaire de 2,4 m2 connecté à un geyser, cela pourrait nous donner de l’eau à 60 ° C à la fin d’une journée chaude et ensoleillée, mais, pendant les journées plus fraîches avec moins d’ensoleillement, il pourrait ne pouvoir chauffer l’eau qu’à 35 ° C. Le contrôleur solaire utilisera alors Eskom pour chauffer l’eau à 60 ° C. Si nous avons un panneau solaire qui ne fait que la moitié de la taille (1.2m2) nous ne sortirions que la moitié de l’énergie et un élément électrique devra faire le reste.
Un capteur solaire thermique à plaque plate de bonne qualité a une efficacité d’environ 73%. La sortie d’un capteur thermique solaire débite en fonction de la différence de température entre l’eau dans le collecteur et la température ambiante. Travailler sur un delta de température moyen de 17,5 ° C (eau hea2ng de 15 ° C à 60 ° C @ 20 ° Cambient) donnera une réduction d’environ 10% de la production. Les pertes thermiques de tuyauterie sur les tuyaux isolés connectant le panneau solaire au geyser sont d’environ 10W /m.
Les pompes à chaleur à eau chaude domestique utilisent une petite quantité d’électricité pour extraire beaucoup d’énergie de l’air ambiant. Ainsi, une pompe à chaleur utilise également l’énergie du soleil mais seulement indirectement et peut donc fonctionner jour et nuit, hiver et été. L’efficacité d’une pompe à chaleur est appelée COP. Une valeur de COP de 4 signifie que la pompe à chaleur produit quatre fois plus d’énergie thermique que ce qu’elle utilise électriquement – en d’autres termes, une économie de 75% sur la facture d’eau hea2ng.
Malheureusement, le COP d’une pompe à chaleur dépend de la température ambiante et de la température de l’eau et donc, dans un système d’eau chaude sanitaire pratique utilisant une pompe à chaleur bien conçue, une valeur annuelle de COP réaliste est de 3 – en d’autres termes une économie de 66% sur la facture de chauffage de l’eau.

UN EXEMPLE PRATIQUE

Une famille de 4 personnes utilisant modérément de l’eau utilise environ 200L d’eau chaude par jour. Pour chauffer 200L d’eau de 15 ° C à 60 ° C, il faut 10,4kWh. La perte debout d’un réservoir de 200 litres classé B est de 1.6kWh / jour en laboratoire mais avec la tuyauterie d’installation incluse, il est généralement d’environ 3,6kWh / jour. Par conséquent, le besoin énergétique total pour l’eau chaude de cette famille est de 14 kWh / jour. S’ils paient R2 / kWh pour l’électricité, leur chauffage de l’eau leur coûte 840 R / mois. En supposant que l’eau hea2ng représente généralement 50% de la facture électrique totale, nous examinons ici une famille qui dépense environ R1680 par mois en électricité. Regardons maintenant ce que les différents systèmes de chauffage de l’eaules technologies peuvent faire pour eux.
Un chauffe-eau à gaz instantané leur éviterait les pertes debout sur le geyser. Ils n’auront donc besoin que de 10,4kWh d’énergie thermique par jour. Avec une unité d’efficacité moyenne de 85%, ils brûleront 0,9 kg de gaz par day.At R23 / kg le coût mensuel sera de R624. En supposant une augmentation annuelle des tarifs électriques de 10% ainsi qu’une augmentation annuelle du prix du GPL de 10%, ils économiseront R16278 au cours des 5 prochaines années sur leur facture de chauffage de l’eau.
Un système d’élément chauffant solaire PV généralement installé sur un geyser de 200 litres se compose de panneaux 3 x 330W ou 4 x 330WPV. S’ils sont parfaitement en face, nous devrions en théorie pouvoir obtenir un maximum d’environ 5 heures de 990W sur les panneaux 3 x 330W (moyenne annuelle – en hiver, vous en aurez moins car les heures d’ensoleillement sont moindres eten été, vous en aurez plus, ce qui est malheureusement inadéquat lorsque les gens utilisent le plus d’eau chaude).Nous avons donc un maximum théorique de 4,95 kWh, mais avec le déclassement de la température du panneau, le vieillissement au 1er an et les pertes en MPPT, la puissance disponible pour l’élément sera d’environ 4,2kWh / jour. Le contrôleur d’élément utilisera Eskom pour faire le reste du travail et amener le réservoir à 60 ° C (SANS 151 nécessite que l’eau soit stockée à 60 ° C pour la prévention des maladies). La facture mensuelle d’Eskom pour faire passer ce système à 60 °C sera de R588. En supposant une augmentation annuelle des tarifs d’électricité de 10%, ils économiseront R18731 au cours des 5 prochaines années sur leur facture de chauffage de l’eau.Pour le système de panneaux 4 x 330W, la puissance disponible pour l’élément sera d’environ 5,6kWh / jour. La facture mensuelle pour chauffer ce système à 60 ° C sera de R504. En supposant une augmentation annuelle des tarifs d’électricité de 10%, ils économiseront R24974 au cours des 5 prochaines années sur leur facture d’électricité.Le système de panneaux 3 x 330W nécessite un espace de toit non ombragé orienté au nord de 6m2 et le système de panneaux 4 x 330w8m2.
Un système de chauffe-eau solaire thermique généralement installé sur un geyser de 200L est constitué d’un panneau solaire de 2,4 m2 (plaque plate ou tube sous vide équivalent). D’après les rapports de test TUV Rheinland du solarcollecteur à plaques plates ITS 2,4m2, on peut voir qu’il donnera une puissance thermique d’environ 8.7 kWh pour les mêmes 5 heures d’ensoleillement moyen annuel utilisable par jour que celles utilisées avec l’exemple PV ci-dessus. De-rating ceci pour les pertes de température différentielles et 10m de tuyauterie d’installation, il nous reste 7,3kWh / jour. La facture mensuelle d’Eskom pour le chauffage de cettesystème à 60 ° C sera donc R402. En supposant une augmentation annuelle des tarifs d’électricité de 10%, ils économiseront R32556 au cours des 5 prochaines années sur leur facture de chauffage de l’eau.
Une pompe à chaleur à eau chaude domestique fonctionnant à des températures ambiantes moyennes sud-africaines permettra de réaliser une économie annuelle moyenne de 66% sur le système auquel elle est connectée. La facture mensuelle d’Eskom pour la tenue de ce système à 60°C sera donc de R280. En supposant une augmentation annuelle des tarifs d’électricité de 10%, ils économiseront R41609 au cours des 5 prochaines années sur leur facture de chauffage de l’eau.

CONCLUSIONS

Les graphiques ci-dessous montrent l’économie que les différents systèmes peuvent fournir pour une utilisation d’eau chaude de 150L, 200L et 300L par jour:

Un chauffe-eau instantané à gaz à notre avis a du sens dans les endroits où il n’y a pas d’électricité disponible.Le coût d’installation complet d’une unité appropriée n’est que de quelques milliers de moins qu’une plaque plate avec geyser et l’économie du système solaire est presque le double pour une utilisation d’eau chaude de 200 litres. Le chauffage de l’eau au gaz ne se soucie pas du délestage de la vapeur, mais gardez à l’esprit que nous avons eu des pénuries d’approvisionnement en gaz et que cela vous laissera de l’eau froide. Avec les chauffe-eau à accumulation, le délestage n’est normalement pas un problème à moins que la panne dure plus d’un jour car l’eau peut rester chaude dans le réservoir très longtemps et le réchauffage à l’aide d’un élément électrique ou d’une pompe à chaleur ne prend que quelques heures. Si vous utilisez 200L d’eau à 60 ° C par jour, 9kg de GPL ne dureront que 10 jours et vous devrez donc penser à l’approvisionnement en gaz et à la logistique. Les chauffe-eau à gaz instantanés sont également une excellente sauvegarde pour les chauffe-eau solaires installés dans des endroits sans connexion au réseau électrique. Le chauffe-gaz dans une telle installation ne couvrira que le manque à gagner du système de chauffage solaire de l’eau.

Un élément chauffant solaire PV à notre avis n’a de sens que lorsque le geyser est situé loin des panneaux solaires comme dans un bâtiment à plusieurs étages. Les pertes thermiques dans la tuyauterie du système solaire thermique normal dans une telle installation réduiront la production à un niveau tel que le chauffage PHOTOVOLTAÏQUE pourrait être plus rentable. Pour les installations standard où le geyser est à moins de 10 m du panneau solaire, le système à plaques plates fournira un bien meilleur retour sur investissement. Une installation de 3 x 330W coûte un peu plus cher qu’une installation à plat de 2,4m2 mais la plaque plate économisera R14k de plus sur 5 ans dans notre exemple. La plupart des systèmes d’éléments photovoltaïques que nous voyons installés sont complètement sous-dimensionnés et sont réalisés par des personnes qui essaient simplement de s’en tirer avec l’option la moins chère possible. Un système thermique PV qui vous donnera presque la même puissance de sortie qu’un 2.la plaque plate de 4m2 nécessitera des panneaux PV de 5 x 330W, ce qui entraîne un système coûteux qui nécessite 10m2 d’espace de toit non ombragé orienté au nord. Si le client souhaite à un moment donné installer un système électrique PHOTOVOLTAÏQUE pour devenir plus indépendant d’Eskom, il n’aura probablement plus assez d’espace sur le toit.

Une autre grande préoccupation avec les systèmes d’éléments photovoltaïques est le manque actuel de régulation des installations et de l’équipement. Les systèmes d’éléments photovoltaïques fonctionnent à des tensions continues mortelles et leur installation bon marché et méchante pourrait potentiellement être mortelle.

Un système de chauffe-eau solaire thermique procurera un excellent retour sur investissement, mais il est important qu’il soit installé correctement. Malheureusement, nous voyons également des installateurs qui sont poussés à obtenir des prix pour des systèmes sous-dimensionnés. Si nous regardons par exemple l’exemple du système 200L utilisant un collecteur de plaques plates de 2m2, votre économie sera R26758 sur 5 ans. En optant pour la plaque plate légèrement plus grande de 2,4m2, votre coût d’installation augmentera d’environ R400 mais votre économie sur 5 ans augmentera de R5797 à R32556. A 2.la plaque plate de 4m2 est également par nomeans trop grande pour un système de 150L et donc une plaque plate de 2m2 n’a vraiment de sens que pour les systèmes plus grands où vous avez besoin de plusieurs panneaux.

Une pompe à chaleur à eau chaude sanitaire fournira la meilleure économie dans cet exemple. Une installation de pompe à chaleur de 4,7 kW vous coûtera environ R5k de plus qu’une installation de plaque plate de 2,4 m2, mais vous permettra de mieux économiser R9k après 5 ans.

Un système solaire peut fournir une économie plus importante qu’une pompe à chaleur, mais pour cela, le système solaire doit être surdimensionné et les habitudes d’utilisation de l’eau doivent être ajustées. En règle générale, vous avez besoin du double du volume d’eau chaude dont vous auriez besoin pour un geyser électrique normal ou un système de pompe à chaleur. Dans les zones côtières comme le Cap, cependantl’irradiation hivernale est beaucoup plus faible que l’irradiation estivale. Cela signifie que même si votre système solaire était dimensionné pour 100% de votre utilisation solaire en été, vous n’aurez qu’environ la moitié de la puissance thermique dont vous avez besoin en hiver et l’élément électrique devrait faire le reste. L’hiver est également le moment où les gens utilisent le plus d’eau chaude et une pompe à chaleur serait presque toujours une meilleure solution dans des régions comme Le Cap.

Les systèmes solaires photovoltaïques et thermiques ne peuvent « récolter » de l’énergie que lorsque le soleil brille. Le dimensionnement du système est effectué pour vous fournir un certain pourcentage de vos besoins énergétiques par jour, en fonction du nombre de litres d’eau chaude que vous utilisez par jour. Si certains amis visitent et restent au-dessus de l’eau chaude supplémentaire requise, il faudra chauffer en utilisant Eskom. Avec un système de pompe à chaleur, la pompe à chaleur continuera simplement à chauffer plus d’eau à mesure que vous en utiliserez plus, tout en économisant environ 66% sur tout ce que vous utilisez.

Pour tirer le meilleur parti des systèmes de chauffage solaire photovoltaïque et solaire thermique, vous devez également l’utiliser correctement. Si youthen utilise la majeure partie de l’eau chaude le soir, vous aurez besoin d’Eskom pour avoir de l’eau chaude le matin. Si vous n’utilisez pas beaucoup d’eau le matin, le système solaire chauffe un réservoir qui est déjà presque à température et vous n’utiliserez donc pas toute l’énergie disponible de votre système solaire pendant la journée. Avec une pompe à chaleur, il ne fait aucune différence réelle quand et comment vous utilisez l’eau.