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La combinaison de technologies d’énergie renouvelable produit un effet supérieur à la somme de ses parties. Les systèmes photovoltaïque-thermique couplés à des systèmes de pompe à chaleur figurent parmi les solutions hybrides les plus prometteuses pour l’approvisionnement énergétique durable des bâtiments. Contrairement aux formes conventionnelles de chaleur solaire ou de transmission de lumière solaire, les technologies PVT permettent de capter à la fois de l’électricité et de la chaleur, tandis que la pompe à chaleur élève l’énergie thermique de faible qualité (chaleur) à une température utilisable. Ensemble, elles forment un duo performant, éprouvé et validé dans des installations réelles à travers le monde.
Fonctionnement du système hybride
Le capteur PVT (photovoltaïque-thermique) constitue l’élément clé de ce système et se compose de cellules photovoltaïques fixées sur un absorbeur thermique situé sur la face arrière. Les cellules PV produisent de l’électricité lorsqu’elles sont exposées au soleil, tandis que l’absorbeur thermique récupère la chaleur excédentaire dégagée par les panneaux et la transfère à un fluide circulant dans le système. Cette conception « deux-en-un » permet de résoudre l’un des principaux inconvénients des modules solaires photovoltaïques conventionnels : la surchauffe. Dans des conditions normales de fonctionnement du système de refroidissement PVT, des études ont montré que le rendement électrique s’améliore nettement grâce à l’utilisation de ce système de refroidissement PVT.
La chaleur récupérée est ensuite utilisée comme source de chaleur à basse température dans un cycle de pompe à chaleur, ce qui réduit la charge appliquée sur le compresseur. Pour de nombreuses configurations, l’énergie thermique générée par les panneaux photovoltaïques thermiques (PVT) représente une part significative de l’apport thermique au système. La méthode d’alimentation en liquide en excès, par exemple, garantit un mouillage amélioré des parois et une exploitation complète de la surface disponible pour l’échange thermique ; cela permet au compresseur d’aspirer une vapeur de plus forte densité et améliore ainsi les performances thermiques et électriques. Cette combinaison efficace des deux technologies constitue un circuit fermé, car la chaleur résiduelle est valorisée comme une ressource.
Indicateurs de performance issus d’installations réelles
Les performances des hybrides pompes à chaleur PVT sont impressionnantes, et des données réelles le confirment. Pour la serre située sur le banc d’essai simulant des conditions hivernales réelles, les systèmes hybrides — composés de champs de capteurs solaires PVT de 12 kW et d’une pompe à chaleur à vitesse variable de 10 kW — ont été étudiés en termes de performances thermique et électrique. La température intérieure de la serre est restée stable à 10 °C, quel que soit le froid extérieur inférieur à −10,5 °C, pendant toute la saison hivernale ; une quantité de chaleur de 11 253 kWh a ainsi été fournie. Lorsque la demande de chauffage de l’espace était quasi nulle hors saison, les 11 125 kWh restants ont été stockés puis transférés vers la charge annuelle de chauffage, ce qui porte l’apport total de chaleur sur l’année à 22 378 kWh.
Sur le plan électrique, le système PVT a produit 3 839 kWh d’électricité sur l’année, couvrant 36,72 % de la consommation totale d’électricité de la pompe à chaleur et du système auxiliaire. Un coefficient de performance saisonnier (CoP) de 3,38 a été mesuré ; l’étude a démontré qu’intégrer des capteurs PVT à une pompe à chaleur en conditions froides permet d’importantes économies d’énergie et réduit fortement la dépendance vis-à-vis du réseau électrique conventionnel.
Dans un bâtiment commercial, le système équipé de 392 m² de capteurs PVT a affiché un CoP de chauffage compris entre 5,8 et 6,3 sur une semaine typique. Le CoP global du système a atteint jusqu’à 11,4, tandis que le CoP annuel moyen s’élevait à 5,5. La période d’amortissement du système n’était que de 3,8 ans. Une autre étude menée tout au long de l’année a révélé un CoP moyen de 2,92 en hiver, de 3,69 en été et de 3,46 durant les saisons de transition, avec un évaporateur PVT présentant un rendement thermique moyen de 60,37 % et un rendement thermoélectrique total de 70,12 % sur les mois moyens. Ces résultats concernent les applications pratiques et les avantages économiques.
Applications et avantages économiques
Les systèmes hybrides pompes à chaleur PVT peuvent être particulièrement avantageux pour les sites présentant une forte demande thermique annuelle, tels que les piscines, les blanchisseries et les serres. Ces systèmes peuvent satisfaire la majeure partie, voire la totalité, des besoins en chauffage et couvrir une grande partie des besoins électriques des appareils domestiques sur un site de cette taille lorsqu’ils sont utilisés comme source d’alimentation « principale » pour le solaire. Ces dernières années, des pompes à chaleur géothermiques assistées par PVT (PVT-GHP) ont été introduites, démontrant une efficacité exergétique globale PVT jusqu’à 20 % supérieure et une température maximale du panneau PV réduite de 25,6 %.
Les économies de coûts ne concernent pas uniquement la consommation d’énergie. Dans une application commerciale, le système a permis de réduire la variation annuelle de la température du stockage thermique du sol à seulement 0,4 °C, avec un délai de rentabilisation de 3,8 ans. L’augmentation de l’espacement entre les sondes géothermiques a réduit ce délai de rentabilisation de 18,8 %. L’installation combinée de panneaux photovoltaïques thermiques (PVT) et de pompes à chaleur a permis d’économiser jusqu’à 70 % d’électricité prélevée sur le réseau, entraînant ainsi des réductions des émissions de CO₂ et des coûts sur le cycle de vie !
Implications futures
La transition énergétique se trouve à notre porte ; les réglementations en matière d’efficacité énergétique des bâtiments seront appliquées plus strictement que jamais, et les systèmes hybrides PVT–pompe à chaleur joueront un rôle essentiel. Cette technologie démontre également que les systèmes d’énergie renouvelable peuvent être conçus de façon telle que, lorsqu’ils fonctionnent en combinaison, leurs performances dépassent largement celles de chacun de leurs composants pris isolément. Le système hybride PVT–pompe à chaleur constitue donc une solution éprouvée, économique et bénéfique pour l’environnement, destinée aux personnes envisageant d’investir dans leurs locaux afin d’atteindre la durabilité énergétique.
Fondée en 2009, Jiangsu DHC Environmental Si-Tech Co., Ltd travaille dans le domaine des produits d’énergie verte. Forte de sa qualité constante et de ses services fiables, l’entreprise fournit l’intégralité des modules solaires PVT, des pompes à chaleur, des éoliennes et des batteries LiFePO₄ destinés aux systèmes hybrides. Contactez-nous dès aujourd’hui pour découvrir comment nos solutions réduisent vos coûts d’exploitation et vous assurent l’indépendance énergétique.
