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Pompe à chaleur solaire géothermique

Pompe à chaleur solaire géothermique

01

Qu'est qu'une pompe à chaleur solaire géothermique? 

C'est principalement

  • Une pompe à chaleur géothermique
  • Un champs de sonde géothermique comme les murs géothermiques
  • Des panneaux solaire thermiques non vitrés
  • ET un logiciel permettant l'optimisation des flux d'énergie et d'optimisation de COP 

Une installation de pompe à chaleur solaire géothermique en pratique : le webinaire

Bien qu'un peu longue, cette video montre en détail les composants d'une installation solaire géothermique

  • logiciel de supervision
  • Installation solaire en toiture
  • murs géothermiques
  • pompe à chaleur
  • Système hydraulique de régulation

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Pourquoi le solaire thermique avec la géothermie

Le solaire comme recharge des capteurs géothermiques pour réduire la taille de la géothermie

Un phénome que l'on rencontre souvent l'hiver quand le soleil brille: on a peu besoin de chauffage quand le soleil brille mais on a beaucoup besoin de chauffage quand le soleil disparait

Voici un exemple typique d'une journée ensoleillée d'hiver

  • en rouge, la puissance solaire disponible
  • en vert, l'appel de puissance de la PAC géothermique

Si on ne stocke pas le solaire d'une façon ou d'une autre, on perd son bénéfice. 

Puissances solaire + PAC géothermique en hiver
Puissances solaire + PAC géothermique en hiver

Le solaire permet d'augmenter le COP de la pompe à chaleur géothermique

Ainsi pendant la journée, la température de la terre augmente et le soir on peut utiliser une eau géothermique plus chaude pour un meilleur COP

L'hiver, la température de la terre autour des sondes géothermiques peut baisser à 0°c, ce qui est normal et on mesure le COP normé des PAC géo à 0°c. 

Par exemple, on a un COP de 4,25 pour une PAC R32 avec une géothermie à 0°c et un plancher chauffant à 35°c. 

Donc, tout gain de de température de la terre est un gain par rapport au COP normé. Le graphe ci-dessous montre que de passer de 0 à 5°c permet de passer le COP de 4,25 à 4,8. 

Avec le solaire, le but est d'avoir une géothermie dont la température se trouve dans un bande 5 à 12°c plutôt que plus bas. Ainsi avec le solaire, on cherche à rester dans des valeurs de COP de l'ordre de 5 à 6, loin des COP des PAC aérothermie, bien que les compresseurs soient les mêmes

Evolution du COP avec le température de la géothermie
Evolution du COP avec le température de la géothermie

03

Comment obtenir la meilleure performance du solaire avec la géothermie

Le branchement des panneaux solaires sur la géothermie

On vient de voir que la géothermie travaille à basse température : entre 0 et 12°c. De ce fait, cela ne sert à rien de faire chauffer l'eau dans les panneaux solaire car

  • plus vous chauffer l'eau dans les panneaux solaires, plus le rendement est mauvais
  • Faire fonctionner les panneaux solaire à la température de la géothermie permet d'avoir le meilleur rendement solaire

De ce fait, les panneaux solaires sont branchés en sortie de pompe à chaleur géothermique sur le retour de l'eau vers la géothermie en utilisant un bypass

Synoptique d'une installation solaire géothermique montrant l'emplacement du solaire par rapport à la géothermie
Synoptique d'une installation solaire géothermique montrant l'emplacement du solaire par rapport à la géothermie

L'importance du choix de la pompe à chaleur géothermique

Pour réaliser une installation de pompe à chaleur géothermique, il faut absolument utiliser une PAC géothermique INVERTER 

  • Cela permet de faire fonctionner la pompe à chaleur à la capacité la plus faible possible et donc le plus longtemps possible
  • Avoir une durée la plus longue possible outre l'amélioration du confort, permet un fonctionnement plus doux pour la géothermie et permet de faire fonctionner les panneaux solaires dans les meilleurs conditions le plus longtemps possible. 
  • ET plus la PAC ralenti, plus le COP est élevé

Plus la pompe à chaleur solaire géothermique ralenti meilleur est son COP 

COP à différent vitesse de fonctionnement d'une PAC solaire géothermique
COP à différent vitesse de fonctionnement d'une PAC solaire géothermique

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Le choix du panneau solaire pour une pompe à chaleur solaire géothermique  

Il existe 2 types de panneaux solaires thermiques

  • vitrés
  • non vitrés

Les panneaux vitrés sont très intéressants pour faire monter la température de l'eau mais nous n'avons pas besoin de montée ne température et de plus l'été se pose le problème de surchauffe. On ne trouve pas trop ce problème avec le chauffe-eau solaire car la capacité solaire est faible et les déperditions sont calculées pour éviter la surchauffe. Mais pour le chauffage, quand on a plusieurs panneaux, ce pose le problème du refroidissement des panneaux solaires. 

Le choix se porte sur le non vitré qui possède 2 avantages majeurs 1/ il ne surchauffe pas l'été, 2/ il sait travaillé même sans soleil

Faire travailler un panneau solaire sans soleil

On vient de voir que le géothermie fonctionne entre 0 et 12°c. Souvent l'hiver, nous avons une température quand il pleut de l'ordre de 5 à 10°c. ET bien pendant ces périodes "maussades", les panneaux solaires captent des calories dans l'atmosphere voir dans la pluie. 

Si la température extérieure est supérieure à celle de la géothermie alors le panneau solaire capte des calories dans l'atmosphère

Sur le graphique ci-dessous, on peut voir 6 jours consécutifs de fonctionnement en hiver

  • Les 3 premiers jours, plein soleil et froid: les panneaux fonctionnement bien le jour et pas la nuit
  • Les 3 jours suivants sont nuageux avec une température variant peu entre journée et hiver : les panneaux solaires fonctionnent H24 

Apport du solaire suivant 2 journées typiques d'hiver
Apport du solaire suivant 2 journées typiques d'hiver

05

Calculer le besoin en géothermie et solaire thermique

Nous mettons à votre disposition des calculatrices de calcul géothermique + solaire thermique par zone climatique

Chaque zone a ses propres caractéristiques

  • le pourcentage maxi de solaire que l'on peut utiliser qui varie de 30 à 50% du Nord au Sud de la France métropolitaine
  • le besoin au non de chauffer une piscine (typiquement il faut 30 à 50% de la surface de la piscine du Sud au Nord de la France métro)

Il suffit de renseigner la déperdition annuelle en kWh finale

  • Celui d'un DPE exprimé en kWh/m²/an. Pensez à bien prendre les kWh finaux et non primaires et multiplier par le nombre de m²
  • RT2012: si votre logement est RT2012, prendre 50 kWh/m²/an
  • RT2005 : prendre 80 à 100 kWh/m²/an
  • RE2020 : prendre 25 à 35 kWh/m²/an

Utilisation de la calculatrice pompe à chaleur solaire géothermique

Les zones jaunes sont les données d'entrée , bleu les données de sortie. Vous pouvez faire 3 simulations solaires

Simulation pompe à chaleur solaire géothermique
Simulation pompe à chaleur solaire géothermique

Le graphique donne le résultat de

  • un bleu la courbe d'énergie cumulée de votre logement et donc en géothermie pure
  • En rouge, vert, violet: le besoin en géothermie net du solaire

Ne pas dépasser le ratio maxi pour votre région. Ce ratio est calculé sur la probabilité d'absence de soleil complet pendant une certaine période l'hiver. La géothermie doit pouvoir combler ce manque sans avoir recours à une résistance électrique

Besoin en géothermie pour la pompe à chaleur géothermique
Besoin en géothermie pour la pompe à chaleur géothermique

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Augmenter la performance avec des émetteurs basse température

Avoir ne PAC solaire géothermique, c'est bien, mais pensez aussi à la basse température pour les radiateurs. C'est un facteur majeur pour augmenter le rendement

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Le mur géothermique pour pompe à chaleur géothermique solaire

Les murs géothermiques sont idéaux pour la pompe à chaleur géothermique

  • installation rapide et compacte avec une pelleteuse
  • moins cher que les forages
  • Travaux rapides

Il existe plusieurs formes de murs pour s'adapter à votre terrain. Le plus plus compact et plus facile à poser s'appelle mur géothermique miniMAX . Il permet d'avoir un chantier très compact avec des tranchées que l'on rebouche au fur et à mesure de l'avancement de la tranchée. 

Chantier mur géothermique miniMAX très compact
Chantier mur géothermique miniMAX très compact

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Questions fréquentes FAQ

FAQ

peut-on-chauffer-au-solaire-thermique-seulement ?

En général le solaire thermique peut couvrir 40% du besoin de chauffage. C'est pour cela que l'on a besoin d'une autre source. La géothermie permet d'augmenter la performance du solaire thermique

Quel est le pourcentage maxi de solaire dans une installation solaire géothermique

Suivant la zone climatique (H1 à H3) , on peut avoir entre 30 à 50% de solaire. Il reste toujours quelques jours sans soleil pour lesquels la géothermie doit fournir seule la fonction chauffage.

D'autres questions? Contactez nous