Le projet PACAirPV a consisté à coupler deux technologies existantes, une pompe à chaleur et des capteurs photovoltaïques afin d'améliorer leurs rendements respectifs. L'installation optimise la performance énergétique et permet d'obtenir un bâtiment basse consommation, voire un bâtiment à énergie positive. Explications d'Alain Guiavarch, du CEP Mines ParisTech.

Le Centre Energétique & Procédés Mines ParisTech a participé au projet «PACAirPV», une expérimentation menée à Montagnole, près de Chambéry (Savoie). Il s'agit d'un couplage entre panneaux photovoltaïques et pompe à chaleur afin d'optimiser la performance énergétique et obtenir un bâtiment basse consommation et si possible à énergie positive. Inscrit dans la programmation 2008 de l'Agence Nationale pour la Recherche (ANR), le projet a regroupé quatre partenaires : Armines, CIAT, le CEA-Ines et le bureau d'études Cythelia. C'est d'ailleurs dans les locaux de cette société qu'a été installé le prototype dans un bâtiment à ossature bois, la «Petite Maison Zen», conçue comme une maison d'habitation mais utilisée comme locaux tertiaires.

 

PACAirPV schéma de principe
PACAirPV schéma de principe © CEP ParisTech
« L'idée de base repose sur la récupération de la chaleur produite par les panneaux photovoltaïques en fonctionnement afin d'améliorer le rendement d'une pompe à chaleur », expose Alain Guiavarch, chercheur au CEP Mines ParisTech. Le système semble relativement simple : un caisson sur lequel reposent les capteurs solaires emprisonne une lame d'air qui s'échauffe et transmet ses calories à une pompe à chaleur. Mais le passage de la théorie à la pratique s'est avéré plus compliqué : «Nous avons rencontré deux problèmes que nous n'avions pas forcément anticipé : tout d'abord, la pompe à chaleur s'arrête pour des raisons de sécurité au-dessus de 40 °C. Or les panneaux solaires peuvent chauffer l'air jusqu'à plus de 50 °C en cas de fort ensoleillement. Il nous a donc fallu délocaliser la pompe à chaleur vers le sous-sol», explique le scientifique. Afin de relier les deux équipements, c'est un réseau hydraulique qui a été mis en place, avec un échangeur thermique air-eau et un ballon de stockage de 1 m3 (en parallèle du ballon d'eau chaude sanitaire), permettant de conserver la PAC au frais. La complexité du système a donc été accrue, mais elle resterait, selon les dires d'Alain Guiavarch « (…) pas tellement plus compliquée qu'une installation solaire thermique ».

 

Un concept qui fonctionne
L'ensemble fonctionne depuis le début de l'année 2012, et les premiers résultats laissent apparaître des gains significatifs : les performances énergétiques, simulées par un modèle informatique, ont été validées et montrent une amélioration de l'ordre de 20 % par rapport à un système classique où photovoltaïque et pompe à chaleur seraient indépendants. Le concept a donc été breveté sous le nom d'«Aedomia» et les partenaires industriels (dont le fabricant de pompes à chaleur CIAT) devraient prendre le relais pour passer au stade de l'industrialisation. « Le système, avec son ballon de stockage, serait idéal pour des habitations où les besoins en eau chaude sont décorrélés des périodes de production photovoltaïque», révèle le chercheur du CEP. Il existerait, en outre, de nombreuses pistes d'amélioration portant sur les pertes du circuit, sur son dimensionnement ou sur le pilotage et la régulation. Restent encore quelques ajustements à faire notamment au niveau du prix de l'installation et de sa taille, avec ses deux ballons d'eau chaude. Mais la pompe à chaleur héliothermique pourrait bénéficier d'un avenir radieux.

 

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