Une solution de modernisation de l’eau chaude domestique fondée sur une pompe à chaleur PV couplée à un ballon d’eau chaude

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D’après pv magazine international.

Des scientifiques de l’Université de Bologne, en Italie, ont mis au point une nouvelle solution de mise à niveau pour l’eau chaude sanitaire recourant à un système de pompe à chaleur air-air alimenté par PV couplé à un ballon d’eau chaude pour le stockage de l’énergie thermique.

Ce système, qui devrait être amené à remplacer les chaudières électriques classiques, vise à découpler production et demande énergétiques. D’après les universitaires, la nouveauté de leur approche réside dans la création de deux niveaux de stockage de l’énergie thermique, de sorte à maximiser l’exploitation du potentiel du système PV.

« Un premier niveau de stockage est fourni par un gros ballon d’eau chaude centralisé, lequel est équipé d’un système de contrôle programmable qui utilise les ballons comme tampon et permet à la pompe à chaleur de fonctionner dans des conditions souhaitables, expliquent-ils. Le deuxième niveau de stockage de l’énergie consiste en des réservoirs novateurs décentralisés, minces et modulables, appelés e-TANKs et dédiés à la production et au stockage de l’eau chaude sanitaire. Ils affichent un rendement thermique plus élevé et apportent une plus grande autonomie aux utilisateurs grâce aux solutions de stockage local installées dans chaque habitation. »

L’e-TANK est constitué d’un ballon d’eau et d’un module hydronique conçu par le spécialiste australien Pink GmbH. Ces deux composants sont suspendus au mur sur un cadre en acier. Le réservoir est aussi équipé d’un échangeur thermique hélicoïdal interne relié à un réseau d’eau chaude à 2 conduits. Ce réseau peut être utilisé soit pour charger les réservoirs de stockage de l’eau chaude sanitaire, soit pour le chauffage de l’air. Il peut fonctionner à des températures élevées pendant les période de charge au cours de la journée. En outre, par rapport aux chaudières classiques, il présente des pertes en chaleur moins importantes au niveau du réseau de conduits et une consommation inférieure des pompes de circulation.

Grâce au logiciel TRNSYS, qui simule le comportement de systèmes renouvelables transitoires, les chercheurs ont simulé la configuration de leur dispositif dans un bâtiment résidentiel situé à Catane en Sicile, dans le sud de l’Italie, en partant du principe que le dispositif pourrait être alimenté par un système PV de 13,5 kW constitué de 36 modules monocristallins.

L’électricité produite par le dispositif PV peut soit être utilisée par un système réversible air-eau, avec une capacité de chauffage de 26,0 kW et un coefficient de performance de 3,10, soit stockée sur une batterie de 20 kWh. « La température maximum de l’eau fournie par la pompe à chaleur atteint 65 °C pour une température extérieure comprise entre 5 et 19 °C », indiquent les universitaires.

Ces derniers ont comparé la performance énergétique de la solution de modernisation proposée avec celle d’un système existant dans le bâtiment pilote et ont observé que le système atteignait une performance thermique « souhaitable » pour les processus de charge mais aussi de décharge.

« Les résultats obtenus avec les simulations dynamiques indiquent que le système e-TANK réduit la consommation énergétique annuelle pour la production d’eau chaude sanitaire de plus de 7 200 kWh par rapport au système actuel, indiquent-ils. Il a été démontré qu’un système centralisé classique nécessite une énergie électrique environ 11 fois plus élevée pour la pompe à circulation que l’e-TANK. »

Les scientifiques ont également observé que, sur une période de 20 ans, la nouvelle solution présentait un coût du cycle de vie inférieur de 6,1 % à celui des chaudières classiques. « En outre, il s’est avéré que l’application du système PV-BESS proposé pour la production d’électricité réduit de 7,1 MWh/an l’énergie primaire nécessaire par rapport au scénario où l’électricité est fournie par le réseau », soulignent-ils.

L’équipe a présenté sa nouvelle solution dans l’article « Techno-economic analysis of a novel retrofit solution for the domestic hot water system: A comparative study », publié dans Energy Conversion and Management. « Les résultats de cette étude pour le bâtiment pilote devraient pouvoir s’appliquer à une part significative du parc immobilier européen existant », concluent-ils.

Traduction assurée par Christelle Taureau.

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