Pompe à chaleur solarothermique, c’est quoi ?

En France, où la consommation énergétique des ménages est une question centrale, intégrer l'énergie solaire dans les systèmes de chauffage domestiques ouvre la voie à une autonomie accrue et à une réduction significative des dépenses énergétiques. Ce dispositif ingénieux conjugue la technologie des pompes à chaleur, déjà réputée pour son efficacité, avec l'abondance de l'énergie solaire, pour offrir jusqu'à 80% de couverture des besoins énergétiques d'un foyer. Explorons ensemble les principes de fonctionnement de cette pompe à chaleur avant-gardiste, ses composants essentiels, et les bénéfices économiques qu'elle peut apporter.

Comment fonctionne une pompe à chaleur solarothermique ?

Le système est d’abord composé d’une pompe à chaleur classique qui alimente un système de chauffage (plancher chauffant, radiateurs) et produit de l’eau chaude sanitaire. Mais avec un modèle solaire, des panneaux permettent d’utiliser la chaleur produite par les rayons du soleil et la transformer en énergie pour améliorer encore les performances et contribuer à réchauffer l’eau. L’énergie du soleil est utilisée en priorité pour générer des économies et réduire l’utilisation d’énergie primaire.

On parle très souvent de pompe à chaleur solaire de manière indifférenciée pour désigner en réalité plusieurs technologies. Tout dépend de la façon dont l’énergie solaire est utilisée.

• Lorsqu’une pompe à chaleur est alimentée en électricité par des panneaux photovoltaïques, on ne peut pas parler de modèle solaire. En effet, c’est à l’aide de l’énergie thermique puisée dans l’air (aérothermie) ou dans le sol (géothermie) que la production de chauffage se réalise. Les rayons du soleil contribuent seulement à l’alimentation énergétique de la PAC.
• Avec des panneaux solaires thermiques associés à la pompe à chaleur, alors les rayons du soleil permettent de réchauffer l’eau du circuit de chauffage. Il s’agit bel et bien d’une pompe à chaleur solarothermique ! La PAC peut être aérothermique (air/eau) ou géothermique (eau/eau).
• Enfin, lorsque les panneaux utilisés sont hybrides, avec une zone photovoltaïque pour la production d’électricité et un échangeur thermique qui permet la récupération de chaleur, il s’agit là encore d’une pompe à chaleur solaire, capable de répondre aux besoins de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur solarothermique consiste, en hiver, à capter l’énergie solaire au travers du fluide caloporteur puis à la transférer à l’aide du compresseur et du condensateur. C’est le cycle thermodynamique (évaporation-compression-condensation-détente) du fluide frigorigène qui génère la production de chaleur. En été, le système ne fonctionne que pour alimenter la production d’eau chaude sanitaire. Pas besoin de chauffage.

De quels éléments est constituée une PAC solarothermique ?

Le système combine trois éléments distincts :

1. Des panneaux solaires (photovoltaïques, thermiques ou hybrides),
2. Un ballon tampon isolé
3. La pompe à chaleur

Selon que les panneaux permettent de produire de l’électricité, de réchauffer de l’eau (ou les deux), le fonctionnement ne sera pas le même. Les éléments que nous venons de citer auront des interactions différentes grâce à l’appui du condensateur, du compresseur et du détendeur.

Quel est le prix d'une pompe à chaleur solarothermique ?

Pour une installation complète de pompe à chaleur solarothermique, le coût se décompose en deux parties principales : l'achat de l'équipement et le coût de l'installation.

Pour l'équipement, voici les prix moyens à prendre en compte :

• Une pompe à chaleur air eau classique (non-solaire) pour la production de chauffage seulement a un coût qui est compris entre 7 000 et 9 000 € ;
• Une pompe à chaleur qui permet la production de chauffage avec eau chaude sanitaire intégrée est souvent affichée entre 9 000 et 11 000 € ;
• A titre de comparaison, une pompe à chaleur avec capteur solaire couplé (principe de la solarothermie) est souvent accessible à un prix compris entre 12 000 et 15 000 €.

À ces montants, il faut ajouter environ le prix des panneaux solaires nécessaires à la capture de l’énergie solaire. Pour un seul panneau, le coût est généralement compris entre 300 et 500 euros. Cependant, pour une capacité de production d'énergie de 3 kWc, qui est une taille d'installation courante pour les habitations individuelles, il faut compter entre 9 000 et 12 000 euros. Si l'on considère le coût au mètre carré, les installations solaires thermiques sont évaluées à environ 400 euros le mètre carré, et pour une installation complète, cela représente un budget de 5 000 à 12 000 euros pour couvrir une surface de 2 à 5 mètres carrés.

La pompe à chaleur solarothermique est la solution la plus complète. Mais cet effort nécessite un investissement initial important. Avec l’aide Ma Prime Renov, vous pouvez toucher entre 5 000 € et 11 000 € de subvention pour son installation jusqu’au 31 mars 2023.

Quelle puissance de panneau solaire pour alimenter une pompe à chaleur ?

Pour alimenter une pompe à chaleur avec des panneaux solaires, la puissance nécessaire dépendra de votre consommation énergétique. Pour une maison bien isolée, ayant une consommation de 10 000 kWh par an, il faudrait envisager une installation de 9 panneaux solaires photovoltaïques, chacun produisant environ 300 kWh par an. Cette configuration serait suffisante pour une pompe à chaleur performante avec un COP de 4. Le coût de l'installation solaire démarre à partir de 8 000 euros pour une puissance de 3 kWc, pouvant atteindre jusqu'à 16 000 euros pour 6 kWc. Les panneaux hybrides, qui génèrent à la fois de l'électricité et de la chaleur, peuvent être une option intéressante pour une meilleure efficacité énergétique.

Pour une maison bien isolée, ayant une consommation de 10 000 kWh par an, il faudrait envisager une installation de 9 panneaux solaires photovoltaïques, chacun produisant environ 300 kWh par an.

Une pompe à chaleur solarothermique ne fonctionne-t-elle que le jour, avec le soleil ?

Les systèmes de PAC solarothermiques fonctionnent en continu, de jour comme de nuit, été comme hiver. En effet, l’échangeur des panneaux peut récupérer les calories disponibles soit par ensoleillement direct, soit simplement par échange avec l’air extérieur. On parle alors de système hybride. En absence d’hybridation, un appoint prend le relai pour chauffer l’eau. Il n’y a donc pas d’absence de fonctionnement. L’énergie solaire est toujours utilisée en priorité mais en cas d’insuffisance, la pompe à chaleur prend le relais dans un système classique.

Quelles sont les économies possibles avec une pompe à chaleur solarothermique ?

En associant deux énergies gratuites et abondantes (le soleil et l’air ambiant), une PAC solarothermique est très économique ! Elle vous dispense de toute énergie fossile : le gaz ou le fioul ne sont plus nécessaires, même en appoint, ce qui signifie moins de pollution. Et des économies ! La basse consommation observée dans ces systèmes permet de diviser par 4 ou 5 la facture énergétique.