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Le dimensionnement des installations photovoltaïques sur une maison

Parce que c’est la partie autoconsommée qui est la plus intéressante au niveau financier, il est primordial de dimensionner l’installation au plus juste (ni trop de panneaux, ni pas assez)


Pour cela, on va d’abord s’intéresser aux besoins à couvrir.

Comme les panneaux solaires produisent le maximum d’électricité en été (et en journée), c’est d’abord la consommation estivale à laquelle nous allons nous intéresser, en regardant si le logement est équipé d’une piscine, d’un système de rafraichissement ou d’une climatisation. Ensuite, on étudiera la présence d’une voiture électrique, poste également important de la consommation électrique d’une maison.

Enfin, seront examinés les consommations électriques d’hiver ou récurrentes sur l’année qui peuvent être programmées aux heures de production des panneaux photovoltaïques.



Les consommations électriques d'été



Consommation d’une piscine individuelle


La piscine comprend trois postes : la filtration, le nettoyage par robot et le cas échéant le chauffage de l’eau.

Intéressons-nous tout d’abord à la filtration.


La filtration


Une piscine doit être filtrée tous les jours de l’année mais pas le même nombre d’heures en hiver et en été. On peut également prévoir des variations pendant les mi-saison. Ici par mesure de clarté nous nous basons sur deux saisons : Hiver (8 mois) et Eté (4 mois), correspondant à la période où la piscine est utilisée.


Etudions trois cas concrets :


Piscine classique rectangulaire (sans débordement ni miroir) de 10x4m filtrée 3h par jour en hiver et 10h par jour en été par une pompe à vitesse variable de 1,2 kW.

Elle consomme l’hiver 864 kWh et l’été 1440 kWh soit 2304 kWh


Piscine classique rectangulaire (sans débordement ni miroir) de 10x4 filtrée 4h par jour en hiver et 13h par jour en été (ce qui correspond aux préconisations des piscinistes qui recommandent de calculer le temps de filtration de la piscine en divisant la température de l’eau par 2) par une pompe à vitesse variable de 1,2 kW.

Elle consomme l’hiver 1152 kWh et l’été 1872 kWh soit 3024 kWh


Piscine miroir en L de 10x5 avec un retour de 8m filtrée toute l’année en journée (mais pas la nuit) pour voir le débordement avec 2 pompes à vitesse fixes de 2 kWh. Elle consomme 17 520 kWh



Le nettoyage de la piscine


Une piscine peut être nettoyée manuellement (balai, épuisette, balai branché sur les buses de filtration), avec un robot électrique ou un robot hydraulique. Si le nettoyage manuel ne consomme pas d’énergie, le nettoyage par un robot en consomme lui beaucoup plus.

Par exemple, un robot hydraulique de type Polaris de puissance 1,5 kW branché 1 heure par jour en hiver (8 mois) et 6 heures par jour en été (4 mois) consommera 360 kWh en hiver et 1080 kWh en été soit 1 440 kWh chaque année.



Pompe à chaleur de piscine


Il y a des types très différents d’utilisation des pompes à chaleur de piscine. Certaines personnes les laissent branchées en permanence pour conserver l’eau à une température définie (28°C par exemple), d’autres l’enclenchent en début ou en fin de saison pour augmenter la durée de baignade ou bien après un orage pour regagner les degrés perdus plus rapidement.


Pour le calcul ici, nous prenons comme hypothèse la météo de Toulouse, la piscine classique de 10x4 et nous compterons qu’elle est lancée 10 jours en juin, 2 jours en juillet, 2 jours en août et 10 jours en septembre. Elle consommera 720 kWh.



En conclusion, pour une piscine classique de 10x4 avec une filtration par pompe à vitesse variable de 1,2 kW, programmée sur un temps de filtration court, avec un nettoyage par robot hydraulique quelques heures par jour et un chauffage de l’eau quelques jours par an, la consommation sera de 4 464 kWh.

Et c’est là l’estimation basse de la consommation de la piscine.

Nous l’avons vu, avec une piscine plus grande, un temps de filtration plus long, une durée d’utilisation de la piscine plus longue dans la saison, cette consommation peut faire x7 !



Consommation du rafraichissement ou de la climatisation


Par climatisation nous entendons les systèmes d’air soufflé comme les splits et systèmes gainables de chauffage réversible pouvant refroidir à 19°C et par rafraichissement les systèmes de plafond hydraulique chauffant rafraichissant pouvant conserver 24°C.


Dans une ville comme Toulouse, les étés sont très chauds et il est difficile de rafraichir la nuit sans moustiquaire à cause de la présence des moustiques tigres. Même dans le cas où le logement en est équipé, il est nécessaire de pouvoir rafraichir le logement en journée et beaucoup de maisons et appartements en sont équipés.


Un système de plafond chauffant rafraichissant alimenté par une pompe à chaleur Air / Eau consomme 2 kWh. Considérons qu’on le met en marche 12 heures par jour, tous les jours en juillet et août, le système consommera 1440 kWh.



Consommation d’une voiture électrique


La consommation d’une voiture électrique dépend de :

- Sa puissance

- Le nombre de kilomètres parcourus et donc le nombre et la durée des recharges associées

- La saison (elle consomme plus d’énergie l’hiver que l’été)


Par exemple, pour une Tesla modèle 3, la consommation moyenne est de 15 kWh/100 km. Donc en été, pour un usager qui fait 15 000 km par an (soit 288 km par semaine), la voiture consommera 2 250 kWh à l’année.


Pour un SUV électrique BMW X3, consommant en moyenne 22 kWh/100km, la consommation annuelle pour 15 000 km sera de 3 300 kWh, alors que pour une Zoé consommant en moyenne 17 kWh/100 km la voiture consommera 2 550 kWh à l’année




Les consommations électriques d’hiver ou récurrentes sur l’année


Ces consommations sont étudiées si elles peuvent être programmées aux heures de production des panneaux solaires, et dans une moindre mesure que les consommations estivales et celle de la voiture électriques car même en journée, l’hiver les panneaux sont bien moins productifs que l’été.


On notera tout de même : la production d’eau chaude sanitaire, un ballon tampon, la climatisation d’une cave, les machines.




Production des panneaux photovoltaïques


La production des panneaux dépend du lieu de l’installation (ensoleillement spécifique à la zone géographique et absence ou présence d’ombres portées), du type de panneaux et de la surface (nombre de panneaux).


Prenons l’exemple d’une maison à Toulouse, sans arbre ou autre ombre portée (irradiation annuelle de 1 550 Wh/m2), sur laquelle on pose des panneaux photovoltaïques :

- 8 panneaux solaires pour une puissance de 3KW, la production sera de 3 564 kW

- 16 panneaux solaires pour une puissance de 6KW, la production sera de 7 133 kW

- 24 panneaux solaires pour une puissance de 9KW, la production sera de 10 705 kW




Quelle puissance installer ?


Après avoir étudié les consommations d’été, la présence ou non de voiture électrique, et les consommations annuelles pouvant être programmées, on pourra définir la puissance appropriée.


Comme nous l'avons vu plus haut, certains postes très consommateurs d'électricité se trouvent l'été ou peuvent être programmés en journée. Il s'agit de la filtration, du nettoyage et du chauffage de la piscine, de la climatisation et du rafraichissement, de la recharge des voitures électriques, de la production d'eau chaude sanitaire notamment.


A titre d’exemple, pour la même maison à Toulouse dans laquelle est installée une piscine chauffée, un système de rafraichissement par plafond hydraulique, un ballon thermodynamique, les différentes puissances donnent les résultats suivants :

- 3kW : Taux d’autoconsommation 84%, temps de retour sur investissement : 9,7 kW, taux de rentabilité : 8,6 %

- 6KW : Taux d’autoconsommation 52%, temps de retour sur investissement : 10,6 kW, taux de rentabilité : 7,4 %

- 9kW : Taux d’autoconsommation 35%, temps de retour sur investissement : 11,1 kW, taux de rentabilité : 6,5 %


On s’aperçoit que dans tous les cas, le taux de rentabilité est très important (entre 6,5% et 8,6%), bien supérieur aux taux de rentabilité de l’immobilier ou des assurances vie . Le taux d’autoconsommation est lui plus fort dans le cas de l’installation d’un 3kW. Une installation plus importante pourra éventuellement préparer le foyer à l’accueil d’une voiture électrique.

De plus, ces scenarii de rentabilité sont calculés sur une augmentation du prix de l’électricité de 3% par an. Il est fort probable que les prix augmentent plus vite que cela, dans ce cas, l’installation sera rentabilisé encore plus rapidement.

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