Élément chauffant d'une centrale solaire photovoltaïque pour la production d'eau chaude sanitaire sur un balcon

Utiliser l'énergie solaire pour chauffer l'eau semble une bonne idée. Mais, surtout pour les petits systèmes, la question se pose de savoir si la production est réellement suffisante et quelles solutions techniques sont adaptées.

L'association d'un chauffe-eau électrique et d'un système solaire photovoltaïque sur balcon séduit de plus en plus les utilisateurs d'énergie solaire. Ceux qui possèdent déjà un tel système souhaitent consommer un maximum d'électricité produite, plutôt que de l'injecter gratuitement dans le réseau. Un chauffe-eau électrique intégré au ballon d'eau chaude sanitaire répond à ce besoin et permet d'accroître significativement l'autoconsommation. Chez PVundSO, nous conseillons régulièrement nos clients sur ce sujet et maîtrisons parfaitement les possibilités techniques ainsi que leurs limites. Ce guide présente les différentes options disponibles, la puissance requise et la solution la plus adaptée à chaque foyer.

Un élément chauffant peut-il fonctionner avec une centrale électrique de balcon ?

Ce qu'un chauffe-eau à immersion peut faire pour la préparation de l'eau chaude

Un thermoplongeur est un élément chauffant électrique placé directement dans le ballon d'eau chaude et qui convertit l'électricité en chaleur. Le principe est simple : lorsque le courant électrique traverse l'élément chauffant, l'eau environnante se réchauffe. Selon le modèle, la puissance varie de 500 W pour les versions compactes à courant continu à 3,5 kW pour les appareils à courant alternatif haute performance.

Un foyer de deux personnes consomme quotidiennement environ 60 à 80 litres d'eau chaude à 55 °C. Chauffer cette quantité d'eau, initialement froide à 15 °C, jusqu'à la température souhaitée nécessite environ 2,5 à 3,5 kWh d'énergie. Un chauffe-eau à immersion de 2 kW (courant continu) a besoin d'un peu moins de deux heures de fonctionnement, par beau temps, pour atteindre cette température.

L'efficacité est proche de 100 %, car toute l'électricité est convertie en chaleur. Bien que l'efficacité soit inférieure à celle d'une pompe à chaleur pour eau chaude sanitaire, les coûts d'achat et d'installation sont nettement moins élevés. Pour les propriétaires de centrales solaires photovoltaïques sur balcon souhaitant augmenter leur autoconsommation, un élément chauffant peut constituer un ajout rentable.

Comment une centrale électrique de balcon produit et fournit de l'électricité

Une centrale solaire photovoltaïque de balcon se compose de panneaux solaires et d'un micro-onduleur qui convertit le courant continu (CC) en courant alternatif (CA) compatible avec le réseau électrique. Ce CA est injecté directement dans le système électrique du logement via une prise murale et alimente les appareils connectés. L'électricité non consommée immédiatement par le foyer est automatiquement injectée dans le réseau public.

Depuis 2024, en Allemagne, les installations photovoltaïques de balcon sont autorisées à injecter jusqu'à 800 W dans le réseau domestique. Par une journée ensoleillée orientée plein sud, un tel système produit environ 2 à 3 kWh d'énergie. Toutefois, ce rendement varie considérablement selon la saison, les conditions météorologiques et l'orientation du module.

La puissance d'injection maximale de 800 W influe directement sur la possibilité d'alimenter efficacement un élément chauffant avec un système photovoltaïque de balcon. La section suivante explique pourquoi le raccordement classique au réseau électrique de la maison atteint ses limites avec un tel système et présente les alternatives possibles.

Pourquoi une centrale électrique de balcon classique ne suffit souvent pas à elle seule

La consommation de base du ménage absorbe l'énergie solaire produite.

un Centrale électrique de balcon Par une journée ensoleillée et avec une orientation optimale, elle produit au maximum 2 à 3 kWh d'énergie. La consommation de base continue d'un foyer moyen se situe entre 200 et 400 W. Les réfrigérateurs, les routeurs Wi-Fi, les appareils en veille et autres appareils électroménagers fonctionnent en permanence et consomment déjà une part importante de l'énergie solaire.

Par une journée d'été typique, un système solaire photovoltaïque de 800 watts installé sur un balcon produit de l'électricité dès le matin, laquelle est immédiatement absorbée par la consommation de base. Un véritable surplus n'apparaît que lorsque la production excède la consommation instantanée. Pour un foyer dont la consommation de base est de 300 watts, le surplus théorique maximal est de 500 watts, et ce, uniquement aux heures de pointe, autour de midi.

En pratique, cette puissance excédentaire est rarement suffisante pour la production d'eau chaude à l'aide d'un chauffe-eau électrique domestique. Un chauffe-eau de 2 à 3 kW ne peut tout simplement pas fonctionner avec un surplus de 500 W. De ce fait, il puiserait l'électricité manquante sur le réseau public, et votre facture d'électricité augmenterait au lieu de diminuer.

Comparaison des besoins en énergie d'un élément chauffant

Un chauffe-eau électrique standard nécessite une puissance continue de 2 à 3 kW pour chauffer efficacement l'eau. Une installation solaire photovoltaïque sur balcon fournit un maximum de 800 W. Même en plein soleil et sans autre appareil électroménager en marche, il manque au moins 1,2 kW.

Les éléments chauffants à puissance variable continue peuvent adapter leur rendement à la puissance excédentaire disponible. Cependant, avec seulement 300 à 500 W de puissance excédentaire, le temps de chauffe passe à 6 à 8 heures. Ceci est difficilement envisageable lors d'une journée de travail classique, compte tenu des fluctuations de la consommation et de la trop grande amplitude de variation de la puissance excédentaire.

La solution ne réside pas dans le raccordement au réseau électrique domestique, mais dans une approche différente : les modules solaires sont connectés directement à un élément chauffant en courant continu, court-circuitant ainsi l’onduleur et le réseau électrique. Cette méthode fonctionne indépendamment de la centrale solaire photovoltaïque du balcon et ouvre des perspectives inédites pour le chauffage solaire de l’eau.

Élément chauffant à courant continu avec modules solaires comme alternative pratique

Principe de fonctionnement de la préparation d'eau chaude en courant continu

Dans un élément chauffant à courant continu Les panneaux solaires Raccordé directement à l'élément chauffant, sans onduleur ni raccordement au réseau électrique, le courant continu produit par les modules n'est pas injecté dans le système électrique de la maison, mais immédiatement converti en chaleur dans l'unité de stockage. Ce système hors réseau fonctionne de manière totalement autonome.

L'avantage de cette solution pour les propriétaires de centrales photovoltaïques de balcon : en l'absence de raccordement au réseau, le système ne nécessite aucun enregistrement auprès du gestionnaire de réseau ni inscription au registre des données de marché. Il n'y a pas de limite de production injectée et les modules supplémentaires ne sont pas pris en compte dans le calcul de la puissance maximale de la centrale. Vous pouvez donc installer des modules additionnels en complément de votre installation existante, uniquement pour la production d'eau chaude sanitaire.

Un élément chauffant à courant continu ajuste en permanence sa puissance en fonction du rayonnement solaire disponible. Par temps nuageux, il chauffe à puissance réduite, tandis que par une belle journée d'été, il fonctionne à pleine puissance. Ceci garantit l'utilisation de chaque kilowattheure disponible sans réinjection d'électricité dans le réseau ni achat d'énergie supplémentaire.

Éléments chauffants CC adaptés aux propriétaires de centrales électriques de balcon

my-PV DC ELWA D'une puissance de 2 kW, cet appareil est spécialement conçu pour un raccordement direct aux panneaux solaires. Il fonctionne avec 2 à 6 modules via des connecteurs MC4 et ajuste en continu sa puissance de chauffage en fonction de l'ensoleillement. Son installation ne nécessite pas l'intervention d'un électricien pour le raccordement au réseau, puisqu'il ne fonctionne pas avec du courant alternatif.

Avec trois modules de 400 W, jusqu'à 5 kWh sont disponibles pour la production d'eau chaude sanitaire en été. Cette puissance est suffisante pour chauffer un ballon de stockage de 200 litres, initialement froid, jusqu'à 55 °C. Pour un foyer de deux personnes, cette configuration couvre une grande partie des besoins en eau chaude sanitaire entre avril et septembre.

En tant qu'ingénieurs électriciens, nous recommandons d'orienter les modules CC le plus au sud possible et de choisir un angle d'inclinaison de 30 à 40 degrés. Ceci permettra d'obtenir un rendement maximal tout au long de la journée et d'optimiser la durée de fonctionnement de l'élément chauffant. Une orientation est-ouest est également possible, mais le rendement journalier est alors inférieur d'environ 20 à 30 %.

Élément chauffant CA avec contrôle de surtension pour une production PV plus élevée

À partir de quelle taille de système un élément chauffant à courant alternatif est-il judicieux ?

Le raccordement au réseau électrique domestique n'est économiquement viable qu'avec une installation photovoltaïque d'une puissance d'au moins 3 à 5 kWc. À cette puissance, un surplus de plusieurs kilowattheures par jour est régulièrement produit durant l'été. Un élément chauffant à courant alternatif peut utiliser ce surplus directement sur le réseau électrique domestique, évitant ainsi l'achat d'électricité supplémentaire.

Cette solution n'est généralement pas adaptée aux propriétaires de systèmes solaires photovoltaïques sur balcon sans installation supplémentaire sur le toit. Toutefois, ceux qui envisagent d'étendre leur installation à un système photovoltaïque plus important devraient considérer l'élément chauffant alternatif comme une option. my-PV AC ELWA 2 Avec une puissance de chauffage de 3,5 kW, il s'agit d'un modèle à courant alternatif qui ajuste en permanence sa puissance en fonction du surplus disponible.

Point essentiel, la résistance utilise un compteur d'énergie pour détecter les excédents d'électricité. Sans ce système de régulation, elle consommerait de l'énergie du réseau de manière incontrôlée, ce qui augmenterait votre facture d'électricité au lieu de la réduire.

Contrôle progressif pour une utilisation optimale des excédents

Un système de contrôle des excès progressif comme le Gestionnaire d'alimentation my-PV AC-THOR La puissance de chauffage est régulée en continu entre 0 et 3 kW. Ainsi, la consommation d'électricité pour le chauffage correspond précisément à l'excédent disponible. Contrairement à une simple régulation marche/arrêt, aucune énergie n'est gaspillée, même en cas de faible excédent.

Le système de contrôle communique avec l'installation photovoltaïque et le réseau électrique domestique via un compteur intelligent. Dès que la production dépasse la consommation, l'AC-THOR augmente la puissance de chauffage. Si le surplus diminue, la puissance est automatiquement réduite. Ce principe est compatible avec les onduleurs Hoymiles, Solis, Sofar et Deye.

Pour les propriétaires de centrales solaires photovoltaïques sur balcon qui envisagent d'installer un système plus important ultérieurement, investir dans un régulateur de surplus d'énergie peut s'avérer judicieux. Ce système pourra ensuite être facilement intégré à une installation photovoltaïque plus grande sans qu'il soit nécessaire de remplacer aucun composant.

Besoins en eau chaude provenant d'un système de chauffage par élément chauffant sur balcon

réservoirs d'eau chaude et options d'installation

Pour installer un chauffe-eau électrique sur un balcon, la condition essentielle est la présence d'un ballon d'eau chaude sanitaire équipé d'un raccord libre. Un raccord de 38 mm (1,5 pouce) est courant et présent sur la plupart des ballons d'une capacité de 150 litres ou plus. Le chauffe-eau se visse dans ce raccord.

Pour un foyer de 2 à 4 personnes, un volume de stockage de 150 à 300 litres est recommandé. Un ballon plus petit chauffe plus vite, mais stocke moins d'eau chaude pour les utilisations du soir et du matin. Un ballon trop grand consomme plus d'énergie et, en cas d'ensoleillement limité, risque de ne pas atteindre la température cible de 55 °C.

Si votre réservoir de stockage existant ne dispose pas d'un port de raccordement libre, un adaptateur peut souvent être installé ultérieurement. Nous vous recommandons de faire vérifier les options d'installation disponibles par un installateur qualifié au préalable. liste de contrôle du système PV Vous pouvez cocher systématiquement les points de planification les plus importants.

Zone d'installation et orientation des modules supplémentaires

Pour un système à courant continu (CC), vous aurez besoin de 2 à 6 panneaux solaires supplémentaires, installés indépendamment de votre installation photovoltaïque existante sur le balcon. Vous pouvez les installer sur le toit, la façade, dans le jardin, sur la terrasse ou sous un abri de voiture. L'absence de raccordement au réseau électrique rend inutile tout enregistrement auprès du gestionnaire de réseau.

Idéalement, les modules doivent être orientés sud à sud-ouest et être à l'abri de l'ombre. Une orientation est-ouest est également possible, mais réduit le rendement journalier d'environ 20 à 30 %. Selon l'emplacement, des cadres de fixation ou des supports muraux peuvent être utilisés.

Le câblage entre les modules et l'élément chauffant CC s'effectue au moyen de connecteurs MC4 standard. La longueur du câble doit être réduite au minimum afin de limiter les pertes de signal. Pour les distances supérieures à 15 mètres, il est recommandé d'utiliser un câble de section plus importante, d'au moins 4 mm².

Quel est le prix d'un système combinant élément chauffant et centrale électrique de balcon ?

Aperçu des coûts d'investissement

Le coût d'un élément chauffant pour un système solaire photovoltaïque de balcon dépend fortement de la solution technique choisie. Le tableau ci-dessous présente les trois options les plus courantes et leurs fourchettes de prix habituelles.

Tous nos composants photovoltaïques sont proposés avec une TVA à 0 %. Cela s'applique aussi bien aux éléments chauffants qu'aux modules solaires et aux accessoires. Notre gamme de produits comprend des systèmes complets. Kits photovoltaïques complets avec élément chauffant, qui contiennent tous les composants nécessaires.

La solution d'entrée de gamme la plus abordable est le système à courant continu avec un élément chauffant et deux à trois modules. Cette option est particulièrement adaptée aux propriétaires de balcons équipés d'une centrale solaire thermique qui souhaitent se lancer dans le chauffage solaire de l'eau sans travaux d'installation importants.

Épargne et amortissement pour un ménage type

Avec trois panneaux solaires et un chauffe-eau électrique à courant continu, il est possible de remplacer environ 1 000 à 1 500 kWh d'énergie thermique conventionnelle par de l'énergie solaire chaque année. À un prix de l'électricité de 0,30 €/kWh, cela représente une économie annuelle de 300 à 450 €. Si vous utilisez du gaz pour votre eau chaude sanitaire, l'économie s'élève à 150 à 250 € par an, selon le prix du gaz.

La période d'amortissement d'une solution en courant continu dont le coût total se situe entre 1 000 et 1 200 € est donc de 3 à 5 ans, selon votre source d'énergie précédente. Ensuite, le système fournira gratuitement de l'eau chaude sanitaire pendant les mois d'été, et ce, pendant sa durée de vie restante de 20 à 25 ans.

Pour le calcul des coûts, il faut tenir compte du fait que la consommation principale se situe entre avril et septembre. Durant les mois d'hiver, la résistance ne sert qu'à la production d'eau chaude sanitaire, ce qui limite les économies annuelles.

Élément chauffant avec centrale électrique de balcon en usage quotidien

Eau chaude en été et pendant les saisons intermédiaires

D'avril à septembre, l'association de modules CC et d'un chauffe-eau électrique couvre la majeure partie des besoins en eau chaude de nombreux foyers. Par temps clair, avec 6 à 8 heures d'ensoleillement, un chauffe-eau électrique de 2 kW équipé de trois modules chauffe facilement un ballon de stockage de 200 litres à une température de 55 à 60 °C. Le système de chauffage conventionnel reste alors complètement hors service.

Durant les périodes de transition de mars à avril et de septembre à octobre, la production solaire est plus variable. Par temps ensoleillé, le système fonctionne comme en plein été, tandis que par temps nuageux, l'élément chauffant peut ne pas atteindre la température cible. Un ballon de stockage avec chauffage d'appoint conventionnel intégré compense automatiquement cette différence.

Forts de notre expérience en matière de conseil, nous pouvons confirmer qu'un foyer de deux personnes équipé de trois modules solaires et d'une résistance chauffante à courant continu peut couvrir environ 40 à 50 % de ses besoins annuels en eau chaude sanitaire grâce à l'énergie solaire. Pour un foyer de quatre personnes équipé de six modules, ce chiffre atteint jusqu'à 60 %.

Les frontières en hiver et sous un ciel nuageux

En hiver, le rayonnement solaire chute à 1 ou 2 kWh par jour, même avec une bonne orientation. Avec cette quantité d'énergie, une résistance chauffante à courant continu ne peut augmenter la température du ballon d'eau chaude que de quelques degrés. Durant ces mois, le système de chauffage conventionnel assure la majeure partie de la production d'eau chaude sanitaire.

Par temps très nuageux, les modules ne fournissent qu'une fraction de leur puissance nominale. L'élément chauffant à variation continue fonctionne alors à une puissance réduite, ce qui allonge considérablement le temps de chauffage. En pratique, la production d'eau chaude sanitaire par énergie solaire en hiver sert principalement au préchauffage de l'eau froide, réduisant ainsi la consommation d'énergie du système de chauffage conventionnel.

Toute personne ayant des attentes réalistes sera satisfaite de l'élément chauffant de son système solaire photovoltaïque de balcon. Ce système ne remplace pas complètement la production d'eau chaude sanitaire traditionnelle, mais constitue un complément efficace qui réduit considérablement les coûts énergétiques pendant six à sept mois de l'année.

Questions fréquentes concernant l'élément chauffant avec centrale électrique de balcon

Ai-je besoin d'un permis pour un élément chauffant à courant continu ?

Non. Les panneaux solaires n'étant pas raccordés au réseau électrique de la maison, il s'agit d'un système hors réseau. Par conséquent, aucun enregistrement auprès du gestionnaire de réseau n'est requis, ni aucune inscription au registre des données de référence du marché. De plus, les panneaux ne sont pas pris en compte dans le calcul de la capacité d'injection maximale de votre installation photovoltaïque de balcon.

Puis-je faire fonctionner mon élément chauffant existant avec la centrale électrique de balcon ?

Un élément chauffant à courant alternatif existant ne peut être utilisé efficacement qu'avec un régulateur de surplus d'énergie externe et une production photovoltaïque suffisante (à partir d'environ 3 kWc). Avec un système solaire photovoltaïque de balcon de 800 W, le surplus d'énergie est généralement insuffisant. L'alternative pratique consiste à utiliser un élément chauffant à courant continu indépendant, alimenté par ses propres panneaux solaires.

Combien de panneaux solaires me faut-il pour un élément chauffant à courant continu ?

Pour un chauffe-eau à immersion CC de 2 kW, il est recommandé d'utiliser 2 à 6 modules d'une puissance unitaire de 300 à 500 W. Pour un foyer de 2 personnes, 2 à 3 modules suffisent généralement. Un foyer de 4 personnes bénéficiera de 4 à 6 modules pour une meilleure disponibilité d'eau chaude tout au long de la journée.

Un élément chauffant à courant continu peut-il fonctionner en parallèle avec une centrale électrique de balcon ?

Oui. Les deux systèmes fonctionnent de manière totalement indépendante. Le système photovoltaïque du balcon injecte du courant alternatif dans le réseau électrique de la maison, tandis que les modules à courant continu alimentent l'élément chauffant via un circuit à courant continu distinct. Il n'y a aucune interférence et aucune restriction réglementaire.

Conclusion

L'association d'un chauffe-eau électrique et d'un système solaire photovoltaïque sur balcon constitue une solution pratique pour la production d'eau chaude sanitaire, notamment grâce au raccordement au réseau électrique. Avec deux ou trois panneaux solaires supplémentaires et un chauffe-eau électrique, une grande partie des besoins en eau chaude sanitaire peut être couverte durant l'été. L'investissement, d'environ 2 1.000 à 1.200 3 €, est amorti en quelques années. Le raccordement au réseau électrique, quant à lui, convient uniquement aux installations photovoltaïques de grande puissance, à partir de 3 kWc. Pour toute question concernant la configuration optimale ou le choix des composants, nous sommes à votre disposition pour vous conseiller. Contactez-nous pour une évaluation gratuite et sans engagement de votre projet.