Installation photovoltaïque et un chauffe eau électrique à accumulation (cumulus)

[jlm]

Voici un article éclairant et fort utile de la part de mon ami Eric. Il m'a autorisé à le partager avec vous


  Chauffe eau et PV.pdf (Taille : 243.45 Ko / Téléchargements : 170)

Vous avez une installation photovoltaïque et un chauffe eau électrique à accumulation (cumulus) ?

Vous voulez pouvoir produire de l’eau chaude avec votre installation photovoltaïque ?

C’est une bonne idée, cela augmente la capacité de stockage, le chauffe eau stockant de
l’énergie ... comme une batterie (certes, avec une « auto-décharge » plus importante).
Cela demande de modifier légèrement le câblage interne du chauffe eau et son alimentation, mais
rien de compliqué.

Voilà comment j’ai modifié mon installation.

Point de départ :
- une installation monophasée.
- un cumulus avec résistance stéatite mono/tri de 3 kW, fonctionnant sur le réseau en jour/nuit.
- une installation photovoltaïque de 2,5 kWc, avec onduleur 5 kW (Sofar Solar HYD 5000 ES) et
7,5 kWh de stockage utile pour le reste de la maison (6 batteries Pylontech US 2000 C).
Quelques données pour commencer :
La consommation journalière en eau chaude est de :
- 1 à 2 kWh/j par personne ... en fonction du mode de consommation.
- 0,5 à 1 kWh/j pour le chauffe eau ... fonction de son isolation et de la température de l’eau.
Si on s’est équipé d’une installation photovoltaïque, c’est qu’à priori on doit se situer plutôt dans
le bas de la fourchette. Je prendrai donc une consommation journalière de 2,5 kWh pour
l’exemple de calcul
La consommation journalière moyenne de ma maison (hors eau chaude) est d’environ 5 kWh.
Les beaux jours d’été, la production journalière de mon installation peut dépasser de 15 kWh. Les
pires jours, j’ai du mal à produire 1 kWh.

Donc premier scénario : journée ensoleillée, avec batteries vides le matin :
15 kWh produits, 2,5 kWh consommés le jour par la maison, 7,5 kWh dans les batteries ... donc 5
kWh de trop ... réinjecté dans le réseau pour les voisins ... qui seront quand même facturés par
EDF. Il y a donc de la marge pour chauffer de l’eau.

Deuxième scénario : le lendemain d’une journée ensoleillée, avec à nouveau une journée
ensoleillée :
15 kWh produits, 2,5 kWh consommés le jour par la maison, 2,5 kWh dans les batteries pour
compenser ce qui a été consommé la nuit précédente ... donc 10 kWh de trop. Il y a toujours de
la marge pour chauffer de l’eau.

Troisième scénario : succession de journées maussades avec 2 kWh de production journalière :
5 kWh disponible dans les batteries au terme de la première nuit (en supposant une recharge
complète la veille), 2 kWh produits - 2,5 kWh consommés la première journée, reste 4,5 kWh le
soir dans les batteries, 2 kWh le lendemain matin, 1,5 kWh le lendemain soir ... et on ne passe
pas la troisième nuit ... et ce, sans alimenter le chauffe eau.

Comme son nom l’indique, un chauffe eau à accumulation accumule ... donc l’idée est de
chauffer (éventuellement trop) de l’eau les beaux jours et les couper les jours maussades. 5 kWh
injecté dans le chauffe eau un jour ensoleillé, cela permet de ne pas l’alimenter le lendemain. 15
kWh injecté dans le chauffe eau en deux jours ensoleillés consécutifs, cela permet de ne pas
l’alimenter durant 3 ou 4 jours ... Il faut juste contrôler que la température reste à un niveau
confortable (disons 40°). Et si le mauvais temps persiste, il faudra réalimenter le chauffe eau,
même si la production photovoltaïque est insuffisante.

Pour ce mode d’utilisation, il ne faut plus utiliser le chauffe eau de façon classique : normalement,
le thermo-contact coupe l’alimentation dès que la température choisie (souvent 60°) est atteinte.
Pour ceux qui ont un tarif jour/nuit, la chauffe se passe la nuit, et dure le temps d’atteindre la
température choisie, temps d’autant plus long que la consommation journalière d’eau chaude a
été importante. Si on garde cette limitation en température, dès que l’on aura atteint les 60°,
l’alimentation va se couper ... alors que l’on produit peut-être encore encore trop en
photovoltaïque. Il est par contre impératif que l’alimentation des résistances passent toujours par
le thermo-contact, pour être sûr que l’on ira jamais flirter avec les 100° après une semaine de
soleil non stop. Il faut donc régler la température sur le maximum autorisé par le thermo-contact.
Et le fait de monter de temps en temps le chauffe eau au dessus de 65° sera bénéfique pour
éviter une éventuelle pollution bactériologique.

Revenons concrètement à notre chauffe eau :
3 kW, c’est beaucoup, c’est plus que ce que peuvent fournir les panneaux, et plus de la moitié de
ce que peut fournir l’onduleur. Les 2,5 kWh journaliers nécessaire seraient fournis en 50 minutes.
Il faut donc revoir la puissance à la baisse, en la remplaçant ou en modifiant le câblage.
Si vous avez une résistance mono/tri, vous avez en fait 3 résistances, chacune d’1 kW. On peut
donc en débrancher 2 pour ramener la puissance à 1 kW. Les 2,5 kWh sont alors apportés en 2,5
heures. On peut aussi alimenter les 3 indépendamment, ce qui permet de choisir en fonction des
conditions entre 1 kW, 2 kW ou 3 kW. On peut enfin (c’est ce que j’ai fait) en brancher 2 en série,
ce qui ramène la puissance de ce duo de résistance à 500 W. Les 2,5 kWh sont apportés en 5
heures. Avec 2 interrupteurs pour alimenter d’une part une des 3 résistances et d’autre part les 2
branchées autres branchées en série, on peut choisir entre 500 W, 1 kW et 1,5 kW. Cela pourrait
même s’automatiser, avec un petit panneau solaire permettant de déterminer le niveau
d’ensoleillement, ou en allant chercher l’information sur l’onduleur ...
Toujours est-il que le réglage « de base » est pour moi 5 heures d’alimentation de la résistance de
500 W. Ces 5 heures d’alimentation sont gérées par un timer : les 5 heures encadrant le « midi »
solaire, mes panneaux étant orientés plein sud. Les jours ensoleillés, je passe en partie ou toute la
journée sur 1 kW, voir 1,5 kW ... en cherchant à avoir les batteries juste à 100% le soir. Et les
jours maussades, je coupe le chauffe eau ... entre 1 et 5 jours en fonction de la température
atteinte avant cet épisode maussade.

Si vous avez une résistance purement mono, il faut la changer, et je vous conseille de la
remplacer par une mono/tri dont la puissance est adaptée à vos besoins et à votre installation :
- 3 kW permet une chauffe avec 500 W, 1 kW ou 1,5 kW.
- 2,4 kW permet une chauffe avec 400 W, 800 W ou 1,2 kW.
Et si on veut plus, on place 3 interrupteurs alimentant chacun une des résistances :
- 1,8 kW permet une chauffe avec 600 W, 1,2 kW ou 1,8 kW.
- 2,4 kW permet une chauffe avec 800 W, 1,6 kW ou 2,4 kW.

Dernier point qui permet de diminuer la consommation du chauffe eau, le sur-isoler. Il suffit
d’enrouler autour 2 ou 3 épaisseurs d’isolant multi-couches mince, facile et le gain est significatif.


   

Concrètement, comment modifier le câblage de l’alimentation du chauffe eau ?

Si vous avez une résistance mono/tri utilisée en monophasé, vous devez avoir ce câblage :

   

Concrètement, comment modifier le câblage de l’alimentation du chauffe eau ?
Si vous avez une résistance mono/tri utilisée en monophasé, vous devez avoir ce câblage :
Ou celui-là si le thermostat aussi est prévu en mono/tri :



   

1 et 2 sont la phase et le neutre, en provenance du tableau électrique.
3 et 4 la phase et le neutre qui alimentent les résistances quand le thermo-contact (TC) est fermé
Les trois résistances sont respectivement entre les bornes A et B, C et D et E et F.
Les 3 bornes A, C et E sont reliées, comme les bornes B, D et F.
On coupe bien sûr l’alimentation du chauffe eau avant de modifier le branchement ...
Si le chauffe eau était déjà alimenté par l’installation photovoltaïque, il suffit de rajouter un timer
... et donc probablement une prise murale. La ligne qui alimentait les bornes 1 et 2 alimentent la
prise, sur laquelle le timer est branché. Il faut ensuite se faire un petit bout de câble, ou récupérer
un vieux câble d’’alimentation de 2,5 mm2 de section, avec la prise branchée sur le timer et l’autre
extrémité connectée aux bornes 1 et 2 du chauffe eau.
Si le chauffe eau était alimenté par le réseau, il faut l’alimenter maintenant sur une ligne de
l’installation photovoltaïque, toujours en passant par un timer. La puissance maximum
consommée est de 1500 W, la prise la plus proche peut faire l’affaire. Si c’est nécessaire, il faut
installer une prise à côté du chauffe eau, et tirer une ligne depuis l’installation photovoltaïque. Et
comme précédemment, se faire le petit bout de câble pour relier le timer aux bornes 1 et 2 du
chauffe eau.
Concernant le câblage interne du chauffe eau, on démonte les « étoiles » qui reliaient les 3 bornes
A, C et E d’une part, B, D et F d’autre part.
Point délicat, il va falloir savoir une fois tout débranché ou se situent les résistances, car elles
peuvent aussi bien être entre A-B, C-D et E-F qu’entre B-C, D-E et A-F !
Si vous avez un multimètre, pas de problème, vous lirez la valeur de la résistance (53 ohms pour
moi) là où il y en a une, et une résistance infinie ailleurs.
Sinon, la solution la plus simple est de laisser l’alimentation branchée (bornes A et F), et une fois
les « étoiles » démontées, forcer l’alimentation du chauffe eau. Un cou d’oeil sur la consommation
qui doit augmenter de 1000 W si la résistance est entre A et F (et donc aussi entre B et C / D et E),
et ne pas varier si les résistances sont montées entre A et B, /C et D / E et F.
Pour confirmation, déplacer l’alimentation de F à B, et c’est l’inverse qui doit se produire.
Donc, si pas d’augmentation de la consommation si alimentation en A et F, et 1000 W
d’augmentation si alimentation en A et B, mon schéma est le bon. Dans le cas contraire,
renommer les bornes en partant de A, non plus dans le sens des aiguilles d’une montre mais en
sens inverse.
On relie les bornes B et C, pour faire une double résistance en série entre les bornes A et D.
On relie les bornes A et F.
Les liaisons B-C et A-F doivent être faites là ou il n’y a pas de résistances.
Une résistance mono/tri est en général fournie avec 2 étoiles et 3 plaquette pour relier entre elles
2 bornes voisines, qui seront utilisées pour les liaisons B-C et A-F. Sinon, il faut se faire un petit
bout de câble avec 2 cosses aux extrémités.
On ne change rien à la connexion entre 4 et A.
On supprime la liaison entre 3 et F et on installe un double interrupteur de ce type :
https://www.legrand.fr/pro/catalogue/dou...xo-complet-
ip55-saillie-10ax-250v-gris
Une des bornes des 2 interrupteur est reliée à la sortie 3 du thermo-contact.
L’autre borne du premier interrupteur est reliée à la résistance de 1000 W en E.
L’autre borne du deuxième interrupteur est reliée à la résistance de 500 W en D.
On arrive à ce schéma:



   

Les jours « moyens », ou si vous ne voulez pas vous poser trop de question, vous alimenter le
chauffe eau en 500 W. A vous de tâtonner un peu pour savoir combien d’heures par jour
l’alimenter pour avoir le confort recherché (5 heures dans mon cas).
Si vous voulez optimiser un peu plus la production, vous augmentez la puissance (et/ou la durée
d’alimentation) les jours où vous produisez plus que ce que les batteries peuvent stocker, et vous
coupez l’alimentation si vous produisez moins que ce que vous consommez, et que l’eau du
chauffe eau est encore assez chaude.
Et si vous voulez automatiser cette optimisation, en pilotant 2 interrupteurs spécifiques, pourquoi
pas ... je suis même preneur.