Méthodologie du calculateur :
données, formules et sources

1. Comment raisonne le calculateur

Le calculateur simule une année entière, jour après jour (365 jours), pour la localité indiquée. Pour chaque jour, il estime les besoins thermiques et électriques, la production du photovoltaïque et de l'éventuel éolien, puis vérifie comment BioGS-1.0, le stockage électrique et le stockage thermique couvrent l'écart. Il dimensionne ensuite l'installation : nombre d'unités BioGS-1.0, puissance photovoltaïque, capacité de la batterie et volume du ballon tampon (puffer).

2. Données climatiques

Production photovoltaïque de référence. Le calculateur demande à PVGIS le rendement de 1 kWp avec des pertes système de 14 %. Le rendement est calculé sur le plan horizontal, puis corrigé avec les facteurs d'exposition décrits plus bas.

Normalisation climatique (chauffage uniquement). Les degrés-jours de l'année type (base 20 °C) sont divisés par ceux de 2023, et le rapport, limité entre 0,8 et 1,3, multiplie la déperdition thermique. Cela est nécessaire car 2023 a été plus chaude que la moyenne dans une grande partie de l'Italie et ne doit pas conduire à sous-estimer le chauffage.

Correction d'altitude. La température d'ERA5 se réfère à des mailles d'environ 30 km, dont l'altitude moyenne peut différer de celle du site. La différence d'altitude entre la maille et le site, multipliée par un gradient de 0,45 °C par 100 m, corrige la température (correction limitée entre -4 et +8 °C).

Zone climatique italienne. Pour les localités situées en Italie, le proxy déduit la zone climatique (A-F, DPR 412/93) des degrés-jours de l'année type.

3. Besoin thermique

3.1 Chauffage des locaux

Bilan journalier simplifié, inspiré de EN ISO 13790 et EN ISO 52016 :

Q = max(0, H × 24 × (T intérieure − T extérieure) × facteur climatique − η × (apports internes + apports solaires))

• H : déperdition spécifique du bâtiment, en W/K = h_spec × surface × facteur de forme × facteur de hauteur.
• T intérieure : 20 °C, ou la température cible indiquée par l'utilisateur.
• Apports internes : 3 W par m² de surface.
• Apports solaires : rayonnement journalier × 0,03 m² de surface solaire équivalente par m² de surface (fenêtres environ 15 % × facteur solaire 0,6, avec ombrage et orientation).
• η : facteur d'utilisation des apports, avec paramètre a = 4 (bâtiment d'inertie moyenne).
• Facteur de hauteur : hauteur moyenne / 2,7 m, limité entre 0,85 et 1,3.

Niveau d'isolation (h_spec en W/m²K, calibré sur une maison individuelle d'environ 100 m² sur deux niveaux, en référence à TABULA/EPISCOPE et aux limites légales italiennes et européennes) :

Classe énergétique APE (certificat de performance énergétique italien ; localités en Italie uniquement). Si elle est indiquée, elle prévaut sur le niveau d'isolation. La classe est relative à un bâtiment de référence (DM 26/06/2015), donc h_spec = 1,1 × rapport entre l'EPgl,nren de la classe et celui du bâtiment de référence (point médian de la tranche), puis multiplié par un facteur de zone climatique et limité à l'intervalle des niveaux d'isolation.

Le facteur de zone tient compte du fait que le bâtiment de référence de l'APE a des exigences moins sévères dans les zones chaudes (valeurs U 2019/2021, DM 26/06/2015).

Type de bâtiment (part d'enveloppe déperditive par rapport à la maison individuelle) :

Consommation thermique déclarée. Si l'utilisateur indique sa propre consommation thermique annuelle, cette valeur prévaut toujours sur le modèle et est répartie sur les jours selon la forme saisonnière du modèle physique.

3.2 Eau chaude sanitaire et appareils électroménagers

• Eau chaude sanitaire : 50 litres par personne et par jour, portés à 45 °C, répartis uniformément sur l'année. L'écart de température part de la température de l'eau du réseau, approchée par la température moyenne annuelle de l'air du lieu (limitée entre 5 et 22 °C).
• Lave-linge et lave-vaisselle : 100 et 150 cycles par an et par personne, 15 et 10 litres équivalents par cycle, avec une température moyenne de lavage de 50 °C. On suppose que l'eau préchauffée par le ballon tampon est disponible jusqu'à 40 °C : cette part est une charge thermique, le reste demeure électrique.
• Nombre de personnes : s'il n'est pas indiqué, on suppose 3 personnes.

3.3 Piscine et serre

• Piscine : 200 kWh thermiques par m³ et par an, concentrés sur les mois d'été, plus 20 kWh électriques par m³ et par an pour le recyclage et la filtration, uniformes sur l'année.
• Serre : calcul physique jour après jour, kWh = U × surface × (T cible − T extérieure) × 24 / 1000, avec U en W/m²K égal à 6,2 (couverture simple), 4,0 (double), 3,4 (rigide), d'après les valeurs de Rutgers Cooperative Extension.
• Si la consommation déclarée inclut déjà la piscine ou la serre, le total annuel ne change pas : le modèle les utilise uniquement pour donner au graphique la forme saisonnière correcte.

4. Besoin électrique

• Consommation de base : il s'agit de la consommation électrique annuelle indiquée par l'utilisateur. S'il n'est pas indiqué, le calculateur l'estime : 300 kWh plus 900 kWh par personne.
• Éclairage : 8 % de la consommation de base sont redistribués sur les jours proportionnellement aux heures d'obscurité réelles du lieu, calculées par une formule astronomique à partir de la latitude et du jour de l'année (y compris soleil de minuit et nuit polaire). Le facteur journalier est limité entre 0,3 et 3. Le total annuel ne change pas.
• Voiture électrique : 0,18 kWh par km, uniformes toute l'année, si elle n'est pas déjà comprise dans la consommation déclarée.
• Climatiseur : uniquement si l'utilisateur indique en avoir un et déclare la surface rafraîchie. Besoin frigorifique = 0,035 kWh par m² rafraîchi et par degré-jour de rafraîchissement (seuil 26 °C), multiplié par le facteur solaire du site et divisé par un SEER de 3,2.
• Recyclage de la piscine : voir section 3.3.
• Exploitation agricole : de mai à septembre, on ajoute les charges de granulation et de séchage (voir section 7).

5. Photovoltaïque, éolien et stockages

Photovoltaïque. La production journalière est le rendement PVGIS de 1 kWp multiplié par la puissance installée et par un facteur d'exposition :

Le rendement de base est celui de PVGIS sur le plan horizontal et le gain dû à l'inclinaison n'est pas crédité : c'est un choix prudent, qui tend à sous-estimer de quelques points de pourcentage la production d'un toit incliné.

Si la surface disponible est indiquée, le photovoltaïque est limité à 1 kWp pour 5 m².

Éolien. C'est un complément facultatif : la puissance installée est fixée par l'utilisateur. Le rendement ne découle pas d'une série historique du vent mais de trois catégories de ventosité du site.

Stockage électrique. La capacité est la plus petite qui annule le déficit électrique annuel, avec un minimum de 5 kWh et un maximum égal au plus petit entre 60 kWh et deux jours de consommation moyenne. Si la limite est atteinte, le résultat le signale.

6. BioGS-1.0 et simulation journalière

Données produit utilisées dans le calcul (conditions réelles de fonctionnement) :

Le BioGS-1.0 cogénère toujours chaleur et électricité ensemble, dans un rapport fixe : les deux sorties ne peuvent pas être choisies indépendamment.

Ordre de dispatching, pour chaque jour :

1. Le photovoltaïque et l'éolien couvrent en premier le besoin électrique.
2. L'éventuel excédent renouvelable charge d'abord la batterie, jusqu'à sa capacité libre.
3. L'excédent restant est transformé en chaleur, jusqu'au besoin thermique du jour et jamais au-delà.
4. La chaleur encore manquante est produite par le BioGS-1.0. Il génère en même temps l'électricité associée, qui couvre le déficit électrique restant. Le nombre d'heures de fonctionnement est déterminé par le thermique (priorité thermique) ou par l'électrique, si celui-ci demande plus d'heures.
5. Un éventuel déficit électrique résiduel est déchargé depuis la batterie et, si cela ne suffit pas, reste en soutirage sur le réseau.

La batterie reporte son état de charge d'un jour au suivant (c'est le seul point du calcul où les jours ne sont pas indépendants), à partir d'un niveau de régime obtenu par un premier passage sur l'année. Comme l'excédent charge d'abord la batterie, une part moindre devient chaleur et le BioGS-1.0 fonctionne quelques heures de plus.

Dimensionnement.

• Unités BioGS-1.0 : le nombre minimal pour lequel, chaque jour de l'année, les heures de fonctionnement requises ne dépassent pas 24, avec la batterie dimensionnée pour ce nombre d'unités.
• Photovoltaïque : la puissance minimale qui, avec une batterie dans la limite d'autonomie, annule le déficit électrique annuel (tolérance 0,05 kWh/an), recherchée par dichotomie. Le calculateur indique aussi le jour de l'année qui détermine ce dimensionnement.
• Ballon tampon (puffer) : le volume découle du déphasage journalier maximal entre production et demande de chaleur. On utilise un profil horaire type de la demande thermique (en heures) : 30 % entre minuit et 6, 15 % entre 6 et 9, 15 % entre 9 et 18, 40 % entre 18 et minuit. L'excédent PV se concentre entre 11 h et 15 h ; le BioGS-1.0 effectue un seul cycle continu, avec une heure de démarrage choisie pour minimiser le déphasage. Les litres sont obtenus avec un écart de température de 25 °C et 1,163 Wh par litre et par °C.

7. Exploitation agricole : de la biomasse au pellet

Le parcours agricole évalue si le déchet de l'exploitation suffit à alimenter le BioGS-1.0.

• Conversion en pellet équivalent : masse sèche = quantité × (1 − humidité) ; pellet = masse sèche / 0,9, multipliée par un rendement de procédé de 95 % (broyage plus granulation). Si la biomasse est déjà du pellet, le rendement est 1.
• Broyage : plaquettes 11 kWh/t (broyage fin) ; bûches et branchages 30 kWh/t (déchiquetage plus broyage fin).
• Presse : débit de 15 kg/h par kW installé (66,7 kWh/t), 6 heures nettes de travail par jour, plus petite taille commerciale parmi 3, 4, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22, 30, 37, 45, 55 et 75 kW qui permet de terminer la campagne.
• Campagne : séchage et granulation de mai à septembre, lorsque l'excédent énergétique est le plus important.
• Séchage : jusqu'à 14 % d'humidité, avec 1 kWh thermique par kg d'eau évaporée. L'utilisateur choisit d'utiliser la chaleur du BioGS-1.0 (ajoutée au besoin thermique) ou le séchage naturel. Les ventilateurs du séchoir absorbent 3 % de la chaleur.
• Coques et noyaux : prêts à l'emploi, sans broyage. Ils ne sont séchés que s'ils dépassent 10 % d'humidité. Ils peuvent représenter au maximum 40 % du combustible total (contrainte technique du BioGS-1.0).
• Mélange : on utilise d'abord le déchet propre (à 2,4 kg/h) jusqu'à épuisement, puis du pellet certifié A1 ou A2 acheté (à 2,2 kg/h) pour les heures restantes. Le calculateur indique aussi quelle part des heures est couverte par le déchet.

Sources des données de procédé : Forest Research UK (2011), "Wood pellets production" ; MDPI Sustainability 17(1):140 (2024) ; MDPI Energies 16(13):4894 (2023) ; TCPEL, guide "Biomass Hammer Mill".

8. Biomasse, biochar et CO₂

La valeur est un potentiel de séquestration et non un crédit carbone certifié. Aucun facteur de permanence du carbone n'est appliqué : il sera ajouté lorsque d'autres analyses seront disponibles.

9. Fiabilité du résultat

Le calculateur indique un niveau de fiabilité en fonction de trois données réelles : consommation électrique, consommation thermique et adresse précise (avec rue ou numéro).

10. Limites du modèle

• il s'agit d'une estimation préliminaire, non d'un projet d'exécution ;
• le dispatching est journalier, non horaire ; le profil horaire n'est utilisé que pour dimensionner le ballon tampon (puffer) ;
• le climat est celui de 2023 normalisé sur le chauffage, et non une prévision ;
• le vent est un rendement moyen par catégorie, non une série historique ;
• la température de l'eau du réseau est approchée par la moyenne annuelle de l'air ;
• le besoin thermique dépend de la qualité des données saisies sur le bâtiment ;
• la séquestration de CO₂ est un potentiel sans facteur de permanence.

11. Références

PVGIS (JRC, Commission européenne) ;
ERA5 (Copernicus Climate Change Service, ECMWF) ;
Open-Meteo ;
OpenStreetMap (Nominatim, Photon) ;
EN ISO 13790 et EN ISO 52016 ;
DM 26/06/2015 (classification énergétique) ;
DPR 412/93 (zones climatiques) ;
TABULA/EPISCOPE ;
Rutgers Cooperative Extension (couvertures de serre).