(le contenu de cette page a été écrit avec l'aimable autorisation de P. de Haut et du site Ecologie-Appliquée.)
Simple, et efficace, le chauffe-eau solaire individuel, fournit de l'eau chaude sanitaire et/ ou de chauffage en réalisant d'importantes économies !
Depuis l'envolée du cours des matières fossiles, ce qui était vrai hier l'est encore plus aujourd'hui, surtout pour ceux qui se chauffent au fioul au gaz ou à l'électricité.
En constante amélioration depuis plus de 20 ans, les chauffe-eau solaires sont maintenant des équipements robustes et fiables.
 Fonctionnement
De façon plus professionnelle, des tuyauteries de couleur sombre (absorbeur), intégrées dans des panneaux emprisonnant les calories grâce à un vitrage et une isolation adaptés, transmettent à l'eau (circuit direct) ou au liquide caloporteur (circuit à échangeur) qu'elles contiennent la chaleur absorbée.
Le vitrage laisse pénétrer la lumière solaire et minimise les pertes par rayonnement infrarouge de l'absorbeur en utilisant l'effet de serre tout en limitant les pertes de chaleur avec l'air ambiant.
Le capteur solaire est d'autant plus performant que le revêtement de l'absorbeur aura un coefficient d'absorption élevé et un coefficient d'émission faible.
Les matériaux qui présentent ces caractéristiques sont dits "sélectifs". Les performances du capteur sont encore améliorées en isolant la face arrière du module.
2 fabricants en France proposent des capteurs pouvant remplir la fonction de toit couvrant, pour une meilleure intégration architecturale.
Un ballon d'eau chaude accumule et préserve cette eau chaude puis la restitue à la demande.
Une pompe/ circulateur et un système de vannes assurent la régulation de l'installation et l'optimisation de la production de chaleur selon l'ensoleillement.
Equipement
1) Captage de l'énergie solaire
Un capteur solaire comprend :
• une plaque et des tubulures noires qui constituent l'absorbeur (reçoit le rayonnement solaire et s'échauffe),
• un coffre rigide et thermiquement isolé autour de l'absorbeur. (la partie supérieure, vitrée, laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme une petite serre).
Cet ensemble peut être placé sur un toit, ou au sol, avec quelquefois un dispositif d'orientation automatisé qui suit la course du soleil).
2) Transport des thermies
C'est généralement le circuit primaire qui s'en charge, sauf si le circuit est direct (sans échangeur).
étanche et calorifugé, il contient le plus souvent de l'eau additionnée d'antigel. Ce liquide s'échauffe en passant dans les tubes du capteur avant d'être envoyé vers un ballon de stockage ou un circuit de décharge, si sa température devient trop importante.
Lorsqu'il n'est pas possible d'installer les capteurs sur le toit pour des raisons d'exposition, d'esthétique ou autres, la solution sur chevalet, ou encore mieux sur abri intégré ou auvent peut se révéler intéressante et d'un entretien facilité.
3) Restitution de la chaleur
C'est dans l'échangeur thermique (ou serpentin), que le liquide caloporteur transmet ses thermies à l'eau sanitaire ou de chauffage.
Le liquide primaire, refroidi, repart vers le capteur, où il est chauffé à nouveau tant que l'ensoleillement reste efficace.
4) Stockage de l'eau chaude
Le ballon solaire est une cuve métallique bien isolée qui réserve l'eau chaude obtenue et préserve limite son refroidissement. L'eau chaude soutirée est immédiatement remplacée par la même quantité d'eau froide du réseau réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire.
5) Circulation et régulation du liquide primaire
La circulation du liquide peut être naturelle ou forcée :
- dans les chauffe-eau solaires "en thermosiphon ", elle est naturelle,(dans ce cas le ballon est placé plus haut que les capteurs). Le liquide caloporteur circule grâce à sa différence de densité avec l'eau du ballon. Tant qu'il est plus chaud, donc moins dense qu'elle, il s'élève naturellement par thermorégulation.
- dans les chauffe-eau solaires à circulateur, c'est une petite pompe électrique qui met en mouvement le liquide caloporteur uniquement lorsqu'il est plus chaud que l'eau sanitaire du ballon.
Un dispositif de régulation renseigné par des sondes gère les différences de températures (si la sonde du ballon est plus chaude que celle du capteur, le circulateur est arrêté. Dans le cas contraire, il est remis en route et le liquide primaire réchauffe l'eau sanitaire du ballon.
Dans les 2 cas, il est utile de prévoir une boucle de décharge, dispersant dans la terre un échauffement trop important qui risquerait d ‘endommager le dispositif)
6) Réchauffeur complémentaire
En cas d'insuffisance d'ensoleillement (hiver, demi-saison, longue période de mauvais temps), ou de soutirage d'eau chaude supérieur à la capacité de production, l'énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de sa production.
Le ballon est donc équipé d'un chauffage d'appoint qui prend le relais en cas de besoin, et reconstitue le stock d'eau chaude :
- résistance (appoint électrique), souvent placée à mi-hauteur du ballon solaire,
- serpentin (appoint hydraulique), raccordé à une chaudière à céréales, bois, gaz, fioul... installée après le ballon, ou l'eau est malgré tout préchauffée.
Un second ballon pourvu d'un réchauffeur électrique peut également servir d'appoint.
Ce tableau qui vous guidera dans le choix de la superficie des capteurs et le volume du ballon à installer (pour une consommation journalière de 50 à 60 litres d'eau chaude à 45 °C par personne et une couverture des besoins par le solaire comprise entre 50 et 70 %.)
Nombre d'occupants |
1 ou 2 |
3 ou 4 |
5 ou 6 |
7 ou 8 |
Volume du ballon solaire
avec appoint (en litres) |
100 à 150 |
100 à 250 |
250 à 350 |
350 à 500 |
Volume total du ballon sans appoint
(en litres) |
100 à 250 |
250 à 400 |
400 à 550 |
550 à 650 |
Ces valeurs sont à adapter selon l'ensolleillement des zones d'installation.
Source ADEME
Intérêt financier
Il existe aujourd'hui de réelles difficultés pour les particuliers intéressés par l'installation d'un chauffe-eau solaire de regrouper toutes les informations nécessaires sur le coût, les aides régionales, le prix des matériaux...
D'autant plus que chaque cas est particulier (localisation, orientation des toitures, nombre d'utilisateurs, système précédent d'eau-chaude sanitaire...)
Le site Clicsolaire.fr est un site web au concept novateur qui vous permetta d'obtenir en quelques clics le coût et la rentabilité d'un chauffe-eau solaire via géolocalisation (technologie Google Maps).
- 1ére étape, vous inscrivez votre adresse, ce qui fera afficher une vue aérienne de votre maison,
- 2éme étape, vous affinez l'orientation de la toiture de votre maison envisagée pour l'intallation car le positionnement de vos capteurs solaires selon la course du soleil est évidemment le premier point à prendre en compte pour déterminer le rendement thermique de votre chauffe-eau solaire et donc sa rentabilité financière,
- 3éme étape, vous indiquez le systéme de chauffe-eau déjà existant et le nombre d'utilisateurs réguliers...
En quelques secondes, ce logiciel est capable de calculer :
- le nombre d'heures d'ensoleillement de la toiture ou du support qui accueillera vos panneaux.
- le nombre de kWh annuels produits par m² de panneaux,
- le coût de l'installation compte tenu de la surface de panneaux nécessaires pour assurer vos besoins en eau chaude sanitaire,
- le montant total des aides locales et nationales auxquelles vous pouvez prétendre.
- le montant annuel des économies réalisée compte-tenu de votre chauffe-eau actuel,
- le nombre d'années qui vous permettra de rentabiliser votre investissement...
Muni de ces renseignements, et au delà de ce que les installateurs vous font miroiter, vous pourrez juger de l'opportunité de ce type d'équipement...
Pour en savoir plus sur le chauffe-eau solaire
Consulter le dossier complet du chauffe-eau solaire sur le site "Ecologie-Appliquée"
Pour ceux qui ne sont pas encore équipés
Nous vous recommandons l'ouvrage suivant qui présente en détail ce système de chauffage solaire de l'eau :
Editions Eyrolles - prix librairie 9 €.
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