Qu’est ce qu’un chauffe-eau solaire ?
Un chauffe-eau solaire est un système qui permet de chauffer l'eau sanitaire d'un habitat individuel ou collectif en utilisant principalement l'énergie solaire comme source de chaleur. Il faut savoir que la consommation d'un chauffe-eau solaire constitue une part importante de la consommation énergétique des ménages : environ 30% pour une maison disposant d'une isolation conforme aux normes en vigueur, et jusqu'à 60% pour une maison basse consommation.
Quels sont les avantages d’un chauffe-eau solaire ?
Comme son nom l'indique le chauffe-eau solaire fonctionne avec l'énergie solaire, c'est-à-dire à partir d'une énergie inépuisable, non polluante, naturelle et facilement valorisable. Les techniques actuelles permettent en outre de la rendre facilement accessible, à un prix raisonnable et de garantir au consommateur un matériel de qualité, à condition de suivre quelques règles élémentaires de précaution.
Utilisée pour l’eau chaude sanitaire, l’énergie solaire permet de limiter votre consommation d’électricité, de réduire les rejets de votre habitation en gaz à effet de serre, responsables du réchauffement climatique, mais aussi d’effectuer des économies financières à long terme. Des aides spécifiques de la part de l’Etat et de certaines collectivités publiques rendent désormais ce système très attractif.
Comment ça marche ?
La technique est relativement simple : des capteurs solaires fixés à l’extérieru emmagasinent de la chaleur et chauffent ainsi un liquide qui circule entre les capteurs et le ballon d’eau chaude. Arrivé au ballon, ce liquide cède ses calories solaires à l’eau sanitaire, permettant d’élever sa température.
1) le captage des rayons solaires
Le capteur solaire comprend :
- une plaque et des tubes métalliques noirs : ils constituent l’absorbeur, qui reçoit le rayonnement solaire et s’échauffe ;
- un coffre rigide et thermiquement isolé entourant l’absorbeur. Sa partie supérieur vitrée laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme une serre.
2) le transport de la chaleur des capteurs au ballon
Le transport de la chaleur des capterus vers le ballon est réalisé par un circuit (appelé circuit primaire). Etanche et isolé thermiquement, il contient de l’eau additionné d’antigel. Ce liquide s’échauffe en passant dans les tubes du capteur et se dirige vers le ballon de stockage.
3) La restitution de la chaleur dans le ballon de stockage
Arrivé dans le ballon d’eua chaude, le liquide cède ses calories solaires à l’eau sanitaire grâce à un échange thermique (serpentin). Le liquide, refroidi, repart vers le capteur à travers le circuit, pour être à nouveau chauffé tant que l’ensoleillement est efficace.
4) Le stockage de l’eau
Le ballon solaire est une cuve métallique bien isolée afin d’éviter les déperditions de chaleur.Il constitue la réserve d’eau sanitaire, le volume dépendant des besoins de la famille et du choix du consommateur. L’eau chaude soutirée est remplacée immédiatement par la même quantité d’eau froide du réseau. Elle sera réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire.
5) la circulation du liquide primaire.
La circulation du liquide peut être naturelle ou bien forcée.
Dans le premier cas , le liquide caloporteur circule de manière naturelle grâce à sa différence de densité avec l’eau du ballon. Tant qu’il est moins chaud (et donc moins dense), le liquide a tendance à s’élever naturellement. Dans ce cas, le ballon doit être placé plus haut que les capteurs (ce qui n’est pas forcément très pratique). Ce principe est utilisé dans les systèmes de chauffe-eau solaire à thermosiphon ;
Dans le deuxième cas (le plus fréquent), une pompe électrique (circulateur) amorce la circulation du liquide caloporteur quand il est plus chaud que l’eau du ballon ; Son fonctionnement est régi par un dispositif de régulation qui prend en compte les différences de températures : si l’eau du ballon est plus chaude que celle du capteur, le dispositif de régulation coupe le circulateur. Sinon, le circulateur est mis en fonctionnement afin que le liquide effectue son cycle et réchauffe l’eau sanitaire.
6) Le système d’appoint pour pallier l’insuffisance d’ensoleillement
Au cours de certaines périodes, la nébulosité peut limiter la durée d’ensoleillement, ce qui entraîne une faible production d’eau chaude sanitaire à travers les capteurs solaires. Aussi, le ballon est-il équipé d’un système d’appoint qui prend le relais en cas de besoin et reconstitue le stock d’eau chaude dans le ballon.
Il peut s’agir d’une résistance électrique, d’un serpentin raccordé à une chaudière fonctionnent à partir de diverses sources d’énergies (bois, fioul, gaz,…). On peut par ailleurs alimenter de cette manière un deuxième ballon indépendant.
Comment dimensionner mon installation ?
La production d’eau chaude par le solaire est possible sous tous les climats européens, mais certaines régions davantage ensoleillées présentent naturellement des conditions plus favorables. La durée d’ensoleillement influe positivement sur la capacité de stockage des capteurs, et donc vous aurez besoin de moins de surface de capteurs dans le Sud de la France que dans le Nord pour chauffer le même volume d’eau. En Lot-et-Garonne, l’ensoleillement est relativement favorable et donc, le système du chauffe-eau solaire se révèle intéressant.
Par ailleurs, le dimensionnement dépend surtout de vos besoins en eau chaude, c’est-à-dire du nombre de personnes que constitue votre famille ainsi que des différents usages et équipements que vous souhaitez intégrer à votre système de chauffe-eau solaire (machine à laver, lave-vaisselle…)
Le tableau ci-dessous donne une évaluation de la surface des capteurs nécessaire pour la satisfaction des besoins d’un ménage de 1 à 8 personnes.
Surface des capteurs et du ballon selon l’importance du ménage
| Nombre d'occupants au sein du foyer |
1 ou 2 |
3 ou 4 |
5 ou 6 |
7 ou 8 |
| Volume du ballon solaire (en litres) |
100 à 150 |
100 à 250 |
400 à 550 |
550 à 650 |
| Volume total du ballon (en litres) |
100 à 250 |
250 à 400 |
400 à 550 |
550 à 650 |
| surface des capteurs en m²> |
2 à 2,5 |
2 à 4 |
3 à 5,5 |
3,5 à 7 |
Source: ADEME
Existe-t-il différends modèles de chauffe-eau solaire ?
Oui, il existe plusieurs modèles selon que le ballon et les capteurs sont ou non groupés :
- le chauffe-eau solaire monobloc : les capteurs et le ballon sont groupés sur un même châssis rigide et placés à l’extérieur ; il s’agit d’un système simple et peu coûteux, mais le ballon se refroidit de manière beaucoup plus rapide.
- le chauffe-eau solaire à éléments séparés : le ballon est alors situé à l’intérieur de l’habitat ou dans une construction attenante. Intégré ou non au ballon, le système d’appoint complète le chauffage de l’eau sanitaire si nécessaire. Il est plus coûteux que le système précédent.
Par ailleurs, les modèles en thermosiphon, qui ne nécessite ni circulateur, ni régulateur, impose de disposer le ballon à une hauteur plus élevé que les capteurs solaires (dans des combles par exemple). Cela nécessite un agencement spécifique des différents éléments du système.
Sources et adresses utiles :
www.ademe.fr
www.qualisol.org
www.outilssolaires.com
Magazine la Maison Ecologique : n°39, juin-juillet 2007.
