Le chauffe-eau solaire

Principe

Un tuyau d’arrosage plein d’eau abandonné au soleil…

Peu à peu, la température de l’eau s’élève ; plus le tuyau est
sombre, plus l’eau est chaude. Elle devient même brûlante si le
tuyau est placé sous une vitre correctement orientée.

Simple et efficace, le chauffe-eau solaire individuel, basé sur ce
principe, 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 chauffaient
au fioul, au gaz ou à l’électricité.

En constante amélioration depuis plus de vingt ans, les chauffeeau
solaires sont maintenant des équipements robustes et
fiables.

En 1999, les pouvoirs publics ont décidé d’attribuer, dans le cadre
du Plan Soleil, des primes « CESI » aux acquéreurs de chauffeeau
solaires individuels, pour stimuler l’équipement des particuliers.

Fonctionnement

De façon plus professionnelle, des tuyauteries de couleur sombre
(absorbeur), intégrées dans des panneaux, emprisonnent les
calories grâce à un vitrage et une isolation adaptés, puis transmettent
la chaleur absorbée à l’eau (circuit direct) ou au liquide
caloporteur (circuit à échangeur) qu’elles contiennent.

Le vitrage laisse pénétrer la lumière solaire et minimise les pertes
par rayonnements infrarouges 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 (voir « La partie vitrage » p. 103).

Les matériaux qui présentent ces caractéristiques sont dits
« sélectifs ». Les performances du capteur sont encore améliorées
en isolant la face arrière du module.
Deux 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 conserve 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.

Il paraît évident pour l’utilisateur d’un tel système de prendre
l’habitude de consommer son eau chaude de préférence sur la
fin de journée plutôt que le matin !

Le dispositif

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.

Il est conseillé d’effectuer un parcours zénithal avant toute
implantation des panneaux, pour être sûr de leur ensoleillement
constant

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.

Restitution de la chaleur

C’est dans l’échangeur thermique (ou serpentin) que le liquide
caloporteur transmet sa chaleur 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.

Stockage de l’eau chaude

Le ballon solaire est une cuve métallique bien isolée qui conserve
l’eau chaude obtenue (de 200 à 900 l) et limite son refroidissement.

L’eau chaude soutirée est immédiatement remplacée par la
même quantité d’eau froide du réseau dans le bas du ballon,
réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire (par stratification
thermique, l’eau chaude se retrouve dans le haut du ballon).

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 service et le liquide
primaire réchauffe l’eau sanitaire du ballon).

Dans les deux cas, il est utile de prévoir une boucle de décharge,
pour disperser dans la terre un échauffement trop important qui
risquerait d’endommager le dispositif (surtout en été quand le
capteur alimente aussi un chauffage solaire).

Ce circuit de décharge peut aussi servir à réchauffer l’eau d’une
piscine.

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 la production d’eau chaude.

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, dans lequel
l’eau est malgré tout préchauffée.

Un second ballon pourvu d’un réchauffeur électrique peut
également servir d’appoint.

Quelles dimensions ?

L’efficacité, et donc les économies, nécessitent avant tout un
dimensionnement optimal de l’installation solaire. Le projet doit
tenir compte de l’ensoleillement de la région et des besoins des
utilisateurs, sachant que la production d’eau chaude solaire et
même une partie du chauffage sont possibles sous tous les
climats européens.

Voici un 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 %) :

Choix du système à installer
Si vous avez déjà une installation de production d’eau chaude, ce
qui est le cas général en rénovation, plusieurs possibilités s’offrent
à vous, qui sont plus ou moins avantageuses :

Coût

Les chauffe-eau solaires sont aujourd’hui d’un bon rapport qualité
prix. Ils permettent des économies annuelle de 40 à 60 % en
moyenne, soit environ 150 € sur l’année.

Pour 3 à 5 m2 de capteurs avec un ballon de 200 à 300 litres
(3 à 4 personnes), il faut compter entre 5 000 et 9 000 € TTC,
pose comprise

Aides

Celles qui s’appliquent à toute la France :
• Le crédit d’impôt pour les dépenses d’équipements (hors main
d’oeuvre) concerne les logements particuliers neufs ou anciens,
à un taux de 50 % pour les installations de chauffe-eau solaire
individuel et système solaire combiné (CESI – SSC). Les
capteurs solaires doivent disposer d’une certification CSTBat ou
Solar Keymark.

• La TVA à 5,5 % s’applique pour l’installation de capteurs
solaires dans l’habitat principal ou secondaire lorsque les
travaux sont exécutés et facturés par des professionnels.
Celles qui s’appliquent localement : les conseils régionaux ou
généraux, les communautés d’agglomérations, de villes... peuvent
accorder des aides spécifiques pour ce type d’équipement (de
300 à 2 000 €).

Les mesures fiscales et d’aide à l’équipement étant en constante
évolution, il vous appartiendra de vérifier auprès des services
fiscaux, de l’ADEME et des collectivités territoriales quelles en sont
les modalités au moment de la réalisation de votre projet.

Attention

Renseignez-vous à la mairie de votre domicile afin de savoir
si le règlement du plan d’occupation des sols n’apporte pas
de clause particulière quant à l’emplacement des capteurs
solaires.