L’énergie reçue chaque année par la terre représente 8 000 fois la consommation énergétique totale de l’homme. Nous avons donc à notre disposition une source d’énergie gratuite, non polluante et disponible partout pour 5 à 10 milliards d’années encore.
L’eau chauffée par le soleil à travers des capteurs, peut être utilisée pour différentes applications :
- l’eau chaude sanitaire (individuelle ou collective)
- le chauffage de l’habitation
- alimentation d’un réseau de chaleur
- production d’électricité
Aujourd’hui le marché du solaire thermique dispose de produits fiables mais se trouve confronté à une méconnaissance et à la concurrence avec d’autres investissement tels que l’installation de pompe à chaleur ou de panneaux photovoltaïques.
Pour votre installation solaire, l’ASDER peut vous apporter un service de conseil sur :
- la faisabilité d’un système et son prédimmensionnement
- le budget et la rentabilité (il est souvent moins cher d’investir que de ne rien faire à 20 ans !)
- les démarches (devis, réception, maintenance)
- un avis technique sur l’installation proposée ou existante
1- Les capteurs
Trois types de capteurs existent : capteur plan vitré, non vitré et capteur sous vide. Chaque type de capteur aura un rendement différent suivant l’écart de température entre l’intérieur du capteur et l’extérieur :
Le capteur moquette
Le « capteur-moquette » ou « moquette solaire » est un capteur rudimentaire qui a un meilleur rendement pour des plages de températures inférieures à 30°C, correspondant au réchauffage de l’eau d’une piscine en été. Il apporte quelques degrés à la température de l’eau et permet d’augmenter la période d’utilisation de la piscine.
Le capteur plan vitré
Le capteur plan vitré reste le capteur le plus répandu. Il se compose :
- d’un élément absorbeur, recouvert la plupart du temps d’un revêtement sélectif, en contact avec des tubes de cuivre dans lequel circule le fluide caloporteur.
- d’un vitrage pour favoriser l’effet de serre et réduire les pertes par convection.
- d’un isolant afin de limiter les pertes vers l’extérieur.
Ces éléments forment un caisson qui peut être ou non intégré en toiture. (pas de solution à privilégier)
Comment ça marche ?
Une partie du rayonnement qui arrive sur le vitrage traverse celui-ci pour atteindre l’absorbeur. Ce dernier s’échauffe et transmet la chaleur au fluide caloporteur qui circule dans les tubes. Comme tout corps qui s’échauffe, l’absorbeur émet un rayonnement (en grande partie dans les infra-rouges) qui est d’une part absorbé par le vitrage, d’autre part réfléchi par le film placé sur l’isolant. L’isolant a pour fonction de limiter les déperditions thermiques avec l’extérieur. En effet, le maximum d’énergie doit être transmise au fluide, il faut donc limiter les pertes avec l’environnement proche.
Le capteur sous vide
L’idée est de limiter les pertes du capteurs grâce au vide, le meilleur isolant. Ils peuvent atteindre des hautes températures (150°C) avec des rendements corrects. Ils sont généralement utilisés pour climatiser ou pour la production d’eau chaude haute température. Leur sucoût est compensé par leur meilleur rendement. Cependant, ils sont fragiles, et à privilégier pour des applications spécifiques ou des sites mal exposés ( ensoleillement diffus, masques).
Quel capteur choisir ?
Les courbes de rendement des capteurs montrent que pour un ensoleillement constant, les performances des capteurs baissent lorsque l’on demande au capteur de «travailler» à une température éloignée de la température extérieure. Ceci est dû tout simplement aux déperditions thermiques qui augmentent avec la température. Il faut donc, pour tirer meilleur parti des capteurs, utiliser une technologie qui correspond le mieux au niveau de températures auxquel on veut travailler. Un capteur sous vide aura un rendement 30% supérieur à un capteur plan vitré pour produire de l’eau à 90 °C. Par contre il sera moins performant qu’un capteur moquette pour réchauffer l’eau d’une piscine de deux degrés par rapport à la température ambiante.
Connaître l’installateur agrée au plus de chez vous : Qualit ENR
Connaître les coefficients des capteurs et leurs avis techniques : SOLO (Tecsol)
Savoir quel capteur choisir, connaître le lieux de fabrication : Outilssolaires.com
Pour fabriquer son capteur: sebasol.ch (Installations solaires en auto-construction ou clef-en-main)
2- Le chauffe-eau solaire individuel
Il existe toute une gamme de chauffe-eau solaire individuel : système monobloc et les systèmes à éléments séparés comprenant :
- les auto-vidangeables
- les thermosiphons
- les plus courants: à convection forcée.
Du fluide caloporteur (eau + antigel) est chauffé par les capteurs solaires et vient réchauffer la partie la plus froide du ballon via un échangeur. Une source d’énergie d’appoint apporte le complément d’énergie au cas où l’ensoleillement ne serait pas suffisant.
Le fluide est mis en mouvement :
- soit de manière naturelle par thermosiphon (le ballon doit être placé au-dessus du capteur, difficilement envisageable en Savoie).
- soit par un circulateur commandé par une régulation différentielle.
L’installation sur système existant
Si vous souhaitez conserver votre système actuel, l’installation solaire peut être raccordée en amont. Le système d’appoint n’a plus qu’à apporter le complément d’énergie à l’eau sortant du ballon solaire.
L’installation dans le neuf
Dans ce cas, l’appoint peut être :
- Une résistance électrique, immergée dans le ballon solaire.
- Un deuxième échangeur (appoint hydraulique) raccordé à une chaudière (gaz, bois, fioul).
Quelle surface pour quelles performances ?
Pour chauffer de l’eau, comme les besoins sont constants sur l’année, l’orientation des capteurs a peu d’incidence sur la production totale du chauffe-eau solaire.
L’orientation idéale pour les capteurs est plein sud avec une inclinaison de 45° par rapport à l’horizontale.
Une toiture exposée Est /Ouest pourra recevoir des capteurs, le rendement ne sera diminué que de 10 à 15%.
Le dimensionnement de l’installation dépend des besoins de l’utilisateur. Il est inutile de surdimensionner la surface de capteurs. Dimensionnement d’un CESI en Savoie :
| famille de 4 pers. | économe | dans la moyenne | non économe |
| ECS à 40°C | 35 L/j.pers | 45 L/j.pers | 70 L/j.pers |
| Surface de capteurs | 1 panneau de 2m² | 1 panneau de 2.5m² | 2 panneaux de 2m² |
Une installation correctement dimensionnée couvrira entre 40 et 70 % des besoins d’eau chaude sanitaire, ce qui réduira d’autant la consommation d’énergie d’appoint, entraînant une économie financière et évitant le rejet de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
- L’hiver, l’eau froide est préchauffée par l’installation solaire, avant d’être portée à la température de consigne par l’appoint (résistance électrique ou chaudière).
- L’été, le solaire couvre la totalité des besoins (sauf si manque d’ensoleillement sur plusieurs jours).
Comme l’appoint prend toujours le relais, un défaut de production solaire peut passer inaperçu. C’est pourquoi il est fortement recommandé de suivre son chauffe-eau solaire en surveillant a température du volume solaire, ou en installant un système de comptage lors de l’installation de votre chauffe eau. Cela vous permet de :
- repérer les dysfonctionnements pour les corriger rapidement
- connaître précisément l’énergie économisée et donc le retour sur votre investissement
Depuis 2007, l’INES (Institut National de l’Energie Solaire) a mis en place, grâce à des financements de la Région Rhône Alpes, de l’ADEME et du Conseil Général de Savoie, le dispositif TélésuiWeb permettant aux maîtres d’ouvrage d’avoir un suivi de l’installation à moindre coût et ce pour les installations de toutes tailles.
Pour en savoir plus, et pour connaître les résultats des installations suivies (anonymes) : http://www.suivi-ines.fr/resultats.php
3- Le chauffage solaire
Il peut sembler paradoxal de vouloir faire du chauffage solaire, en effet, c’est en général lorsqu’il y a le moins de soleil que le besoin de chauffage se fait le plus ressentir. Cependant le chauffage solaire est très intéressant pour les périodes de mi-saison où les journées sont relativement belles et les nuits encore fraîches.
Des capteurs solaires absorbent la chaleur émise par le soleil et permettent de réchauffer un fluide caloporteur (eau + antigel). L’énergie produite dans la journée peut être stockée pour être ensuite distribuée dans les émetteurs de chaleur.
Deux familles existent :
Stockage dans un ballon (hydro-accumulation)
- Volume du ballon important : 500 à 2000 litres
- Raccordement simplifié sur l’installation existante
- Performance diminuée par les pertes thermiques du ballon et de l’échangeur
Directement dans la dalle : solaire direct sur plancher chauffant et/ou radiateur
- Valorisation maximale de l’énergie solaire
- Faible emprise au sol
- Un seul fabricant
Dans les deux cas, un circuit en dérivation permettra également de chauffer l’eau chaude sanitaire. Le système sera d’autant plus performant avec des émetteurs basse température (radiateurs chaleur douce, plancher et mur chauffants).
Nécessité d’un appoint
La nuit ou les jours couverts, l’appoint peut se faire soit de manière indépendante (cheminée, poêle à bois), soit directement piloté par la régulation solaire (raccordement à une chaudière ou résistance électrique immergée dans le ballon).
Quelle surface pour quelles performances ?
On compte 10% de la surface habitable pour un bâtiment moyennement isolé et 7 % dans le cas d’une construction neuve. Ils peuvent être intégrés dans l’architecture de la maison ou placés sur un châssis. Ils ne nécessitent aucun entretien. Un système solaire combiné couvrira de 30 à 45 % des besoins de chauffage et de 40 à 50 % des besoins d’eau chaude sanitaire, ce qui réduira d’autant les consommations globales.
A quels prix ?
De 13 000 € à 15 000 € pour une installation de 10 m² de capteurs (sur une maison individuelle de 90 m² à 120 m² de surface habitable).
De 15 000€ à 20 000 € H.T pour une installation de 20 m² de capteurs, correspondant (sur une maison de 120 à 150 m² de surface habitable).
A retenir
- Le SSC est plus rentable que le CESI car il permet d’économiser plus d’énergie au m² de capteur solaire. Les panneaux continuent à produire de l’énergie même lorsque l’eau chaude est assurée, en basculant les calories dans les émetteurs de chaleur. On constate ainsi une production solaire utile de 400 kWh/m²/an pour un SSC, contre 250 à 300 kWh/m²/an pour un CESI.
- Le chauffage solaire est autant valable sur des radiateurs que sur des planchers chauffants.
- Le chauffage solaire est encore plus performant en montagne (ensoleillement plus franc, saison de chauffe coïncidant mieux avec les apports solaires, meilleur albédo…).
- Les fabricants ont désormais géré la question des excédents d’énergie l’été avec des solutions efficaces n’ayant plus nécessairement recours à une boucle de décharge ou à une piscine.
Dossier « Solaire thermique, quoi de neuf sous le soleil » – octobre 2018 – à télécharger
