Installation chauffe eau solaire
Le chauffe eau solaire et le chauffage solaire
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Se chauffer grâce au soleil: Le chauffe eau solaire individuel
L’énergie solaire peut servir à chauffer votre eau sanitaire grâce à un chauffe-eau solaire individuel (Cesi), mais aussi alimenter un système ayant la double fonction de chauffage et de production d’eau chaude : le système solaire combiné (SSC), aussi appelé “combi”. D’une façon générale, un chauffe-eau solaire couvre entre 40 et 80 % des besoins en eau chaude, et un SSC de 25 à 60 % des besoins en chauffage et en eau chaude.
Fonctionnement d’un chauffe-eau solaire individuel
1. À l’intérieur d’un capteur circule un réseau de tubes métalliques, thermiquement isolé et recouvert d’un corps noir pour absorber la chaleur. L’ensemble est surmonté par une plaque de verre pour créer l’effet d’une miniserre.
2. Un circuit transporte le fluide caloporteur (eau et antigel) vers le ballon de stockage.
3. La circulation du liquide peut être naturelle : il circule grâce à sa différence de densité avec l’eau du ballon. Le ballon doit alors être placé plus haut que les capteurs pour disposer d’un chauffe-eau en “thermosiphon”. Mais la circulation peut aussi être “forcée” par un circulateur, une pompe électrique activée par un dispositif de régulation. Quand la sonde du ballon est plus chaude que celle des capteurs, la circulation est coupée, dans le cas contraire, la circulation reprend.
4. À l’intérieur du ballon, un serpentin cède les calories à l’eau, le fluide refroidi repart vers le capteur pour un nouveau cycle.
5. Pour relayer les capteurs en cas d’ensoleillement insuffisant, une chaudière d’appoint utilisant une autre énergie (bois, gaz, fioul) ou une résistance électrique dans le ballon est nécessaire.
Fonctionnement d’un système solaire combiné
Les SSC fonctionnent sur le même principe que les chauffe-eau. La différence tient dans la surface de capteurs, plus importante, et le mode de stockage de la chaleur.
6. Avec un plancher chauffant basse température, le fluide caloporteur circule directement dans les tuyaux du plancher. L’inertie de la dalle de béton permet de stocker la chaleur et de transmettre une chaleur douce et uniforme à toutes les pièces de la maison. Un circuit de dérivation permet de chauffer un ballon pour la production d’eau chaude sanitaire.
Avec les autres systèmes, la chaleur est stockée dans un réservoir d’eau tampon. L’eau chaude est utilisée pour chauffer l’habitation à l’aide d’émetteurs basse température. L’eau chaude sanitaire est tirée du même réservoir ou d’un second ballon. Inconvénient par rapport au plancher solaire direct, ces solutions sont plus encombrantes.
Différents types de systèmes
• Le chauffe-eau solaire monobloc associe, sur un même châssis, capteur et ballon d’eau, ce qui le rend difficilement intégrable. Il fonctionne sur le principe du thermosiphon et, dénué d’électronique, il est d’une grande simplicité. Il est adapté aux faibles besoins d’eau chaude et à la toiture-terrasse.
• Le chauffe-eau solaire en thermosiphon peut aussi être réalisé avec capteurs et ballon séparés. Son usage est, de fait, limité par les contraintes techniques. Il faut une différence de 15 °C entre les capteurs et le ballon pour que le fluide circule. Le ballon doit se trouver au-dessus des capteurs. Si le ballon est situé à l’extérieur, les performances du système sont réduites en hiver, à cause des déperditions de chaleur.
• Le chauffe-eau solaire à éléments séparés est le système le plus répandu en France. Il affiche une meilleure performance. Séparés, capteurs et ballon peuvent s’intégrer au mieux à la construction. Toutefois, la distance la plus courte entre les éléments est aussi la meilleure afin d’éviter les pertes de chaleur.
Différents capteurs
Chaque fabricant a ses particularités, mais on peut toutefois distinguer trois grandes familles de capteurs.
7. Le plus courant dans l’habitat est le capteur vitré ou capteur plan. Des tubes de cuivre dans lesquels circule un fluide caloporteur (température de 70 °C à 80 °C) sont placés sous une vitre et recouverts d’une surface sombre.
8. Les capteurs à tubes sous vide permettent d’obtenir des températures plus élevées (75 °C à plus de 100 °C), pour des applications industrielles notamment. Ils sont faits de tubes transparents généralement en verre, comportant un espace vide d’air entre la paroi extérieure de chaque tube et son absorbeur. Plus performants mais plus chers et plus difficiles à intégrer, ces capteurs sont plus rarement utilisés.
9. Enfin, les capteurs “moquette” s’inspirent du principe du tuyau d’arrosage posé dans le jardin. Constitués d’un réseau de tubes noirs en matière plastique, sans coffrage ni vitre, ils servent sous nos latitudes à chauffer piscines ou douches solaires.
Placement des capteurs
Selon les modèles, les capteurs peuvent être installés en surimposition ou intégrés dans la toiture. La deuxième solution est un peu plus chère mais architecturalement plus satisfaisante.
10. Les capteurs peuvent aussi servir d’auvent ou de pare-soleil.
11. En cas d’absence d’exposition au sud, ils peuvent également être posés sur un bâtiment annexe (garage, abri bois, etc.) ou au sol, sur châssis.
12. Il faut en effet de préférence les orienter plein sud avec un angle d’inclinaison de 45°. Toutefois, ils ne perdront pas trop de leur performance avec une orientation sud-est ou sud-ouest et une inclinaison entre 20 et 60°. Dans tous les cas, il faut se méfier des ombres portées (arbres, bâtiments) qui diminuent l’efficacité de l’absorption.
Autorisation spéciale
Pour une maison existante, il faut remplir une demande de travaux auprès des services municipaux. Pour une maison à construire, le permis de construire doit inclure l’installation solaire prévue.
Surface de capteurs à prévoir
Pour la production d’eau chaude sanitaire uniquement, il faut compter de 0,7 à 1,5 m2 de capteurs par habitant selon les régions, associés à un stockage de 50 litres/m2 de capteurs. Pour une famille de 4 personnes, il faut entre 3 et 5,5 m2 dans le Nord et entre 2 et 3,5 m2 sur la Côte d’Azur. Pour les SSC, les surfaces de capteurs varient entre 10 et 30 m2 associés à des ballons de 500 à 2 000 litres selon les options techniques retenues et la qualité de l’isolation de la maison.
Raccordement des capteurs sur un plancher chauffant existant
Bien entendu, à condition que le plancher chauffant soit à basse température (c’est généralement le cas). Il suffit alors de bien dimensionner la surface de capteurs et d’opérer des branchements bien maîtrisés par les plombiers-chauffagistes du solaire.
Combi et radiateurs à circulation d’eau
Un système solaire peut être couplé à des radiateurs à condition qu’ils aient une grande surface de diffusion (ex. : panneaux radiants à basse température) ou une grande inertie thermique (radiateurs en fonte). Comme les radiateurs fonctionnent à plus haute température qu’un plancher chauffant, le rendement est moindre. En outre, à défaut de stockage dans le plancher, il faut prévoir un ballon tampon, ce qui ajoute un coût supplémentaire à l’achat. Faisable mais cher, il vaut mieux dans tous les cas se fier à un plombier spécialisé dans le solaire pour réussir l’installation.
Garantie de résultats solaire
Tout comme les particuliers, de nombreux maîtres d’ouvrage collectifs s’intéressent à l’énergie solaire pour la production d’eau chaude sanitaire. Pour s’assurer que les performances seront à la hauteur, il est possible d’établir une Garantie de résultat solaire (GRS). Ce contrat se traduit par un engagement des opérateurs techniques du projet (fabricant de capteurs, installateur, exploitant et bureau d’études) par lequel ils garantissent pendant les cinq premières années un niveau minimum de fourniture de kilowattheures thermiques d’origine solaire, calculé lors du dimensionnement. Durant cette période, l’installation devra produire au moins 90 % de l’énergie annoncée.Inventée par le bureau d’études français Tecsol, avec l’Ademe et le CSTB, la GRS a été appliquée pour la première fois en 1988 à l’hôpital de Castres. Depuis, le concept a été transféré dans d’autres pays de l’Union européenne ainsi que dans des pays méditerranéens.
L’installation est équipée d’un dispositif de télésurveillance qui comptabilise l’énergie solaire produite mois après mois. Au bout d’un an, un premier bilan est dressé. Si l’énergie générée par le système solaire présente un déficit de plus de 10 % par rapport à l’énergie calculée, les entreprises doivent remettre à niveau l’installation à leurs frais pour atteindre les objectifs ou dédommager le maître d’ouvrage.
Les atouts de la GRS sont multiples. L’absence de risque financier rend plus facile l’obtention de prêts bancaires pour l’investissement. Le bon fonctionnement est assuré, le suivi continu de l’installation permet de signaler toute anomalie et la maintenance est assurée. Du côté des aides financières, l’Ademe soutient les projets de chauffe-eau collectifs à condition notamment qu’ils s’appuient sur une GRS.