Comment marche le chauffage solaire ?

 Capter l'énergie solaire (1)

• une plaque et des tubes métalliques noirs appellé absorbeur. C'est le cœur du "système solaire", qui reçoit le rayonnement solaire
• un coffre rigide et thermiquement isolé entourant l'absorbeur. Sa partie supérieure, vitrée, laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme une serre. L'ensemble est en général placé sur un toit.

 Transporter la chaleur (2)
C'est le rôle du circuit primaire. étanche et calorifugé, il contient de l'eau additionnée d'antigel. Ce liquide s'échauffe en passant dans les tubes du capteur, et se dirige vers un ballon de stockage.

 Restituer la chaleur
Un échangeur thermique (serpentin) cède ses calories solaires à l'eau sanitaire (3). Le liquide primaire, refroidi, repart vers le capteur (4), où il est chauffé à nouveau tant que l'ensoleillement dure.

 Stocker l'eau chaude
Le ballon solaire (5) est une cuve métallique bien isolée. Il constitue la réserve d'eau sanitaire. L'eau chaude soutirée est remplacée immédiatement par la même quantité d'eau froide du réseau (6), réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire.

 Faire circuler le liquide caloporteur
La circulation du liquide est naturelle ou forcée :
• dans le premier cas, 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 thermorégulatrice. Le ballon doit être placé plus haut que les capteurs. Sur ce principe sont conçus les chauffe-eau solaires "en thermosiphon";
• dans le second cas, une petite pompe électrique, le circulateur (7), met en mouvement le liquide caloporteur quand il est plus chaud que l'eau sanitaire du ballon. Son fonctionnement est commandé par un dispositif de régulation (8) jouant sur les différences de températures : si la sonde du ballon (10) est plus chaude que celle du capteur (9), la régulation coupe le circulateur. Sinon, le circulateur est remis en route et le liquide primaire réchauffe l'eau sanitaire du ballon.

 Pallier l'insuffisance d'ensoleillement
Partout en France et notamment en Bretagne, nous pouvons connaître des périodes d'ensoleillement défavorables (hiver, demi-saison, longue période de mauvais temps). L'énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de la production d'eau chaude. Aussi, le ballon est équipé d'un dispositif d'appoint qui prend le relais en cas de besoin, et reconstitue le stock d'eau chaude.

 

Il peut s'agir :
• d'une résistance (appoint électrique), souvent placée à mi-hauteur du ballon solaire ;
• d'un échangeur (11) (appoint hydraulique) relié à une chaudière (12) (gaz, fioul, bois...) située en aval du ballon.
Un second ballon pourvu d'un réchauffeur électrique peut également servir d'appoint.

 

 

Chauffage solaire : les systèmes combinés

Le choix la complémentarité...

 

L'utilisation active de l'énergie solaire pour le chauffage des bâtiments fait appel à plusieurs techniques aujourd'hui largement maîtrisées. La plupart d'entre elles utilisent l’eau comme fluide caloporteur mais d'autres systèmes utlkisent l'air. Nous n'aborderons ici que les systèmes à eau. Ceux-ci combinent le chauffage des locaux et le chauffage de l'eau sanitaire : pour cette raison, ils sont appelés systèmes solaires combinés ou "systèmes combi".

 

La quantité d’énergie fournie par le soleil varie selon le lieu, l’heure du jour, la saison et les conditions climatiques du moment. Malgré les idées reçues, la Haute-Bretagne est une région qui bénéficie d'un bon ensoleillement. Cependant, l’utilisation du chauffage varie au long de l‘année et l’ensoleillement ne suffit pas toujours à couvrir le besoin énergétique nécessaire au chauffage en toute saison. C’est pourquoi un système solaire doit être complété par un système de chauffage classique pour combler tous vos besoins.

 

Dans tous les cas, on n’examinera cette possibilité qu’après que les aspects plus fondamentaux de la question du chauffage du bâtiment aient été optimisés. Pour les onstructions neuves : orientation, compacité et isolation, à défaut d’une application plus systématique des principes et techniques de l’architecture climatique. Pour les onstructions existantes : isolation, qualité du vitrage et performance du matériel (chaudière, régulation...).

 

 

Le principe du système solaire combiné solaire est semblable à celui du chauffe-eau solaire

 

Il se compose :

 

• de capteurs,
• d'un réservoir de stockage,
• d'un circuit primaire d’échangeurs de chaleur,
• d'un système de chauffage d’appoint,
• d’accessoires,
• d‘un ou plusieurs émetteurs.

 

 

Les capteurs solaires

 

Les capteurs (1) transforment le rayonnement solaire (diffus et direct) en chaleur utilisable par le système.

 

La superficie nécessaire pour un système combiné est plus importante que pour un chauffe-eau solaire : elle varie généralement entre 10 et 25 m² et dépend principalement du système de chauffage central, des caractéristiques de l‘habitation et du type de capteurs choisi. Compte tenu de ce qu’un système combiné est plus sollicité pendant la période de moindre ensoleillement, l’implantation des capteurs est également soumiseà des contraintes plus strictes. Elle sera prévue pour maximiser leur rendement à l’intersaison : orientation entre le Sud-Ouest et le Sud-Est, angle d’inclinaison compris entre 45 et 65°. Toutefois, l’inclinaison doit rester soumise à la bonne intégration architecturale des capteurs. Enfin, on veillera à éviter qu'ils soient atteints par les ombres portées.

 

Les capteurs classiques (plans vitrés) conviennent bien pour un système de chauffage à basse température. Les capteurs tubulaires sous vide permettent d’obtenir, à conditions égales, une température plusélevée : ils sont donc plus adaptés au système de chauffage par radiateurs.

Le réservoir de stockage

 

Le volume du réservoir de stockage (2) est généralement compris entre 500 et 2000 litres pour une installation individuelle. Par l'intermédiaire d'un échangeur à grande surface (4a) situé dans la partie inférieure, le circuit solaire (3) chauffe le contenu du ballon. Ce contenu peut être l’eau du circuit de chauffage central ou une eau morte. Dans ce dernier cas, un deuxième échangeur permet au circuit de chauffage central de prélever la chaleur accumulée.
Enfin, dans le haut du ballon, un échangeur (4b) alimente aussi le circuit d’eau chaude sanitaire. Certains systèmes solaires combinés n’utilisent pas de stockage hydraulique. La chaleur est stockée directement dans la dalle qui sert d’émetteur : c’est le principe du plancher solaire direct, très répandu en France.

 

Le système d’appoint

 

Un appoint (5) est nécessaire lorsque le soleil est insuffisant. Généralement, il est intégré au système de chauffage central. Dans ce cas, l'appoint fournit par la chaudière peut, comme dans le chauffe-eau solaire, être interne (au moyen d’un échangeur dans le réservoir de stockage) ou externe (le circuit de chauffage passe dans la chaudière après son passage dans le réservoir de stockage).

 

Les accessoires

 

Les accessoires (6) comprennent essentiellement les appareils de circulation (pour le système solaire et pour le circuit de chauffage) ainsi que le système de régulation. Celui-ci a un rôle très important : c’est lui qui met en route le circuit primaire (3) et qui détermine la contribution du système d’appoint au chauffage en privilégiant toujours l’apport solaire.

 

 

A quel prix ?

Le prix d’un système solaire combiné de chauffage des locaux et de l‘eau sanitaire pour un ménage est généralement compris entre 12 000 euros pour les petites installations et 25 000 €uros pour les plus grosses. Ce prix inclus le matériel et l’installation 5.

 

Rappelons que la prise en compte de la question du chauffage dès les premières phases de la conception d’une habitation permet d'optimiser les performances du système et d'en réduire le coût d'installation.

 

Le prix d’un chauffage par rayonnement des parois, comte tenu du travail d’installation plus lourd et du système de régulation souvent plus sophistiqué, est supérieur à celui d’un chauffage par radiateurs. Mais les économies de combustible qui en résultent sont aussi plus importantes. Bien sûr, ce mode de chauffage ne peut être envisagé qu'à l'occasion d'une construction neuve ou d'une rénovation lourde.

Les systèmes par radiateurs étant plus souples à mettre en œuvre, ils peuvent être envisagés lors d’une rénovation.

 

L’économie d’énergie permise par les systèmes solaires combinés est d’au moins 15% pour le chauffage des locaux, et peut atteindre 50% indépendamment de la latitude. La couverture pour le chauffage de l’eau sanitaire atteint, elle, 80%.

 

A savoir plus :

 

- Les riches Romains l’utilisaient déjà pour chauffer leurs villas.
- A condition toutefois que l’isolation de la paroi chauffante soit renforcée par rapport à celle d’une paroi équivalente, sous peine de déperditions supplémentaires dues à la présence des éléments chauffants.
- A défaut, on peut aussi remplacer certains radiateurs par un radiateur plus long ou en rajouter.
- Il ne comprend pas les aides publiques (primes et réduction d’impôt) disponibles : pour l’installation d’un système solaire, d’une chaudière à haut rendement ou d’un système de régulation.

 

Vous souhaitez concilier économies d'énergie et confort solaire ?

Quelques bonnes raisons pour choisir cette solution solaire...

 

Un principe simple

Les capteurs transforment l'énergie du rayonnement solaire en chaleur pour produire de l'eau chaude. Stockée dans un ballon, celle-ci pourra être utilisée, de jour comme de nuit.

 

Des possibilités d'installation multiples

Les capteurs peuvent être montés en terrasse ou sur toiture, à l'horizontale ou à la verticale.

 

Une longévité assurée

Le verre des capteurs a été testé pour résister aux conditions météorologiques les plus rudes.

De plus, les tubes de cuivre, dans lesquels circule le fluide solaire, sont fixés par ultrason à la plaque absorbante. Ceci garantie une excellente résistance aux très fortes températures (jusqu'à 232° C).

 

Principe de fonctionnement

Dans le capteur tubulaire le fluide solaire circule dans un tube recouvert d'une surface absorbante, placé au-dessus d'un miroir concave. Ce miroir est positionné de telle sorte que le maximum de rayons convergent sur l'absorbeur. Miroir et absorbeurs sont hermétiquement enfermés dans le vide.

 

Eté et hiver : un excellent rendement

Grâce au principe de fonctionnement, les rayons obliques du soleil hivernal sont tout aussi efficaces que les rayons verticaux du soleil estival.

De plus le vide dans chaque tube garanti une excellente isolation thermique : coefficient de pertes thermiques très faible k= 1.09W/m2.d.

Cette bonne isolation associée à l'absorption efficace des rayons solaires, garantie un excellent rendement même si les températures extérieures chutent.

 

Conclusion

Si le rendement des systèmes de chauffage solaire à eau peut sembler a priori faible, rappelons cependant que le chauffage des locaux représente en moyenne 78% de la consommation d’énergie dans une habitation normale. Le chauffage de l'eau sanitaire intervenant pour environ 10 %.

 

En considérant une couverture solaire de 20% pour le premier poste, l'économie sur la consommation totale peut être estimée à 23,5 % (20% de 78%, soit 15,5% + 80% de 10%, soit 8%). C’est près de 5 fois plus que l’économie permise par l'utilisation d'un simple chauffe-eau solaire (± 50 % de la consommation d’énergie pour le chauffage de l'eau sanitaire).

 

Ceci signifie qu’un système solaire combiné est plus rentable qu‘un chauffe-eau solaire, pour autant que le rapport entre les prix des deux types de système est inférieur au rapport entre les économies qui peuvent en être attendues.

 

Dans notre exemple, le système combiné sera plus rentable que le chauffe-eau solaire si son coût n’est pas 5 fois plus élevé que celui du chauffe-eau solaire. Toutefois, l’installation d’un système solaire combiné n’est pas une démarche standardisée.

 

Prenez le temps de bien réfléchir à votre projet !

 

Entourez-vous de professionnels compétents comme XXX et, autant que possible, prenez connaissance de l’expérience et de l’avis d’autres utilisateurs.

 

Pour faciliter encore l’émergence de ce nouveau marché, des aides financières ont été décidées : l’état a pris l’initiative d’un crédit d’impôt à 50% pour le financement des équipements individuels, les collectivités territoriales accordent des primes à l’installation.

 

Performants et écologiques : de par leur esthétique et leur conception, les capteurs solaires vous permettent d’économiser jusqu’à 60% d’énergie pour la production de l’eau chaude sanitaîre. Le montage ne prend que quelques heures.

 

Une exploitation exceptionnelle de l’énergie: selon les régions et l’exposition, 1 m² de surface de capteur par personne couvre en moyenne jusqu’à 60 % de votre besoin annuel en eau chaude. 2 m² par personne fournissent jusqu’à 30 % de l’énergie totale pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire.

 

Un montage facile: les capteurs existent en version superposition, intégration ou sur supports. Les tubes de liaison peuvent être installés tout simplement dans des gaines existantes.

 

Une technologie de grande qualité: les surfaces hautement sélectives enduites d’oxyde de nickel captent même la lumière diffuse. Des joints spéciaux résistant à la température et en particulier une vitre solaire translucide assurent, même en hiver, de bons apports de chaleur.

 

Une longue durée de vie: des matériaux sélectionnés, une technique finement élaborée et une méthode de construction robuste garantissent une grande fiabilité pendant plusieurs décennies.

 

Un bilan écologique exceptionnel: la dépense d’énergie pour la fabrication est amortie après très peu de temps. Les capteurs sont entièrement recyclables.

 

Des possibilités de subvention attractives: vous pouvez obtenir des crédits d'impôts et aides régionales pour l’acquisition d’une installation solaire. Parlez-en avec votre installateur.

 

En savoir plus

 

Pour en savoir plus...

"Un chauffe-eau solaire, pourquoi ?" - Fiche pratique de l'ADEME
Introduction aux panneaux solaire - Informations générale sur l'énergie solaire
Le chauffe-eau solaire - Article de Wikipédia
Le crédit d'impôt dédié au développement durable - Textes officiels