Le solaire thermique est un procédé qui permet de récupérer directement les calories du rayonnement solaire pour chauffer de l’eau. Un chauffe-eau solaire (CESI) installé dans de bonnes conditions couvre en moyenne 50% des besoins en eau chaude sanitaire, on peut atteindre 70% en optimisant l’installation, même en Hauts de France !
Les types de capteurs
On trouve trois types de capteurs solaires thermiques
Les moquettes solaires
Une moquette solaire, le système le moins courant, est un circuit souple de circulation d’eau utilisé pour le chauffage de l’eau des piscines essentiellement.
La surface de capteurs doit être d’environ 50% de la surface de la piscine à chauffer. La couleur sombre du matériau suffit pour chauffer le liquide, la température obtenue ne dépasse pas les 30°C.
Une autre solution solaire pour chauffer de l’eau à basse température existe : le panneau Thermoslate est un élément de couverture en ardoises intégrant une circulation de fluide caloporteur. Le système est isolé par-dessous. Ainsi il offre une meilleure température de chauffage de l’eau qu’une moquette solaire. Toutefois, il reste nettement moins performant qu’un capteur plan vitré car il n’y a pas d’effet de serre.
Les capteurs plans vitrés
Le capteur plan vitré est le panneau le plus classique : le fluide caloporteur circule dans des canalisations en cuivre placées entre un absorbeur et un isolant.
Les capteurs à tubes sous vide.
Enfin, le capteur à tubes sous-vide est plus performant, notamment en mi-saison, car il a une meilleure inertie que le capteur plan. Ainsi, il est permet de compenser une orientation n’est pas optimale.
Le tube Concentrateur Parabolique Composé (CPC), appelé aussi tube Sydney, est un tube solaire à double parois dans lequel l’absorbeur couvre la paroi intérieure. Le vide est situé entre les deux parois de verre.
Ces tubes sont aussi utilisés pour la cuisine ou la stérilisation solaire. A consulter sur notre page consacrée aux Low-tech solaires.
Dans les tubes sous-vide dits à caloducs, c’est le changement d’état du fluide qui permet de récupérer les calories après évaporation et condensation. Le liquide monte dans le haut du tube sous forme de vapeur, il condense au contact de l’échangeur, puis il redescend dans le bas du tube sous forme liquide.
Les performances des différents types de capteurs
Les capteurs solaires hybrides
Un capteur hybride est un panneau solaire thermique couvert par un panneaux photovoltaïque : ainsi, les deux systèmes se complètent, le système thermique récupère la chaleur sous le panneau photovoltaïque, contribuant à son refroidissement pour un meilleur rendement. Cependant, la performance de ce type de capteur thermique est limitée, tout comme pour les panneaux type Themoslate, l’absence d’effet de serre ne permettant pas d’atteindre des hautes températures. Cette solution thermique permet un préchauffage de l’eau chaude sanitaire et nécessite un appoint toute l’année pour atteindre une température d’eau chaude sanitaire de 55°C.
L’étude montre que de nombreux paramètres influent sur le taux de couverture des besoins en eau chaude : la quantité d’eau chaude consommée, le profil de consommation, le lieu d’installation… La température de consigne de l’eau chaude impacte fortement sur le taux de couverture des besoins.
Le couplage avec une pompe à chaleur sur un immeuble collectif à Marseille a montré taux de couverture des besoins très satisfaisants : 67% des besoins en chaleur sur une année ont été fournis par les capteurs hybrides, complétés à 26% par la pompe à chaleur.
Les conclusions de l’étude rapportent que les capteurs hybrides permettent de couvrir près de 60% des besoins en eau chaude sanitaire pour un CESI près de Lyon, pour une température de consigne de 45°C. L’impact du système hybride sur la production photovoltaïque n’a malheureusement pas pu être mesuré.
A noter que pour réaliser cette étude, la majorité des installations suivies étaient situées dans la partie sud-est de la France, une seule installation était située dans le nord.
Depuis, DualSun a publié des résultats de mesures des effets de la technologie hybride sur la production photovoltaïque. Les observations en direct montrent un gain d’environ 7% de la puissance grâce au refroidissement dû à la récupération de la chaleur par le système thermique, et une baisse de la température des panneaux de 20°C.
Dualsun
DualSun - Augmentation du rendement photovoltaïque des panneaux hybridesDualsun estime que plus les besoins en eau chaude à satisfaire sont à faible température (piscine, PAC solarothermique), plus la puissance photovoltaïque serait améliorée, jusqu’à 15 % de gain à l’instant T.
Le CESI : Chauffe Eau Solaire Individuel
Les composants d’une installation de CESI sont :
- Les capteurs : récupèrent les calories grâce au fluide caloporteur (eau glycolée généralement). Attention à ne pas surdimensionner les capteurs, en Hauts de France, 4 m² de capteurs suffisent pour une famille de 4 personnes.
- Le régulateur : assure la prise de relai de l’appoint en cas de besoin
- Le ballon de stockage : dimensionné pour pouvoir stocker suffisamment d’eau chaude pour quelques jours d’autonomie, prévoir 1,5 à 2 fois les besoins en eau chaude du foyer (75 à 100 litres/personne).
- L’énergie d’appoint : alimente le haut du ballon (l’eau chaude solaire monte naturellement en haut du ballon), l’appoint prend le relai lorsque le solaire devient insuffisant
Parmi les options d’installation d’un CESI, on trouve le monobloc à thermosiphon
C’est la différence de température qui va provoquer la circulation du fluide entre le capteur solaire et le ballon de stockage.
Le ballon est installé en toiture avec les panneaux solaires. Le système doit être autovidangeable ou bien rempli avec un liquide antigel pour éviter le gel des canalisations en période froide.
Plus généralement, le ballon d’eau chaude est situé dans la maison et l’installation est équipée d’un régulateur et d’un circulateur.
Le chauffage solaire = Système Solaire Combiné (SSC)
On peut aussi utiliser l’eau chaude solaire pour chauffer un bâtiment, c’est ce qu’on appelle le Système Solaire combiné (SSC). Le principe est le même que pour le CESI, l’eau chaude est diffusée dans des radiateurs ou dans un plancher chauffant. La surface de capteurs doit être de 10 m2 minimum. L’efficacité de ce système est conditionnée à une bonne isolation du bâtiment car il s’agit de pouvoir chauffer en hiver à basse température lorsque l’ensoleillement est plus faible. On peut couvrir jusqu’à 30% des besoins en chauffage du bâtiment (bâtiment économe).
Deux options sont possibles :
- soit l’eau chaude est stockée dans un ballon d’eau chaude de gros volume : c’est l’hydroaccumulation.
- soit la chaleur est stockée dans les émetteurs en direct
Astuces pour couvrir au maximum ses besoins en eau chaude et/ou chauffage
- Le positionnement des panneaux doit être optimal : orientation plein sud et inclinaison à 45°C. Éviter les inclinaisons plus faible qui favoriseront les apports d’été et donc augmentent les risques de surchauffes
- Le ballon doit être proche des capteurs et de l’appoint de chauffage : plus les distances sont longues et plus on a de pertes en circulation
- Lorsque vous remplacez votre machine à laver le linge ou votre lave-vaisselle, choisissez une machine à entrée d’eau chaude directe
- Consommer autant que possible l’eau chaude au moment où elle se renouvelle dans le ballon et privilégier la douche le soir pour profiter au maximum des calories accumulées dans la journée
Ainsi, 70% des besoins en eau chaude et 30% des besoins en chauffage peuvent être couverts par l’énergie solaire thermique !
Évolution de la filière solaire thermique
Après une période de croissance régulière entre 2005 et 2013, l’augmentation de production solaire thermique s’est ralentie en métropole. La plupart des installations mises en œuvre aujourd’hui sont des CESI installés chez des particuliers.
Bien souvent, ce sont les dispositifs de soutien financier locaux qui sont un levier de développement de la filière. En Hauts-de-France, des collectivités locales offrent des primes pour l’acquisition d’un système solaire thermique. Elles s’ajoutent aux primes nationales et à des dispositifs de prêts à taux zéro par exemple.
Pour soutenir le développement de la filière solaire thermique en région Hauts-de-France, le Cd2e anime le dispositif CORESOL.
Le solaire thermique à grande échelle :
contenu disponible prochainement…
Le chauffage et le rafraîchissement intersaisonnier
L’inconvénient généralement soulevé de l’énergie solaire, c’est qu’on en a trop quand on en a le moins besoin, et ce n’est pas faux… Pour coordonner au mieux production et consommation de chaleur, le stockage intersaisonnier est une méthode qui a déjà fait ses preuves.
Le stockage de chaleur intersaisonnier permet d’utiliser la chaleur stockée en saison chaude pour chauffer, ou préchauffer, des bâtiments lorsque cela devient nécessaire. Généralement, c’est de l’eau qui est chauffée et stockée. Souvent, cette solution nécessite des besoins en chauffage et en refroidissement équivalents pour maintenir la température de la source. Si les conditions géologiques le permettent, une zone chaude et une zone froide peuvent être maintenues.
Cette méthode de chauffage et/ou de refroidissement, n’est quasiment pas utilisée au niveau individuel car pour être efficace, le volume de stockage doit être conséquent pour limiter les pertes de chaleur. C’est un procédé à envisager dès la construction du bâtiment concerné.