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 !
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.
Les types de capteurs
On trouve trois types de capteurs solaires thermiques : les “moquettes solaires”, les capteurs plans vitrés et les capteurs à tubes sous vide.
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.
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.
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 : https://solaire-en-nord.fr/low-tech-solaire/#conservation-solaire
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
Sur le graphique ci-dessus, on constate que pour une température moyenne du capteur proche de la température extérieure (soit Tm-Text proche de 0), un capteur non vitré aura un meilleur rendement. En revanche, plus on souhaite avoir un fluide à haute température, plus il est préférable de choisir un capteur vitré ou à tube sous-vide.
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.
Schémas d’installations d’un CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel)
Les composants d’une installation de CESI :
- 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 est 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
Je veux faire installer un système solaire thermique : comment faire ?
Première étape : vérifier le potentiel solaire du logement
Idéalement, la toiture doit être orientée plein sud et suffisamment inclinée (45° environ). Plus les panneaux seront verticaux, plus ce seront les apports d’hiver qui seront favorisés et moins il y a aura de surchauffe en été. Vérifier l’absence d’ombrages. Les outils de cadastre solaire permettent d’avoir une estimation du niveau d’ensoleillement d’une toiture.
Accueil du système solaire dans le logement
La toiture doit être en bon état et capable de supporter le poids des panneaux (prévoir 40 kg par panneau), et du ballon en cas de monobloc thermosiphon.
L’emplacement du système solaire dans le logement doit permettre de diminuer les distances entre capteurs et ballon de stockage. Le stockage d’eau chaude est volumineux (compter 300 litres minimum) et les auxiliaires du système hydraulique doivent être facilement accessibles.
Trouver un professionnel qualifié
La qualification RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) est la référence pour trouver un artisan et pouvoir bénéficier des soutiens financiers pour l’installation d’un chauffe-eau ou d’un chauffage solaire. Les organismes Qualibat et Qualit’ENR proposent des modules de formation pour obtenir la qualification RGE.
- Qualibat 5131 : chauffe-eau solaire en habitat individuel, collectif ou tertiaire de moins de 1000 m²
- Qualibat 5132 : chauffe-eau solaire pour tous batiments supérieurs à 1000 m²
- Qualibat 5143 : maintenance solaire thermique
- Qualibat 5241 : installation de chauffage solaire et ECS
- Qualibat 8621 : Efficacité énergétique “Les pros de la performance énergétique”, ENR Chauffage et/ou eau chaude solaire (nécessite une qualification ENR Qualibat ou Qualisol en complément)
- Qualit’ENR : Qualisol Combi (SSC), Qualisol CESI, Qualisol Collectif
Pour trouver un artisan qualifié RGE, le site France Rénov propose un annuaire des professionnels : https://france-renov.gouv.fr/annuaires-professionnels/artisan-rge-architecte
L’entreprise doit être en mesure de vous fournir une attestation d’assurance décennale.
Et surtout, assurez-vous que l’entreprise sera en mesure de faire l’entretien de votre installation !
Anticiper les demandes d’aides financières
Les aides financières doivent être demandées avant la signature des devis.
Au niveau national, le dispositif Ma Prime Renov propose des primes forfaitaires, allant de 2000 € à 4000 € selon les niveaux de revenus, pour l’installation de systèmes de production d’eau chaude ou de chauffage solaire. Les systèmes peuvent aussi être inclus dans un programme de travaux global en contribuant à atteindre un objectif de performance énergétique après travaux.
L’éco-prêt à taux zéro permet aussi d’investir dans un système solaire thermique et d’étaler le paiement sur 15 ans. Ce prêt, sans conditions de ressources, peut aller jusque 15000 € pour la pose d’un système solaire thermique seul, et jusque 50 000 € dans le cadre d’un projet de rénovation globale.
Pour étudier un projet de rénovation globale, les conseillers France Rénov accompagnent les habitants et les PME.
Les systèmes solaires thermiques sont aussi éligibles au dispositif des Certificats d’Economie d’Energie (CEE). Pour en bénéficier, vous devez en faire la demande auprès d’un fournisseur d’énergie (fournisseur de gaz ou électricité, grande surface…), même si vous n’êtes pas client chez ce fournisseur. Attention toutefois, les CEE sont parfois versés sous forme de bons d’achat.
Pour tous les types de capteurs solaires thermiques, la certification Solar Keymark ou le marquage CSTBAT, est généralement exigé pour pouvoir bénéficier des aides financières.
D’autres aides peuvent exister au niveau local : renseignez-vous auprès de votre communauté de commune ou auprès de votre mairie !
Demande de déclaration préalable
La pose de panneaux solaires modifie l’aspect extérieur de votre logement, ce qui implique de déposer une demande de déclaration préalable de travaux auprès du service urbanisme de votre mairie.
DP acceptée ? Vous avez trouvé un artisan ? Go ! L’installation peut commencer
Le chantier s’est-il bien passé ? L‘Agence Qualité Construction propose sur son site ProRéno une fiche d’autocontrôle à destination des professionnels et un modèle de procès verbal de réception de travaux.
L’utilisation de votre installation solaire thermique.
Votre installation nécessite un entretien régulier pour assurer son bon fonctionnement, notamment la vérification du fluide caloporteur que les surchauffes estivales peuvent dégrader. Dans ce cas, le remplacement du fluide sera nécessaire. Compter environ 150 € par an d’entretien de votre installation.
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
Le solaire thermique à grande échelle
Process industriel, stockage intersaisonnier… Le solaire thermique change d’échelle pour répondre à des besoins en énergie plus conséquents. Contenu en cours de rédaction, bientôt disponible !