De très nombreux systèmes de chauffe eau sont disponibles sur le marché. Avant de les comparer et de s’étendre sur les chauffe-eau basés sur les énergies renouvelables, voici quelques conseils de bon sens :
• placer son chauffe-eau le plus près possible des points de consommation, pour diminuer au maximum la longueur des tuyaux et ainsi la quantité d’eau à faire couler avant d’obtenir de l’eau chaude à vos robinets ;
• régler la température d’eau du ballon à 55 °C, car si l’eau est plus chaude, on augmente les pertes de chaleur à travers les parois du ballon et l’on est de plus souvent obligé de rajouter de l’eau froide. Si l’eau est plus froide, on risque le développement de légionelles.
Principe
Un tuyau d’arrosage plein d’eau abandonné au soleil… Peu à peu, la température de l’eau s’élève ; plus le tuyau est sombre, plus l’eau est chaude. Elle devient même brûlante si le tuyau est placé sous une vitre correctement orientée. Simple et efficace, le chauffe-eau solaire individuel, basé sur ce principe, fournit de l’eau chaude sanitaire et/ou de chauffage en réalisant d’importantes économies ! Depuis l’envolée du cours des matières fossiles, ce qui était vrai hier l’est encore plus aujourd’hui, surtout pour ceux qui se chauffaient au fioul, au gaz ou à l’électricité.
En constante amélioration depuis plus de vingt ans, les chauffe eau solaires sont maintenant des équipements robustes et fiables. En 1999, les pouvoirs publics ont décidé d’attribuer, dans le cadre du Plan Soleil, des primes « CESI » aux acquéreurs de chauffeeau solaires individuels, pour stimuler l’équipement des particuliers.
Fonctionnement
De façon plus professionnelle, des tuyauteries de couleur sombre (absorbeur), intégrées dans des panneaux, emprisonnent les calories grâce à un vitrage et une isolation adaptés, puis transmettent la chaleur absorbée à l’eau (circuit direct) ou au liquide caloporteur (circuit à échangeur) qu’elles contiennent.
Le vitrage laisse pénétrer la lumière solaire et minimise les pertes par rayonnements infrarouges de l’absorbeur en utilisant l’effet de serre, tout en limitant les pertes de chaleur avec l’air ambiant.
Le capteur solaire est d’autant plus performant que le revêtement de l’absorbeur aura un coefficient d’absorption élevé et un coefficient d’émission faible. Les matériaux qui présentent ces caractéristiques sont dits « sélectifs ». Les performances du capteur sont encore améliorées en isolant la face arrière du module.
Deux fabricants en France proposent des capteurs pouvant remplir la fonction de toit couvrant, pour une meilleure intégration architecturale. Un ballon d’eau chaude accumule et conserve cette eau chaude, puis la restitue à la demande. Une pompe/circulateur et un système de vannes assurent la régulation de l’installation et l’optimisation de la production de chaleur selon l’ensoleillement. Il paraît évident pour l’utilisateur d’un tel système de prendre l’habitude de consommer son eau chaude de préférence sur la fin de journée plutôt que le matin !
Le dispositif du captage de l’énergie solaire
Un capteur solaire comprend :
• une plaque et des tubulures noires qui constituent l’absorbeur (reçoit le rayonnement solaire et s’échauffe);
• un coffre rigide et thermiquement isolé autour de l’absorbeur (la partie supérieure, vitrée, laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme une petite serre). Cet ensemble peut être placé sur un toit ou au sol, avec quelquefois un dispositif d’orientation automatisé qui suit la course du soleil. Il est conseillé d’effectuer un parcours zénithal avant toute implantation des panneaux, pour être sûr de leur ensoleillement constant.
Transport des thermies
C’est généralement le circuit primaire qui s’en charge, sauf si le circuit est direct (sans échangeur). Étanche et calorifugé, il contient le plus souvent de l’eau additionnée d’antigel. Ce liquide s’échauffe en passant dans les tubes du capteur avant d’être envoyé vers un ballon de stockage, ou un circuit de décharge si sa température devient trop importante.
Restitution de la chaleur
C’est dans l’échangeur thermique (ou serpentin) que le liquide caloporteur transmet sa chaleur à l’eau sanitaire ou de chauffage. Le liquide primaire, refroidi, repart vers le capteur, où il est chauffé à nouveau tant que l’ensoleillement reste efficace.
Stockage de l’eau chaude
Le ballon solaire est une cuve métallique bien isolée qui conserve l’eau chaude obtenue (de 200 à 900 l) et limite son refroidissement. L’eau chaude soutirée est immédiatement remplacée par la même quantité d’eau froide du réseau dans le bas du ballon, réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire (par stratification thermique, l’eau chaude se retrouve dans le haut du ballon).
Circulation et régulation du liquide primaire La circulation du liquide peut être naturelle ou forcée :
• Dans les chauffe-eau solaires « en thermosiphon », elle est naturelle (dans ce cas le ballon est placé plus haut que les capteurs). 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 thermorégulation.
• Dans les chauffe-eau solaires à circulateur, c’est une petite pompe électrique qui met en mouvement le liquide caloporteur, uniquement lorsqu’il est plus chaud que l’eau sanitaire du ballon. Un dispositif de régulation renseigné par des sondes gère les différences de températures (si la sonde du ballon est plus chaude que celle du capteur, le circulateur est arrêté ; dans le cas contraire, il est remis en service et le liquide primaire réchauffe l’eau sanitaire du ballon). Dans les deux cas, il est utile de prévoir une boucle de décharge, pour disperser dans la terre un échauffement trop important qui risquerait d’endommager le dispositif (surtout en été quand le capteur alimente aussi un chauffage solaire). Ce circuit de décharge peut aussi servir à réchauffer l’eau d’une piscine.
Réchauffeur complémentaire En cas d’insuffisance d’ensoleillement (hiver, demi-saison, longue période de mauvais temps…), ou de soutirage d’eau chaude supérieur à la capacité de production, l’énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de la production d’eau chaude.
Le ballon est donc équipé d’un chauffage d’appoint qui prend le relais en cas de besoin, et reconstitue le stock d’eau chaude :
• résistance (appoint électrique), souvent placée à mi-hauteur du ballon solaire;
• serpentin (appoint hydraulique), raccordé à une chaudière à céréales, bois, gaz, fioul… installée après le ballon, dans lequel l’eau est malgré tout préchauffée. Un second ballon pourvu d’un réchauffeur électrique peut également servir d’appoint.
Quelles dimensions ?
L’efficacité, et donc les économies, nécessitent avant tout un dimensionnement optimal de l’installation solaire. Le projet doit tenir compte de l’ensoleillement de la région et des besoins des utilisateurs, sachant que la production d’eau chaude solaire et même une partie du chauffage sont possibles sous tous les climats européens.
Voici un tableau qui vous guidera dans le choix de la superficie des capteurs et le volume du ballon à installer (pour une consommation journalière de 50 à 60 litres d’eau chaude à 45 °C par personne et une couverture des besoins par le solaire comprise entre 50 et 70 %) :
Choix du système à installer
Si vous avez déjà une installation de production d’eau chaude, ce qui est le cas général en rénovation, plusieurs possibilités s’offrent à vous, qui sont plus ou moins avantageuses :
Coût
Les chauffe-eau solaires sont aujourd’hui d’un bon rapport qualité prix. Ils permettent des économies annuelle de 40 à 60 % en moyenne, soit environ 150 € sur l’année. Pour 3 à 5 m2 de capteurs avec un ballon de 200 à 300 litres (3 à 4 personnes), il faut compter entre 5 000 et 9 000 € TTC, pose comprise.
Aides
Celles qui s’appliquent à toute la France :
• Le crédit d’impôt pour les dépenses d’équipements (hors main d’œuvre) concerne les logements particuliers neufs ou anciens, à un taux de 30 % pour les installations de chauffe-eau solaire individuel et système solaire combiné (CESI – SSC).
• La TVA à 5,5 % s’applique pour l’installation de capteurs solaires dans l’habitat principal ou secondaire lorsque les travaux sont exécutés et facturés par des professionnels. Celles qui s’appliquent localement : les conseils régionaux ou généraux, les communautés d’agglomérations, de villes… peuvent accorder des aides spécifiques pour ce type d’équipement.
Dans la limite de plafonds de dépenses par m2 de capteurs (ceux concernant les ménages aux revenus modestes ne s’appliquent qu’à compter du 8 mars 2019):
• les capteurs solaires thermiques à circulation de liquide : 1300 € TTC pour les ménages aux revenus modestes et 1 000 € TTC pour les autres ménages ;
• les capteurs solaires thermiques à air: 520 € TTC pour les ménages aux revenus modestes et 400 € TTC pour les autres ménages ;
• les capteurs solaires hybrides (thermiques et électriques) à circulation de liquide dans la limite de 10 m2 : 520 € TTC pour les ménages aux revenus modestes et 400 € TTC pour les autres ménages ;
• les capteurs solaires hybrides (thermiques et électriques) à air dans la limite de 20 m2 : 260 € TTC pour les ménages aux revenus modestes et 200 € TTC pour les autres ménages. Pour les ménages aux revenus modestes, les coûts de pose sont aussi pris en compte.
Les mesures fiscales et d’aide à l’équipement étant en constante évolution, il vous appartiendra de vérifier auprès des services fiscaux, de l’ADEME et des collectivités territoriales quelles en sont les modalités au moment de la réalisation de votre projet.
Nota Bene !
Les travaux de rénovation doivent etre exécuté par un professionnel agrée RGE.
Attention !
Renseignez-vous à la mairie de votre domicile afin de savoir si le règlement du plan d’occupation des sols n’apporte pas de clause particulière quant à l’emplacement des capteurs solaires.