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Capteurs solaires thermiques pour l’eau chaude
Capteurs solaires thermiques
pour la production d'eau chaude sanitaire
Touchez le soleil, puis le nuage
Circuit de chauffage indépendant
Dans les pays du sud, on voit des installations solaires simples, où l'eau potable passe directement dans le capteur, avant d'être conduite au robinet. Elles peuvent fonctionner sans pompe – et donc sans électricité – et l'eau chauffée par le soleil est généralement stockée sur le toit.
Ici est présenté un type plus complexe, adapté aux régions où les hivers sont froids et le ciel souvent couvert. L'eau potable ne circule pas dans le capteur; elle parvient dans le bas d'un grand "chauffe-eau" (appelé aussi "ballon ou "boiler") et entre en contact avec l'échangeur de chaleur du circuit solaire, et celui de la chaudière.
Pour faire des réserves d'eau chaude solaire, le chauffe-eau a un volume plus grand que pour une installation sans capteur.
Touchez le soleil, puis le nuage
Par beau temps (hors saison de chauffage)
Le soleil suffit à assurer le chauffage de l'eau sanitaire. La chaudière (ou la pompe à chaleur) peut ainsi rester éteinte la plupart du temps. Une pompe électrique (circulateur) fait circuler un liquide "caloporteur" (transporteur de chaleur) entre le capteur et le chauffe-eau. L'efficacité du capteur dépend non seulement de sa bonne position face au soleil, mais aussi de la température ambiante. En été, la température du circuit caloporteur peut ainsi monter à près de 100°C. Pour éviter que l'eau du robinet soit brûlante, une thermo-vanne réglable injecte de l'eau froide dans le tuyau d'eau chaude (non représentée).
L'eau potable chauffée s'élève naturellement dans le haut du chauffe-eau, car elle est moins dense que l'eau froide.
Par temps couvert (durant la saison de chauffage)
Le soleil ne suffit pas à amener l'eau à la température désirée. Alors la chaudière (ou la pompe à chaleur) vient en renfort pour faire l'appoint de chaleur. Même en décembre, durant les journées ensoleillées, un capteur solaire permet de faire des économies d'énergie, en limitant le travail de la chaudière.
Les circulateurs et la chaudière sont pilotées par un boîtier électronique relié à des sondes de température – situées dans le capteur solaire et à différentes hauteurs dans le chauffe-eau (non représentés).
On conseille de poser 1 à 1,5 m2 de capteur solaire par personne, ce qui permet une économie d'énergie équivalente à 50 litres de mazout par an.
En été, la température de l'eau peut monter à plus de 80°C
L’eau chaude sanitaire demande une température de plus de 50°C qui est difficile à atteindre avec des capteurs solaires thermiques durant les jours froids et gris d’hiver. Par contre, en été, ils peuvent monter la température à plus de 80°C et fournir de l’eau chaude en abondance. Dans la plupart des installations, l’eau sanitaire ne passe pas dans les capteurs: elle est chauffée indirectement par un circuit fermé d’eau et d’antigel (liquide caloporteur) qui circule entre les capteurs et le chauffe-eau.
Lorsque les capteurs sont destinés uniquement à produire de l’eau chaude au robinet, l’installation est généralement conçue pour couvrir entre 30 et 70% de la chaleur nécessaire annuellement. La chaleur d’appoint doit être fournie par une autre source: pompe à chaleur, chaudière à combustible (bois, gaz, mazout) ou résistance électrique.
L’appoint de chaleur est surtout nécessaire durant la saison de chauffage. D’avril à octobre, la production d’eau chaude se fait le plus souvent sans l’aide de la chaudière ou de la pompe à chaleur: pas de cheminée qui fume ou très peu d’électricité consommée.
Entre 0,5 et 1,5 m2 de capteur solaire par personne
On compte entre 0,5 et 1 m2 de capteur solaire thermique par personne pour un immeuble locatif, et entre 1 et 1,5 m2 pour une maison familiale (on y pose généralement entre 4 et 6 m2). La performance de l’installation dépend de l’ensoleillement, de l’altitude (plus on monte, plus l’ensoleillement est fort), de la surface et du type des capteurs (non vitrés, vitrés, sous-vide, tubes), et de leur orientation. Elle dépend aussi de la taille du chauffe-eau: un grand volume de stockage permet de profiter des jours ensoleillés pour compenser le manque des jours maussades.
Une installation solaire thermique a aussi besoin d’électricité pour alimenter le boîtier électronique qui la pilote et le circulateur qui fait tourner le liquide caloporteur, mais la quantité est minime par rapport à l’énergie collectée (moins de 1%). La plupart des chaudières et des pompes à chaleur modernes sont conçues pour travailler en tandem avec des capteurs et un chauffe-eau solaires. Tous leurs fabricants proposent d’ailleurs des solutions solaires.
On peut se faire une idée de la performance et du coût d'une installation solaire pour son bâtiment avec le calculateur de SuisseEnergie.
Des capteurs solaires thermiques pour la production de l'eau chaude sanitaire sont au bon endroit :
- Dans toutes les situations géographiques, en plaine comme en altitude. Et n'importe où: sur un pan de toit, sur un toit plat, en remplacement d'une partie de la couverture du toit, sous ou devant un balcon, en façade, sur un garage, sur un talus, dans un jardin... pourvu que les capteurs puissent recevoir directement le soleil. Les orientations les plus favorables sont entre le Sud-Est et le Sud-Ouest. Quand on s'écarte davantage du Sud, le rendement baisse, mais il est encore possible d'aller jusqu'à l'Est et l'Ouest, surtout avec des capteurs-tube sous vide. L'inclinaison des capteurs sur la hauteur détermine leur performance au cours de la saison. Si on cherche la performance hivernale, ils doivent regarder idéalement le Sud/ Sud-Ouest, être dressés entre 45 et 60°, et éviter l'accumulation de neige.
- Sur n'importe quel bâtiment, même s'il n'est pas bien isolé. Cependant, pour le même coût qu'une installation solaire, des travaux d'isolation apportent une économie d'énergie souvent plus grande.
- Si une autorisation a été accordée (elle peut être refusée pour des raisons de sauvegarde du paysage ou du patrimoine).
- Si le chauffe-eau est prévu pour cet usage (au moins 80 litres par m2 de capteur).
- Si l'installateur peut produire une Garantie de performance validée, chaleur solaire (GPV) de Swisssolar.
- Si le circuit de liquide caloporteur et le chauffe-eau sont bien isolés.
- Si on ne gaspille pas l'eau chaude: robinets et pommeaux de douche économes; baignoire isolée et de faible volume pour prendre de longs bains avec peu d'eau.
- Si on peut utiliser l'excès de chaleur produit durant la belle-saison: machines à laver le linge et la vaisselle branchées sur l'eau chaude.
- Si l'installation est régulièrement suivie, et si on ne laisse pas le chauffe-eau s'entartrer.
Calculateur solaire de Suisse Energie
www.swissolar.ch, Association suisse des professionnels de l'énergie solaire
Garantie de performance validée, chaleur solaire (GPV). Elle garantit l'exécution des travaux de construction d'installations solaires thermiques selon l'état de la technique et l'établissement de devis complets. La GPV est une partie constituante du système de gestion qualité "QM Chaleur solaire" initié par Swissolar.
www.sebasol.ch, pour installer des capteurs soi-même