Principes du chauffe-eau solaire et du chauffage solair

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Chauffage solaire : comment fonctionne un Système Solaire Combiné?

L’énergie solaire peut-être utilisée pour chauffer leau chaude sanitaire d’un foyer, mais ce n’est pas tout : il est également possible de chauffer son habitation grâce à l’énergie solaire. C’est le rôle des Systèmes Solaires Combinés (SSC) que je souhaite vous présenter aujourd’hui. A partir de la chaleur produite par des capteurs solaires thermiques, ceux-ci accordent la priorité au chauffage de l’habitation par rapport aux besoins en eau chaude, lesquels peuvent être couverts par un appoint.

D’après les renseignements fournis par l’ADEME, un système solaire combiné peut, en France, fournir de 20 à 40% des besoins de chauffage d’un foyer. Ce chiffre varie principalement en fonction de la localiation de l’habitation et de la surface de capteurs utilisée. L’ADEME estime qu’il faut compter 1m² de capteurs solaires pour 10 à 15m² d’habitation à chauffer.

On peut distinguer deux grands types de systèmes solaires combinés :

- La première grande catégorie est celle des systèmes à hydro-accumulation (schéma de droite). Leur principe part du constat que l’énergie solaire ne peut être produite de manière prévisible et régulière, alors qu’il est nécessaire de pouvoir maintenir constante la température de l’habitation. Afin de remédier à ce problème, la chaleur produite par les capteurs est stockée dans un ballon d’eau-chaude "tampon" avant d’être diffusée à l’habitation, soit par un système de radiateurs classiques, soit par un plancher chauffant. L’inconvénient de ce système est l’importance du volume "tampon" nécessaire : le ballon d’eau chaude tampon doit ainsi avoir une contenance comprise entre 500 et 2000L ; on considère souvent que 700L est un minimum. Son avantage est que son implantatpn dans un logement existant n’exige pas de travaux très lourds.

- La seconde grande catégorie est celle des Planchers Solaires Directs (marque déposée). Il s’agit du système représenté sur le schéma de gauche. Il est essentiellement incorporé à des logements neufs, car son installation nécessite des travaux importants dans le cas d’un logement existant. Son principe de fonctionnement est caractérisé pa l’absence de "tampon" de chaleur : le PSD utilise, comme son nom l’indique, non des radiateurs mais un plancher chauffant, qui sert en même temps de diffuseur de chaleur mais aussi de point de stockage. La chaleur est stockée directement dans la dalle en béton servant de plancher solaire, et non dans un ballon d’eau chaude. Concrètement, la dalle chauffante est traversée par un tuyau en serpentin dans lequel circule le liquide caloporteur réchauffé au niveau des capteurs solaires. Ce système permet d’obtenir une température modérée (23°C) et constante dans le logement. Il permet également un montage plus simple au niveau des raccords hydrauliques que les systèmes à hydroaccumulation. En revanche, il nécessite un dispositif de régulation plus complexe (le régulateur doit jouer entre l’alimentation en chaleur fournie par les capteurs et celle fournie par l’appoint de manière à donner la priorité à l’énergie solaire).

ssc hydroaccumulation.jpg

Ces deux systèmes peuvent être couplés à des chaudières d’appoint fonctionnant avec tout type d’alimentation. POur plus d’informations à ce sujet, voir notre article sur les appoints dans la rubrique "Chauffe-eau et chauffage solaire".

(Schéma : ADEME Franche-Comté)

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Comment placer ses capteurs solaires? 4 règles d’or

Le pourcentage de couverture des besoins en eau chaude d’un foyer d’un chauffe-eau solaire est variable, notamment selon l’ensoleillement de la région où il se situe. Cependant, il ne s’agit pas du seul facteur en jeu : la surface, bien sûr, mais également la position et l’orientation des capteurs solaires thermiques sont en effet fondamentales, quel que soit le degré d’ensoleillement de la région où ils se trouvent.

A ce sujet, j’ai jugé utile de rappeler les 4 principales règles à respecter lors du choix du positionnement de ses capteurs solaires. Elles paraîtront certainement triviales à certain, mais leur application, que nous verrons plus tard lors de prochains articles, peut s’avérer plus complexe qu’il n’y paraît.

Règle n°1 : le calcul de la surface de capteurs installée doit prendre en compte l’ensoleillement de la région. Par exemple, on comptera 3 à 5m² de capteurs pour un ballon de 200 à 300l sur la côte d’Azur, tandis que de 5 à 7m² de capteurs seront nécessaires pour alimenter le même ballon à Lille.

Règle n°2 : pour un rendement optimal, les capteurs solaires devront être orientés au Sud, avec une marge de plus ou moins 30 degrés.

Règle n°3 : le positionnement des capteurs doit être effectué de sorte à minimiser, dans la mesure du possible, les ombres portées des éléments environnants (immeuble, arbre, montagne…) sur les capteurs. Il est donc nécessaire d’étudier soigneusement le masque solaire avant de procéder à l’implantation des capteurs.

Règle n°4 : idéalement, les capteurs solaires doivent être inclinés à 45° pour obtenir une performance optimale. Cependant, il est possible de considérer que cette inclinaison peut s’inscrire dans une marge de plus ou moins 15° par rapport à cette recommandation. Une inclinaison comprise entre 30° et 60° permettra de manière générale d’obtenir un rendement satisfaisant des capteurs.

(Crédits image : Atlantic Nouvelles Energies)

jan

Chauffe-eau solaire : qu’est ce qu’un capteur sous vide?

capteur sous vide.jpg Quels capteurs solaires pour votre chauffe-eau solaire? Le choix peut donner lieu à des hésitations sans fin et des dilemmes cornéliens. Afin de vous éclairer, je vous propose aujourd’hui un point rapide sur un type spécifique de capteurs solaires : les capteurs sous vide.

Ceux-ci sont les plus performants des capteurs solaires. Ils se composent d’un ensemble de tubes de verre de 5 à 15cm de diamètre. Ces tubes sont sous vide et contiennent, d’une part, un absorbeur servant à capter le rayonnement du soleil, et d’autre part, un échangeur destiné à transférer l’énergie thermique (la chaleur) obtenue à partir de ce rayonnement. L’absorbeur fait l’objet d’un traitement spécial de manière à éviter le rayonnement, c’est-à-dire pour qu’il réfléchisse le moins possible le rayonnement qu’il reçoit (et donc l’absorbe le plus possible, pour augmenter son rendement).

Mais au fait, pourquoi mettre ces capteurs sous vide? Tout simplement, parce que cela permet de minimiser les pertes de chaleur au niveau de l’absorbeur. Cela permet donc d’isoler thermiquement les capteurs sans avoir de coffre de protection comme sur les autres capteurs solaires thermiques.

Pour que ce système fonctionne, la pression à l’intérieur des tubes doit descendre à 0,001 Pascal – le "vide". Cette condition est impérative au bon fonctionnement du capteur, et tout tube dont un probléme d’hermétisme compromettrait cette basse pression doit être impérativement remplacé. Heureusement, nul besoin de monter sur son toit avec un manomètre chaque mois pour vérifier les tubes! Chaque tube est commodément muni d’un témoin en baryum en bout de tube. Argenté sous vide, le baryum se colore en blanc en présence d’air, ce qui permet de vérifier l’absence d’air dans le tube aisément.

comparaison capteurs.gif

Pourquoi faire le choix de capteurs sous vide? SImplement, ceux-ci offrent généralement un rendement supérieur à celui des capteurs classiques avec coffre de protection. Le site Outils Solaires présente le graphique suivant pour comparer les performances de différents capteurs :

On remarque que la différence de rendement, dans la tranche de températures correspondant au chauffage solaire domestique et aux chauffe-eau solaires individuels, est assez importante au-dessus de 60°C. Attention cependant, il est précisé que la comparaison des surfaces "utiles" des capteurs plans et à tubes est difficile, ce qui peut fausser la comparaison.

Les capteurs à tubes se déclinent sous une multitude de modèles, dont j’aborderai prochainement la présentation.

(Crédits photo : HEPSUL, Outils Solaires)

jan

Chauffe eau solaire : comment choisir son chauffe eau d’appoint ?

Disposer d’un chauffe-eau solaire à domicile, c’est bien sûr réaliser des économies d’énergie considérables. Néanmoins, les chauffe eau solaires, comme tous les équipements fonctionnant directement à partir d’énergie solaire, souffrent d’un inconvénient majeur : celui de l’intermittence de l’ensoleillement. Il faut donc se rendre au fait : un chauffe eau solaire ne vous permettra pas de chauffer l’intégralité de votre eau chaude sanitaire, quelle que soient ses performances et sa capacité. Il est donc nécessaire, au moment du choix du système de chauffe eau solaire à mettre en place, de prévoir un système d’appoint. Mais quel choix effectuer parmi la variété d’options proposées?

Certaines règles à respecter sont valables pour l’ensemble des systèmes : ainsi, il faut prévoir un système permettant de s’assurer du bon fonctionnement du chauffe-eau afin de pouvoir détecter rapidement toute défaillance (sonde, voyant lumineux…), et pouvoir être ainsi certain que le chauffage d’appoint, coûteux, ne doive pas prendre le relais plus souvent que nécessaire. Quant à l’appoint lui-même, son fonctionnement ne doit pas réduire les performances du chauffe eau solaire : il doit demeurer prioritaire !

On distinguera 3 grands types d’appoint, en fonction de la source d’énergie qu’ils mettent à contribution : à gaz, électrique, et à bois.

- Le cas de l’appoint à gaz :

Il s’agit du type d’appoint le plus répandu en Allemagne, où l’utilisation des chauffe eau solaires est elle-même très courante.

Son avantage ?

o Tout simplement, il est fréquent que le circuit de chauffage soit alimenté par une chaudière à gaz, il est donc logique de l’associer au chauffe-eau, qui permettra quant à lui d’obtenir des économies de gaz significatives. Il s’agit d’un ensemble cohérent.

Une bonne solution, semble-t-il donc, si ce n’était pour 3 inconvénients majeurs :

o le ballon d’eau chaude devra contenir 2 échangeurs, et sera donc plus coûteux. (NB : l’échangeur du circuit solaire devra se trouver en haut du ballon, celui du chauffe eau à gaz en bas)

o Afin de couvrir un éventuel besoin d’appoint en été, la chaudière à gaz devra rester allumée toute l’année, ce qui présente également un coût.

o La programmation de la chaudière à gaz de sorte à minimiser son utilisation et privilégier l’apport du chauffe eau solaire peut relever du casse-tête…

- Le cas de l’appoint électrique :

C’est le plus utilisé en France.

Son avantage ?

o Il requiert un coût d’investissement bien moins élevé qu’un appoint à gaz.

o Sans compter le fait que son fonctionnement sa programmation sont bien plus faciles à maîtriser.

o Attention au choix du programmateur : il faut qu’il soit assez simple d’accès pour vous permettre de programmer manuellement l’arrêt et la mise en route de l’appoint pour minimiser sa consommation.

Ses inconvénients ?

o Ce n’est un mystère pour personne : l’électricité coûte cher ! Surtout si on l’utilise également pour le chauffage… A noter cependant, pendant la nuit, le chauffe-eau consomme de l’électricité au tarif « heures creuses ».

- Le cas d’un appoint utilisant une chaudière à bois :

C’est dans le Nord de l’Europe que cette solution est la plus envisagée.

Ses avantages ?

o Vous chauffez votre eau uniquement à partir d’énergie locale et renouvelable ! Alors, heureux(-se) ?

o Bien sûr, contrairement à l’électricité, les chaudières à bois sont également une bonne solution de chauffage, vous pouvez donc disposer d’un ensemble chauffe-eau/chauffage cohérent.

o L’ajout d’une résistance électrique dans le ballon d’eau chaude pour servir d’appoint en été vous permet d’arrêter la chaudière au cours de la saison chaude.

Ses inconvénients ?

o Il s’agit d’un investissement lourd : comme pour l’appoint à gaz, 2 échangeurs sont nécessaires au niveau du ballon d’eau chaude, auxquels se rajoute une résistance électrique si vous souhaitez pouvoir arrêter votre chaudière l’hiver…

o Comme dans le cas de l’appoint à gaz, la programmation du système peu présenter des difficultés.

- Le cas d’un appoint avec chaudière au fioul :

Les avantages et inconvénients sont les mêmes que précédemment… si ce n’est concernant la remarque sur la satisfaction de chauffer son eau à partir d’énergie renouvelable exclusivement…

(Images : Espace Aubade, ADEME)

jan

Chauffe eau solaire : zoom sur les systèmes à thermosiphon

Les chauffe-eau solaires peuvent être divisés en deux grandes catégories, selon que leur fonctionnement soit totalement autonome ou qu’ils requièrent l’action d’une pompe électrique (cf. notre article « précisions sur le fonctionnement d’une chauffe eau solaire). On s’intéressera aujourd’hui plus facilement à la première catégorie, celle des chauffe eau solaires dits « à thermosiphon ».

Quel est le principe d’un tel mode de fonctionnement totalement autonome ? Il s’agit de faire circuler l’eau des capteurs solaires thermiques au ballon d’eau chaude et vice-versa en tirant avantage d’une propriété physique de base : l’eau se dilate en chuffant, et la densité de l’eau chaude est par conséquence inférieure à celle de l’eau froide. Dans un circuit de chauffage, l’eau chaude aura donc une tendance naturelle à « surnager ». Ainsi dans un circuit de chauffage liant des capteurs thermiques et un ballon, elle montera, créant un mouvement dans le circuit de chauffage. Ainsi l’eau chaude montera automatiquement dans le ballon d’eau chaude situé plus haut que les capteurs, et l’eau froide redescendra d’elle-même vers les capteurs thermiques. Génial, non ? Mais quels sont au juste les avantages d’un tel système ? Ceux-ci sont multiples :

- Fiabilité : vous bénéficiez toujours d’eau chaude, même en cas de panne de courant. Les pannes sont rares.

- Performance : les systèmes à thermosiphon réalisent d’excellentes performances, notamment dans les régions les plus ensoleillées du Sud de la France.

- Longévité : la plupart des pannes affectant les chauffe eau solaires proviennent du vieillissement des composants électriques… inexistants dans les systèmes à thermosiphon !

- Entretien : celui-ci est moindre, grâce à l’absence de composants électriques.

- Coût : le coût est en principe moindre qua celui dun chauffe eau avec pompe électrique.

Cependant, on ne gagne généralement pas à tous les coups : ces avantages sont bien entendu assortis d’un certain nombre de contraintes, sans quoi on n’aurait simplement jamais conçu d’autres types de chauffe eau !

Ces contraintes concernent notamment la conception architecturale de votre maison. Celle-ci doit en effet permettre de placer le ballon d’eau chaude plus haut que les capteurs (le point dit « médian » du ballon devant surplomber le point médian des capteurs d’un mètre au moins). Ainsi, si ceux-ci ne peuvent être situés que sur le toit de votre maison, le ballon devra impérativement être placé dans les combles.

circulation naturelle leroy merlin.jpg

Il faut également tenir compte du raccordement des capteurs au ballon afin d’optimiser les performances de votre chauffe eau. Il s’agit de minimiser les pertes de charge, résultant de la présence d’obstacles nécessaires à la bonne circulation de l’eau dans les circuits : raccordement d’un tube à l’autre, coudes, instruments de réglage… Plus les partes de charge sont importantes, moins l’eau circule bien : il est donc essentiel de les minimiser. Pour cela, il est essentiel que les tubes de circulation ne soient pas trop étroits. Attention cependant, s’ils sont trop larges, le rendement du chauffe eau se détériorera.

Comment, donc, minimiser ces pertes de charge et assurer le bon fonctionnement du chauffe-eau ? Il s’agit d’un véritable savoir-faire de plombier. La nécessité de ce savoir-faire constitue un obstacle au développement des systèmes de thermosiphon ; c’est notamment un des raisons pour lesquelles il fut un temps où l’ADEME n’accordait pas d’aides pour ces installations. (Sachez, cependant, que le crédit d’impôt sur les installations solaires comme les chauffe-eau sont accordés indépendamment de leur mode d’installation, tant que l’installation est effectuée par un professionnel agréé Qualisol. Pas de problème, donc, pour toucher un crédit d’impôt au titre de l’installation d’un chauffe eau à thermosiphon dans votre résidence).

Cependant, en dehors de ce véritable savoir-faire technique, il est possible d’effectuer un minimum de recommandations. Faites donc très attention aux éléments suivants avant de vous lancer dans l’installation d’un chauffe eau solaire à thermosiphon :

- Le choix des capteurs solaires : attention, certains capteurs contiennent eux-mêmes suffisamment d’obstacles à la circulation de l’eau pour qu’il soit impossible de les utiliser sans l’apport d’une pompe électrique. Renseignez-vous donc bien sur le type de capteurs que l’on vous propose, il doit être adapté à l’utilisation en thermosiphon. Pour un capteur dit « en échelle » par exemple, les tuyaux doivent avoir un diamètre d’au moins 12 mm et les collecteurs un diamètre d’au moins 22mm.

- Leur positionnement : les capteurs doivent être inclinés. Cette inclinaison permettra de faciliter la remontée de l’eau chaude et donc la circulation de l’eau dans le circuit. L’inclinaison minimum recommandée est de 3mm/m, recommandation facile à suivre puisqu’en général, les panneaux solaires sont placés sur des plans inclinés pour de meilleures performances, qu’il s’agisse de chauffer de l’eau ou de générer de l’électricité.

- Le circuit : pour minimiser les pertes de charge, il faut concevoir le circuit le plus simple et le plus court possible (possédant ainsi moins de coudes, et moins de raccords entre sections de tubes), avec des tuyaux d’un diamètre de 22mm.

- Le choix d’un circuit ouvert ou fermé : un circuit fermé, avec un purgeur au niveau du ballon et un robinet de vidange au point le plus bas, pourra vous éviter de voir certaines portions du circuit se remplir d’anti-gel.

(Schéma : Leroy Merlin)

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Chauffe-eau solaire : quelle surface de capteurs?

chauffe eau solaire.jpg Si vous êtes intéressés par l’acquisition d’un chauffe-eau solaire individuel (CESI) pour votre maison, vous vous demandez sans doute quelle surface de capteurs sera nécessaire à son fonctionnement. Et c’est là un souci bien légitime, puisqu’il va falloir prévoir, d’une part, le coût d’un tel investissement, qui va dépendre en grande partie de la surface de ces capteurs, et d’autre part, leur emplacement : difficile à imaginer sans une idée précise de la surface à couvrir.

Surtout, pas de panique : votre toit en tuile ou en ardoise n’aura pas à disparaître intégralement sous une carapace de capteurs solaires, même si vous résidez dans le Nord-Pas-de-Calais. Globalement, on pourra distinguer plusieurs types de cas de figure en fonction de l’ensoleillement dont vous bénéficiez, et en fonction de vos besoins en eau-chaude – ou, tout simplement, de la quantité d’eau chaude que vous voulez hauffer à partir d’énergie solaire, en sachant que la possibilité d’ajout d’un ballon d’appoint chauffé au gaz est tout à fait réalisable.

Pour chauffer un ballon de 200 à 300l (correspondant aux besoins d’une famille de 4 personnes):

- Dans la moitié Sud de la France : 4 m2 de capteurs solaires suffiront.

- Dans la moitié Nord de la France : afin de compenser le déficit d’ensoleillement relativement à la moitié Sud, 5 à 6 m2 de capteurs seront nécessaires.

Dans le premier cas, le coût du système et son installation par un professionnel agréé Qualisol revient à environ 5500 euros HT, pose et mise en route comprises.

Dans le deuxième cas, le prix peut être compris entre 6000 et 8000 euros, notamment en raison de la surface de capteurs requise, plus importante. Ces chiffres sont calculés indépendamment des aides financières dont il est possible de bénéficier, et sur lesquelles je reviendrai.

Attention, le choix de capteurs simplement posés sur le toit ou véritablement intégrés à la toiture a une forte incidence sur le coût total de la facture : l’intégration des capteurs à la toiture peut en effet faire monter celui-ci de 13%. Attention donc, il est important de bien vous renseigner sur ce point. Généralement, les capteurs seront intégrés dans le Nord de la France, ce qui explique également la différence de coût entre chauffe-eau solaires en fonction de la situation géographique du foyer, pour des besoins équivalents.

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Bénéficiez d’un service d’évaluation de votre système solaire thermique par l’INES

L’INES, l’Institut National de l’énergie solaire s’intéresse à votre système solaire thermique. Il compte mettre en place un système permettant de contrôler le bon fonctionnement des installations solaires de production d’eau chaude sanitaire. Les premiers tests de ce projet seront réalisés en Région Rhône-Alpes pour les systèmes de productions collectifs et en Savoie pour les particuliers.

Il a deux objectifs :

- permettre un suivi personnalisé à moindre coût en direction du maître d’ouvrage

- à l’échelle régionale, voir nationale dans un second temps, constituer une base de données portant sur le fonctionnement réel des installations. Cette base comprendra des statistiques fiables d’économie d’énergie et de réduction des émissions de gaz à effet de serre permettant de faire avancer la recherche et de mieux communiquer sur les avantages de ce type d’énergies.

Ce programme s’adresse aux particuliers ou collectivités possédant un chauffe eau solaire non couverts par un contrat de Garantie de Résultats Solaires. Il leur offre la possibilité d’être mieux informés sur les indicateurs caractérisant le fonctionnement de leurs installations (consommation d’eau chaude sanitaire, énergie solaire nécessaire etc.). L’INES fourni la métrologie mais la pose est aux frais de l’utilisateur. Ce dernier, en renseignant les performances de son installation reçoit en retour les performances théoriques lui permettant d’évaluer le bon fonctionnement de son installation.

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Chauffage solaire: une solution plus élégante et plus simple?

La société Rheinzink, productrice de zink pour le bâtiment, a créé le premier collecteur solaire thermique invisible en zinc-titane, qui pourrait remplacer les installations de chauffage solaire traditionnelles. Ce nouveau produit s’appelle les "Quick step Thermo-solaire".

Rheinzink est une société allemande fondée en 1966 et basée dans la Ruhr. Rheinzink fut la premier producteur européen de zinc pour la construction. L’entreprise mise aujourd’hui sur l’innovation, grâce à son département de recherche et développement, et une de ses priorités stratégiques est la production de matériaux qui limitent notre impact sur l’environnement.

Comme vous pouvez le voir sur la photo, il s’agit de plaques de couleur claire ou ardoise, qui s’emboîtent facilement les unes dans les autres. Et d’où vient la chaleur alors? Et bien, chaque plaque est revêtue, à l’intérieure, de tubes capilaires absorbants, qui contiennent un mélange de glycol et d’eau, appelé "fluide solaire". Grâce à ceux-ci et au zinc-titane, les panneaux stockent la chaleur du soleil, qui est ensuite dirigée vers l’eau courante ou l’eau de chauffage.

Cette toiture solaire thermique invisible peut donc faire fonctionner une pompe à chaleur et peut couvrir jusqu’à 25%. L’installation de ces panneaux est relativement simple à réaliser.

(Crédits photos: Enerzine)

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Chauffage solaire: quelles aides?

Comme pour l’installation de panneaux solaires photovoltaïques, vous bénéficierez d’incitations financières si vous voulez équiper votre maison d’un chauffe-eau solaire. Petit aperçu pour vous aider à passer à l’acte.

Le crédit d’impôt pour les équipements tels que le chauffe-eau solaire est de 50% pour les dépenses effectuées entre janvier 2006 et décembre 2009 dans les habitations principales. De plus, la TVA réduite (à 5,5%) s’applique aux travaux de pose des équipements.

En ce qui concerne l’eau chaude solaire dans le collectif, l’ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) apporte, pour effectuer un prédiagnostic par un professionnel du solaire, une aide de 70% du montant de la prestation (montant plafoné).

Pour finir, tout comme les installations de panneaux photovoltaïques, l’installation d’un chauffe-eau solaire peut conduire à l’obtention de certificats d’économie d’énergie, qui donnent droit à des aides des fournisseurs d’énergie.

Et pourquoi installer un chauffe-eau solaire?

Surtout pour réduire sa consommation d’électricté. Selon la situation géographique de votre maison et la taille des installations, un système de chauffage solaire vous permettra d’économiser entre 50% (à Marseille par exemple) et 30% (Alsace) de votre facture d’électricité habituelle.

Pour en savoir plus, et pour vous orienter si vous envisager de vous engagez dans cette démarche, je vous conseille de consulter le Guide Pratique de l’ADEME, très complet et utile.

Voici les principaux conseils de L’ADEME:
• achetez un ensemble complet (capteur, circulateur, régulateur, ballon de stockage, liquide caloporteur, etc.) issu d’un catalogue de marque :
• adressez-vous à un fournisseur unique
• choisissez des équipements certifiés (selon les dispositions fiscales en vigueur) ;
• faîtes installer votre chauffage solaire par un professionnel qualifié.

Consultez également les articles de Julien Congretel sur le blog Chauffage Solaire, ils sont excellents!

(Source: Usine Nouvelle n° 3070, semaine du 27 septembre au 3 octobre 2007, crédits photo: NeolEnergie)

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Quelques éclaircissements sur le fonctionnement d’un chauffe-eau solaire

Faire chauffer de l’eau en utilisant la lumière du soleil : le principe du chauffe-eau solaire paraît pour le moins basique. Néanmoins, je ne crois pas qu’une présentation rapide de ses composants et de son fonctionnement soit inutile pour tous. Voici donc un rapide exposé du fonctionnement d’un chauffe-eau solaire, qui permet d’alimenter un foyer en eau chaude grâce à l’utilisation de la plus importante source d’énergie sur Terre : le soleil.

Au commencement est donc… la lumière du soleil, qu’il va d’abord s’agir de capter et transformer en chaleur. C’est le rôle du capteur solaire, situé dans la majorité des cas sur le toit de l’habitation concernée (ils peuvent également être situés sur les murs extérieurs de l’habitation, comme dans le cas des chauffe-eau hybrides de Tokyo Gas, cf. article du 29 septembre).

Le capteur se compose de 2 éléments :

- Un absorbeur, qui consiste en un ensemble de tubes métalliques. Ceux-ci sont noirs afin d’absorber davantage de lumière.

- L’absorbeur se situe dans un coffre. Sa face supérieure est vitrée, et il est isolé thermiquement de façon à fonctionner comme une serre, retenant 95% des rayons). Ainsi 4m²de capteurs orientés au sud sur un toit incliné à 45° permettent de chauffer jusqu’à 300m3 d’eau chaude en été (bien entendu, ce chiffre varie avec l’ensoleillement de la région…).

La lumière du soleil fait chauffer les tubes de l’absorbeur : encore faut-il la transporter. Ce transport est assuré par la circulation d’un liquide caloporteur (également appelé liquide primaire) constitué d’eau et d’antigel dans le circuit primaire. Il s’agit d’un réseau de tubes isolés thermiquement pour éviter les pertes de chaleur et qui passe par l’absorbeur où le liquide se réchauffe.

Le circuit primaire passe également par le ballon d’eau chaude solaire, lui aussi isolé, où s’opère le transfert de la chaleur du liquide calorifique vers l’eau.

Ce transfert est réalisé au moyen d’un échangeur thermique : grossièrement, le tube du circuit primaire est enroulé en forme de serpentin à l’intérieur du ballon d’eau chaude, de manière à augmenter la surface de contact entre le tube et l’eau et, ainsi, transférer la chaleur du liquide primaire à l’eau du ballon, lieu de stockage de l’eau chaude.

Refroidi, le liquide primaire repart alors vers le capteur pour y être réchauffé à nouveau et recommencer le cycle… Pour cela, il est nécessaire de faire circuler le liquide primaire. La mise en mouvement du liquide est assurée par une pompe électrique appelée circulateur. Celle-ci est reliée à un régulateur qui l’active et la désactive. Ce régulateur est lui-même lié à deux sondes de température : l’une située au niveau du ballon, l’autre au niveau du capteur. Le régulateur met la pompe en fonction dès l’instant où la sonde située au niveau du ballon indique une température inférieure à celle située sur le capteur, et l’arrête dès que l’inverse se produit.

circulation forcée leroy merlin.jpg

Toutefois, il est possible de ne pas utiliser de pompe : on parlera alors de système à circulation naturelle, par opposition à un système à circulation forcée, c’est-à-dire muni d’une pompe. Dans ce cas, il est impératif que le ballon soit situé plus haut que le capteur : tant que le liquide est plus chaud que l’eau du ballon, sa densité est moindre et il s’élève donc vers le ballon où il réchauffe l’eau (il s’agit du principe de thermocirculation). Dès l’instant où le liquide est plus froid que l’eau, la circulation s’arrête.

circulation naturelle leroy merlin.jpg

Tout cela n’irait pas sans un petit bémol : nous sommes en novembre, l’hiver approche et les jours raccourcissent… Sans compter le fait que chacun d’entre nous ne bénéficie pas nécessairement du degré d’ensoleillement de la région PACA… Le solaire thermique, pour toutes ses qualités, est une source d’énergie intermittente, défaut qu’il est nécessaire de pallier sous peine de nombreux désagréments. Dans ce but, plusieurs options sont envisageables :

- l’adjonction d’une résistance électrique au ballon d’eau chaude

- l’adjonction d’un second échangeur thermique relié à une chaudière traditionnelle (gaz, fioul…)

- ainsi, bien sûr, que l’installation d’n ballon d’appoint raccordé à une chaudière ou muni d’une résistance électrique.

Crédit images : Leroy-Merlin

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