Chauffe eau solaire

Un cas à part, le chauffage de l'eau dans la maison. Pour cela, il sera judicieux d'installer un chauffe eau solaire.

Le principe

Un tuyau d'arrosage plein d'eau abandonné au soleil… Peu à peu, la température de l'eau s'élève. Et plus le tuyau est sombre, plus l'eau est chaude. Elle serait même brûlante si le tuyau était placé sous une vitre. Par définition, un chauffe-eau solaire est une installation capable de capter le rayonnement solaire pour en créer de l'énergie. On appelle aussi chauffe-eau solaire les panneaux solaires thermiques ou encore les capteurs thermiques. C'est simple, gratuit efficace : il n'y a qu'à tirer parti du moindre rayon de soleil.
C'est là le principe du chauffe-eau solaire. Pour les systèmes actuellement commercialisés, la technologie est « légèrement » plus aboutie.

  Même si la ressemblance peut-être est flagrante, les capteurs d'un chauffe eau solaire sont totalement différents des panneaux photovoltaïques, dont le but est de fabriquer de l'électricité. Dans le cas des chauffe eau solaires, c'est un liquide caloporteur ou frigorigène qui va se charger de transporter l'énergie absorbée du rayonnement solaire vers un ballon d'une contenance d'une centaine de litres, situé à l'intérieur de l'habitat.

 Fonctionnement

    Un chauffe eau solaire va donc capter l'énergie solaire avec un capteur solaire (1) qui est un réseau de tubes équipés d’ailettes (appelées « absorbeurs ») situés sous la surface du panneau en captant l'énergie solaire. Sa partie supérieure, vitrée, laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme une petite serre. Tout cet ensemble est en général placé sur un toit. Le chauffe eau solaire va ensuite transporter cette chaleur, c'est le rôle du circuit primaire (2) .Étanche et calorifugé, il contient un liquide caloporteur, le plus souvent de l'eau additionné à de l'antigel. Ce liquide s'échauffe en passant dans les tubes du capteur,  puis va les quitter pour rejoindre le ballon de stockage. La chaleur va ensuite être restituée grâce à un échangeur thermique (serpentin(3)), qui transmet ses calories solaires à l'eau par convexion. L'eau chaude est stockée, avec le ballon solaire (5), qui est une cuve métallique bien isolée. Il constitue la réserve d'eau sanitaire. L'eau chaude soutirée est remplacée immédiatement par la même quantité d'eau froide du réseau (6), réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire. La prochaine étape sera de faire circuler le liquide primaire, pour l'amener au réseau d'eau sanitaire. Elle peut être naturelle ou forcée.

• dans le premier cas, 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. Le ballon doit être placé plus haut que les capteurs. Sur ce principe sont conçus les chauffe-eau solaires "en thermosiphon";
• dans le second cas, une petite pompe électrique, le circulateur (7), met en mouvement le liquide caloporteur quand il est plus chaud que l'eau sanitaire du ballon. Son fonctionnement est commandé par un dispositif de régulation (8) jouant sur les différences de températures : si la sonde du ballon est plus chaude que celle du capteur (9), la régulation coupe le circulateur. Sinon, le circulateur est remis en route et le liquide primaire réchauffe l'eau sanitaire du ballon. En fonction de la température calculée, il détermine le rendement de la pompe et l'activation du chauffage d'appoint.

 Cependant, partout en métropole, on est confronté à des périodes défavorables du point de vue de l’ensoleillement. L'énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de la production d'eau chaude sanitaire. Ansi le ballon peut-être équipé d'un dispositif d'appoint qui prend le relais en cas de besoin et reconstitue le stock d'eau chaude. Il peut s'agir :
• d'une résistance (appoint électrique) ;
• d'un serpentin (11) (appoint hydraulique) raccordé à une chaudière (12) (bois, gaz, fioul) située en aval du ballon.
Un second ballon alimenté par l’énergie d’appoint peut aussi être utilisé.

 La carte ci dessous présente la France en fonction des moyennes annuelles de l'ensoleillement exprimées en kWh/m²/an (pour une orientation et une inclinaison optimale). Plus les couleurs sont chaudes, plus le rayonnement y est important. Il est important de savoir que  moins les régions sont fournies en ensoleillement, plus le besoin d'installer un chauffage d'appoint se fera ressentir, et inversement. Certaines régions placées dans les zones les plus ensoleillées pourront même se passer d'un tel système. Toutefois, n'oublions pas qu'une installation plus importante ou une économie des besoins en eau chaude peut remplacer un système d’appoint.

Installation

    La mise en place de panneaux solaires se fait au cas par cas. En général, l’orientation des panneaux doit se faire plein sud, sud sud-est ou sud sud-ouest. Evidemment, il ne doit y avoir aucun obstacle  entre les rayons solaires et la surface des panneaux comme dans plantations. Il conviendra donc de faire attention à la hauteur des arbres précedemments cités dans la partie "architecture et orientation", qui sont déstinés à couper  l'arrivée de vent et/ou rayonnement.

Lorsque les conditions le permettent, leur inclinaison est souvent fixée à 30° par rapport à l’horizontale. Cette inclinaison se calcule :

 Cependant comme les éoliennes et les panneaux photovoltaïques, des droits d’urbanisme sont à prendre en compte pour leur installation; il faudra bien faire attention au site d’implantation. Avant toute installation, une déclaration de travaux est à effectuer à la mairie.

En résumé

     Le chauffe eau solaire est un système écologique de se fournir en eau chaude; le rayonnement solaire est une énergie renouvelable, donc inépuisable, et qui pourra être exploitée tant que les installations le permettront. Il est même possible d’obtenir un rendement allant jusqu’à 80% des besoins, et l’utilisation de l’eau chaude ne s’applique pas uniquement aux besoins sanitaires. Elle peut aussi permettre de chauffer l’habitat, d’alimenter une piscine, etc…

D'autre part, il est très important de savoir que l’état présente pour toute installation (et même simple utilisation) de panneaux solaires tels que ces chauffe-eau une série d’avantages fiscaux. En voici la liste :

• Un crédit d’impôt (passé de 40% à 50% du prix du matériel au 1er janvier 2006) ;
• Une prime de la majorité des Conseils Régionaux en France (moyenne : 700 €) ;
• Une prime de certains départements (moyenne : 350 € ou même plus) ;
• En profiter depuis plus de deux ans permet le bénéfice d’une TVA à 5,5%.
• Tout occupant du logement équipé de ces panneaux, même en tant que simple locataire, peut aussi profiter de subventions et du crédit d’impôt ;
• Pour des chauffe-eau solaires collectifs, l’ADEME et les régions offrent des avantages financiers allant jusqu’à 65% du prix de l’installation.

Cependant, le prix d’un panneau est relativement élevé. On compte généralement de 500€ à 1500€ le m². Prenons pour l’exemple une installation pour 4 personnes dans le nord de la France : la surface des panneaux sera environ de 5,5 m². Rien que le prix des ces capteurs sera de 5500 € si l’on considère qu’un panneau coûte 1000 €, et la rentabilisation de ces installations peut parfois prendre du temps (jusqu’à 15 ans dans certains cas), ce qui est souvent dû à un rayonnement solaire trop faible, moins important que ce qui était prévu avant l’installation. Ensuite, il ne faudra pas oublier que le liquide caloporteur utilisé est dans la plupart nocif pour l'environnement, ce que que nous expliquerons par la suite. Malgré ces invennients, le chauffe eau solaire est et restera une bonne alternative au chauffage par energies fossiles, il constitue donc une installation incontournable si l'on veux réaliser un chauffage totalement écologique.