Un chauffe-eau solaire n’est pas un chauffe-eau électrique alimenté par un panneau solaire photovoltaïque. C’est un système complet de production d’eau chaude sanitaire intégrant un capteur solaire thermique, un système de stockage et un mécanisme de régulation. Des appoints provenant d’autres sources d’énergie complètent en général le dispositif.
C’est quoi un chauffe-eau solaire ? – Différents modèles pour différents types de fonctionnement
Si le principe est toujours le même, à savoir capter l’énergie solaire pour chauffer de l’eau, les modes de captage et de stockage de la chaleur peuvent différer selon les installations.
Un chauffe-eau solaire sur le toit d’une habitation © Aleksandr Simonov
On peut fabriquer soi-même un panneau à l’aide d’un tuyau peint en noir et disposé derrière une vitre dans lequel circule l’eau que l’on veut chauffer ou utiliser un tapis solaire(1). Le rapport performance/prix est imbattable à condition de disposer de temps et de quelques talents de bricoleur.
Si cela peut convenir pour fournir l’eau chaude d’une résidence d’été, installer une douche solaire ou un chauffage d’appoint pour une piscine, cela ne constitue pas un système de production permettant de fournir de l’eau chaude sanitaire régulée toute l’année.
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Les composants : capteurs, circuits hydrauliques, échangeur et régulateur
De façon générale un chauffe-eau solaire est constitué d’un panneau capteur incliné vers le soleil et d’un réservoir stockant la chaleur collectée. Dans le panneau circule un fluide caloporteur qui peut être de l’eau mais qui est généralement mélangé à un liquide antigel. Cela évite d’avoir à purger le panneau en hiver.
Le fluide circule en circuit fermé entre le panneau et un échangeur situé dans le réservoir (circuit primaire). La chaleur est transmise par l’échangeur à l’eau chaude stockée dans le réservoir.
Dans un thermosiphon, le fluide chauffé par le capteur monte par convection naturelle dans le réservoir pour échanger ses calories avant de redescendre dans le capteur. Dans les autres cas, un système de circulation forcée associé à un régulateur forcé est nécessaire © Bernard Pierré
- Si le réservoir est situé en partie haute du panneau, le circuit primaire fonctionnera sur le principe du thermosiphon (l’eau chauffée par le panneau monte naturellement vers le réservoir).
- Si la réserve est située plus bas, par exemple dans la chaufferie, une pompe de circulation sera nécessaire pour faire circuler le fluide du toit vers la chaufferie. Un système de régulation active la pompe uniquement si le panneau est plus chaud que la réserve. Sinon, cela reviendrait par temps froid à envoyer la chaleur de la réserve vers le panneau !
Systèmes multi-énergies, multi-usages
D’autres systèmes multi-énergies et multi-usages utilisent un réservoir de type tampon statique rempli d’eau qui ne circule pas. On pourrait selon le même principe emmagasiner de la chaleur dans une masse de terre, de pierre, de béton, etc.
Différentes sources de chaleur autres que le solaire peuvent apporter de la chaleur dans le réservoir (appoint chaudière, résistance électrique). À l’inverse, différents usages (eau chaude sanitaire, circuit chauffage) viennent puiser de la chaleur selon leurs besoins.
Les échangeurs des différents circuits sont disposés dans la réserve de façon à optimiser les apports solaires et à favoriser les usages prioritaires. Une réserve thermique est généralement stratifiée. L’eau la plus chaude se retrouve en partie haute.
De l’eau chaude toute l’année avec un chauffe-eau solaire ?
En cas de déficit d’énergie solaire, le complément doit être apporté par une autre source d’énergie. Le chauffe-eau solaire assure le préchauffage et la chaudière ou un dispositif d’appoint apporte le complément.
En hiver, le système solaire préchauffe l’eau et la chaudière ou le dispositif d’appoint apporte le complément © Bernard Pierré
Dispositif d’appoint « en série »
Dans le schéma « en série » ci-dessus, un premier réservoir est préchauffé par le capteur solaire thermique. L’eau préchauffée entre dans le deuxième réservoir où la chaudière apporte le complément pour garantir la température régulée (48 à 50°C). Chaque régulateur agit indépendamment.
Dispositif d’appoint dans un ballon tampon « multisources »
Dans le 2ème schéma, le capteur solaire et la chaudière fournissent leur énergie au réservoir tampon. Des transferts de chaleur s’opèrent du bas vers le haut. L’échangeur solaire est généralement en partie basse et préchauffe l’eau interne. Si l’apport solaire est suffisant, il réussira à chauffer tout le réservoir. Sinon, le complément chaudière situé en partie haute complètera. L’échangeur du circuit eau chaude vient puiser ses calories dans la partie supérieure.
Pour optimiser encore l’apport solaire…
Dans les systèmes les plus sophistiqués pilotés par un système de gestion technique centralisée, les deux régulations peuvent communiquer ou réagir en fonction d’informations extérieures comme une prévision météo.
On peut aussi y valoriser un apport solaire excédentaire dans un circuit chauffage basse température comme un plancher chauffant.
En conclusion, un système solaire thermique bien conçu et bien adapté aux besoins permet de faire de très substantielles économies et de fournir de l’eau chaude « gratuite » et de façon autonome tout l’été.
Plus de 60 % de l’énergie solaire arrivant sur le panneau thermique peut être captée et stockée versus 15 % pour un système eau chaude photovoltaïque pour lequel le stockage, plus complexe et plus cher, n’est en général pas intégré.
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C’est Raymond Bar (donc Giscard, qui, soit dit en passant, profite toujours de nos sous pour sa retraite) qui avait fait stopper toutes les évolutions à partir du moment où ce n’était pas rentable pour les industriels mais seulement aux artisans !
On en paie maintenant le prix
Le chauffe eau solaire est ce qu’il y a de plus rentable et encore plus quand il est aussi couplé avec du photovoltaïque