Principe de fonctionnement du chauffe-eau solaire
Le chauffe-eau solaire produit de l’eau chaude sanitaire (ECS) grâce à l’énergie gratuite du soleil. Il se compose de plusieurs éléments : capteurs solaires, ballon de stockage, système de régulation, appoint intégré ou séparé.
Son fonctionnement se repose sur le principe du cycle thermodynamique, c’est-à-dire une suite de transformations successives au cours desquelles un fluide change d’état (température, pression) pour réaliser un transfert thermique et finalement revenir à l’état initial et recommencer le cycle. Plus concrètement, les panneaux solaires thermiques sont installés sur le toit d’un logement et captent l’énergie solaire. Les calories sont ensuite transmises au fluide caloporteur qui circule en circuit fermé jusqu’à l’échangeur thermique du ballon de stockage et transmet sa chaleur à l’eau contenue dedans. L’eau chaude ainsi produite est acheminée via le réseau de tuyauterie du logement jusqu'à tous les points de tirage (douche, robinets de cuisine, etc), tandis que le fluide caloporteur refroidi retourne vers les capteurs solaires pour être réchauffé à nouveau. Ce système se complète d’un appoint pour garantir une production d’eau chaude sanitaire même en hiver quand le soleil est rare. Cela peut être un appoint intégré électrique (résistance), hydraulique (au gaz, bois ou fioul), mixte (électrique et hydraulique) ou un appoint séparé (si votre logement est déjà équipé d’un ballon d’eau chaude classique).
Le système de production d’eau chaude sanitaire fonctionnant avec l’énergie solaire possède de nombreux avantages environnementaux et économiques.
Avant tout, il utilise une source d’énergie gratuite et inépuisable, préservant ainsi l’environnement. Lors de son fonctionnement, il ne génère pas d’émissions de CO² ni d’autres gaz à effet de serre, vous permettant de réduire votre impact carbone.
Il fait également du bien à votre portefeuille. On estime qu’en remplaçant un cumulus électrique par un ballon solaire on peut réaliser une économie de 60% - 70% sur sa facture d’eau chaude.
Enfin, c’est un système performant, avec une bonne durée de vie. Il ne demande que peu d’entretien et ne génère pas de nuisances sonores qui pourraient gêner votre voisinage.
Les différents types de chauffe-eaux solaires
Il existe plusieurs types de chauffe-eaux solaires.
Types de capteurs solaires thermiques
Premièrement, il faut dire qu’il est possible d’utiliser divers types de capteurs thermiques. Les capteurs plans vitrés sont les plus couramment utilisés. Se présentant sous forme d’un caisson fermé par une vitre transparente, ils ont une capacité d’absorption de chaleur très importante et permettent de réchauffer l’eau entre 50 et 80 °C, voire jusqu’à 90 °C pour les modèles à double vitrage.
Les capteurs solaires à tubes sous vide ont l’avantage de ne pas avoir besoin d’une inclinaison de toiture particulière pour fonctionner correctement. Ils sont aussi très performants quand il y a un grand ensoleillement, mais peuvent se révéler fragiles à cause de la forte différence de pression entre l’atmosphère et la cellule sous vide.
Les capteurs plans non vitrés sont les moins onéreux. En plastique ou en acier inoxydable, ils affichent des performances moindres et servent surtout à chauffer l’eau des piscines.
Chauffe-eaux à circulation directe et indirecte
Il faut aussi distinguer des chauffe-eaux à circulation directe et à circulation indirecte. En cas de circulation directe, l’eau circule à travers les capteurs où elle est réchauffée, et vers le réservoir d’eau pour ensuite être acheminée vers les différents points de tirage. Ce système est facile d’installation et d’entretien, relativement abordable financièrement et permet d’avoir une température d’eau plus élevée car il n’y a pas de pertes de chaleur à cause de l’échange thermique. Toutefois, il est sensible au calcaire et la surchauffe et surtout, il fonctionne mieux dans les régions où les températures descendent rarement en dessous de zéro.
Si dans votre région les hivers sont rudes, il vaut mieux opter pour un chauffe-eau à circulation indirecte. C’est celui dont nous avons décrit le fonctionnement dans le chapitre précédent : il possède un échangeur thermique et utilise un fluide caloporteur (qui est le plus souvent un mélange d’eau et d’antigel) afin de transférer les calories des panneaux solaires jusqu’au ballon de stockage d’eau chaude. Résistant au gel, au calcaire et sans risque de surchauffe, ce système a aussi quelques inconvénients : il est plus cher à l’achat, d’installation complexe et son pouvoir de chauffe est inférieur à celui des modèles à circulation directe à cause des déperditions de chaleur lors de l’échange thermique.
Autres types de chauffe-eaux solaires
La liaison entre le ballon et les capteurs peut se faire sans assistance (chauffe-eau à thermosiphon, ou monobloc) ou à l’aide d’une pompe électrique (chauffe-eau à circulation forcée). Ce dernier a des rendements plus élevés, mais il est plus coûteux et plus difficile à installer.
En outre, il existe des modèles de chauffe-eaux autovidangeables ou sous pression permanente. Les chauffe-eaux du premier type fonctionnent par intermittence, s’activant pour produire la quantité d’eau nécessaire et se désactivant, quand il n’y en a plus besoin. Ils sont plus robustes grâce à la suppression des éléments fragiles, qui causent souvent des fuites (vase d’expansion, clapet anti-thermosiphon), mais demandent un investissement plus élevé que les modèles sous pression permanente et doivent être entièrement étanches ce qui complique l’installation.
Dimensionnement de votre chauffe-eau
Bien dimensionner votre chauffe-eau solaire est vital pour lui assurer une efficacité optimale et pour cela, plusieurs éléments doivent être pris en compte.
Comment choisir la capacité de votre chauffe-eau solaire ?
Pour choisir une bonne capacité de votre chauffe-eau solaire, il faut avant tout compter le nombre de personnes de votre foyer.
- Pour 1 à 3 personnes, vous choisirez un ballon solaire de 90, 150 ou 200 litres ;
- Pour une famille de 2 à 4 personnes, un ballon de 150, 200 ou 300 litres sera suffisant ;
- Pour une famille de 3 à 5 personnes, optez pour un ballon de 200 ou 300 litres ;
- Pour une famille de 4 à 7 personnes, préférez un ballon de 300 ou 400 litres ;
- Si vous êtes 6 à 10 personnes dans votre logement, choisissez un ballon de 400 à 500 litres.
Vous devez également prendre en considération vos habitudes de consommation. Nos besoins en eau chaude sanitaire varient grandement selon qu’on soit habitué à prendre des bains ou des douches. Une baignoire, c’est en moyenne 120 à 140 litres d'eau chaude à 38°C, tandis qu’une douche ne consomme que 15 à 20 litres d’eau par minute. Si vous ne passez habituellement que 5 minutes sous la douche, vous ne devez pas consommer plus de 100 litres d’eau en une fois.
Notez aussi qu’un adulte utilise plus d’eau qu’un enfant et qu’une personne sportive aura une consommation plus importante à cause des douches quotidiennes répétées.
N’oubliez pas non plus que le climat influence les besoins en eau chaude. Plus il fait froid, et plus ces derniers sont revus à la hausse. Choisissez donc un chauffe-eau doté d’une capacité adaptée au climat de votre zone géographique.
Orientation et inclinaison des panneaux
L’emplacement des panneaux solaires permet d’optimiser l’exposition au soleil. Il est donc crucial pour maximiser les performances de votre chauffe-eau.
Idéalement, les panneaux solaires doivent être installés sur un toit dégagé, sans ombrage et orienté vers le sud, car c’est là que le soleil est le plus haut et le plus fort. Cependant, une orientation sud-est ou sud-ouest reste possible, tout comme l’orientation est et ouest, si vous optez pour les capteurs à tubes sous vide car leur forme ronde permet de mieux absorber le rayonnement solaire avec de grands angles. En revanche, vous devez bannir l’orientation nord, nord-est et nord-ouest : votre production de chaleur serait alors beaucoup trop faible.
Le rendement de vos panneaux solaires thermiques va également dépendre de leur inclinaison, c’est-à-dire de l’angle entre le panneau et le sol. La meilleure inclinaison se situe entre 30° et 35°, permettant aux capteurs d’être perpendiculaires aux rayons solaires. Notez que l’inclinaison du panneau doit être ajustée en fonction de la latitude du lieu d’installation. Plus cette dernière est élevée, plus l’angle d’inclinaison doit être important.
Installation et entretien d’un chauffe-eau solaire thermique
L’installation et l’entretien de votre chauffe-eau solaire doivent être faits dans les règles de l’art. C’est la condition sine qua non de son bon fonctionnement et sa longévité.
Coûts et subventions
L’installation d’un chauffe-eau solaire est une opération complexe qui doit être confiée à un professionnel, de préférence certifié RGE (Reconnu Garant de l’Environnement). Cela veut dire, que vous devrez payer non seulement le matériel, mais aussi la main-d’œuvre.
Le prix d’un chauffe-eau solaire dépend de plusieurs paramètres, comme vos besoins en eau chaude, la surface disponible pour la pose des panneaux solaires, votre région géographique, l’accessibilité de la toiture, etc. Pour vous donner une idée, le prix moyen d’un chauffe-eau solaire clé en main pour une famille de trois ou quatre personnes se situe entre 6 000 et 8 000 € TTC.
L’investissement est important, mais il vous permet par la suite d’utiliser une énergie gratuite, de réduire sensiblement votre dépendance aux énergies fossiles et ne plus être concerné par la hausse de leur prix. Cela vous permet d’amortir assez rapidement votre appareil : en moyenne, on estime qu’il faut entre 10 et 15 ans pour avoir le retour sur investissement.
Et le chauffe-eau solaire devient encore plus rentable avec les aides gouvernementales et les subventions locales que vous pouvez obtenir.
En 2023, l’installation d’un chauffe-eau solaire vous donne droit à plusieurs aides financières, dont MaPrimeRénov’, les primes énergie, la TVA à taux réduit de 5,5% et les aides locales. Le montant de ces aides est souvent calculé en fonction de vos revenus et du gain énergétique apporté par les travaux. Certaines aides peuvent être cumulées entre elles, et vous pouvez aussi financer votre installation grâce l’éco-PTZ (éco-prêt à taux zéro).
Entretien et durabilité
Si vous souhaitez amortir au plus vite votre chauffe-eau solaire, vous ne devez pas faire l’impasse sur son entretien régulier. Il garantit à votre chauffe-eau un bon fonctionnement, une efficacité optimale et une excellente longévité.
Le nettoyage des capteurs solaires est une étape cruciale. Il faut en enlevez la poussière, les feuilles et tous les autres débris qui pourraient bloquer la lumière du soleil et réduire l’efficacité du système. Vous devez aussi surveiller le fonctionnement du système : vérifier les indicateurs de température, le niveau du fluide caloporteur, etc. N’hésitez pas à faire appel à un professionnel si vous détectez une anomalie. Nous vous conseillons aussi de protéger votre appareil du calcaire en installant un adoucisseur ou un filtre sur l’arrivée d’eau froide, si vous habitez dans une région avec une eau dure. Vous pouvez aussi détartrer régulièrement votre ballon.
Il faut également prendre soin de votre chauffe-eau solaire lorsque vous partez en vacances. En hiver, protégez le système contre le gel en vidangeant le circuit primaire. En été, protégez-le contre la surchauffe, par exemple avec un dispositif de dissipation de la chaleur (vase d’expansion).
Aucune loi n’impose l’entretien professionnel de votre chauffe-eau solaire. Toutefois, nous recommandons de faire appel à un spécialiste au moins une fois par an pour une visite de maintenance : vérification de l’état général du système, contrôle de la pression et de la température du fluide caloporteur, remplacement de pièces usées ou défectueuses, vérification des réglages.
Pour protéger l’environnement, réduire son empreinte carbone, mais aussi réaliser des économies, l’énergie solaire apparait comme une alternative efficace aux modes de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire traditionnels. Toutefois, en optant pour un chauffe-eau solaire, il est très important de faire son choix en connaissance de cause, de prendre en compte tous les paramètres pour assurer à son système un maximum d’efficacité et faire du bien à son portefeuille, ainsi qu’à la planète.
