Solaire thermique

Les panneaux solaires thermiques produisent de l’eau chaude grâce au rayonnement solaire. Cette eau chaude peut être utilisée pour les besoins de chauffage et/ou d’eau chaude sanitaire (ECS) du bâtiment.

La valorisation de l’énergie solaire offre de nombreux avantages :

  • Disponible partout en France : le rayonnement solaire reçu en France est suffisant pour qu’une installation soit rentable à Strasbourg comme à Marseille ;
  • Des systèmes performants : les matériels sont éprouvés, les constructeurs fiables, l’appellation Qualisol offre un réseau d’installateurs compétents ;
  • Diminution de la dépendance énergétique : l’énergie solaire permet de couvrir jusqu’à 60 % des besoins en eau chaude sanitaire et 45 % des besoins de chauffage. C’est une manière de réduire sa dépendance aux énergies fossiles et ainsi d’anticiper leur augmentation de prix ;
  • Économies d’énergies : 4 m² de panneaux permettent d’économiser environ 1 500 kWh, soit une économie de 150 à 180 €/an par rapport à du fioul, de l’électrique ou du propane.

Un système utilisant l’énergie solaire thermique fournit de l’énergie GRATUITE pendant 20 ans minimum.

Techniques

Que cela soit pour une installation individuelle ou collective, pour des besoins d’eau chaude sanitaire ou de chauffage, pour le chauffage d’une piscine, l’Espace INFO-ÉNERGIE vous accompagne dans vos démarches techniques et financières.

Pour visualiser des exemples d’installations, des fiches techniques de projets sont disponibles sur la carte des logements performants du Rhône.

Le Chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI)

Fonctionnement du système à circulation forcée

Principe

Schéma de fonctionnement – Source ADEME

Capter l’énergie solaire à l’aide du capteur solaire thermique (1)

Transporter la chaleur

C’est le rôle du circuit primaire (2). Étanche et calorifugé, il contient de l’eau additionnée d’antigel (Eau glycolée). Ce liquide s’échauffe en passant dans les tubes du capteur et se dirige vers un ballon de stockage.

Restituer la chaleur
La chaleur est restituée à l’eau chaude sanitaire par l’intermédiaire d’un échangeur thermique (3). Le liquide primaire, refroidi, repart vers le capteur (4) où il est chauffé à nouveau tant que l’ensoleillement reste efficace.

Stocker l’eau chaude
Le ballon solaire (5) 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.

Faire circuler le liquide primaire
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) analysant les différences de températures : si la sonde du bas de ballon (10) 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.

Pallier l’insuffisance d’ensoleillement

Partout en métropole, on doit faire face à des périodes défavorables (hiver, mi-saison, longue période de mauvais temps). L’énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de la production d’eau chaude. Aussi, l’installation est équipée 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), souvent placée à mi-hauteur du ballon solaire ;
> D’un serpentin (11) (appoint hydraulique) raccordé à une chaudière (12) (gaz, fioul, bois) située en aval du ballon.
> Un second ballon pourvu d’un réchauffeur électrique peut également servir d’appoint.

L’objectif d’un chauffe eau solaire est de diminuer les charges énergétiques dues à la production d’Eau Chaude Sanitaire (ECS) grâce à l’énergie solaire.

Conception d’une installation

Positionnement des capteurs
Si le choix de l’orientation et de l’inclinaison est parfois guidé par des préférences architecturales, idéalement, sous nos latitudes, un capteur doit être positionné plein sud et incliné à 45°. Il est toutefois possible de s’écarter de ce point optimal (orientation + ou – 45°, inclinaison + ou – 15°) sans que les performances de l’installation n’en soient trop affectées.

Sur un bâtiment neuf, il est souvent possible de les intégrer dans la toiture du bâtiment.

Sur un bâtiment ancien, si la toiture n’est pas correctement orientée, la pose sur châssis est envisageable. Celui-ci peut également être installé sur un bâtiment annexe (garage, abris bois, etc.). Dans tous les cas, les capteurs doivent rester accessibles au cas où une intervention s’avérerait nécessaire (remplacement de la sonde, purge bouchée…)

Il est impératif de prendre en compte la présence de masques proches (ombre d’immeuble, cheminée, arbre) qui peuvent avoir un impact lourd sur les performances de l’installation. Cela peut justifier un positionnement moins bien orienté car moins soumis aux ombrages.

Dimensionnement de l’installation
Dans le Rhône, dans la plupart des cas, un kit chauffe-eau solaire composé de 4 m2 de capteur suffit à couvrir 60 % des besoins d’une famille composée de 4 à 5 personnes. Pour la production d’ECS (Eau Chaude Sanitaire), on prévoit de 0,7 à 1,5 m2 de capteurs solaires thermiques par habitant et un volume de stockage d’environ 50 litres par m2 de capteurs.

Ainsi dimensionné la productivité attendue d’un chauffe-eau solaire doit a minima dépasser 400 kWh/an/m2 de capteur installé. Cette productivité permet de couvrir 50 à 60 % des besoins annuels utiles d’eau chaude sanitaire.

En été, la couverture des besoins est proche de 100 %. Ceci permet de ne pas utiliser sa chaudière d’appoint durant 2 à 4 mois. En évitant de faire fonctionner sa chaudière, pendant quelques mois, avec de mauvais rendements pour des simples besoins d’eau chaude, on économise sur la durée de vie de sa chaudière.

Mesurer la performance de son installation

Le fonctionnement d’un chauffe-eau est absolument transparent, il ne vient en aucun cas perturber le fonctionnement de votre installation de production d’eau chaude. Aussi, est il parfois difficile de suivre en temps réel le bon fonctionnement de l’installation. l’INES (Institut National de l’Énergie Solaire) propose gratuitement aux maîtres d’ouvrage qui le demandent, une instrumentation et un télésuivi de l’installation. Ce service, financé par l’ADEME et la région Rhône-Alpes permet aux maîtres d’ouvrages de vérifier mois par mois le bon fonctionnement de son installation et de détecter toute anomalie.
Pour plus d’information sur le télésuivi web : http://e-learning.ines-solaire.org/telesuiweb/webapp/

Le Système Solaire Combiné (SSC)

Le Système Solaire Combiné (SSC) produit de l’eau chaude sanitaire et du chauffage.

Principe d’un chauffage solaire – Source ADEME

Il se compose de :
> Capteurs solaires, qui transforment l’énergie du soleil en chaleur. Afin de capter suffisamment d’énergie en hiver il est nécessaire d’avoir une surface assez importante entre 10 et 30 m2 de panneaux.
> La chaleur fournie par le soleil par l’intermédiaire des capteurs est stockée dans un réservoir d’eau tampon par le biais d’un échangeur de chaleur. Ce réservoir est généralement appelé ballon tampon. Cette eau ainsi réchauffée est utilisée pour le chauffage des bâtiments à l’aide d’émetteurs.
> des émetteurs basse température, radiateurs ou planchers chauffants, dans lesquelles circule le fluide caloporteur chauffé par les capteurs,
> d’un groupe de transfert, qui gère le chauffage du bâtiment, la production d’eau chaude sanitaire et éventuellement le chauffage de l’eau d’une piscine en été.
Ce système permet de couvrir la totalité des besoins en eau chaude sanitaire en été et, en hiver, de couvrir de 30 à 50 % des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire.
Comme pour le chauffe-eau solaire il est donc toujours nécessaire d’avoir recours à un appoint.

Choisir son appoint

Pour palier aux déficits d’ensoleillement, une source d’énergie d’appoint est nécessaire. On distingue deux grandes familles.

Le chauffage à appoint intégré
C’’est un système de chauffage intégré au système de production de chaleur solaire (chaudière gaz, fioul, chaudière automatique au bois…), qui viendra automatiquement assurer le relais, en cas de déficience du solaire. La chaleur produite par l’appoint sera directement stockée dans le ballon tampon (SSCI) ou dans la dalle (PSD). Ce type de système, plus onéreux en terme d’investissement de départ, offrira un plus grand confort pendant son utilisation du fait de son automaticité.

Le chauffage à appoint séparé
C’est un système de chauffage séparé du système de production de chaleur solaire (poêle, cheminée, convecteur, chaudière à bûches…) qui viendra assurer un complément de chaleur en cas de déficience du solaire. La chaleur produite par cet appoint est indépendante du système de production de chaleur solaire et va permettre d’émettre de la chaleur « localement » dans la maison. Ce type de système, moins onéreux en terme d’investissement de départ, peut s’avérer un peu plus contraignant que l’appoint intégré du fait de son caractère non automatique et d’une production de chaleur décentralisée (ex : poêle).

Un système à part : Le Plancher Solaire Direct

Le plancher solaire direct – Source Clipsol

La différence fondamentale avec les autres Systèmes Solaires Combinés Individuels (SSCI) réside dans le fait qu’il n’y a pas de stockage de chaleur dans un ballon tampon pour le chauffage. C’est la dalle qui va stocker la chaleur captée par les capteurs solaires.

Le fonctionnement des Planchers Solaires Directs (PSD) est simple. Le rayonnement solaire est transformé en chaleur par les capteurs solaires. L’eau chaude des capteurs solaires est directement envoyée dans des planchers de 12 à 30 cm d’épaisseur qui la stockent et en réémettent une partie sous forme de rayonnement. Une épaisseur de dalle de 12 à 15 cm est optimale.

La technique du PSD est développée en France depuis une quinzaine d’années. Elle a été mis au point par l’École Supérieure d’Ingénieurs de Marseille (ESIM). Le PSD apporte tout le confort souhaitable : chauffage par rayonnement, excellente répartition de la chaleur, basse température du plancher (20 à 25°C). Le PSD est constitué d’un tube noyé dans une dalle de béton dans lequel s’écoule un fluide qui, en circulant, transmet la chaleur à la dalle. Chaque boucle ou nappe est reliée à un collecteur, qui distribue le fluide dans les différentes pièces du bâtiment. Un bon emplacement du collecteur permet d’avoir un système général bien équilibré. Il n’y a pas de ballon de stockage tampon entre les capteurs et le PSD. La suppression des intermédiaires augmente le rendement des capteurs, qui peuvent fournir de l’énergie pour le chauffage même par une froide journée d’hiver ensoleillée. En hiver, la majeure partie de l’énergie solaire est dirigée dans la dalle. À la mi-saison, une partie va dans la dalle et le reste dans l’eau chaude. En été, toute l’énergie solaire sert à produire de l’eau chaude sanitaire. L’installation du PSD est plus particulièrement réservée aux constructions neuves, pour faciliter son installation. Le PSD se pose comme tout autre plancher chauffant, le montage des capteurs est relativement simple et les raccordements hydrauliques entre les différents éléments relèvent de la plomberie traditionnelle. Le dimensionnement des PSD s’effectue par étude thermique, et le calcul doit permettre que :
> la densité des tuyaux soit suffisante pour combler les déperditions de la pièce (à évaluer) ;
> la température du sol n’excède pas 28°C ;
> la température du fluide n’excède pas 50°C ;
> les pertes de charge ne soient pas trop élevées. On estime que 1 m2 de capteurs permet de chauffer 7 à 10 m2 de dalle.
Pour les maisons au chauffage solaire, la dalle chauffante est un élément à part entière du système de chauffage solaire. Elle assure les rôles d’émission de la chaleur, de déphasage et de réduction des pics de puissance. La face intérieure de la dalle doit être isolée afin d’éviter les déperditions de chaleur vers le bas. L’isolant utilisé doit résister aux phénomènes de compression. Il est conseillé d’ajouter une couche de polyane (plastique fin) avant de couler la dalle, pour éviter que le béton s’infiltre dans l’isolant.

Pour la pose d’un plancher chauffant il faut prendre en compte les propriétés thermiques du béton (conductivité et chaleur massique) qui joue sur le délai que met la chaleur à être perceptible à la surface du sol. Ainsi la chaleur emmagasinée au moment le plus chaud de la journée sera restituée dans la soirée, au coucher du soleil.
Une dalle épaisse stockera mieux l’énergie qui y est injectée, mais au détriment de la capacité de régulation de la puissance injectée, notamment lors de l’utilisation de l’appoint. Une épaisseur de dalle de 12 à 15 cm est optimale.

Mettre en place un chauffage solaire dans l’existant

Sur une maison ancienne, généralement mal isolée et qui posséderait déjà un système de chauffage par radiateurs à haute température (classiques), la solution du Système Solaire Combiné (SSC) n’est pas conseillée. Dans ce cas là, il est préférable de se tourner vers une chaudière automatique au bois qui permet de conserver le système de chauffage (émetteurs de chaleur) en l’état. En revanche dans le cadre d’une rénovation lourde, la solution solaire pour le chauffage est envisageable, deux règles indispensables à respecter :
> Isoler “bien” : dans un premier temps il est nécessaire d’isoler au maximum sa maison en éradiquant autant que possible les “fuites thermiques”.
> Chauffer “doux” : comme nous l’avons expliqué ci-dessus, il est nécessaire d’utiliser des émetteurs basse température pour avoir un Système Solaire Combiné efficace et rentable. Il est donc possible, après une isolation performante, de mettre en place un système de plancher chauffant, des radiateurs basse température, ou d’utiliser les radiateurs installés initialement qui sont devenus trop puissants : “ils sont surdimensionnés”. Il est donc possible de faire circuler de l’eau moins chaude pour répondre aux besoins de chauffage de la maison car la surface d’échange de chaleur est dimensionnée pour les besoins avant isolation. Ainsi dans ce cas et dans ce cas uniquement, il est envisageable d’utiliser le solaire pour répondre à des besoins de chauffage dans de l’ancien.

Quelques pistes pour une installation réussie

L’inclinaison des panneaux :
La hauteur du soleil dans le ciel est différente en été et en hiver. Lorsque l’on fait du chauffage solaire, on cherche à bénéficier d’un maximum de rayonnement solaire en hiver. Ainsi, pour les installations de chauffage solaire, il est préférable d’approcher les 60° d’inclinaison qui permettent une bonne réception du flux solaire en hiver, et offre une inclinaison suffisante en été pour les simples besoins d’eau chaude sanitaire en évitant les problèmes de « surchauffe ».

Les phénomènes de « surchauffe l’été » : 
L’été la surface de panneaux est trop importante, on voit alors apparaître le phénomène de « surchauffe » : le circuit stagne à des températures élevées ce qui, à terme, peut être nuisible pour la longévité de l’installation. 
Il est indispensable d’envisager une décharge de l’énergie supplémentaire.
Pour réduire ces phénomènes, on pourra également :
> avoir une inclinaison approchant les 60° ;
> avoir un vase d’expansion bien dimensionné supportant la dilatation voire l’évaporation du fluide caloporteur ;
> réguler l’installation gérant la surchauffe en faisant circuler le fluide lorsque le capteur est à trop haute température, en journée ou en nocturne ;
> installer des capteurs auto-vidangeables.

La productivité solaire 

C’est le rapport entre la quantité d’énergie solaire produite et la surface de panneaux installée. Pour qu’une installation soit bien dimensionnée, il faut non seulement couvrir une bonne partie des besoins mais également une bonne productivité, signe d’un investissement adapté. La surface de panneaux ne doit être :
> ni trop faible, car dans ce cas là on assure qu’une petite partie des besoins d’ECS.
> ni trop élevée, car au-delà d’un certain seuil augmenter la surface de panneaux n’augmente que très peu la production solaire et génère des risques pour l’installation

Choisir un spécialiste référencé QUALISOL COMBI :
La réalisation d’un chauffage solaire est généralement plus complexe que pour un simple chauffe-eau. Il est indispensable de se tourner vers un professionnel référencé par l’organisme Qualit’ENR, ayant l’agrément Qualisol Combi et ayant déjà de l’expérience dans l’installation d’un tel système.

Le Chauffe-Eau Solaire Collectif

Applications de l’eau chaude solaire collective

Des applications pertinentes…
Certains secteurs se prêtent particulièrement bien à l’usage du chauffe-eau solaire collectif. De petits systèmes similaires aux chauffe-eau individuels s’avèrent particulièrement intéressants dans les gîtes ruraux, des bâtisses de 2 à 4 logements, les sanitaires de camping, les restaurants. On trouve également des systèmes plus importants et complexes dans les immeubles de logements, dans les maisons de retraite, hôpitaux, hôtels, gymnases, piscines, stades.

…et d’autres qui le sont moins
Les sites les plus pertinents pour la réalisation d’un chauffe-eau solaire collectif sont ceux dont les consommations d’eau chaude sont importantes et constantes durant l’année. Ainsi, il est généralement déconseillé de recourir à ce type de systèmes dans les immeubles où les consommations d’eau chaude sont très faibles ou dans les établissements scolaires voire sportifs qui sont non occupés durant l’été.

Principe d’un chauffe-eau solaire collectif – source ADEME

Le pré-dimensionnement d’un projet

Une des principales règles à respecter pour assurer la pertinence technico-économique d’un projet est de ne pas sur-dimensionner la surface de panneaux solaires par rapport aux besoins.

Les besoins :
La première phase repose donc sur l’évaluation des besoins d’eau chaude sanitaire. Pour ce faire, deux méthodes existent :
> dans l’existant : estimation à partir des relevés de consommations existantes ;
> dans le neuf : simulation à partir de ratios ; Dans ce dernier cas, la valeur du ratio dépend bien entendu de la nature du projet :

TYPOLOGIE CONSOMMATIONS
Logement 33 l à 55°C/jour/pers.
Camping 12 l à 55°C/jour ouvert/pers.
Hôtel 4 saisons 78 l à 55°C/jour/pers

Exemples de ratios de consommations d’eau chaude – Source : ASDER

Le volume de stockage
Le volume de stockage est généralement déterminé pour avoir une autonomie d’une journée.

La surface des capteurs
La surface de capteur dépend principalement de la taille du stockage et des conditions d’ensoleillement du site. De manière générale en Rhône-Alpes, la surface retenue avoisine les 1 m2 de capteur pour 50 litres de stockage. L’objectif de ce dimensionnement est d’atteindre un taux de couverture par l’énergie solaire de l’ordre de 50 %. Plusieurs logiciels peuvent aider au bon dimensionnement du système : solo2000 (gratuit), simsol (gratuit), retscreen (gratuit), polysun, transol, ou encore T-sol…

Suivi d’une installation collective
Pour des projets collectifs il est de plus en plus recommandé, voire obligatoire dans certains cas, de réaliser un suivi de son installation. Pour les petites installations (< 50 m2) l’INES (Institut National de l’Énergie Solaire) propose gratuitement aux maîtres d’ouvrage un télésuivi via Internet pour les installations en région Rhône-Alpes. Ce service, financé par l’ADEME et la région, permet aux maîtres d’ouvrages de vérifier mois par mois le bon fonctionnement de leur installation et de détecter toute anomalie.

Pour les installations moyennes (entre 25 et 50 m2), l’ADEME propose le dispositif X3A permettant de réaliser un suivi plus complet de l’installation sur 3 ans. Pour plus d’informations sur la mise en place du dispositif et son financement, contactez la délégation de l’ADEME de votre région ou l’Espace Info->Énergie de votre département.

Pour les installations plus conséquentes (> 50m2), il est obligatoire de procéder à un suivi de type GRS (Garantie de Résultats Solaires). La GRS engage les opérateurs d’une réalisation solaire thermique à assurer au client une production solaire annuelle pendant au moins trois ans. Les professionnels engagent par contrat leur responsabilité collectivement. Si les performances prévues ne sont pas atteintes, le groupe constitué du fabricant, de l’installateur, du bureau d’études et de l’exploitant, dédommage le maître d’ouvrage. Tecsol est un bureau d’études spécialisé dans la GRS.

Vers la généralisation du chauffe-eau solaire collectif ?

Il n’y a à l’heure actuelle aucune contrainte légale imposant l’usage de chauffe-eau solaire collectif dans les logements. Pourtant, les objectifs de la France et de l’Europe en matière de développement des énergies renouvelables à l’horizon 2020 laissent à penser que les techniques de chauffe-eau solaire tendront à se généraliser dans les années à venir. Quelques initiatives à différentes échelles montrent qu’incitations ou contraintes ont permis de développer fortement le solaire thermique notamment en collectif.

En Europe
A Barcelone, depuis le 1er août 2000, un arrêté municipal impose la mise en place de chauffes-eau solaires sur tous les bâtiments collectifs construits ou rénovés à compter de cette date. Un acte fort qui marque la volonté politique de cette grande ville de s’engager dans la transition énergétique. Depuis, cette mesure s’est étendue sur l’ensemble du territoire espagnol.

En France
A l’heure actuelle, le solaire thermique collectif ne peut être rendu obligatoire que dans des zones spécifiques : ZAC, lotissements…

L’exemple de l’éco-quartier Lyon-Confluence initié début 2002 a montré qu’il était envisageable de généraliser le solaire thermique sur un quartier de plusieurs centaines de logements. Le règlement de zone impose en effet pour 3 îlots un taux de couverture minimum par les énergies renouvelables de 80 %. Le solaire thermique s’est donc imposé comme une des solutions les plus pertinentes par les promoteurs retenus sur ce projet.

A court terme, avec l’apparition de la nouvelle réglementation thermique 2012 imposant des seuils de consommations inférieurs à 50 kWh/m2, il est probable que le solaire thermique devienne un élément incontournable de toute construction neuve.

Systèmes mixtes thermiques/photovoltaïques

l existe des capteurs dits « hybrides » photovoltaïques/thermiques, utilisant de l’eau ou de l’air pour transporter la chaleur du capteur jusqu’au logement. Ainsi le système produit à la fois de l’électricité et de l’eau chaude/du chauffage par air chaud.

Télécharger notre fiche technique sur les systèmes aérovoltaïques/hybrides.

Les différents types de capteurs

Le capteur vitré

Eau Chaude Sanitaire et chauffage dans les pays froids et tempérés

Fonctionnement

Capteur plan solaire thermique – Source Clipsol

La composition d’un capteur solaire est très simple, il est uniquement constitué :
> d’un corps noir qui absorbe le rayonnement solaire (ex : un panneau en aluminium teinté) ;
> d’un fluide caloporteur (principalement de l’eau mélangée à un antigel type gyclol alimentaire) ;
> d’un isolant thermique (laine minérale) ;
> d’une couverture transparente qui assure l’effet de serre (vitre) ;
> d’un cadre (en aluminium) ;

Ce capteur absorbe le rayonnement solaire et le transforme en chaleur transmise à un fluide caloporteur (eau glycolée). La chaleur ainsi captée est ensuite transférée vers un réservoir de stockage. Il se présente sous forme de caissons de différentes dimensions, ou sous forme d’éléments séparés à intégrer directement dans l’architecture des bâtiments. Ses dimensions peuvent varier de quelques mètres carrés (individuel) à plusieurs centaines de mètres carrés (installations collectives). Ce système peut atteindre une efficacité de plus de 85 %.

Mode d’utilisation
Le capteur plan vitré permet du produire du chauffage et de l’eau chaude sanitaire (ECS) pour les bâtiments en pays tempérés ou froids. Idéal pour les températures de 50-60°C, au cœur de l’été sa température peut monter jusqu’à des valeurs supérieures à 100°C. C’est le capteur le plus répandu et le mieux adapté pour répondre à ces besoins par le biais de l’énergie solaire.

Le capteur sous-vide

Eau chaude et chauffage en zone froide, surfaces réduites ou orientation imparfaite, applications à haute température.

Fonctionnement
Il est le même que celui du capteur plan à liquide vitré, mais le vide créé à l’intérieur des tubes permet de réduire conséquemment les déperditions en chaleur. Ce capteur atteint ainsi des températures plus élevées.

Mode d’utilisation
Le choix de ce capteur est intéressant pour répondre à des besoins en chaleur qui ne peuvent être satisfaits par le capteur plan vitré. Il peut, par exemple, être installé sur des procédés de climatisation par absorption où des températures de plus de 80°C sont nécessaires, ou encore être utilisé pour la distillation.

Capteur sous vide

Le capteur non vitré, dit « capteur moquette »

Piscine, douche solaire, ECS dans les pays chauds

Fonctionnement
Ce capteur consiste en un réseau de tubes noirs en matière plastique, accolés les uns aux autres. Pour chauffer l’eau d’une piscine, les capteurs peuvent être insérés dans le circuit de filtration. Ils sont ainsi directement parcourus par l’eau retournant au bassin.

Utilisations
Le rendement du capteur moquette est très bon pour produire des températures proches de la température de l’air ambiant (20 à 30°C). Les quelques degrés supplémentaires apportés à l’eau de la piscine permettent d’en allonger le confort et la durée d’utilisation de plusieurs semaines. Le dimensionnement recommandé est de 1 m2 de capteur pour 2 m2 à 3 m2 de plan d’eau. Une couverture nocturne du bassin permet par ailleurs de réduire les besoins en chaleur de la piscine. Pour chauffer des piscines d’été individuelles ou collectives, ces capteurs représentent un investissement idéal en Rhône-Alpes car à moindre coût, ils répondent parfaitement à des besoins spécifiques saisonniers.

Pour un fonctionnement sur des périodes plus longues, y compris en hiver il est également envisageable de coupler les capteurs moquettes à une Pompe à Chaleur. Les capteurs servent alors de source d’énergie pour la pompe à chaleur, lui permettant d’accroître sensiblement ses performances (COéfficient de Performance/COP réel moyen > 3,5).

Le capteur à air

Chauffage d’air chaud dans les bâtiments, séchage de produits agricoles

Fonctionnement
Le principe est d’augmenter la température de l’air de 5 à 10°C. Une élévation de 4°C double déjà la capacité de séchage de l’air et divise le temps de séchage par 2. L’air ventilé est réchauffé dans le capteur à air ; entre la couverture du toit et un isolant hydrofuge cloué sous les pannes de la charpente du bâtiment. Le ventilateur met en pression l’air chauffé sous le faux-fond du séchoir ; l’air traverse le produit à sécher et se charge de son humidité avant d’être évacué. Le capteur solaire à air est constitué d’une surface foncée absorbant la chaleur et d’une surface isolante. La couverture peut être achetée teintée ou être teintée par la suite au sulfate de manganèse.

Capteur solaire thermique à air

Le séchoir solaire à air comporte :
> le capteur, à travers lequel passe l’air à réchauffer,
> la gaine de collecte et de ventilation, contenant le ventilateur,
> l’air de séchage traversé par l’air réchauffé.

Deux grandes catégories de capteurs à air se distinguent :
> les capteurs « simple effet » ;
> les capteurs « à effet de serre ». L’utilisation de ces-derniers, plus efficaces mais plus coûteux, doit se justifier par la nécessité.

Le système de séchage peut être augmenté d’une énergie d’appoint intégrée au circuit d’air : un échangeur raccordé à une chaudière gaz, bois ou fioul, complète le chauffage. Cet appoint est à réserver à certains cas précis : surface de toiture réduite ou mal orientée, récolte tardive, produit difficile à sécher, augmentation de la production. Le dimensionnement du séchoir solaire dépend de la gamme principale de produits à sécher.

Les principales utilisations sont le séchoir de produits agricoles et le chauffage d’étables.

Foire aux questions

Faisabilité technique

Quelles différences y-a-t-il entre les panneaux solaires thermiques et les panneaux solaires photovoltaïques ?
Les panneaux solaires thermiques utilisent directement la chaleur du soleil tandis que les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière en énergie électrique. Les capteurs thermiques sont basés sur une technologie très simple offrant de bons rendements (50 %), et sont utilisés pour la production de chaleur. Les panneaux photovoltaïques sont des systèmes plus complexes et coûteux, ayant un rendement relativement faible (14 %), en revanche l’énergie qu’ils produisent est plus « noble » car elle peut être utilisée pour le fonctionnement d’appareils électriques complexes (électroménager).

Puis-je couvrir la totalité de mes besoins en eau chaude sanitaire avec un CESI (Chauffe-Eau Solaire Individuel) ?
NON ! Un CESI nécessite toujours un appoint afin de pallier aux pics de consommations et au manque de production lors des semaines peu ensoleillées. Plus l’on cherchera à couvrir une partie importante des besoins, plus la rentabilité économique du projet sera faible, augmentant également les risques de surchauffe du système. Le bon compromis économique se situe en général aux environs de 50 % de couverture des besoins.

Puis-je chauffer ma maison avec des capteurs solaires ?
Partiellement. Il est en effet possible de couvrir une partie des besoins, jusqu’à 50 % environ. Au-delà, la rentabilité économique du projet n’est plus assurée et le risque de surchauffe du système en été peut dégrader la fiabilité / durée de vie de l’installation.

Pourquoi ne pas plutôt utiliser l’électricité solaire (panneaux photovoltaïques) pour chauffer ma maison ?
Dégrader de l’énergie électrique solaire en chaleur est une aberration économique (non rentable) ! Le rendement d’une installation solaire photovoltaïque est environ 4 fois plus faible que celle d’une installation thermique. Pour produire la moitié des besoins de chauffage d’une maison, il faudrait environ 100 m² de panneaux solaires photovoltaïques (soit 80 000 € d’investissement). Pour tout ce qui concerne le chauffage de la maison, il est largement préférable d’investir dans un système de chauffage performant (chaudière bois, chaudière condensation…) et d’ajouter des panneaux solaires THERMIQUES pour réduire les consommations de combustible.

Puis-je installer mes capteurs n’importe où ?
NON ! Dans le cas où le bâtiment est situé dans le périmètre des 500 m d’un site classé, monument historique ou secteur sauvegardé où qu’il y a covisibilité entre le monument et les panneaux, il faut contacter le Service Départemental de l’Architecture et du Patrimoine. L’Architecte des Bâtiments de France peut alors émettre un avis favorable ou défavorable pour l’installation des panneaux.

Un capteur solaire performant implique-t-il une installation performante ?
Lorsque l’on parle de capteurs plans, pas systématiquement. Pour avoir une installation performante, on raisonne à l’échelle d’un système complet. La régulation et le ballon de stockage sont des éléments essentiels dont la qualité est déterminante pour un fonctionnement optimal d’une installation. Des capteurs ultra-performants, s’ils sont associés à une régulation inadaptée ou à un ballon bas de gamme, ne permettront pas un gain de performance significatif par rapport à des capteurs standards.

Ne faut-il pas plus d’énergie pour construire un chauffe-eau solaire qu’il n’en produit sur sa durée de vie ?
NON ! L’énergie grise (énergie qui a été nécessaire à la fabrication du système) des panneaux solaires thermiques est très faible. On estime généralement qu’un panneau met moins d’un an à produire l’énergie qui aura été nécessaire à sa fabrication.

Entretien

Faut-il nettoyer ses capteurs solaires ?
Ce n’est pas nécessaire, la pluie s’en charge !

Y a-t-il besoin d’un entretien particulier ?
NON, pas plus que tout autre système de chauffage ! Seul un entretien annuel de l’installation doit être réalisé par un professionnel afin de garantir son bon fonctionnement. Les capteurs solaires, s’ils sont inclinés, sont automatiquement nettoyés lors des averses.

Le recyclage des panneaux pose-t-il problème ?
NON ! Les panneaux solaires thermiques sont essentiellement constitués de verre, d’acier, d’aluminium et de cuivre et sont donc intégralement recyclables.

Faisabilité économique

Est-il rentable d’installer un chauffe-eau solaire ?
OUI, sous réserve que l’installation soit correctement dimensionnée, ce qui n’est pas toujours le cas. Une installation surdimensionnée aura tendance à être trop coûteuse par rapport aux économies qu’elle engendre (Voir question sur le surdimensionnement). Les temps de retour sur investissement varient de 10 à 20 ans suivant l’énergie substituée.

Quel est le coût d’une installation ?
Pour donner un ordre d’idée, le coût d’une installation complète (capteurs, ballons de stockage, régulation, raccordements électriques et hydrauliques, … ) se situe aux environs de 1 300 €/m2 de capteur installé (TTC) 
Les installations de chauffage solaire présentent des coûts au m2 légèrement plus faibles, aux alentours de 1 200 €/m2 de capteur installé (TTC)
Ces coûts tendent à diminuer pour les installations comprenant des surfaces importantes notamment pour les systèmes de chauffes-eau collectifs (1 000 €/m² pour des réalisations > 20 m²)

Ai-je droit à des aides pour réaliser mon installation ?
OUI, il existe plusieurs systèmes d’aides financières pour les particuliers : pour les connaître, cliquez ici.

Quelle est la durée de vie d’une installation solaire thermique ?
Généralement plus de 20 ans, si l’installation est correctement dimensionnée et suivie avec un entretien annuel réalisé par un professionnel.

Autre

Où voir des exemples d’installation de panneaux solaires thermique ?
Des fiches techniques de projets sont disponibles sur la carte des logements performants du Rhône. Un filtre permet de sélectionner des fiches spécifiques à votre projet.

Vous avez un projet collectif ?
Si vous avez un projet collectif comme un groupement d’habitat, un gîte, des chambres d’hôte, contactez :
• Pour un projet dans le Rhône, l’association HESPUL au 04 37 47 80 90
• Pour un projet sur la Métropole de Lyon, l’ALEC Lyon au 04 37 48 22 42

Adresses utiles

Les professionnels du solaire

  • Pour trouver un installateur certifié qualit-enr près de chez soi.
  • Liste d’installateurs spécialisés dans le solaire : Technosolar
  • Liste d’installateurs engagés, recensés par le site Outilssolaires
  • Association de professionnels de l’énergie solaire : Enerplan

Les sites ressources

  • SOCOL, groupement d’acteurs pour le développement du solaire collectif : SOCOL
  • Institut National de l’Energie Solaire : INES
  • Pour vous aider à trouver un matériel certifié adapté à vos besoins ou contraintes : O solaire
  • Site d’information sur les énergies renouvelables : outilssolaires
  • Réseau apper-solaire d’auto-constructeurs spécialisés dans le solaire thermique. Il vous permet de tout savoir pour fabriquer vous-même votre chauffe-eau/chauffage solaire.
  • Association suisse de formation et d’échange sur l’auto-construction de systèmes solaires thermiques : Sebasol
    Baromètre des énergies renouvelables : Statistiques annuelles sur l’évolution du marché.

Ouvrages

  • Eau chaude solaire collective : bonnes pratiques, guide connaître pour agir, ADEME, 2005 : Guide téléchargeable gratuitement sur l’utilisation du solaire thermique pour la production d’eau chaude solaire dans les bâtiments collectifs
  • Installations solaires thermiques. Conception et mise en œuvre, Dr. Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers, Martin Schnauss, Systèmes solaires – Solarpraxis, 2005 : Ouvrage le plus complet en langue française sur le solaire thermique.
  • Installer un chauffage et un chauffe-eau solaire, P. Armet – Eyrolles, 2009 : 
Un guide pratique très complet (150 pages) à destination des auto-constructeurs ou des installateurs.
  • Solar Combisystems, IEA SHC – Task 26, 2000 : Synthèse en anglais des différentes technologies de chauffage solaire thermique.
  • Le grand livre de l’habitat solaire, 110 réalisations en France, Observ’ER – Le Moniteur, 2007 : Ouvrage illustré détaillant une centaine d’installations solaires en France.

Suivre son installation thermique

Télésuiweb de l’INES pour les chauffe-eau solaires individuels et collectifs

Se former aux métiers du solaire

Voir l’annuaire des formations sur le site du CLER.