Comment fonctionne un chauffe-eau solaire ?
Différents types de chauffe-eau permettent d’améliorer les performances énergétiques du logement tout en allégeant la facture. Le chauffe-eau solaire est un système qui capte la lumière naturelle. Grâce à un échangeur thermique, cette énergie est transformée en chaleur, réchauffant l'eau stockée dans un réservoir. Elle peut servir à alimenter le foyer en eau chaude sanitaire, ou faire fonctionner un système de chauffage à eau.
Le système de chauffe-eau solaire exploite l’énergie illimitée et gratuite du soleil pour fournir l’eau chaude sanitaire, permettant ainsi à l'installation d'être éligible aux aides pour chauffe-eau solaire mises en place par l'État. Si le fonctionnement de base est commun à tous les modèles, des variations existent suivant que le ballon est séparé ou non des capteurs solaires. Essayons de comprendre comment fonctionne un chauffe-eau solaire pour s’assurer qu’il est bien adapté à votre projet.
Chauffe-eau solaire : schéma de fonctionnement
Comment fonctionne le chauffe-eau solaire ?
Grâce à des panneaux posés sur le toit ou au sol, l’énergie du soleil est captée et restituée à l’aide d’une pompe dans le circuit de chauffage central ou dans le réseau destiné à l’eau sanitaire. Un échangeur thermique souvent en forme de serpentin permet de transférer cette chaleur à l’eau du ballon. Le ballon stocke durablement l’eau chaude grâce à son isolation. Lorsque la température souhaitée est atteinte, un régulateur interrompt le fonctionnement de la pompe pour assurer le confort d’utilisation. Il la remet en marche dès qu’il détecte une baisse de la température de l’eau ou une utilisation d’eau nécessitant d’en chauffer une quantité nouvelle.
Pour résumer, les étapes du fonctionnement du chauffe-eau solaire sont les suivantes :
Le capteur solaire capte les rayons du soleil
Le liquide caloporteur stocke la chaleur du soleil
La chaleur est transportée vers le ballon de stockage grâce à un système de pompe
La chaleur est restituée grâce à un échangeur thermique permettant au liquide caloporteur de céder sa chaleur à l'eau
Se crée alors une accumulation d’eau chaude dans le réservoir, que l’on appelle aussi le ballon d’eau chaude
Lorsque l'eau est utilisée dans la cuisine ou dans la salle de bain, le chauffe-eau se remplit d'eau froide, qui sera de nouveau chauffée grâce à ce même procédé. Il est aussi possible de se servir de cette solution comme système de chauffage. Il faudra trouver un mode de chauffage permettant de restituer cette chaleur en douceur. La plupart du temps, les particuliers optent pour un parquet chauffant. Notez qu'avec certains systèmes, un système de chauffe-eau complémentaire est nécessaire, en cas d'insuffisance de production d'énergie.
Il est possible de se servir d'un chauffe-eau solaire comme système de chauffage.
Fonctionnement du chauffe-eau solaire : quels éléments assurent sa performance ?
Le capteur solaire thermique
Il est parcouru par des tubes qui contiennent un liquide caloporteur. Ce fluide absorbe la chaleur du rayonnement solaire. Il est ensuite dirigé en circuit fermé vers le ballon de stockage pour y échanger sa chaleur.
Le nombre d’occupants du logement, sa situation géographique et son exposition définissent la surface et l’emplacement des capteurs. Si votre installation est destinée à participer au chauffage central, la taille du logement est aussi un facteur important. L’inclinaison des panneaux est adaptée pour optimiser l’absorption du rayonnement solaire. Pour un rendement optimal, elle est d’environ 35° et le capteur gagne à être orienté plein sud.
La puissance du panneau solaire s’exprime en watt-crête ou Wc et en kilowatt-crête ou kWc. On utilise les kWh pour exprimer la consommation du ménage. On estime qu’une puissance de 3 kWc couvre en moyenne une consommation de 3 500 kWh annuelle, mais le potentiel solaire des capteurs dépend de nombreux facteurs. La puissance en watt-crête est toujours indiquée dans des conditions d’utilisation optimales qui ne reflètent peut-être pas celles de votre projet.
Le ballon d'eau chaude spécifique
Suivant les contraintes d’installation, il est parfois nécessaire de séparer le ballon des autres composants. Grâce à un système de pompe électrique, on peut placer le ballon loin des capteurs solaires. Le système à thermosiphon est moins cher, mais nécessite que le ballon soit placé en hauteur par rapport aux capteurs, sous le toit par exemple. Cela implique des contraintes dans l’agencement du logement. Le système le plus simple est le monobloc : le ballon est monté au-dessus des capteurs. L’installation est à l’extérieur, souvent au sol. Mais l’eau chaude est conservée moins longtemps avec ce système.
Le ballon solaire est spécifique à ce type de fonctionnement, car il dispose du système d’échangeur de chaleur approprié. Celui-ci résiste aux propriétés hautement corrosives du liquide caloporteur. Il est possible de conserver l’ancien ballon d’eau chaude classique en tant qu’installation de chauffage d’appoint en relais de l’énergie solaire.
Choisir son modèle de CESI en fonction de son fonctionnement
Le chauffe-eau monobloc
Le chauffe-eau monobloc est un système de CESI composé d'un seul tenant. Il s'agit du modèle le plus répandu, pour sa facilité d'installation. Le ballon d'eau chaude est fixé directement au panneau solaire et ne requiert pas de système de pompe. L'aspect esthétique rebute parfois les particuliers, puisqu'il faudra installer les panneaux et le ballon sur le toit de l'habitation. Les tarifs attractifs et le coût d'installation souvent beaucoup moins importants que pour les autres systèmes attirent cependant beaucoup de personnes en recherche d'un chauffe-eau à énergie solaire individuel.
Il n'est néanmoins pas adapté à toutes les régions. Le ballon d'eau chaude restant en extérieur, des températures hivernales pourraient entraîner une déperdition de chaleur importante. Il est donc plutôt adapté aux pays chauds, et ne serait par exemple pas pertinent dans le nord de la France.
Le chauffe-eau à thermosiphon
Le chauffe-eau à thermosiphon permet de pouvoir dissocier le ballon d'eau chaude des panneaux solaires. Comme son nom l'indique, la température permet au liquide caloporteur de remonter dans le ballon d'eau chaude lorsqu'il chauffe. Vous l'aurez compris, l'installation de ce type de dispositif nécessite toujours que le ballon d'eau chaude soit situé au-dessus des panneaux solaires. Il sera néanmoins possible de dissimuler ce dernier dans les combles d'une maison.
Le chauffe-eau à auto-vidange
Le chauffe-eau à énergie solaire individuel à auto-vidange est intéressant dans les régions connaissant des hivers rudes. Comme son nom l'indique, le système pour se vidanger de façon autonome. Il s'agit d'assurer que le gel ne se forme pas dans le système du chauffe-eau en cas de température négative. Ainsi, si les rayons du soleil ne chauffent pas suffisamment le circuit, il se vide pour ne pas occasionner de dégâts.
Dans les régions où le froid peut s'installer pendant plusieurs jours, il est possible que le chauffe-eau ne fonctionne pas pendant toute la durée de la baisse des températures. En principe, ce type de système n’est installé que pour chauffer l'eau sanitaire. Il sera inefficace au moment où vous aurez besoin de chauffage.
Le chauffe-eau à circulation forcée
Pour le chauffe-eau à circulation forcée, le système est doté d'une pompe permettant la circulation du liquide caloporteur. Ce dernier est composé d'eau et d'antigel pour assurer une résistance à toutes les saisons virgules sans risque d'endommager les circuits. Il s'agit généralement du système le plus fréquemment posé en France. Le ballon d'eau chaude peut être stocké dans n'importe quelle partie de la maison, permettant une installation plus facile.
