Chauffe-eau solaire

Chauffe-eau solaire dans une buanderie

Véritable générateur d’économies, le chauffe-eau solaire est une manière simple et efficace de disposer d’eau chaude sanitaire, voire de chauffage, pour le logement individuel. Quel en est le principe, comment cet équipement fonctionne, que faut-il savoir avant de se lancer dans un tel investissement ? Nous vous aidons à y voir plus clair.

Le principe du chauffe-eau solaire

Le chauffe-eau solaire a pour objectif, comme son nom l’indique, de chauffer l’eau avec l’aide de l’énergie solaire. Pour ce faire, l’équipement est doté de deux éléments distincts qui sont le ballon de stockage et les panneaux solaires. En règle générale, ce sont les logements individuels qui en sont équipés.

Si ce type de chauffe-eau est principalement dédié à la production d’eau chaude sanitaire, il est également possible de trouver des installations prenant en charge, en parallèle, le chauffage du logement. Dans ce cas, le chauffe-eau solaire est raccordé à différents circuits. Dans cette configuration particulière, il faudra alors que ce logement soit parfaitement bien isolé et dispose de suffisamment de place pour accueillir à la fois un ballon de stockage d’au moins 500 litres et des panneaux solaires thermiques (au sol ou sur la toiture) sur une superficie équivalente à 1/10ème de la surface à chauffer.

Afin de pallier aux périodes de faible ensoleillement, ces installations sont généralement couplées à un autre système qui prendra alors le relais si nécessaire.

La capacité du ballon

Il existe divers modèles de ballons qui proposent ainsi des stockages plus ou moins conséquents. Par exemple, pour un logement abritant 5 personnes, il faudra idéalement un ballon de 300 litres afin de répondre aux besoins.

Les différents types de chauffe-eau solaire

Le chauffe-eau à thermosiphon

Avec un excellent rapport qualité/prix, ce type de chauffe-eau solaire voit son installation assez complexe du fait que le ballon doit systématiquement être installé une hauteur supérieure à celle des panneaux solaires. Dans la pratique, le ballon sera donc en général placé dans les combles tandis que les panneaux seront installés au sol, en façade, voir sur la partie basse de la toiture.

En termes de fonctionnement, l’eau, en chauffant, monte de manière naturelle jusqu’au ballon sans aucun besoin de pompage. Lorsqu’elle refroidit, l’eau parcours le chemin inverse en redescendant vers les panneaux. Avec un tel principe, l’investissement en matériel est moins onéreux que d’autres. Par ailleurs, le fonctionnement du chauffe-eau à thermosiphon ne requiert que peu d’entretien et s’avère peu confronté au risque de panne.

Le chauffe-eau monobloc

Avec un principe de fonctionnement identique à celui du modèle à thermosiphon, le chauffe-eau monobloc a la particularité d’intégrer l’ensemble de l’équipement dans un seul et même châssis. En règle générale, il est choisi comme solution complémentaire puisque, dans la pratique, le ballon reste toujours à l’extérieur. De fait, lors de la saison froide, l’eau reste plus difficilement à la bonne température.

Que ce soit à l’achat ou lors de la mise en oeuvre, c‘est le dispositif le moins onéreux. Ce dernier peut être installé directement au sol, sur une zone bien ensoleillée.

Le chauffe-eau à pompe électrique

Cette dernière version est particulièrement appréciée car elle peut être mise en oeuvre quasiment dans tous les types de logements, peu importe leur configuration. Comme dans le cas du thermosiphon, les différents éléments du chauffe-eau à pompe électrique sont distincts les uns des autres. Ainsi, il est possible de placer le ballon dans le lieu le plus propice à son accueil, que ce soit dans les combles, à la cave, dans un garage, une salle de bains ou une buanderie.

Plus onéreux que les autres systèmes, cet écart de prix se justifie par le recours à un principe de pompage électrique et, souvent, à un régulateur thermique. La présence de tels éléments fait de cette installation une version plus fragile que les autres car, bien que le matériel en lui-même soit assez résistant, il n’est par contre pas à l’abri de la panne.

Les différents types de panneaux thermiques

Les capteurs plans vitrés

Un des principaux avantages des capteurs plans vitrés est qu’ils peuvent être utilisés dans tous les cas de figure. Que ce soit pour du chauffage solaire, pour un chauffe-eau solaire ou même pour chauffer l’eau d’une piscine, ces panneaux thermiques sont capables de s’adapter. Robustes et faciles à intégrer, ces capteurs sont constitués d’un panneau creux dans lequel un serpentin permet la circulation du fluide caloporteur. Au-delà de leur design intéressant, ces équipements offrent un excellent niveau de perfectionnement (verre trempé, isolation, absorption, etc.) tout en garantissant un très bon rapport qualité/prix.

Les capteurs plans opaques

Les capteurs plans opaques, c’est-à-dire non vitrés, se présentent sous la forme de tuyaux opaques de couleur foncée. Ces tuyaux permettent à la fois d’assurer la circulation du fluide caloporteur, mais aussi de capter l’énergie solaire. Très intéressant dans le cas d’applications utilisant des températures relativement basses, ces capteurs sont par contre moins efficaces, en termes de rendement, que les capteurs plans vitrés. Ainsi, dans la pratique, ils seront plus facilement adaptables au chauffage de la piscine que du réseau d’eau chaude sanitaire d’un logement.

Les capteurs à tube sous vide

Le système le plus innovant consiste en des capteurs à tube sous vide autrement connus sous le nom de capteurs tubulaires. C’est le principe de l’isolation par le vide de l’absorbeur, ce qui permet de limiter les déperditions de chaleur. Dans la pratique, ces capteurs se présentent sous la forme de tubes transparents sous vide, ces derniers sont montés en série.

En termes de rendement, les résultats sont alors meilleurs que les autres systèmes à eau existants. Ainsi, ils s’avèrent plus adaptés à une production d’eau chaude, à température élevée, même dans une ambiance extérieure plus fraîche.

Les systèmes monoblocs

Dans le cas plus spécifique des systèmes monoblocs, on retrouve en toiture à la fois le ballon et les capteurs solaires thermiques. L’ensemble est solidaire et le ballon est d’ailleurs systématiquement placé au-dessus des capteurs.

Le fonctionnement

Côté fonctionnement, celui du chauffe-eau solaire est relativement simple. En effet, les panneaux solaires thermiques ont pour rôle de capter l’énergie produite par le rayonnement solaire. Ensuite, cette énergie, muée en chaleur, est transmise à un fluide caloporteur qui se charge de chauffer l’eau contenue dans le ballon. Au sein du ballon, au contact direct de l’eau, un échangeur thermique prenant la forme d’un serpentin, permet la circulation du fluide caloporteur et donc le transfert de chaleur. Une fois son rôle rempli, le fluide caloporteur refroidi repart vers les panneaux solaires afin de reprendre un nouveau cycle.

Plus simplement, ce sont 6 phases qu’il faut retenir concernant le fonctionnement d’un chauffe-eau solaire :

1. Captage d’énergie solaire : les capteurs solaires créent un effet de serre permettant de réchauffer le liquide caloporteur contenu dans les tuyaux (absorbeurs).
2. Transport : le liquide chaud est envoyé vers le ballon de stockage.
3. Restitution de chaleur : un échangeur thermique placé au coeur du ballon (serpentin) permet la transmission de la chaleur depuis le fluide caloporteur vers l’eau.
4. Régulation du circuit : si les capteurs sont en capacité de produire de la chaleur (ensoleillement suffisant), en l’absence de thermosiphon, une pompe est alors enclenchée par un régulateur.
5. Stockage : extrêmement bien isolé, le ballon de stockage est en mesure de conserver de nombreux litres d’eau chaude durant plusieurs heures afin de répondre aux besoins du logement.
6. Système d’appoint : si la température de consigne n’est pas atteinte (généralement 60 degrés), c’est alors le système d’appoint qui prend le relais.

Les avantages et inconvénients

Les avantages

Côté avantages, le tout premier est bien sûr en lien avec sa capacité à utiliser l’énergie solaire pour fonctionner. Écologique et économique, cette source inépuisable et non polluante ne dégage aucun gaz à effet de serre. Parmi les divers autres intérêts du chauffe-eau solaire, il est notamment possible de mettre en avant les éléments suivants :

1. très longue durée de vie des équipements (au moins une vingtaine d’années)
2. frais réduits en termes de fonctionnement et de maintenance
3. peu de risque de panne de matériel de par l’absence de pièce mécanique
4. peut permettre de couvrir en grande partie les besoins en eau chaude sanitaire, voire même en chauffage (40 à 70 % selon les installations)
5. ouvre droit à différentes aides financières (TVA réduite, CITE, éco-prêt)

Les inconvénients

Toutefois, il faut également prendre en compte les quelques inconvénients de ce type de chauffe-eau :

1. l’ensoleillement n’est pas toujours suffisant, il est donc nécessaire de prévoir une solution d’appoint afin de palier à ce manque ponctuel
2. l’investissement de départ s’avère relativement élevé

L’installation des capteurs

Lors de l’installation, il est important de tenir compte des besoins en lien avec ce type de matériel. Tout d’abord, afin d’optimiser la captation du rayonnement solaire, et par conséquent la production d’énergie et de chaleur, il sera indispensable de prévoir inclinaison de 45°. Cette pente permettra, même en période hivernale durant laquelle la course du soleil est plus basse, de bénéficier au maximum des bienfaits des rayons. A noter que les panneaux peuvent même être posés à la verticale sur des façades.

Le dimensionnement du chauffe-eau

Afin de sélectionner le dimensionnement adapté à votre logement, il faudra s’appuyer sur un certain nombre de critères parmi lesquelles on peut citer :

1. le nombre de personnes dans le foyer
2. la situation géographique du logement
3. l’ensoleillement du logement
4. la destination de l’installation : eau chaude sanitaire seule ou eau chaude sanitaire plus chauffage

En règle générale, on estime qu’il faut 40 litres d’eau par personne et par jour. Un calcul qui devra aussi prendre en considération les besoins des équipements électroménagers tels que les lave-linges, les lave-vaisselles et autres..., mais aussi celui en chauffage s’il est prévu. Par exemple, pour un logement de 3 à 4 personnes il faudra un ballon de 200 litres minimum. 100 litres supplémentaires seront ajoutés dans le cas d’une installation gérant également le chauffage.

Une fois la dimension du ballon estimée, il faut alors évaluer le besoin en panneaux solaires thermiques. Selon la région, il faudra une superficie plus ou moins grande de panneaux pour chauffer un même volume d’eau. Ainsi, lorsque 4 à 6 m² seront indispensables dans le nord pour un ballon de 200 litres, 2 à 3 m² peuvent suffire dans le sud.

L’entretien

Entretenir un chauffe-eau solaire requiert quelques précautions simples qui s’avèrent même parfois dans la logique des choses. Par exemple, il faudra s’assurer que rien ne vient gêner les capteurs solaires afin qu’ils puissent accomplir correctement leur mission. Ainsi, parmi les éléments à surveiller ou les actions à mener il faudra :

1. vérifier l’absence d’éléments perturbateurs sur les panneaux : feuilles, plastiques ou tout autre objet pouvant obstruer tout ou une partie de l’installation
2. surveiller la pousse des arbres avoisinants : les branchages ne doivent pas reposer sur les panneaux, mais ils ne doivent pas non plus les cacher du soleil
3. assurer le dépoussiérage des panneaux dans les régions au climat sec (pour les autres, la pluie se charge de cette action)

Pour le reste, des contrats d’entretien peuvent être signés avec des professionnels. Même si aucune maintenance de ce type de matériel n’est obligatoire, ces professionnels pourront alors assurer un entretien effectué dans les règles de l’art avec les actions suivantes tous les 3 à 5 ans :

1. pour les systèmes passifs (thermosiphon) :
   1. vérification de la stabilité des installations
   2. contrôle et détection d’éventuelles fuites hydrauliques
   3. contrôle des isolations thermiques en place
   4. éventuelle vidange du circuit, au sortir de l’hiver : cette action est particulièrement conseillée après un hiver rigoureux, d’autant plus si le ballon est en extérieur
2. pour les systèmes actifs (pompe électrique), il faudra ajouter :
   1. contrôle de pression du liquide caloporteur
   2. contrôle du bon fonctionnement de la pompe

Le prix

Le prix de votre installation sera fonction de la superficie de panneaux solaires thermiques et de la capacité en litres du ballon d’eau. A titre indicatif, il est possible de donner les estimations suivantes :

1. 1 panneau + 1 ballon 200 litres : 4 000 €
2. 2 panneaux + 1 ballon de 300 litres : 6 000 €
3. 4 panneaux + 1 ballon de 800 à 1 000 litres : 10 000 €

Les aides financières

Pour la mise en oeuvre d’un chauffe-eau solaire, les aides financières sont multiples.

La TVA à 5.5 %

Tout d’abord, il est à prendre en considération que les panneaux solaires thermiques bénéficient d’une TVA réduite de 5.5 % dans le cadre de travaux de rénovation énergétique réalisés dans des locaux à usage d’habitation.

Le Crédit impôt pour la Transition Énergétique (CITE)

Dans le cadre d’une installation de votre chauffe-eau solaire il est possible d’accéder à un crédit d’impôt de 30 % du montant du matériel dès lors qu’il s’agit d’équipements dédiés à l’amélioration de la performance énergétique du logement. Pour y prétendre, certaines conditions sont à observer :

1. le matériel doit respecter les normes NF EN 12975 ou NF EN 12976, cette donnée doit être précisée sur la facture
2. le logement doit être achevé depuis plus de deux ans, par ailleurs il est utilisé à titre de résidence principale
3. seul le recours à un professionnel RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) vous ouvre droit à cette aide

L’éco-prêt taux zéro (Eco-PTZ)

Dans la limite de 30 000 €, il est également possible de bénéficier d’un prêt à taux zéro. Pour cela, les travaux seront effectués par un professionnel RGE. En outre, les travaux seront réalisés sur la résidence principale, une résidence dont la construction est antérieure au 1er janvier 1990.