chauffe-eau solaire

Fonctionnement

Capter l'énergie solaire

Le capteur solaire (1) comprend :

  • une plaque et des tubes métalliques noirs. Ils constituent l'absorbeur. C'est le cœur du "système solaire", qui reçoit le rayonnement solaire et s'échauffe ;
  • un coffre rigide et thermiquement isolé entourant l'absorbeur. Sa partie supérieure, vitrée, laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme une petite serre.

L'ensemble est en général placé sur un toit.

Transporter la chaleur

C'est le rôle du circuit primaire (2).

Étanche et calorifugé, il contient de l'eau additionnée d'antigel. Ce liquide s'échauffe en passant dans les tubes du capteur, et se dirige vers un ballon de stockage.

Restituer la chaleur

Là, grâce à un échangeur thermique (serpentin), il cède ses calories solaires à l'eau sanitaire (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 caloporteur

La circulation du liquide peut être naturelle ou forcée :

  • dans le premier cas, le liquide caloporteur circule grâce à sa différence de densité avec l'eau du ballon. Tant qu'il est plus chaud, donc moins dense qu'elle, il s'élève naturellement par thermorégulatrice. Le ballon doit être placé plus haut que les capteurs. Sur ce principe sont conçus les chauffe-eau solaires "en thermosiphon";
  • dans le second cas, 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) jouant sur les différences de températures : si la sonde du 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, demi-saison, longue période de mauvais temps). L'énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de la production d'eau chaude. Aussi, le ballon est équipé 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 échangeur (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.

Les modèles

Le chauffe-eau solaire à éléments séparés

Le ballon est à l'abri dans une pièce de la maison ou une construction attenante. Intégré ou non au ballon solaire, l'appoint complète le chauffage de l'eau sanitaire quand c'est nécessaire. 

Les modèles les plus nombreux et les plus courants sont à circulation forcée.

Les modèles en thermosiphon n'ont besoin ni de circulateur, ni de régulation. Ils sont donc plus "rustiques". Toutefois, si le principe est simple, la mise en œuvre est délicate. Le fonctionnement du thermosiphon impose que le ballon soit fixé plus haut que le capteur solaire, par exemple dans les combles. L'implantation des éléments du système demande donc un travail de conception et un bon savoir-faire.

Quelques critères pour bien choisir
  • Vous allez faire construire votre résidence principale et vous voulez bénéficier de l'eau chaude solaire toute l'année…
    Alors, retenez de préférence, un chauffe-eau solaire à éléments séparés...
    Vous pouvez opter pour un chauffe-eau solaire à circulation forcée (au choix, l'appoint sera incorporé au ballon solaire* ou assuré en aval de celui-ci). Dans le cas où vous pouvez installer votre ballon solaire plus haut que le niveau supérieur des capteurs, vous pouvez opter pour CESI en thermosiphon (l'appoint, dissocié du ballon solaire, sera placé en aval de celui-ci).
  • Votre résidence principale comporte déjà un équipement d'eau chaude sanitaire et vous aimeriez alléger votre facture d'énergie conventionnelle...
    Pour choisir la configuration de votre chauffe eau solaire, reportez vous à la rubrique Quelles dimensions.
  • Vous passez une partie des beaux jours dans votre maison de vacances, et vous souhaitez disposer de plus de confort pour l'eau chaude sanitaire...
     - Si votre maison n'a pas du tout l'eau chaude, équipez-vous en solaire à moindres frais...
       Choisissez un chauffe-eau solaire monobloc (sans appoint incorporé), solution simple et rustique branchée à 100% sur le solaire. 
     - Si vous avez déjà un équipement minimal, conservez-le comme appoint ou en secours...
       Installez un chauffe-eau solaire monobloc ; vous gagnez sur les deux tableaux : service et factures d'énergie réduites.
  • Dans tous les cas, et surtout si vous ne reconnaissez pas votre situation ci-dessus, demandez les conseils avisés d'un professionnel du chauffe-eau solaire individuel.
    De préférence, choisissez un installateur Qualisol proche de chez vous. il vous proposera des solutions pertinentes, adaptées à votre demande et aux conditions climatiques locales.

* : Thermo-plongeur électrique ou échangeur hydraulique (raccordé sur chaudière gaz ou fioul).

Le chauffe-eau solaire monobloc

Capteur et ballon sont groupés sur un même châssis rigide et placés à l'extérieur. C'est un système simple et peu coûteux. Mais le ballon se refroidit plus rapidement, même s'il est bien isolé. Il peut servir à préchauffer l'eau qui alimente un équipement classique existant.

Ce chauffe-eau est compact et bien adapté à la pose sur supports inclinés, en toiture-terrasse. Il se prête moins bien à la fixation sur un toit en pente.

Les dimensions

Les vraies économies commencent avec un dimensionnement optimal de l'installation solaire. Le projet doit tenir compte de l'ensoleillement de votre région et de vos besoins.

Le climat de la région habitée conditionne la superficie de capteur

La production d'eau chaude solaire est possible sous tous les climats européens.  

Les zones climatiques pour la production d'eau chaude solaire selon les règles THC 2000.

Le nombre d'utilisateurs influe sur la superficie du capteur et le volume du ballon

Bien entendu, plus les besoins en eau chaude sont importants, plus la surface de capteurs doit être grande. Le tableau ci-dessous prend pour base de calcul une consommation journalière par personne de 50 à 60 litres d'eau chaude à 45 °C et une couverture des besoins par le solaire comprise entre 50 et 70 %.  

Nombre d'occupants 1 ou 2 3 ou 4 5 ou 6 7 ou 8
Volume du ballon solaire1
(en litres)
100 à 150 100 à 250 250 à 350 350 à 500
Volume total du ballon2
(en litres)
100 à 250 250 à 400 400 à 550 550 à 650
Zones climatiques Surface des capteurs (en m2)
Zone 1 2 à 3 3 à 5,5 4 à 7 5 à 7
Zone 2 2 à 3 2,5 à 4,5 3,5 à 6,5 4,5 à 7
Zone 3 2 à 2,5 2 à 4 3 à 5,5 3,5 à 7
Zone 4 2 à 2,5 2 à 3,5 2,5 à 4,5 3,5 à 6

1 : pour un chauffe-eau solaire sans appoint ;
2 : pour un chauffe-eau solaire avec appoint.

Attention au surdimensionnement du ballon, souvent constaté sur le terrain. Il a pour inconvénient d’engendrer une consommation d’appoint plus grande. Même si vos proches ou vos amis séjournent chez vous occasionnellement, choisissez un ballon dont le volume suffit à vos besoins habituels : un ballon trop gros amènerait à une surdépense de réchauffage par l’appoint, à longueur d’année.

Le choix de votre système solaire dépend de votre installation actuelle

Votre équipement est plus au moins récent, vous voulez l'associer à un chauffe-eau-solaire. Sachez que toutes les combinaisons ne sont pas judicieuses, ni même possibles. Ce tableau vous aidera dans votre sélection…  

  Système de chauffage existant
Chaudière gaz Chaudière fioul ou bois Chauffage électrique Autres chauffages
Eau
chaude
sanitaire
Ballon électrique <10 ans CESI sans appoint
>10 ans CESI avec appoint électrique
(et suppression du ballon ancien)
Ballon
de la
chaudière
<10 ans CESI sans appoint  
>10 ans CESI avec appoint
hydraulique ou mixte
Production gaz
instantanée
CESI sans appoint  
Pas de ballon CESI avec appoint
hydraulique ou mixte
CESI avec appoint électrique

CESI : chauffe-eau solaire individuel.
Sans appoint : le ballon existant sert d'appoint.
Appoint électrique : il est assuré par une résistance électrique intégrée au ballon solaire.
Appoint hydraulique : il est assuré par un échangeur intégré au ballon solaire et raccordé à la chaudière.
Appoint mixte : double système d'appoint (hydraulique et électrique).

L'installation

Avant l’installation, des démarches indispensables

  • Pour une maison existante : une déclaration de travaux est obligatoire auprès des services municipaux, car l’installation des capteurs modifie l’aspect du toit ou de la façade.
  • Dans le périmètre d’un site classé : l’accord de l’architecte des Bâtiments de France est nécessaire. Il est d’ailleurs conseillé de se rapprocher du Service départemental de l’Architecture et du Patrimoine dès la mise en forme du projet.
  • Pour un projet de maison : la demande de permis de construire doit inclure le chauffe-eau solaire prévu. Si vous vous décidez après le dépôt de votre permis, vous pouvez déposer un modificatif de permis de construire auprès de votre mairie.  

Une maison plus grande avec les énergies renouvelables ?

La législation* permet aux communes, sur décision du conseil municipal, d’autoriser un dépassement de 20 % du COS prévu par les documents d’urbanisme, dans la mesure où :

  • pour une extension, une isolation performante des combles** et des équipements utilisant les énergies renouvelables (en particulier un CESI) sont mis en place ;
  • pour une maison neuve, elle répond au label THPE EnR 2005 (Très Haute Performance Énergétique avec énergies renouvelables) ou BBC (Bâtiment Basse consommation).

Pour savoir si ces dispositions sont prises dans votre commune, renseignez-vous auprès de votre mairie.

Pour en savoir plus sur les labels de performance énergétique des bâtiments, consultez le guide grand public de l’ADEME« Construire autrement », n° 6293.

* : arrêté du 3/05/2007, en application de la loi d’orientation des politiques énergétiques du 13/07/2005. 
** : résistance thermique supérieure à 5 m2K/W.

Bien choisir l’emplacement du ballon de stockage

Dans un CESI à éléments séparés, il faut trouver un emplacement pour le ballon solaire :

minimiser les distances entre les capteurs et le ballon limite les pertes thermiques et le coût du circuit primaire ;

placer le ballon dans un local chauffé ou du moins isolé lui permet de ne pas se refroidir trop vite.

Quelques règles à respecter pour obtenir durablement une efficacité optimale et réussir l’intégration architecturale des capteurs solaires

La meilleure orientation : plein sud, pour capter un maximum d’ensoleillement. Mais sud-est ou sud-ouest, c’est encore très bien.

Les localisations possibles : sur un toit, en auvent, en façade, en terrasse ou éventuellement au sol près de la maison, sans ombre portée d’autres bâtiments ou de végétaux.

Les implantations convenables : pour un usage à longueur d’année, les capteurs solaires sont en général inclinés à 4 ° par rapport à l’horizontal. Cependant une inclinaison de plus ou moins 10° joue peu sur leurs performances ; les critères esthétiques sont alors prépondérants.

L’intégration au bâti : lorsque les capteurs solaires sont placés sur un toit, il est préférable qu’ils en suivent la pente. Certains capteurs sont conçus pour s’intégrer dans les toitures, comme une fenêtre de toit. Votre installateur (ou votre architecte) vous conseillera les aménagements les mieux adaptés au caractère de votre maison et à son cadre.

Choisir les bons interlocuteurs : la marque Qualisol

Les installateurs d’équipements solaires thermiques domestiques (CESI, SSC) sont invités à souscrire volontairement à la charte Qualisol. Cette charte a été élaborée par les professions concernées dans le cadre de l’association Qualit’EnR. Elle comporte dix engagements de bonne pratique et de qualité du service rendu aux clients. Seules les entreprises justifiant auprès de Qualit’EnR des savoir-faire et des assurances nécessaires
(qualifications, références antérieures, formations spécifiques, etc.) sont autorisées à utiliser la charte Qualisol.

En vous adressant à ces professionnels de confiance, vous aurez les meilleures chances de bénéficier durablement d’un équipement solaire performant et fiable.

Les financements

Faire installer un chauffe-eau solaire individuel vous demande un effort financier. Savez-vous qu’il existe de nombreux dispositifs d’aides pour vous permettre de vous lancer ?

Ils sont en général disponibles pour tous les travaux d’amélioration de l’efficacité énergétique d’un logement et en particulier l’installation d’un CESI.

C’est le cas pour la TVA à 5,5 % (pour des travaux réalisés par un professionnel), les aides de l’ANAH, les prêts dédiés aux économies d’énergie.

Renseignez-vous pour savoir dans quelles conditions vous pouvez y prétendre.

Renseignez-vous sur le niveau de performance requis pour les matériels et les conditions particulières d’obtention pour le crédit d’impôt et les aides attribuées par certaines collectivités locales .

infos complémentaires

Visitez le site de ADEME pour avoir plus d'infos.