Notre région est la plus ensoleillée de France métropolitaine, avec une moyenne annuelle de plus de 2 800 heures d’ensoleillement. Notre territoire compte encore peu d’installation au vu de ce potentiel important. Comment profiter du soleil dans votre maison, pour vous chauffer ou produire de l’eau chaude ? Dans cet article, nous tenterons d’y voir plus clair sur les possibilités et les limites qu’offrent l’énergie solaire.
Le solaire thermique, qu’est ce que c’est ?
Les panneaux solaires thermiques sont utilisés pour la production d’eau chaude sanitaire et/ou alimentant le système de chauffage d’un bâtiment (chauffage central, mur ou plancher chauffant). Pour cela, on utilise des panneaux disposés sur la toiture, à ne pas confondre avec des panneaux photovoltaïques qui produisent de l’électricité. Nous détaillons dans le prochain paragraphe les différents systèmes. Ces panneaux se composent de 4 éléments :
- Un absorbeur, en noir, qui améliore la captation du rayonnement solaire (albédo¹),
- Une couche transparente, qui permet de piéger une partie des rayonnements réfléchis par l’absorbeur, créant un effet de serre pour conserver la chaleur,
- Une isolation sous les panneaux qui empêche les fuite de chaleur,
- Un fluide caloporteur situé entre ces deux éléments, qui va emmagasiner les calories et les transporter jusqu’à l’eau à chauffer.
¹Capter le rayonnement solaire pour le convertir en chaleur est très simple. Vous l’avez sans doute déjà constaté, plus une couleur est sombre plus elle va « retenir » la chaleur. C’est ce qu’on appelle l’albédo. Ce coefficient, compris entre 0 et 1, quantifie la capacité d’une surface à réfléchir le rayonnement.
| Albédo | 0 | 0,07 | 0,25 | 0,4 | 0,85 | 1 |
| Matériaux | Corps noir | Océan | Sable | Calcaire | Neige | Miroir parfait |
Quelques points de vigilance généraux :
- Un apport d’énergie est indispensable quel que soit le système. C’est un excellent moyen de faire des économies sur votre chaudière bois ou gaz.
- Limiter au maximum la longueur des canalisations pour éviter les pertes et bien les isoler notamment les parties hors volume chauffé.
- Ne pas surdimensionner l’installation pour éviter les surchauffes.
- Des émetteurs basse température type planchers chauffants ou radiateurs basses températures amélioreront le rendement de l’installation.
- Une orientation et une inclinaison adaptée des capteurs sont garants de la performance de l’installation.
- L’implantation peut être soumise à des règles d’urbanisme. Avant tout projet, contactez votre architecte-conseil auprès de votre mairie.
- Pour des conseils techniques ou financiers adaptés à votre situation, contactez un conseiller FAIRE de l’ALTE.
Produire de l’eau chaude sanitaire
Pour la production d’eau chaude sanitaire (robinet, douche), il existe principalement deux systèmes de chauffe-eau solaire individuel dits « à éléments séparés » ou « optimisé ».
Le chauffe-eau solaire à éléments séparés
Il est adapté à une demande d’eau chaude régulière toute l’année, dans une résidence principale. Il peut être à « circulation forcée » avec une pompe électrique (circulateur) qui entraîne la circulation du fluide caloporteur ou à « thermosiphon » où la circulation du fluide se fait par convection naturelle (le ballon doit être situé au-dessus des capteurs). Le système à thermosiphon est plus simple et moins coûteux que celui à circulation forcée mais ses performances sont réduites en hiver et sa mise en œuvre délicate. L’implantation des éléments demande un vrai savoir-faire.
Coût moyen de l’équipement : 900 à 1700 €/m² de capteur.
Le chauffe-eau solaire individuel optimisé
Ce système minimise les pertes thermiques car l’eau stockée dans le ballon est préchauffée par l’énergie solaire. La chaudière fonctionne quand l’eau a besoin d’un complément de chauffe au moment de son prélèvement. Elle alimente également le dispositif de chauffage. Il doit être réservé à des maisons de moins de 120 m² ou comprenant une seule salle de bain. Dans ces conditions, ses performances sont équivalentes au système à éléments séparés. Dans notre région, il couvrira plus de 70 % des besoins en eau chaude sanitaire.
Coût moyen de l’équipement : 1300 €/m² de capteur
Se chauffer au solaire thermique
Pour le chauffage, on parle de système solaire combiné (SSC) car l’installation permet de produire à la fois l’eau chaude sanitaire et du chauffage. Le système peut être à « accumulation » ou en « solaire direct ».
Le système solaire combiné à hydroaccumulation
Pour anticiper l’absence d’ensoleillement, la chaleur produite par les capteurs est stockée dans le volume d’eau tampon d’un grand ballon. Ce dernier alimente le réseau de chauffage et les émetteurs de chaleur : radiateurs, de préférence basse température, ou plancher chauffant. L’eau chaude sanitaire est produite dans un ballon immergé dans le volume tampon ou par un échangeur de chaleur. Les systèmes actuels sont à la fois performants et compacts, avec un volume de stockage raisonnable, de 500 à 2 000 litres. Il faut donc disposer d’un local chauffé ou bien isolé suffisamment grand.
Coût de l’équipement : 1100 à 1300 €/m² de capteur
Le système solaire combiné direct
Le fluide caloporteur circule directement dans la dalle du plancher, les murs ou les radiateurs haute ou basse température, et repart vers les capteurs. La dalle ou les murs chauffants jouent un double rôle de stockage et d’émetteur de chaleur. Un circuit de dérivation permet de produire l’eau chaude sanitaire et d’apporter un appoint au solaire. Dans ce système, les pertes de chaleur sont réduites et le rendement de l’installation solaire est meilleur. En revanche, la régulation est plus complexe.
Coût de l’équipement : 1100 à 1300 €/m² de capteur
Comment dimensionner votre installation ?
Les deux principales contraintes à prendre en compte lors du dimensionnement de vos installations sont la répartition annuelle de l’ensoleillement (vous produisez principalement en journée l’été) et vos besoins en eau chaude ! On peut être tenté de surdimensionner l’installation pour bénéficier de nos capteurs solaires toute l’année mais le surplus d’eau chaude produit l’été sera totalement perdu. Il n’est donc pas nécessaire de chercher à atteindre 100 % des besoins en eau chaude sur l’année [en savoir plus].
En Provence, l’énergie reçue annuellement par m² grâce au rayonnement solaire, ce qu’on appelle l’irradiation moyenne annuelle est de plus de 1600 kWh/m². Avec les technologies actuelles, la production thermique des capteurs est d’environ 600-800 kWh/m²/an. Regardons par exemple l’irradiation, c’est-à-dire l’énergie reçue par rayonnement solaire, à Carpentras, en 2016 (données : PVGIS).
Le terme « fraction solaire » désigne la part d’eau chaude que l’on souhaite produire par rapport à nos besoins. Cette valeur a une influence non négligeable sur le rendement global de l’installation car plus la fraction solaire (pourcentage) sera grande, plus le rendement global de l’installation sera faible !
