Pourquoi choisir un chauffe-eau solaire?
Avec des panneaux solaires, vous pouvez bien sûr produire de l'électricité, mais vous pouvez aussi installer des capteurs solaires ou des panneaux solaires thermiques que vous reliez à un chauffe-eau solaire. Celui-ci assurera directement le chauffage de votre eau chaude. Avec un chauffe-eau solaire, une famille peut couvrir grâce au soleil 50 à 60% de ses besoins annuels en eau chaude et réduire sa facture de chauffage de 15 à 25%. Il est temps de passer tout cela au crible: comment fonctionnent les panneaux solaires thermiques et les chauffe-eau solaires? Et peut-on utiliser un chauffe-eau solaire pour le chauffage central?
Comment fonctionne un chauffe-eau solaire?
Un chauffe-eau solaire, c'est quoi?
Nous connaissons tous les panneaux solaires photovoltaïques qui sont utilisés pour produire de l'électricité. Pour l'eau chaude, on peut utiliser des capteurs solaires ou des panneaux solaires thermiques, en combinaison avec un chauffe-eau solaire.
Les chauffe-eau solaires existent en différentes versions. La version standard comprend un collecteur de 3 à 5 m² et un réservoir de stockage de 200 litres maximum. Il existe aussi des chaudières solaires plus compactes sans réservoir de stockage. Il existe également des chaudières solaires combinées qui peuvent être utilisées pour le chauffage central en plus de l'eau chaude sanitaire.
Fonctionnement
Le soleil donne sur les capteurs solaires et sa lumière est convertie en énergie thermique par une surface d'absorption. Dans les capteurs solaires circule un fluide de transport qui absorbe cette énergie thermique. Le liquide de transport circule entre les capteurs et le ballon accumulateur avec de l’eau (sanitaire).
Une fois arrivé dans le ballon accumulateur, le fluide de transport transmet la chaleur à l'eau via un échangeur thermique. Le ballon accumulateur est un réservoir isolé qui maintient l'eau de consommation à la bonne température jusqu'à ce qu'il y ait une demande d'eau.
L’eau de consommation chaude est tirée en haut, tandis que de la nouvelle eau froide est amenée en bas, ce qui abaisse la température dans le réservoir. Le fluide de transport refroidi est alors à nouveau pompé vers le capteur et le processus peut recommencer.
Systèmes duo
Dès que le besoin de confort sanitaire est plus grand (p.ex. cuisine + deux salles de bains), il est préconisé de travailler avec un ballon solaire avec deux échangeurs (20 à 25 litres par minute). Ce double système doit éviter à l'utilisateur de dépendre entièrement du débit sanitaire que la chaudière peut produire en hiver, ce qui n'est généralement pas suffisant s'il y a un plus grand besoin de confort.
Post-chauffage
Parce qu'en Belgique - surtout en hiver - il n'y a pas assez de soleil pour satisfaire le confort sanitaire, un chauffe-eau solaire pour l'eau chaude sanitaire est toujours relié à un post-chauffage tel qu'une chaudière à condensation, ou équipé d'un chauffage d'appoint électrique intégré.
L'eau sanitaire chaude est évacuée par le haut de la chaudière et pompée vers l'unité de réchauffage. Là, en fonction de la température de l'eau évacuée, elle est chauffée à des températures plus élevées. Souvent, une chaudière à gaz à condensation suffit comme chaudière à circulation (14 à 19 litres par minute). Tous les systèmes à régulation thermostatique peuvent être alimentés sans problème par une chaudière solaire.
Il peut s'agir de systèmes fonctionnant au gaz, au mazout ou à l'électricité, voire avec des pompes à chaleur. Si l'ensoleillement est suffisant, les capteurs peuvent facilement chauffer l'eau du réservoir de stockage jusqu'à 65 °C et plus, sans qu'il soit nécessaire de faire fonctionner la chaudière. Dans ce cas, un capteur peut éteindre le brûleur de la chaudière.
Vous installez une chaudière solaire dans une nouvelle construction? Dans ce cas, le post-chauffage peut également être intégré à la chaudière solaire elle-même.
Capteurs solaires
Les collecteurs solaires, c'est quoi?
Les capteurs solaires existent en différentes versions: les capteurs plats, les capteurs sous vide et les panneaux hybrides qui peuvent être utilisés à la fois pour l'électricité et l'eau chaude. Le nombre de capteurs nécessaires dépend de votre consommation d'eau chaude. Il est toujours préférable de le faire déterminer par un spécialiste.
Collecteur plat
Un collecteur plat se compose d'un panneau absorbeur plat en cuivre ou en aluminium recouvert de titane (bleu) ou de brome (noir). À l'intérieur de ce panneau se trouve une structure de tuyaux contenant le fluide de transport qui s'écoule vers le réservoir de stockage. L'absorbeur cède sa chaleur au fluide de transport dans la tuyauterie.
À l'arrière de l'absorbeur se trouve un matériau isolant (par exemple de la laine de verre sans résine de liaison) et sur le dessus de l'absorbeur se trouve une plaque de couverture en verre qui laisse passer la lumière du soleil.
Collecteur sous vide
Les collecteurs sous vide sont constitués de tubes en verre à double paroi entre lesquels se trouve un vide qui capte les rayons du soleil et qui est relié à un tube fermé. Ces collecteurs peuvent encore produire beaucoup de chaleur lorsqu'il fait froid dehors. Avec ce type de panneaux, l'inclinaison et l'orientation du panneau jouent un rôle moins important.
À surface égale, les systèmes sous vide sont généralement plus chers que les capteurs plans, mais ils ont aussi un meilleur rendement (surtout s'il y a une grande différence entre la température du fluide de transport et la température extérieure ou si les capteurs ne peuvent pas être orientés de manière optimale). En effet, le vide est un meilleur isolant que des matériaux tels que la laine de verre, ce qui minimise les pertes lors du transfert de chaleur.
Panneaux solaires hybrides
Les panneaux solaires hybrides, ou panneaux PVT, peuvent être utilisés pour produire à la fois de l'électricité et de l'eau chaude. On peut en distinguer deux types:
- Panneaux solaires PVT: ici, l'accent est mis principalement sur les rendements électriques élevés. Derrière le panneau solaire ordinaire, on place une plaque absorbante avec des tuyaux, dans lesquels l'eau est chauffée selon le fonctionnement d'un capteur solaire.
- Capteurs solaires PVT: ils sont principalement utilisés pour une gain de chaleur plus important. En termes d'électricité, leur rendement sera inférieur à celui des panneaux PVT. Les capteurs sont placés dans un caisson isolé.
Pour en savoir plus sur les panneaux solaires, cliquez ici.
Rendement et dimensions
Quel est le rendement d'un chauffe-eau solaire?
Une installation avec des panneaux solaires thermiques et un chauffe-eau solaire peut produire jusqu'à 50 - 60% de l'eau chaude annuelle, ce qui représente une économie considérable sur votre facture d'énergie. Pour cela, vous devez également tenir compte des éléments suivants:
- le nombre d'heures d'ensoleillement: si vous placez les panneaux solaires à un endroit où le soleil brille davantage, leur rendement sera évidemment plus élevé. Ils peuvent également absorber de la chaleur par temps nuageux, mais celle-ci sera logiquement moindre;
- l'orientation: les panneaux PV et les collecteurs solaires doivent idéalement être orientés vers le sud pour obtenir le meilleur rendement. Ceci est particulièrement intéressant si vous êtes souvent à la maison. En revanche, une orientation est et ouest est préférable pour ceux qui ont besoin d'électricité ou d'eau chaude le matin ou le soir. Vous n'obtiendrez alors qu'un rendement moindre l'après-midi, lorsque le soleil brille le plus fort;
- la température: les panneaux solaires sont plus performants à une température de 25°C; si la température est trop élevée, les collecteurs solaires ne peuvent pas absorber l'énergie de manière aussi efficace;
- l'ombre: les panneaux solaires ne doivent pas être installés dans des zones ombragées afin de minimiser les interférences lumineuses;
- l'inclinaison des collecteurs: il est préférable de placer les collecteurs en direction du sud (ou entre le sud-est et le sud-ouest) avec une inclinaison comprise entre 20° et 70°.
- l'isolation: si vous utilisez un chauffe-eau solaire pour vos tuyaux de chauffage, vous devez évidemment veiller à ce que votre maison soit bien isolée afin que la chaleur ne disparaisse pas immédiatement.
Quel est l'encombrement d'une installation de chauffe-eau solaire?
Le chauffe-eau solaire standard avec système de tube à vide se compose de plusieurs capteurs et d'un réservoir de stockage séparé dans le local technique. A partir des panneaux, il y a un tuyau de départ et de retour vers et depuis la chaudière.
Naturellement, la chaudière doit être placée plus bas que les panneaux eux-mêmes afin de pouvoir vider le système. Pour une efficacité maximale, la différence de hauteur entre le fond de la chaudière et le point le plus haut des capteurs ne doit pas dépasser 8,5 m.
De combien de collecteurs avez-vous besoin?
Le nombre de collecteurs que vous placez dépendra de la surface de votre toit et de son orientation. En fin de compte, vous devriez laisser un professionnel déterminer le dimensionnement de votre installation, mais un simple calcul vous permet déjà de répondre en partie à cette question:
Une personne consomme en moyenne 50 litres d'eau chaude par jour. Une famille de quatre personnes a donc besoin d'un ballon de 200 litres.
- Pour calculer le nombre de m² de collecteurs plats nécessaires, il faut diviser le volume du ballon par 50/60. Une famille de quatre personnes a donc besoin d'environ 4 m² de collecteurs plats.
- Pour les collecteurs à tubes sous vide, le volume nécessaire du ballon est divisé par 60/75. Une famille de quatre personnes a donc besoin d'environ 3 à 4 m² de collecteurs à tubes sous vide.
Pour les chauffe-eau solaires qui peuvent fournir de l'eau sanitaire et chauffer la maison, la surface des collecteurs et le volume du ballon augmentent. Par exemple, une capacité de stockage de 500 à 1 000 litres et une surface de collecteurs d'au moins 10 à 15 m² conviennent pour le chauffage de la maison et de l'eau.
Chauffe-eau solaire et réservoir de stockage lui-même
Le ballon solaire en lui-même occupe environ 1 m² et a à la base quatre raccordements: deux pour l’eau de consommation (froide et chaude) et deux pour l’échangeur thermique (froid et chaud vers le capteur solaire).
Le volume tampon est fixé sur la base du nombre d'occupants. Chaque personne consomme environ 50 litres d'eau chaude par jour. Il faut également tenir compte du fait qu'il doit avoir assez de place dans la maison pour le ballon, et que la distance entre le ballon et les points de captage ne doit pas être trop grande (moins de 7 mètres).
Panneaux PV ou capteurs?
Si vous produisez de l'eau chaude sanitaire avec l'électricité d'une installation PV, l'électricité produite est utilisée pour alimenter un autre générateur de chaleur. Le résultat est une installation d'eau chaude sanitaire avec un rendement non optimal. Avec une installation solaire thermique, l'eau est chauffée directement, ce qui permet d'obtenir un meilleur rendement. De plus, la production de chaleur via un système thermique est toujours gratuite, sans avoir à payer de taxes.
Si vous souhaitez utiliser tout le potentiel de l'énergie solaire, la combinaison des deux systèmes est évidemment l'option la plus intéressante.
Système sous pression ou non pressurisé?
Système non pressurisé
Un chauffe-eau solaire avec un système non pressurisé avec tube à vide est équipé de capteurs de température qui détectent quand il est nécessaire de chauffer l'eau du réservoir de stockage via les capteurs. A partir de ce moment-là, la pompe intégrée pousse le fluide de transport à travers le capteur. Lorsque le chauffe-eau atteint sa température, la pompe s'arrête.
Le système se vide ensuite dans le serpentin de chauffage et l'eau du réservoir est chauffée. Dès que l'eau chaude sanitaire est consommée, de l'eau froide est alimentée par le bas, la température dans le chauffe-eau diminue et le processus recommence depuis le début.
Système sous pression
Avec une installation solaire sous pression, le circuit entre les capteurs solaires et le chauffe-eau solaire est fermé. Comme fluide de transport, on utilise un mélange d'eau et de glycol qui ne gèle pas, même à des températures allant jusqu'à -26°C. Ceci est important car le fluide de transport reste dans les capteurs et doit donc résister aux basses températures extérieures.
Ainsi, les tuyaux ne sont jamais vides. Un système rempli sous pression nécessite plus d'entretien, car le glycol perd son pouvoir antigel avec le temps. Le liquide de refroidissement doit être contrôlé tous les quatre ans et remplacé si nécessaire. Les systèmes sous pression sont particulièrement intéressants pour ceux qui ont besoin de beaucoup d'eau.
En plein soleil, le fluide caloporteur d'un tel système atteint rapidement des températures supérieures à 100 °C. Pour faire face à la pression supplémentaire qui se produit alors, il convient d'installer un vase d'expansion entre la pompe et le capteur solaire.
Les capteurs solaires pour l'eau chaude sanitaire sont équipés d'un limiteur thermostatique, réglé à un maximum de 60 °C
Un chauffe-eau solaire pour le chauffage central?
Les capteurs solaires peuvent également être utilisés pour soutenir le chauffage central (en particulier le chauffage à basse température). Ces installations permettent d'économiser entre 15 et 35% des coûts de chauffage. En règle générale, les capteurs peuvent chauffer un ballon accumulateur avec l'eau chaude sanitaire et l'eau du chauffage central. Il y a deux options:
- ballon stratifié: le chauffe-eau est divisé en différentes zones de température (n'oubliez pas que l'eau chaude monte). La zone inférieure est la zone de retour, où l'eau froide est amenée. Au-dessus se trouvent les zones tampons pour l'eau du chauffage central et pour l'eau sanitaire. Le chauffe-eau dispose de plusieurs robinets qui, en fonction de la demande, prélèvent de l'eau dans la zone concernée. Dans le chauffe-eau, il y a deux échangeurs qui sont reliés aux capteurs solaires (un pour l'eau chaude sanitaire et un pour le chauffage) ou un échangeur qui supporte à la fois l'eau chaude sanitaire et l'eau du chauffage central, et un brûleur intégré pour le chauffage central.
- Principe du bain-marie: le ballon d'eau chaude sanitaire est situé dans le chauffe-eau avec l'eau du chauffage central et est chauffé par l'eau de chauffage.
Plus la température de retour du système de chauffage est basse, plus le rendement du chauffe-eau solaire est élevé. En effet, la chaudière ne peut aider que si la température qui y règne est supérieure à la température de retour du système de chauffage.
Les chauffe-eau solaires alimentant le chauffage central ne peuvent donc être utilisés que si le circuit de chauffage fonctionne à basse température, comme les planchers et les murs chauffants ou les radiateurs à basse température.
