Chauffe-eau solaire individuel (CESI)

Economiser jusqu’à 70 % sur les besoins d’énergie pour la production d’ eau chaude

Il se compose de capteurs solaires thermiques posés en toiture, d’un système de circulation et de régulation et d’un ballon de stockage d’eau chaude. Ce système peut-être utilisé indépendamment du système de chauffage avec par exemple une résistance électrique qui sert d’appoint ou avec celui-ci et dans ce cas c’est la chaudière qui sert d’appoint.

Fonctionnement

Schéma de fonctionnement

Source Ademe

• 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 primaire 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 serpentin (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.

L’objectif est de diminuer les charges énergétiques dues à la production d’eau chaude sanitaire (ECS) grâce à l’énergie solaire. Il existe toute une gamme de chauffe-eau solaires individuels référencés ouvrant droit aux aides financières

Pour la production d’ECS, on prévoit de 0,7 à 1,5m2 de capteurs solaires thermiques par habitant et un volume de stockage d’environ 50 litres par m2 de capteurs. La productivité des capteurs atteint 400 à 500kWh/an/m2, en énergie utile. Cette productivité permet de couvrir 50 à 80% des besoins annuels d’eau chaude sanitaire.
 
 

En été, la couverture des besoins est proche de 100%. Ceci permet de ne pas utiliser sa chaudière d’appoint durant 2 à 4 mois. En évitant de faire fonctionner sa chaudière, pendant quelques mois, avec de mauvais rendement pour des simples besoins d’eau chaude, on économise sur la durée de vie de sa chaudière. Pour une installation 100 % renouvelable on peut donc coupler son chauffe-eau solaire avec une chaudière bois

L’implantation des capteurs pour chauffe-eau solaire individuel

Leur surface varie entre 3 et 7m2 en fonction des besoins. Leur fonctionnement optimal est obtenu en les fixant le plus possible au sud, avec une inclinaison entre 30 et 60°, le plus près possible du module de transfert afin de minimiser les pertes de distribution. Dans le Rhône dans la plupart des cas, un kit chauffe-eau solaire composé de 4 m2 de capteur suffit à couvrir 70% des besoins d’une famille composée de 4 à 5 personnes.

Sur un bâtiment neuf, il est souvent possible de les intégrer dans la toiture du bâtiment. Sur un bâtiment ancien, si la toiture n’est pas correctement orientée, la pose sur châssis est envisageable. Celui-ci peut également être installé sur un bâtiment annexe (garage, abris bois, etc.). Dans tous les cas, les capteurs doivent rester accessibles au cas où une intervention s’avérerait nécessaire (remplacement de la sonde, purge bouchée, ... ).
 
  Pour installer un chauffe-eau solaire, il est indispensable de travailler avec des artisans chauffagistes agréés QUALISOL
 
 

Les chauffe-eau à éléments séparés

les plus répandus

Fonctionnement : Ces systèmes possèdent une régulation qui enclenche le circulateur dès que l’énergie solaire est suffisante. La performance est ainsi supérieure à celle des thermosiphons. Les capteurs peuvent s’intégrer dans l’architecture du bâtiment et le ballon être situé séparément n’importe où dans le bâtiment, même en dessous des capteurs. Une énergie d’appoint peut être intégrée dans le ballon solaire tout comme en aval de celui-ci. La structure de plomberie et de chauffage ordinaire de ce système correspond à celle d’un système de production classique, et l’entretien est similaire.

Les chauffe-eau en thermosiphon

des systèmes peu courants

Fonctionnement : Lorsque le ballon de stockage de l’ECS se situe séparément et au dessus des capteurs, le chauffe-eau à convection naturelle (" thermosiphon ") peut être installé. Comme dans le chauffe-eau solaire monobloc, c’est la variation de température obtenue par l’échauffement qui entraîne la mise en mouvement du liquide, alors transféré jusqu’au ballon. Le dimensionnement de ce type d’installation doit être effectué de manière à réduire au maximum les pertes de charges dans le circuit. La mise en circulation du fluide s’effectue en général pour des différences de température (capteur/ballon) de 15°C. Les performances de ce procédé sont relativement réduites en hiver, à cause des fortes déperditions et du faible rendement. L’utilisation du thermosiphon correspond en général à des installations de taille modeste (chauffe-eau solaire individuel de quelques m2).

Les chauffe-eau solaires monoblocs

adapté pour les pays chauds

Fonctionnement : ces systèmes sont des ensembles " capteur + ballon " simples et complets qui fonctionnent de manière autonome. Le fluide est échauffé lorsque l’ensoleillement est suffisant. La variation de température obtenue par cet échauffement entraîne la mise en mouvement du liquide, qui est transféré jusqu’au stock situé juste au dessus du capteur. La position du ballon ne permet pas d’intégrer une source d’énergie d’appoint dans ce système (elle devra, si nécessaire, se trouver en aval du monobloc). La grande simplicité du système le rend fiable dans la durée, et diminue son coût d’investissement. Le coût de fonctionnement est nul. Leur utilisation est adaptée aux pays chauds, afin d’éviter les risques de gel. La dimension modeste du monobloc limite sa production à un usage modeste (chauffe-eau solaire individuel de quelques m2).

Publié le 29 septembre 2006.