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Solaire thermique

Economiser jusqu’à 70 % sur les besoins d’énergie pour la production d’ eau chaude est possible grace au CESI  . Voyons le fonctionnement du système à circulation forcée, la conception et comment mesurer la performance de son installation.

Fonctionnement du système à circulation forcée

Principe

Principe du CESI - Ademe
Principe du CESI
Ademe

Schéma de fonctionnement Source Ademe  

Capter l’énergie solaire à l’aide du capteur solaire thermique (1)

Transporter la chaleur C’est le rôle du circuit primaire (2). Étanche et calorifugé, il contient de l’eau additionnée d’antigel (Eau glycolée  ). Ce liquide s’échauffe en passant dans les tubes du capteur, et se dirige vers un ballon de stockage.

Restituer la chaleur La chaleur est restituée à l’eau chaude sanitaire par l’intermédiaire d’un échangeur thermique (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 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 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 d’un chauffe eau solaire est de diminuer les charges énergétiques dues à la production d’Eau Chaude Sanitaire (ECS) grâce à l’énergie solaire.

Conception d’une installation

Positionnement des capteurs

Le choix de l’orientation et de l’inclinaison est toutefois guidé principalement par des préférences architecturales. Idéalement un capteur sous nos latitudes doit être positionné plein sud à 45°. Il est toutefois possible de s’écarter de ce point optimal (orientation + ou – 45 °, inclinaison + ou – 15 °) sans que les performances de l’installation n’en soit trop affectées.

Sur un bâtiment neuf, il est souvent possible de les intégrer dans la toiture du bâtiment.

Exemple de capteur solaire thermique intégré
Exemple de capteur solaire thermique intégré

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, ... ).

Il est impératif de prendre en compte la présence de masques proches (ombre d’immeuble, cheminée, arbre) qui peuvent avoir un impact lourd sur les performances de l’installation. Cela peut justifier un positionnement moins bien orienté car moins soumis aux ombrages.

Dimensionnement de l’installation

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. Pour la production d’ECS (Eau Chaude Sanitaire), 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.

Ainsi dimensionné la productivité attendue d’un chauffe-eau solaire doit à minima dépasser 400 kWh/an/m2 de capteur installé. Cette productivité permet de couvrir 50 à 70% 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.

Mesurer la performance de son installation

Le fonctionnement d’un chauffe-eau est absolument transparent, il ne vient en aucun cas perturber le fonctionnement de votre installation de production d’eau chaude. Aussi, est il parfois difficile de suivre en temps réel le bon fonctionnement de l’installation. l’INES (Institut national de l’énergie solaire) propose gratuitement aux maîtres d’ouvrage qui le demande une instrumentation et un télésuivi de l’installation. Ce service, financé par l’ADEME et la région Rhône-Alpes permet aux maîtres d’ouvrages de vérifier mois par mois le bon fonctionnement de son installation et de détecter toute anomalie.

Pour plus d’information sur le télésuiviweb : http://www.ines-solaire.com/TeleSui...