Les composants d'une installation de chauffe-eau solaire
Zoom sur : la station solaire, la régulation, les capteurs...
Comment comparer deux devis de chauffe-eau solaire ? Que sont tous ces appareils qui figurent dans les petites lignes du devis ? A quoi servent-ils ? Quelles sont leurs qualités, leurs défauts ?
A quoi doit-on veiller quand on choisit un chauffe-eau solaire ? Quel type de capteur faut-il choisir : capteur plan ou tubes sous vide ? Dans le ballon solaire, faut-il un échangeur ou deux ?
Autant de questions qu'un consommateur avisé est en droit de se poser avant d'acheter un chauffe-eau solaireet auxquelles nous tâchons de répondre le plus clairement possible. Parce que nous croyons que l'information délivrée à nos clients doit être la plus complète possible, afin qu'ils soient en capacité de bien choisir. Ici, pas de jargon, que des explications !
Quels capteurs solaires
Vous trouverez sur le marché principalement deux types de capteurs solaires thermiques : les capteurs plans vitrés, et les tubes sous vide. Il a longtemps été dit que les tubes sous vide offraient un meilleur rendement, mais cet argument n'a pas résisté lontemps aux études de terrain menées partout en Europe avec mesures et relevés des performances. Le rendement est à peu près identique quel que soit le type de capteur - à peine un peu meilleur même pour les capteurs plans ! - mais chaque forme de capteur de chauffe-eau solaire a sa place, son utilité, ses avantages et ses inconvénients. Voici comment choisir :
Le capteur plan vitré
C'est le plus répandu et le moins coûteux, celui qu'on connaît depuis le plus longtemps, le plus résistant aussi : le capteur plan vitré. Il forme un coffre en aluminium, dont le fond est isolé par une laine minérale, dont le cadre est en aluminimum, et dont le dessus est en verre de qualité solaire. Les principales qualités de ce verre solaire sont sa grande résistance aux impacts de grêle - la même que les fenêtres de toit - mais aussi son fort pouvoir de transmission du rayonnement solaire : en schématisant, il doit en absorber plus qu'il n'en reflète !
A l'intérieur circule un réseau de fines canalisations en cuivre dans lesquelles le fluide caloporteur est envoyé se chauffer. Pour accroître la capacité à absorber le rayonnement solaire de ces tubes de cuivre, ils sont recouverts d'une grande feuille en aluminium : c'est l'absorbeur. La liaison entre les tubes de cuivre et l'absorbeur est une des spécificités mises en avant par chaque fabricant, et qui contribue au rendement du capteur solaire thermique.
Simple, peu coûteux, robuste, le capteur plan est la solution de première intention.
Il peut s'installer sur le toit, par dessus les tuiles ou intégré à la toiture en remplacement des tuiles, mais aussi sur un châssis au sol, sur la façade, au-dessus d'une porte ou d'une fenêtre, etc. Il faut l'orienter correctement, le plus près possible du sud bien sûr, mais entre sud-est et sud-ouest, c'est encore très bien. Si malgré les nombreuses possiblités d'installation, il n'est pas possible de l'installer avec une orientation correcte, ou que la place vient à manquer, c'est là que les tubes sous vide entrent en jeu.
Les tubes sous vide
Il existe plusieurs types de chauffe-eau solaire sous forme de tubes, mais tous ne sont pas sous vide... Nous parlerons ici des vrais tubes sous vide.
Un chauffe-eau solaire à base de tubes sous vide est constitué d’un collecteur hautement isolé et d’une série de tubes qui viennent s'enclipser dans le collecteur situé en partie haute. Le vide à l’intérieur de chaque tube garantit une parfaite isolation et protège le système des influences extérieures telles que le froid, le vent ou l’humidité. Le vide permet aussi d’assurer que l’énergie collectée est bien transformée en chaleur utile et non pas perdue par convection.
Chaque tube contient une sorte de feuille métallique, l'absorbeur, qui comme son nom l'indique absorbe le rayonnement solaire. Le gros avantage du tube sous vide, c'est qu'il peut être pivoté de 30° lors de son installation : ainsi, même si la toiture n'est pas bien orientée, l'absorbeur, lui, peut être orienté plein sud.
Un second avantage serait la possibilité d'exploiter les surfaces verticales telles que les murs de façade. Mais le rendement est tout de même inférieur dans ce cas, car il est alors difficile d'avoir un absorbeur perpendiculaire aux rayons solaire, situation dans laquelle il reçoit le maximum de rayonnement...
Quelques points faibles maintenant : le coût du système, sensiblement plus élevé que celui du capteur plan vitré, mais aussi une certaine fragilité. Ceci dit, quand il y a de la casse, il suffit de remplacer le tube cassé. Pendant ce temps-là, le reste du chauffe-eau solaire continue de fonctionner.
La station solaire
La station solaire est un organe hydraulique, situé entre les capteurs et le ballon solaire. Parfois, on la trouve aussi sous l'appellation groupe de transfert.
Elle regroupe, sous une coque isolée, une vanne de sécurité, un limiteur de débit, un manomètre pour contrôler la pression, un thermomètre donnant une lecture des températures du fluide, mais aussi un circulateur, qui en est la pièce maîtresse.
Nous veillons tout particulièrement au choix du circulateur car il consomme de l'électricité ! Nous choisissons des stations solaires dotées de circulateurs de marque reconnue, et de faible consommation.
La station solaire regroupe donc tous les organes de gestion hydrauliques de votre installation de chauffe-eau solaire.
Parfois comme sur la photo à gauche, la coque isolante de la station solaire permet également d'héberger la régulation électronique.
La régulation solaire
La régulation est le cerveau de votre chauffe-eau solaire. La régulation, organe électronique, est connectée à des sondes de températures situées au niveau des capteurs solaires, et à différentes hauteurs du ballon solaire.
Lorsque la régulation détecte que l'eau dans votre ballon solaire a refroidi, elle va chercher à savoir si elle peut fournir plus d'eau chaude grâce à l'énergie solaire. Cette information lui est donnée par les sondes de température situées sur les capteurs solaires thermiques. Si la différence de température est suffisante, la régulation solaire va donner l'ordre au circulateur, situé dans la station solaire, de faire revenir des calories en direction du ballon solaire.
Le liquide caloporteur va donc se mettre en mouvement : il traverse les capteurs solaires où il est chauffé par les rayons du soleil, ressort des capteurs et redescend en direction du ballon solaire. Là il va circuler dans l'échangeur du ballon, où il va peu à peu céder ses calories, sa chaleur, son énergie, à votre eau sanitaire. Celle-ci se met à chauffer : le haut du ballon est la zone la plus chaude, par effet de stratification.
Si aucune eau chaude n'est tirée dans la maison, la température entre le ballon et les capteurs solaires va peu à peu se retrouver à l'équilibre. En tout cas la différence de température aura nettement baissé : la régulation donne alors l'ordre au circulateur de se mettre au repos.
C'est la raison pour laquelle le dimensionnement d'un chauffe-eau solaire doit être fait avec soin : ni trop, ni trop peu !
Antigel de qualité solaire
Pour éviter au liquide caloporteur de geler pendant l'hiver et de détruire vos capteurs solaires, il contient un antigel qui le protège jusque vers -28°C. Mais dans le domaine du solaire, on n'utilise pas le même antigel que dans votre voiture !
L'antigel de qualité solaire ne nuit pas à la santé ni à l'environnement : il est fabriqué à base de propylène glycol, un liquide qu'on trouve dans les e-liquides pour cigarette électronique, mais aussi comme émulsifiant alimentaire, comme additif dans certains médicaments, etc.
Le propylène glycol de l'antigel solaire remplace l'éthylène glycol, qui est certes moins coûteux mais nettement plus toxique pour l'homme et pour l'environnement !
L'échangeur, le ballon solaire et les systèmes d'appoint
Comment bien choisir son ballon solaire ?
Nous déterminons sa capacité avec soin en tenant compte du nombre d'occupants permanents de la maison. Comme nous l'expliquions un peu plus haut, un surdimensionnement du chauffe-eau solaire conduit à son usure prématurée.
La meilleure chose qui puisse arriver à votre chauffe-eau solaire, c'est d'être le plus possible sollicité : plus le liquide caloporteur circulera, mieux votre chauffe-eau solaire se portera ! La taille du ballon est un élément déterminant, ainsi bien sûr que l'adéquation entre le ballon et la surface de capteurs solaires.
Qu'est-ce qu'un échangeur ?
L'échangeur solaire est le serpentin que vous voyez ici à gauche en bas du ballon solaire : il s'enroule autour de la cuve. Le liquide caloporteur chauffé par le soleil arrive dans ce tube, et transmet ses calories à votre eau sanitaire sans aucun contact direct.
La surface de l'échangeur tient une place prépondérante dans le rendement d'un chauffe-eau solaire : elle doit être correctement proportionnée à la surface des capteurs solaires, puisque c'est par la surface de l'échangeur que les calories conquises grâce à l'énergie solaire sont transférées à votre eau chaude sanitaire. Selon les fabricants, les échangeurs ont des surfaces plus ou moins importantes. Et selon la capacité du ballon, l'échangeur aura aussi une surface plus ou moins importante.
Se pose ensuite la question du nombre d'échangeurs : comme vous le voyez sur la photo à gauche, un second échangeur, voire même un troisième, peut équiper la partie haute du ballon solaire. Ce deuxième échangeur est simplement connecté à la chaudière. Ceci permet de confier l'appoint, lorsque le soleil est insuffisant ou absent, à la chaudière habituellement chargée du chauffage de la maison. Dans ce cas, c'est de l'eau chaude en provenance de la chaudière qui passe dans l'échangeur du haut.
Il faut absolument se poser la question de la pertinence d'un tel choix en fonction de l'énergie utilisée pour le chauffage !
Les différents systèmes d'appoint
Quand le soleil manque, un chauffe-eau solaire a besoin d'une énergie d'appoint. Globalement de mars à septembre, vous pouvez compter sur le solaire à quasiment 100%, mais le reste du temps, et notamment de décembre à février, il faut un dispositif d'appoint.
L'appoint le plus classique consiste sinon en une résistance électrique plongée dans le ballon solaire.
Si vous êtes doté d'une chaudière à granulés ou à bois, ou encore au gaz naturel, confier l'appoint à la chaudière est une bonne option, qui revient peu cher. Cela consiste, comme on vient de le voir, à avoir un ballon solaire doté de deux échangeurs dont un est reliée à la chaudière. Le ballon coûte certes un peu plus cher, et l'installation requiert davantage de main d'oeuvre et d'accessoires, mais l'opération se rentabilise très bien grâce au faible coût de l'énergie d'appoint.
Si par contre vous êtes équipé d'une chaudière au propane (gaz en citerne), c'est une bien mauvaise idée : le kilowattheure de propane coûtant plus cher que le kWh d'électricité, pourquoi ne pas confier l'appoint à une résitance électrique ? D'autant que le rendement d'une chaudière n'est pas toujours excellent...
Pour ceux d'entre vous qui sont au fioul, nous aurions tendance à conseiller, dans un premier temps, d'opter pour un ballon à double échangeur... mais de prévoir d'ores et déjà l'appoint électrique intégré afin de pouvoir faire fonctionner votre chauffe-eau solaire l'hiver même quand vous vous serez débarassé du fioul devenu trop cher ! L'intérêt est tout de même assez limité, vu le peu d'électricité qui sera consommé pour l'appoint pendant l'hiver et au regard du surcoût engendré.
Une autre solution consiste, mais il faut que la chaudière soit compatible, à préchauffer l'eau avec le solaire avant de l'envoyer à la chaudière.
Enfin, si vous êtes déjà équipé d'un chauffe-eau électrique et qu'il est en bon état, il peut être très intéressant de le conserver en parallèle du ballon solaire : en série devrait-on dire puisque le ballon solaire déversera son eau chaude dans le cumulus électrique qui, voyant qu'il n'y a pas besoin de chauffer cette eau, servira juste de stockage supplémentaire, accroissant d'autant la capacité de stockage du chauffe-eau solaire. L'hiver, l'eau lui parviendra juste préchauffée, ce qui permet bien sûr une économie d'énergie notable par rapport à une eau normalement à 5 ou 6°. Et c'est, dans ce cas, le chauffe-eau électrique qui fait l'appoint, plutôt qu'une résistance située dans le ballon solaire.
L'Etat encourage les particuliers à s'équiper d'un chauffe-eau solaire, en attribuant des aides financières renforcées par la Région. Pour pouvoir en bénéficier, et pour être sûr de réussir la conception et l'installation de votre chauffe-eau solaire, faites confiance à un spécialiste !
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