Fonctionnement du chauffage solaire thermique

Le solaire thermique produit de la chaleur à partir de la lumière infra-rouge du soleil par l’intermédiaire de capteurs réchauffant un liquide caloporteur. C’est un procédé de chauffage qui permet l’alimentation en eau chaude sanitaire ainsi que le chauffage des logements individuels et collectifs y compris les locaux du tertiaire (hôpitaux, hôtels, etc.). On parle de système solaire combiné (SSC) dans le cas où il y a production d’eau chaude sanitaire et chauffage de locaux qui peuvent assurer de 20 à 40% des besoins annuels d’un ménage moyen selon la région et la surface de l’installation.

Une démarche écologique

L’énergie solaire est une énergie renouvelable, disponible partout, gratuite et facile à transformer alors que les énergies fossiles (pétrole, gaz charbon) s’épuisent, sont de plus en plus chères et émettent des gaz à effet de serre. En fonctionnement, la production de chaleur solaire est sans impact sur l’environnement.

Une technologie maitrisée

Les techniques de captage solaires sont aujourd’hui bien au point, en progrès constant et à maintenance réduite (durée de vie d’au moins 25 ans). Une installation solaire thermique comprend au minimum les éléments suivants :

• des capteurs thermiques recevant l’énergie solaire et s’échauffe
• un circuit primaire dans lesquel circule un liquide caloporteur transportant la chaleur
• un échangeur thermique restituant la chaleur à de l’eau froide
• un ballon de stockage de l’eau chaude sanitaire produite
• des émetteurs de chaleur pour le chauffage des locaux
• un système de fourniture d’énergie d’appoint pour les jours à ensoleillement déficitaire
• un système de régulation de température

Les capteurs thermiques comprennent un absorbeur et un coffre rigide l’encastrant hermétiquement. L’absorbeur, coeur du système, est constitué d’une plaque et de tubes metalliques noirs. Le coffre se comporte comme une micro serre avec une vitre sur sa partie supérieure exposée au soleil. Les capteurs peuvent être ajoutés au bâtiment ou mieux, intégrés dans sa structure (façade, toiture).

Pour un rendement optimal, les panneaux doivent être inclinés à 45 degrés et orienté au sud. Une surface de capteurs en toiture de 20 m2 satisfait aux besoins de consommation d’eau chaude sanitaire et de chauffage d’un ménage moyen (150m2 de surface chauffée).

Le circuit primaire comprend des tuyauteries métalliques calorifugées contenant de l’eau additionnée d’antigel constituant le liquide caloporteur. Ce dernier y circule en circuit fermé en s’échauffant au passage dans les tubes des capteurs et se refroidissant dans le ballon d’eau chaude.

L’échangeur thermique se compose d’un simple serpentin faisant partie du circuit primaire mais noyé dans le ballon de stockage. Au cours de son séjour dans le ballon, le liquide chaud y transfère sa chaleur et repart refroidi vers les capteurs.

Le ballon de stockage est une cuve métallique compacte, étanche, isolée thermiquement, d’une capacité allant de 500 à 2000 litres. La température dans le ballon est alors comprise entre 45 et 60°C. Placer le ballon au plus près des capteurs et dans un local chauffé où au moins isolé pour minimiser les pertes thermiques.

L’eau chaude soutirée et dirigée vers les capteurs est remplacée par un égal volume d’eau froide en provenance du réseau. Si le ballon est placé plus haut que les capteurs la circulation du liquide caloporteur est naturelle (fonctionnement par thermosiphon). Si le ballon est situé en dessous des capteurs le circuit devra intégrer un circulateur électrique qui mettra en mouvement le liquide caloporteur.

Les émetteurs de chaleur à basse température (30 à 50°C) font appel aux classiques radiateurs ou aux planchers chauffants. Ces derniers peuvent être de simples dispositifs intégrés à une dalle de béton dimensionnés pour générer en surface une température de l’ordre de 23°C. Il peut aussi s’agir de systèmes originaux de chauffage de conception française désignés sous le vocable de planchers solaires directs (PSD®) qui cumulent les fonctions de stockage d’eau chaude en journée et d’émetteurs de chaleur la nuit, évitant l’installation du ballon de stokage et de l’échangeur associé.

Dans nos régions, en période de manque de soleil (hiver, mauvaise saison), un système de chauffage d’appoint est nécessaire pour maintenir la température de l’eau du ballon à une valeur convenable. Ce système peut être constitué d’une résistance électrique introduite à mi-hauteur dans le ballon (cas de l’eau chaude sanitaire) ou d’une chaudière traditionnelle alimentant en eau chaude un deuxième serpentin noyé dans ce même ballon (cas du chauffage de locaux).

Le système de régulation assure un bon fonctionnement de l’installation en privilégiant l’énergie solaire et en modulant l’appoint d’énergie pour établir un niveau de confort thermique acceptable.

Des démarches administratives simplifiées

Les démarches administratives relatives à l’implantation de panneaux solaires sur une habitation existante de moins de 12m de hauteur (hors secteur sauvegardé), se résument à une simple déclaration de travaux en mairie (les panneaux solaires ne constituant pas de surface de plancher). Dans le cas d’ une implantation sur un bâtiment neuf il est préférable d’intégrer les capteurs solaires dans le permis de construire.

Des incitations financières

L’investissement dans une installation solaire thermique est aujourd’hui encore élevé puisque le coût d’une telle installation avoisine les 20000 euros (chaudière d’appoint incluse). A titre de comparaison une installation classique au fioul avec plancer chauffant coûte 15000 euros. Mais l’Etat et certaines collectivités territoriales proposent au titre de l’amélioration de l’efficacité énergétique des logements et plus particulièrement à l’installation de systèmes solaires combinés (SSC) des aides directes ou indirectes. Ainsi vous pouvez bénéficier sous conditions, de crédit d’impôt de 50% des dépenses, d’une TVA réduite à 5,5%, de prêts à taux réduits, d’aides de l’ANAH (Agence Nationale pour l’Amélioration de l’Habitat).

Conclusion

Produire sa propre eau chaude sanitaire et se chauffer à partir du rayonnement solaire, moyennant une énergie d’appoint pour les jours sans soleil, est aujourd’hui à la portée de toute personne concernée par les énergies renouvelables et consciente des problèmes environnementaux actuels.