Installation d'un chauffe eau solaire (CESI)
Alter Energies - Haute Garonne (31)

Chauffe-eau Solaire individuel (CESI)

L’énergie reçue chaque année par la terre représente 8 000 fois la consommation énergétique totale de l’homme. Nous avons donc à notre disposition une source d’énergie gratuite, non polluante et disponible partout pour 5 à 10 milliards d’années encore.

L'eau chauffée par le soleil à travers des capteurs, peut être utilisée pour différentes applications. Aujourd’hui le marché du solaire thermique dispose de produits fiables mais se trouve confronté à une méconnaissance et à la concurrence avec d’autres investissement tels que l’installation de pompe à chaleur ou de panneaux photovoltaïques.

L’énergie solaire est disponible partout, gratuite à l’usage, renouvelable et non polluante. Il est simple de la capter pour produire de la chaleur.Grâce à des équipements robustes et fiables,l’énergie solaire permet de fournir une part importante des besoins de chauffage et d’eau chaude pendant de nombreuses années. Leurs prix connaissent peu de fluctuations. Ces installations ont aussi l’avantage de diminuer les rejets de polluants et de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Le chauffe eau solaire individuel (CESI) est la solution solaire thermique la plus simple à mettre en œuvre. Grâce à un principe fiable, il permet de chauffer une partie de l'eau chaude sanitaire de la maison.

Deux raisons d'installer un chauffe eau solaire individuel ?

Un équipement fiable et robuste

Le chauffe-eau solaire peut couvrir 50 à 80 % des besoins moyens annuels d’eau chaude sanitaire et la totalité des besoins à la belle saison, ce qui permet d’éteindre complètement la chaudière en été.
Bien conçus, bien utilisés et régulièrement entretenus, les éléments d’un chauffe-eau solaire individuel ont une durée de vie :
- de 20 à 30 ans pour des capteurs plans de qualités
- de 10 à 15 ans pour un ballon performant, avec un suivi régulier ;
- d’environ 5 à 15 ans pour le circulateur, les sondes de température et la régulation.

Un choix écologique

Le chauffe-eau solaire consomme peu d’électricité (uniquement pour le circulateur) et ne rejette pas de CO2, ni de polluant quand il fonctionne. Il diminue les rejets de gaz à effet de serre de 45 % à plus de 70 %, selon l’appoint utilisé.L’énergie utilisée pour fabriquer l’équipement est compensée par sa faible consommation quand il fonctionne. Au total, il utilise beaucoup moins d’énergie qu’un ballon électrique ou qu’un chauffe-eau à gaz.Le matériel constituant un CESI (en particulier les capteurs) est en grande partie recyclable.

Comment marche un chauffe eau solaire individuel ?

Les capteurs solaires thermiques transforment le rayonnement solaire en chaleur. Le fluide caloporteur qui circule dans les panneaux se réchauffe. Il passe ensuite dans le ballon d’eau chaude, où il cède sa chaleur à l’eau sanitaire via un échangeur de chaleur, puis repart vers les panneaux. La régulation donne la priorité à l’énergie solaire chaque fois que celle-ci est disponible et module l’énergie d’appoint à apporter en cas de besoin. Quand l’ensoleillement est insuffisant, l’énergie d’appoint chauffe l’eau via un circuit indépendant.

Quel type de capteur solaire pour un chauffe eau solaire individuel ?

Trois types de capteurs existent, et chaque type de capteur aura un rendement différent suivant l’écart de température entre l’intérieur du capteur et l’extérieur :

Les capteurs non vitrés sont les plus simples.

Capteurs souples ou « moquettes », ils sont peu coûteux et produisent de l’eau jusqu’à 30 °C environ. En revanche, ils ne peuvent servi pour l’eau sanitaire que dans les pays chauds. Alter Energie ne propose pas ce type de capteur.

Le capteur plan vitré

Le capteur plan vitré reste le capteur le plus répandu. Il se compose :

d’un élément absorbeur, recouvert la plupart du temps d’un revêtement sélectif, en contact avec des tubes de cuivre dans lequel circule le fluide caloporteur.

d’un vitrage pour favoriser l’effet de serre et réduire les pertes par convection.

d’un isolant afin de limiter les pertes vers l’extérieur.

Ces éléments forment un caisson qui peut être ou non intégré en toiture.

Fonctionnement: une partie du rayonnement qui arrive sur le vitrage traverse celui-ci pour atteindre l’absorbeur. Ce dernier s’échauffe et transmet la chaleur au fluide caloporteur qui circule dans les tubes. Comme tout corps qui s’échauffe, l’absorbeur émet un rayonnement (en grande partie dans les infra-rouges) qui est d’une part absorbé par le vitrage, d’autre part réfléchi par le film placé sur l’isolant. L’isolant a pour fonction de limiter les déperditions thermiques avec l’extérieur. En effet, le maximum d’énergie doit être transmise au fluide, il faut donc limiter les pertes avec l’environnement proche.

Le capteur sous vide

L’idée est de limiter les pertes du capteurs grâce au vide, le meilleur isolant. Ils peuvent atteindre des hautes températures (150°C) avec des rendements corrects. Ils sont généralement utilisés pour climatiser ou pour la production d’eau chaude haute température. Leur surcoût est compensé par leur meilleur rendement. Cependant, ils sont fragiles, et à privilégier pour des applications spécifiques ou des sites mal exposés ( ensoleillement diffus, masques).

Alter Energie ne propose pas ce type de capteur souvent trop fragile et garantie courte de 2 ans.

Quel type de chauffe eau solaire choisir ?

Il existe 3 types de chauffe-eau solaire individuel :

1/ Le chauffe eau solaire/CESI thermosiphon / monobloc

L’eau est mise en circulation sous l’effet thermosiphon : chauffée par les capteurs, et donc moins dense, l’eau monte naturellement vers l’échangeur du ballon de stockage placé au-dessus des capteurs.

Avantages:

continuité de la production d’ECS solaire en cas de coupure d’alimentation électrique
système sans régulation
fiabilité.

Inconvénients:

mise en œuvre délicate : les préconisations des fabricants doivent être parfaitement respectées (diamètres des tubes minimums, pentes minimales, dénivelé capteurs/ballon)
nécessite de limiter la température dans le ballon de stockage à l’aide de soupapes à commande thermique.

2/ Le chauffe au solaire auto-videangeable

Les capteurs et leurs canalisations se remplissent de liquide caloporteur lorsque la pompe fonctionne. Ils se vident automatiquement dans une bouteille de récupération ou un échangeur surdimensionné lorsqu’elle s’arrête. Les équipements (sauf le capteur) sont si-tués dans une zone hors-gel.

Avantages:

pas de risque de vaporisation du liquide caloporteur (en période de surchauffe ou dans le cas d’une coupure électrique)
circuit non pressurisé (organes de sécurité en moins, circuit plus simple, risque de fuites diminué)
possibilité de fonctionnement en toute eau ou avec une densité d’antigel plus faible (meilleur échange thermique).

Inconvénients:

moins de flexibilité dans le choix du capteur et de sa disposition
mise en œuvre plus délicate (passage des canalisations, respect des pentes, absence de points hauts,...).

Fabricant HELIOFRANCE

3/ Le Chauffe eau solaire pression

Le Chauffe eau solaire pression est adapté à la construction neuve et aux logements existants. Sa compacité et le prémontage de certains éléments comme les capteurs permettent un gain de temps et limitent les erreurs à l’installation. Cependant, il doit être réservé à des maisons de moins de 120 m2ou comprenant une seule salle de bain. Dans ces conditions, ses performances sont équivalentes au CESI à éléments séparés. Il assure une couverture des besoins en eau chaude sanitaire allant de 50 à 70% des besoins dans le sud ouest.

Avantages :

système adapté à tout type d’habitation
fiabilité
système performant
ballon contrôlé en température.

Inconvénients :

ajout d’une régulation différentielle pilotant un circulateur ;
interruption de la production solaire en cas de coupure électrique ;
nécessité d’un mélange eau+antigel (de qualité alimentaire).

Fabricant VIESSMANN

Fabricant HELIOFRANCE

Fabricant SYRUS

Un appoint indispensable ?

Séparé
L’appoint peut être assuré par un autre ballon, électrique ou au gaz, une chaudière à production d’eau chaude sanitaire instantanée. Ce système est plutôt utilisé en rénovation, quand la chaudière existante à déjà son propre ballon.

Intégré
Le ballon dit « bi-énergie » comporte deux échangeurs, dont un en bas du ballon, en provenance des capteurs. Dans les ballons électrosolaires, une résistance électrique est placée à mi-hauteur du ballon, au-dessus de l’échangeur « solaire » de chaleur. Dans les ballons hydrosolaires, le deuxième échangeur est placé dans le haut du ballon et relié à une chaudière (bois, fioul, gaz).

Couverture annuelle solaire d'un chauffe eau solaire ?

Le chauffe-eau solaire couvre de 50 à 80% des besoins moyens annuels d’eau chaude sanitaire avec une moyenne de 70% localement (Toulouse ,Saint Girons, Montréjeau) pour une installation bien dimensionnée.

De l'eau chaude solaire pour le lave vaisselle et la machine à laver ?

Il est possible d’utiliser aussi l’eau chaude solaire pour le lave-vaisselle ou le lave-linge en installant un mitigeur à l’entrée de la machine. L’eau arrive ainsi dans la machine à la température choisie. En revanche, si elle vient du robinet d’eau froide, elle entre dans la machine entre 13 et 15 °C puis doit être chauffée par une résistance électrique. Utiliser l’eau chaude solaire permet d’économiser l’électricité qui sert à chauffer l’eau.

Des capteurs bien dimensionnés ?

Attention au surdimensionnement ! C’est un défaut fréquent des installations, qui peut nuire sérieusement à leur fonctionnement :

des capteurs surdimensionnés engendrent un surcoût à l’achat et un risque de surchauffe ;

si votre installation est trop importante par rapport à vos besoins d’eau chaude sanitaire, la production solaire n’est pas efficace. En effet, celle-ci se déclenche seulement quand le capteur est plus chaud que le ballon. Si le ballon reste chaud parce que vous sous-utilisez l’eau qu’il contient, vous ne profitez pas de façon optimale de l’énergie solaire.Les capteurs doivent être dimensionnés de manière à économiser le maximum d’énergie gaz, fioul ou électricité, tout en limitant l’investissement. Cela dépend de la situation géographique et des besoins en eau chaude. Par exemple, pour produire 40 à 60 litres d’eau chaude à 50 °C par jour et par personne, un CESI doté de 4 m2 de capteurs pourra convenir pour une famille de 4 personnes dans le nord de la France, 2 m2 suffiront dans le sud pour le même usage

Une orientation optimale

Dans l’idéal, les capteurs doivent être orientés plein sud avec une inclinaison de 30 à 45° par rapport à l’horizontale. Mais l’efficacité des capteurs reste bonne avec une orientation de l’est à l’ouest et une inclinaison de 30 à 60°.

Pour toute installation, Alter Energies réalise une étude de couverture solaire, suivant le type de système proposé, les conditions d'installations, et les besoins d'eau chaude sanitaire

Etude de couverture solaire

Les capteurs sont en général installés sur un toit. Ils peuvent aussi être posés au sol sur un châssis, installés comme brise-soleil, garde-corps d’un balcon ou sur un mur bien exposé. L’installateur étudiera les différentes possibilités d’implantation des capteurs pour choisir la plus intéressante.Pour une maison neuve, on peut en général intégrer les capteurs à la toiture, ce qui facilite leur intégration architecturale. Dans l’existant, les capteurs peuvent être intégrés à la toiture ou installés sur un châssis, dont l’intégration est plus délicate. Dans tous les cas, il est important qu’ils soient facilement accessibles pour simplifier l’entretien et la maintenance.Un ballon de la bonne taille et bien isolé Avec un ballon surdimensionné, la consommation d’appoint est plus importante pour réchauffer et maintenir à température l’eau sous-utilisée.Le volume de stockage doit pouvoir couvrir la consommation quotidienne d’eau chaude sanitaire.

Gérer les surchauffes

Quand l’ensoleillement est important mais la demande d’eau chaude faible, les capteurs peuvent subir une forte augmentation de température. Or, les surchauffes réduisent le rendement des capteurs et peuvent détériorer l’installation, en dégradant la qualité du fluide caloporteur, en accélérant l’usure des raccords ou du circulateur...Votre installation doit être conçue pour utiliser l’énergie solaire de façon optimale et non maximale.

Évitez de surdimensionner la surface de capteurs.

Équipez-vous de capteurs solaires appropriés : un capteur solaire « trop » performant (capteur sous vide par exemple) est inutile pour produire de l’eau chaude sanitaire à 50 °C. Des capteurs avec une inclinaison de 45 à 60° par rapport à l’horizontal limitent le risque de surchauffe l’été et assurent un meilleur captage l’hiver.

Un capteur innovent récemment mis au point par Viessman, permet d'éviter les surchauffes. Ce capteur change de propriétés en fonction de la température : l’absorbeur devient émissif au-dessus de 80 °C. Il peut donc supporter de fortes montées en température sans se détériorer ni perdre de son efficacité.

Faites circuler le fluide du circuit primaire la nuit pour évacuer la chaleur dans les capteurs. Cette solution ne nécessite pas d’appareillage particulier, les régulations peuvent le gérer pendant les périodes estivales en la programmant (mode vacance).

Équipez-vous d’un CESI autovidangeable. Quand le circulateur s’arrête, le fluide du circuit primaire se vide dans un réservoir. Lorsque le système se remet en fonctionnement, une pompe aspire le liquide dans le réservoir et l’envoie vers les capteurs.