Chauffe-eau solaire - Définition

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Introduction

Un chauffe-eau solaire est un dispositif de captation de l'énergie solaire destiné à fournir partiellement ou totalement de l'Eau Chaude Sanitaire (ECS).

Ce type de chauffage permet habituellement de compléter les types de chauffage de l'eau exploitant d'autres sources énergétiques (électricité, énergies fossiles, biomasse, ...) dans certaines conditions il permet de les remplacer totalement. L'énergie solaire étant parfaitement renouvelable, ce remplacement permet de limiter efficacement les émissions de gaz à effet de serre ou la production de déchets nucléaires, raison pour laquelle l'installation de tels dispositifs est fortement encouragée par de nombreux États et collectivités via la fiscalité, des primes et/ou une obligation d'installation sur les nouvelles constructions.

Un chauffe-eau solaire à réservoir d'eau chaude intégré.

Part solaire

Cela correspond au taux de couverture solaire, c'est-à-dire le rapport entre l'énergie fournie par la partie solaire d'une installation et la consommation totale de l'installation. En Europe de l'Ouest, un chauffe-eau solaire permet de réaliser environ deux tiers (66 %) d'économie sur les besoins en eau chaude, qu'il s'agisse de maisons individuelles (chauffe-eau solaire individuel (CESI)) ou de structures collectives (chauffe-eau solaire collectif (CSC)). Dans les pays du sud méditerranéen, certains pays d'Asie, les Caraïbes, les chauffe-eau solaires sont habituels ; compte tenu d'un éclairement solaire plus régulier et plus intense, ainsi que d'une température ambiante plus élevée, l'équipement est beaucoup plus simple, fréquemment constitué d'un simple ballon en toiture, non isolé thermiquement, qui fait usage de capteur solaire en même temps que de réservoir d'eau chaude.

Constitution

Un panneau thermique autoconstruction monté en façade

Un chauffe-eau solaire est constitué de plusieurs organes :

  • des panneaux solaires (ou capteurs solaires thermiques) qui captent l'énergie du rayonnement solaire en chauffant un fluide caloporteur (eau ou antigel) dans un circuit primaire. Ce dernier est chargé d'acheminer les calories récupérées jusqu'au circuit secondaire ;
  • un réservoir d'eau chaude (ou ballon d'eau chaude) dans lequel un volume d'eau est chauffé par le liquide caloporteur à travers d'un échangeur thermique, souvent un serpentin de cuivre ;
  • un dispositif de chauffage d'appoint peut être intégré au réservoir, sous forme d'une résistance électrique ou de liaison à une chaudière à gaz, au fioul ou au bois. Il est utile lorsque l'énergie solaire ne suffit pas aux besoins. L'appoint peut être évité avec une plus grande installation pour pallier les creux ou en adaptant[réf. souhaitée] la façon dont on utilise l'eau chaude.
  • un vase d'expansion sur le circuit primaire, assure la sécurité du matériel, il permet de compenser la dilatation du fluide. Il prend la forme d'un petit réservoir métallique ; une soupape de sécurité est impérative dans un circuit fermé, dans le cas où elle ne serait pas intégrée à celui-ci. Un vase d'expansion à l'air libre (simple bidon en plastique) placé en point haut résout les problèmes de dilatation et de sécurité en cas de surchauffe (pas de vidange de fluide caloporteur).
  • on adjoint un circulateur sur le circuit primaire, une pompe mue par un moteur électrique, lorsqu'il s'agit de matériel en « circulation forcée ».

Autrement si le réservoir est placé plus haut que le panneau solaire, il n'est pas nécessaire d'utiliser une pompe. La circulation de l'eau dans le circuit primaire se fait par thermosiphon si la température de sortie du panneau est assez élevée (par rapport à celle en entrée) pour vaincre les pertes de charges dans le système. L'avantage est que la circulation s'arrête pendant la nuit, gardant ainsi l'énergie accumulée dans le ballon pendant la journée.

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