Principe de fonctionnement d’un chauffe-eau solaire et retour d’expérience
La production d’eau chaude sanitaire est généralement le deuxième poste de consommation d’énergie des ménages après le chauffage. Pour les habitations récentes disposant des dernières normes d’isolation, la production d’eau chaude sanitaire peut même être le premier poste.
Il est possible de diminuer la consommation d’énergie pour chauffer l’eau en utilisant l’énergie solaire grâce à un chauffe-eau solaire. Comme je ne possède pas actuellement de chauffe-eau solaire, je suis allé voir mon ami et voisin, Alain Poulet, qui a eu la gentillesse de me montrer et de m'expliquer le fonctionnement de son système. L’article qui suit est donc le résultat de notre discussion, à laquelle j’ai ajouté quelques informations d’ordre plus général.
Constitution du système Le système est composé de plusieurs parties : - Un capteur solaire thermique, dans lequel circule un mélange d’eau et d’antigel et qui fait office de fluide caloporteur, c’est-à-dire d’un liquide qui va transporter la chaleur. Ce liquide circule dans ce que l'on nomme : le circuit primaire. Ce capteur est positionné sur le toit, dans notre cas, il possède une surface de 3 m².
- Un ballon contenant l’eau sanitaire à chauffer, d’une capacité de 300 litres dans notre cas d’étude. Il s’agit du circuit secondaire qui alimentera l’habitation.
- Un circulateur, il s’agit d’une petite pompe qui permet la circulation du fluide caloporteur du circuit primaire.
- Des capteurs de pression et des capteurs thermiques
- Un vase d’expansion muni de soupapes qui permet de gérer les surpressions dans le circuit primaire en cas de surchauffe du capteur solaire.
- Un dispositif de chauffage d’appoint qui s’enclenche automatiquement lorsque l’énergie solaire ne suffit pas. Il s’agit d’une résistance électrique dans notre cas.
Principe de fonctionnement Le rayonnement solaire qui atteint le panneau solaire thermique va directement chauffer le fluide caloporteur du circuit primaire.
Attention de ne pas confondre les panneaux solaires thermiques et photovoltaïques, ces derniers sont conçus pour produire de l’électricité. Dans notre cas, nous parlons de panneaux solaires thermiques.
Lorsque la température du fluide caloporteur devient supérieure à la température de l’eau située en bas du ballon (la zone la plus froide du ballon), le circulateur se met en marche et fait circuler le fluide caloporteur dans un serpentin situé à l’intérieur du ballon, dans sa partie basse. Ce fluide n’est bien sûr jamais en contact direct avec l’eau du ballon. L’échange de chaleur entre le circuit primaire et le circuit secondaire se fait par conduction thermique au travers du cuivre qui constitue le serpentin. Le serpentin permet d’augmenter la surface d’échange thermique entre les deux circuits.
Le fluide caloporteur du circuit primaire transmet donc sa chaleur à l’eau contenue dans le ballon, le fluide est donc refroidi par la même occasion et remonte dans le capteur solaire pour à nouveau être chauffé. Le ballon d’eau chaude est donc chauffé par le bas, mais comme l’eau chaude possède une densité inférieure à celle de l’eau froide, par convection elle va monter dans le ballon. La température de l’eau dans le ballon va progressivement s’homogénéiser, mais elle sera toujours plus chaude en haut qu’en bas.
Lorsque l’on ouvre un robinet dans l’habitation, l’eau provient du haut du ballon, la zone où l’eau est la plus chaude et le ballon se remplit d’eau froide par le bas. Voir le schéma plus bas.
Source d’énergie d’appoint Si le rayonnement solaire ne permet pas de maintenir la partie haute du ballon à une température suffisante, température qui se programme, une résistance électrique va s’enclencher pour pallier le manque d’ensoleillement. Cette résistance chauffe directement l’eau du ballon, comme dans le cas d’un chauffe-eau électrique, mais cette résistance est située dans la partie médiane du ballon et non pas en bas. Cela permet de limiter la consommation électrique, en contrepartie le volume d’eau chaude disponible est diminué de moitié.
Ce système permet d’optimiser l’inertie thermique dans le cas du fonctionnement solaire avec un volume important de 300 litres dans notre cas et de minimiser la consommation électrique en absence de soleil en simulant un ballon de 150 litres.
Positionnement du capteur solaire Dans notre hémisphère et à notre latitude, le capteur solaire doit être placé au sud, ou, si ce n’est pas possible entre le sud-est et le sud-ouest, pour optimiser son rendement.
Concernant son angle par rapport au sol : le capteur solaire étant fixe et le trajet du soleil variant suivant les saisons, il faut faire un choix. Ce qu’il faut comprendre indique Alain, c’est que le capteur pourra facilement fonctionner l’été, il aura même tendance à surchauffer durant cette période, alors que les basses températures de l’hiver ne faciliteront pas le chauffage de l’eau. Il faut donc placer le capteur de manière qu’il soit le plus efficace pour l’hiver, lorsque le soleil est plus bas sur l’horizon. Pour cela le capteur doit être presque vertical, un angle de 60 à 70° est idéal. Pour des questions de facilité, il est même possible de le placer en façade, à condition que l’horizon soit bien dégagé.
Autre point à prendre en compte, en période de neige, plus le capteur est vertical et moins la neige restera longtemps dessus.
Coût d’installation d’un chauffe-eau solaire Dans notre cas d’étude, l’installation complète a coûté environ 6 000 € en 2010 et a bénéficié d’un crédit d’impôt de 50%. Ce qui fait le projet à 3 000 €.
En ce qui concerne les frais de maintenance, il faut compter 300 € tous les 5 ans pour vidanger le circuit primaire et changer l’antigel. Il ne faut pas oublier qu’une chaudière à fioul ou à gaz doit s’entretenir également et être vérifiée tous les ans.
Il est difficile de calculer le retour sur investissement, car cela dépend de la consommation d’eau chaude, de la source d’énergie que remplace le chauffe-eau solaire (électricité, fioul, gaz), des durées d’ensoleillement liées à la météo et bien sûr des primes auxquelles vous pouvez prétendre.
Néanmoins, en moyennant les différentes études déjà réalisées, pour une famille de 4 personnes et une consommation d’eau chaude de 70 m3, le gain par an se situe entre 250 € et 500 €. Soit dans notre cas, un retour sur investissement entre 6 et 12 ans. Dans le cas où le chauffe-eau solaire remplace un chauffe-eau électrique, le gain se situe aux alentours de 400 € par an et donc un retour sur investissement en 7 ans et demi.
Le retour sur investissement est donc rapide, mais ce n’est pas tout, d’autres avantages sont à prendre en compte.
Intérêt du chauffe-eau solaire - Retour sur investissement à court ou moyen terme - Démarche écologique, dans notre cas de figure, c’est environ 700 kg / CO2 / an qui ne sont pas émis, soit 4500 km de voiture thermique. - Si le chauffe-eau solaire remplace une eau chaude chauffée au fioul ou au gaz, vous évitez à votre chaudière de fonctionner l’été, soit un gain sur la durée de vie de votre chaudière. De plus, vous évitez les problèmes de pollution locale de l’air que produisent les chaudières fioul l’été, alors que les fenêtres des habitations sont ouvertes.
Législation La mise en place d’un chauffe-eau solaire nécessite une demande de travaux à la mairie.
Les aides possibles à la mise en place d’un chauffe-eau solaire MaPrimeRénov 2021 En 2021, le crédit d’impôt à la transition énergétique (CITE) est remplacé par le dispositif : MaPrimeRénov 2021. Il s’agit d’une fusion du CITE avec les aides de l’agence nationale de l’habitat (ANAH). Ce n’est plus un crédit d’impôt, mais une prime versée à la fin des travaux.
La nouvelle prime dépend du niveau de revenu du foyer et dépend de votre lieu d’habitation, en Île-de-France ou pas : 40% du montant des travaux pour les foyers les plus aisés (MaPrimeRénov Rose) 60% du montant des travaux pour les revenus intermédiaires (MaPrimeRénov Rose) 75% du montant des travaux pour les revenus modestes (MaPrimeRénov Jaune) 90% du montant des travaux pour les foyers les plus modestes (MaPrimeRénov Bleu)
Pour bénéficier de MaPrimeRénov, les travaux doivent être réalisés par une entreprise qualifiée RGE (Reconnu Garant de l’Environnement). De plus, les capteurs solaires doivent disposer d’une certification CSTBat, Solar Keymark ou équivalent.
Les primes énergies CEE Il est également possible d’obtenir des primes énergies CEE (Certificat Economies Energies). Il s’agit de primes financées par les pollueurs.
L’écoprêt à taux zéro
Les aides de l’ANAH Voir le site de l’ANAH pour savoir si vous êtes éligible : https://www.anah.fr/
Les aides régionales et locales À vérifier dans votre commune, votre département et votre région.
Taux de TVA Vous bénéficiez d’un taux de TVA à 5,5% si la construction a plus de deux ans.
Pour connaitre les seuils de revenus et les différentes primes auxquelles vous pouvez prétendre, vous pouvez consulter ce site : https://www.les-energies-renouvelables.eu
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