Comment fonctionnent les panneaux solaires thermiques ?
Le principe de fonctionnement des panneaux solaires thermiques
Les panneaux solaires thermiques convertissent l'énergie solaire en chaleur. Pour cela, ils sont équipés de capteurs traversés par un fluide caloporteur additionné d'un antigel pour assurer la protection de l'installation en hiver.
Il existe trois types de capteurs. Les capteurs plans vitrés sont les plus répandus, robustes, faciles à intégrer et d'un bon rapport qualité-prix. Comme leur nom l’indique, ils sont constitués d'une caisse isolée recouverte par un vitrage. Cette caisse protège l'absorbeur, situé à l'intérieur, des déperditions thermiques et des intempéries, tout en permettant d'emmagasiner un maximum de chaleur. La température de chauffe dans ce cas peut atteindre 80° C. Les capteurs plans non-vitrés sont constitués d'un absorbeur sans caisse ni vitrage afin de réduire les coûts de fabrication. Moins chers à l'achat, ils sont plus sensibles au froid en hiver et moins performants, mais suffisent amplement pour chauffer l'eau d'une piscine, par exemple. Les capteurs à tubes sous vide sont constitués d'une série de tubes qui isolent l'absorbeur. Ces capteurs high-tech tubulaires sont très performants et permettent de mieux profiter de courtes périodes d'ensoleillement. Avec leur rendement supérieur, ils sont les mieux adaptés pour les régions froides où l'ensoleillement est faible en hiver. La température de chauffe avec des capteurs à tubes adaptés pour l'usage domestique peut atteindre 85° C.
Quels qu'ils soient, les capteurs solaires thermiques ont un rôle bien précis, ils captent la chaleur du soleil et la transfèrent à un fluide caloporteur qui est ensuite acheminé jusqu'au ballon de stockage où il chauffe l'eau en passant dans un échangeur. Ayant transféré sa chaleur, le fluide repart vers les panneaux, tandis que l'eau chauffée peut être utilisée, soit uniquement à des fins sanitaires, soit aussi pour le chauffage. Dans le premier cas, on parle de chauffe-eau solaire individuel (CESI), dans le deuxième, de système solaire combiné (SSC).
Le SSC est un système complexe, relié à plusieurs circuits, afin d'acheminer le fluide caloporteur non seulement jusqu'au ballon d'eau chaude sanitaire, mais aussi jusqu'au système de chauffage central avec des radiateurs à eau ou un plancher chauffant. Comme le SSC dépend fortement du niveau d'ensoleillement, un appoint de chauffage est souvent nécessaire pour les périodes climatiques les plus défavorables. Le système inclut donc souvent une autre source d'énergie, de préférence renouvelable, comme une chaudière bois ou une pompe à chaleur. Et on considère que cette installation n'est rentable que dans une maison très bien isolée et pouvant accueillir un ballon tampon de grande capacité.
Quelle est la différence entre un panneau solaire thermique et un panneau photovoltaïque ?
Il ne faut pas confondre les panneaux solaires thermiques et les panneaux photovoltaïques. En effet, ces derniers ne servent pas à produire de la chaleur, mais transforment l'énergie solaire en électricité. Pour cela, ils sont composés de cellules photovoltaïques, le plus souvent en silicium, qui génèrent un courant électrique sous l'effet des photons qui composent la lumière. L'électricité propre et verte ainsi obtenue peut servir à alimenter les appareils domestiques, y compris les appareils de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire, mais elle peut aussi être stockée dans une batterie en cas de surproduction ou être revendue à EDF et réinjectée dans le réseau.
Il existe également des panneaux hybrides qui combinent les avantages des panneaux thermiques et photovoltaïques. Ce système utilise à la fois des capteurs thermiques en couche inférieure et des capteurs photovoltaïques en couche supérieure. Ils transforment donc le rayonnement solaire en électricité, mais en même temps captent la chaleur du soleil pour le transférer à un liquide caloporteur (panneaux hybrides à eau) ou insuffler directement la chaleur dans la maison grâce à un ventilateur intégré (panneaux aérovoltaïques).
Quels sont les avantages et les inconvénients des panneaux solaires thermiques ?
Les panneaux solaires thermiques offrent un bon nombre d'avantages. Premièrement, c'est une solution efficace basée sur une énergie renouvelable qui permet de réduire considérablement son impact environnemental. Cela comprend, bien entendu, la réduction des émissions de gaz à effet de serre, mais aussi la réduction de rejets d'autres polluants (notamment des particules fines). Le chauffage solaire thermique ne génère en effet aucun polluant lors de son utilisation et très peu, lors de la fabrication des panneaux, leur transport ou leur recyclage.
L'énergie solaire étant inépuisable et gratuite, le chauffage solaire thermique offre aussi la possibilité de faire d'importantes économies, pour le plus grand bien de votre portefeuille. Il vous donne également la possibilité de faire un pas vers l'indépendance énergétique, surtout lors de la saison estivale où il peut couvrir jusqu'à 100% de vos besoins en chauffage (et climatisation !) et en eau chaude sanitaire.
Toutefois, l'énergie du soleil reste une énergie intermittente, très dépendante des conditions climatiques. Pour que votre système solaire fonctionne bien et ait un rendement convenable, un bon ensoleillement est nécessaire. C'est pourquoi il ne peut assurer le chauffage et la production d'eau chaude à lui tout seul, une solution d'appoint est toujours de mise.
En outre, l'investissement de départ est conséquent, même si des aides financières existent pour l'alléger. Notez également que les panneaux solaires thermiques demandent un entretien régulier et aussi une maintenance par un professionnel plus poussée que celle des panneaux solaires photovoltaïques. En plus, cette installation est sensible au gel.
Installation et entretien des panneaux solaires thermiques
Dimensionnement et installation d'un système de chauffage à énergie solaire
Si vous souhaitez installer des panneaux solaires thermiques sur le toit de votre maison, il faut avant passer par l'étape du dimensionnement, car la surface des panneaux thermiques nécessaire et le choix du type des capteurs dépendent de nombreux critères, comme la superficie de votre maison, vos besoins (chauffage seul, production d'eau chaude sanitaire seule ou les deux), le taux d'ensoleillement dans votre région ou l'inclinaison et l'orientation de votre toiture. Il est recommandé, si possible, d'orienter ses panneaux vers le sud, avec une inclinaison de 45 à 50 degrés, mais aussi d'isoler correctement l'installation afin de limiter les pertes thermiques.
Vous devez aussi penser au dimensionnement du système de stockage et à son emplacement, car plus votre ballon d'eau chaude est éloigné de vos panneaux solaires, plus les pertes de chaleur sont importantes le long du circuit. Il faut donc réduire autant que possible la distance entre les panneaux et le ballon, sans toutefois trop éloigner ce dernier des différents points de puisage dans la maison pour limiter les temps d'attente de l'eau chaude au robinet.
Notez également que pour éviter le gel du fluide caloporteur dans vos tuyaux, il vous faudra opter pour un fluide antigel (par exemple de l'eau glycolée) ou un système auto-vidangeable. D'ailleurs, la vidange évitera également le risque de surchauffe du fluide qui pourrait dégrader votre matériel quand les températures extérieures sont trop importantes.
Pour dimensionner correctement votre équipement, choisir le bon type de vos capteurs solaires thermiques, nous vous conseillons de faire appel à un installateur professionnel, de préférence un artisan certifié RGE (reconnu garant de l'environnement). Cet expert procèdera à l'installation de vos panneaux solaires dans les règles de l'art et vous conseillera également sur les aides financières disponibles sous certaines conditions, comme par exemple la prime de transition énergétique MaPrimeRénov' ou la TVA à taux réduit. Pour vous renseigner à propos des aides de l'Etat, vous pouvez en outre consulter gratuitement un conseiller spécialisé en travaux de rénovation énergétique de l'habitat de France Rénov'.
Entretien et maintenance des panneaux solaires thermiques
L'entretien des panneaux solaires thermiques est assez similaire à celui des panneaux solaires photovoltaïques, en tout cas en ce qui concerne le nettoyage des capteurs eux-mêmes. En effet, il suffit de laver chaque panneau à l'eau claire une fois par an, à la sortie de la période hivernale ou plus souvent en cas d'intempéries. Cela permet d'enlever les poussières et les feuilles mortes collées à la surface qui peuvent empêcher le captage des calories. Vous pouvez effectuer ce nettoyage vous-même ou, si votre installation est difficile d'accès, faire appel à une entreprise spécialisée afin de ne pas courir le risque de chute. Nous vous recommandons également de passer par un professionnel en cas d'encrassement important.
Outre l'entretien régulier de la surface des panneaux, d'autres gestes sont aussi nécessaires pour l'optimisation des performances et pour prolonger la durée de vie de votre système solaire thermique. Premièrement, vous devez vérifier qu'il n'y a pas de fuites de liquide au niveau des tubes contenant le fluide caloporteur. Vous devez aussi surveiller la pression à l'aide du manomètre solaire pour pouvoir alerter votre artisan-installateur en cas de variations de pression trop importantes.
Nous vous conseillons également de souscrire un contrat de maintenance avec un professionnel. La maintenance n'est pas obligatoire, mais elle vous permettra de garantir le bon fonctionnement de votre équipement et limiter les risques de panne. Lors de sa visite, votre technicien effectuera une vérification de chaque panneau solaire thermique, du débit hydraulique et des connexions électriques, ainsi que de l'état du fluide et de sa capacité de faire face au gel, de la pression du vase d'expansion, du fonctionnement du système de régulation solaire. Il procèdera également au contrôle du fonctionnement du mitigeur, de la soupape de sécurité, du réservoir d'eau chaude.
Coût d'installation et retour sur investissement
Comme nous avons déjà expliqué ci-dessus, le coût d'une installation solaire thermique dépend fortement de plusieurs critères (superficie du logement, vos besoins), mais on estime en général qu'il faut compter entre 6 000 et 8 000€ pour un chauffe-eau solaire individuel et entre 9 000 et 23 000€ pour un système solaire combiné, matériel et pose inclus.
Vu le coût d'installation, pour profiter d'un retour sur investissement, il faut souvent plusieurs années (entre 8 à 10 ans, en général). En revanche, une fois que votre investissement est rentabilisé, vous pouvez faire de vrais bénéfices !
Prenons l'exemple d'un couple au revenus très modestes habitant en province qui décide d'investir 6 000€ dans un chauffe-eau solaire (5 000€ le matériel + 1 000€ la main d'oeuvre). Grâce aux diverses aides, le couple peut payer son chauffe-eau solaire aux alentours de 2 000€. On estime qu'un chauffe-eau électrique pour 2 personnes consomme en moyenne 472€ d'électricité. Avec le chauffe-eau solaire, le couple peut économiser au moins 50% de sa consommation, soit 236€ par an. Le retour sur investissement se fera donc en 8 ans et demi, voire plus rapidement si on prend en compte le fait qu'entre temps un système traditionnel de production de l'eau chaude sanitaire aurait dû être acheté.
Notez que pour l'installation d'un système solaire combiné, l'amortissement peut se faire aussi en une dizaine d'années. Et il sera encore plus rapide si vous pensez à bien isoler votre logement. N'oubliez pas non plus que les prix de l'électricité et du gaz ont fortement augmenté ces dernières années ce qui rend le solaire encore plus rentable.
Ce qu'il faut retenir
- A la différence des panneaux photovoltaïques produisant de l'électricité, les panneaux solaires thermiques produisent de la chaleur. Ils peuvent donc assurer le chauffage et la production de l'eau chaude sanitaire dans votre logement.
- Le rendement des panneaux solaires thermiques dépend de l'ensoleillement de votre région, de l'inclinaison et de l'orientation de votre toit, ainsi que du type de capteurs.
- L'installation d'un chauffe-eau solaire ou d'un système solaire combiné coûte cher, mais elle permet de moins recourir à l'énergie payante. Ainsi, le retour sur investissement peut se faire relativement rapidement.
Les panneaux solaires thermiques sont une excellente solution pour ceux qui souhaitent optimiser leur système de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire. N'hésitez pas à l'envisager si vous vous sentez concerné par des questions liées à l'écologie et à l'économie d'énergie. Grâce à l'installation des panneaux solaires thermiques, vous pourrez produire de la chaleur en utilisant une énergie gratuite et verte, réduirez vos dépenses énergétiques et votre impact environnemental. Partagez notre article pour sensibiliser davantage de personnes aux bénéfices du chauffage solaire thermique !
