Installations solaires thermiques pour l’eau chaude

Une installation solaire thermique apporte de nombreux avantages : les capteurs solaires fournissent une chaleur gratuite et respectueuse du climat, qui peut être utilisée pour chauffer l’eau et éventuellement pour compléter la couverture des besoins en énergie de chauffage. Associés à un système de chauffage fossile, ils permettent d’économiser une part importante des combustibles émetteurs de CO₂ que sont le mazout et le gaz naturel. Les capteurs installés sur le toit peuvent aussi compléter les systèmes d’énergie renouvelable tels que les pompes à chaleur ou le chauffage au bois. Dans de nombreux cas, ils améliorent l’efficacité énergétique globale puisque la puissance du soleil assure des températures élevées. En outre, en été et pendant les saisons transitoires, l’énergie solaire est disponible en quantité suffisante.

Les prescriptions en la matière sont les suivantes : Les installations solaires thermiques sont reconnues comme solution standard pour alimenter les nouvelles constructions avec une part minimale d’énergie renouvelable, comme l’exigent la plupart des réglementations cantonales en matière de construction. Cela s’applique également au remplacement des systèmes de chauffage, certains cantons accordant même des subventions pour les installations solaires thermiques.

Comme le remplacement tel quel des chauffe-eau purement électriques n’est plus autorisé, de nombreux cantons ont considérablement simplifié leurs exigences en matière de permis de construire pour les installations solaires.

Installation d’un système solaire de fourniture d’eau chaude

Une installation solaire thermique est principalement utilisée comme source d’énergie pour l’eau chaude, aussi bien dans les maisons individuelles que dans les grands immeubles résidentiels. Le bilan sur une année indique que les capteurs solaires fournissent la moitié à deux tiers de l’énergie nécessaire au chauffage de l’eau. L’installation dans son ensemble se compose de divers modules individuels, dont certains doivent être intégrés au système de chauffage.
L’élément central d’une installation de capteurs solaires est l’absorbeur vitré, revêtu de noir (capteur plat), lequel peut être monté sur un toit en pente ou plat ou sur une façade. Celui-ci est composé des éléments suivants :

• Des boucles de tuyaux avec de l’eau en circulation absorbent la chaleur solaire et la transportent vers le réservoir de stockage, qui est généralement installé au sous-sol.
• Le couvercle en verre et l’isolation thermique à l’arrière réduisent les pertes de chaleur des capteurs.
• Un antigel dans l’eau empêche le liquide de geler à des températures extérieures basses.

Dès que la température dans les capteurs solaires est plus élevée que dans le réservoir de stockage, la pompe de circulation se met en marche et dirige la chaleur du toit dans la maison. Des valves et siphons empêchent la surchauffe du réservoir de stockage.

Le bon emplacement pour les capteurs solaires

Les conditions climatiques et la durée d’ensoleillement à l’emplacement du bâtiment ainsi que l’orientation géographique des pans de toit influencent le rendement de la chaleur solaire. Il est toujours possible de trouver un endroit judicieux pour les capteurs solaires. Les facteurs suivants doivent être pris en considération :

• Toit en pente : les tuiles du toit sont complétées par des capteurs intégrés ou posés par-dessus.
• Toit plat : les capteurs solaires sur socle sont parfaitement adaptés, également en association avec des surfaces végétalisées.
• Façade : les collecteurs montés à la verticale sur les façades apportent certes un rendement énergétique plus faible, mais mieux équilibré tout au long de la journée.
• Barrière du balcon : les capteurs à tubes et les capteurs plats peuvent également être utilisés comme barrière de balcon.
• Jardin : solution acceptable à condition que les capteurs ne soient pas dans l’ombre.
• Si l’espace sur un toit est limité, les capteurs à tubes sous vide sont une alternative aux capteurs plats. Ils sont plus onéreux, mais génèrent un rendement de chaleur de 10 à 50 % supérieur.

Avec ou sans accumulateur d’énergie ?

Les installations solaires thermiques nécessitent généralement un accumulateur de chaleur pour pallier le décalage horaire entre la production et la consommation. En fonction du besoin d’énergie, deux systèmes de stockage différents sont envisageables : si l’énergie solaire n’est utilisée que pour le chauffage de l’eau, un seul réservoir combiné est nécessaire. Ces accumulateurs de chaleur possèdent un réservoir d’eau chaude sanitaire intégré et, dans une maison individuelle, contiennent idéalement 300 à 400 litres d’eau chauffée par le soleil. Si la chaleur solaire doit également être utilisable pour le système de chauffage, un accumulateur de chaleur d’un volume de 800 à 1500 litres est nécessaire en sus.

L’accumulateur combiné énergie-eau peut être simplifié par un réservoir pour la préparation de l’eau. La chaleur solaire s’écoule dans l’accumulateur d’énergie puis, via un échangeur de chaleur chauffé électriquement – comparable à un chauffe-eau instantané – dans le circuit d’eau. Cela permet de couvrir le besoin en température limité dans le temps de 65 °C avec une efficacité énergétique élevée. La formation de légionelles dans l’eau chaude est ainsi évitée.

Dimensionnement de l’installation solaire

La règle pratique pour le dimensionnement des capteurs plats est la suivante : une surface de toit de 1 à 1,5 m² par habitant fournit environ la moitié de l’énergie thermique annuelle utilisable. La taille idéale pour une maison individuelle est donc de 5 à 6 m². Pour les surfaces de toit ombragées ou dont l’inclinaison n’est pas optimale, des suppléments de 50 % doivent être prévus. Cependant, comme de nombreux toits présentent des surfaces beaucoup plus importantes et puisque le coût de la production de chaleur peut être réduit si facilement, la thermie solaire peut être utilisée également pour les applications suivantes :

• Les machines à laver et les lave-vaisselle modernes sont équipés d’un raccordement à l’eau chaude afin qu’ils puissent facilement être intégrés au système de chauffage solaire.
• Le soutien d’un système de chauffage nécessite une mesure supplémentaire pour l’intégration hydraulique. En cas d’interaction avec une installation de pompe à chaleur, une attention particulière doit également être accordée au pilotage du système.
• Les capteurs solaires préchauffent le circuit de chauffage à environ 30°C ; le reste de l’énergie est fourni par l’installation de chauffage.
• Une surface de capteurs de 16 m² sur une maison individuelle couvre 20 à 25 % des besoins annuels en chaleur pour le chauffage et l’eau chaude.

Installation des modules solaires : attention aux défauts

Les inspections sur le terrain et les tests de performance des premières installations solaires thermiques ont révélé des défaillances récurrentes dans l’installation et le pilotage. Par conséquent, les facteurs suivants doivent être pris en compte pour une qualité élevée :

• Isolation thermique de la tuyauterie, des raccords, des connecteurs et des vannes
• Tuyaux et raccords résistants à la pression ; circuit de tuyauterie présentant une faible résistance à l’écoulement
• Un siphon sur l’accumulateur d’énergie empêche le refoulement et le refroidissement pendant la nuit
• Installer un débitmètre
• Installer un capteur de température bien protégé
• Composants résistants à la chaleur
• Documentation de l’installation lors de la mise en service