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Faut-il choisir un chauffe eau solaire thermique individuel (CESI) pour chauffer son eau chaude sanitaire ?

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Contrairement au chauffage, l’amélioration continue des performances thermiques (isolation) des constructions neuves n’a que peu d’influence sur les besoins en eau chaude sanitaire qui ne diminuent pas. Ce « poste de dépense énergétique » représente désormais jusqu’à 50% des dépenses totales des habitats basse consommation (BBC). La réglementation RE2020 flèche donc naturellement la production d’eau chaude sanitaire vers les énergies renouvelables, en particulier les chauffe eau solaires. Cet article s’adresse aux particuliers souhaitant installer une source de production d’eau chaude à base de panneaux solaires thermique (capter la chaleur du soleil pour réchauffer l’eau chaude sanitaire).

Sommaire :

  • Différents types de chauffe eau solaire, dimensionnement du système
  • Différentes technologies de capteurs solaires
  • La rentabilité financière d’un chauffe-eau solaire dépend de plusieurs facteurs
  • Avantages et inconvénients du chauffe eau solaire
  • Réglementation pour installer un chauffe eau solaire thermique chez un particulier
  • Règles relatives à l’installation d’un chauffe eau solaire

Les différents types de chauffe eau solaire, dimensionnement du système

Principe général commun

Un capteur thermique (panneau solaire thermique) capte le rayonnement solaire et le transfère à un fluide caloporteur (antigel + eau). Le fluide dissipe sa chaleur dans un réservoir d’eau sanitaire via un échangeur thermique (un serpentin) pour ne pas être en contact avec l’eau sanitaire.

La surface des capteurs, ou panneaux solaires, dépend du niveau d’ensoleillement de la région de pose. Pour couvrir les besoins en eau chaude d’une famille de 4 personnes il faut compter 3 à 4 m² de panneaux dans le Sud de la France et 5 à 6 m² dans le Nord. Pour cette même famille, il faut compter 200 à 300 litres pour le réservoir.

Les principaux types de chauffe eau solaire sont :

  • Le chauffe eau solaire associé à une pompe électrique (ou à circulation forcée) :
    • Une pompe électrique (ou circulateur) assure la circulation d’un fluide caloporteur (qui transporte la chaleur) entre les panneaux solaires et le ballon d’eau. La vitesse et le débit sont adaptés en fonction du besoin (température de l’eau du ballon et des panneaux) à l’aide d’un régulateur électronique. La vitesse de circulation du fluide est donc adaptée en permanence (pour optimiser le transfert d’énergie et ne pas endommager l’installation). Le système n’est donc pas autonome puisqu’il a recours à l’électricité (pompe et régulateur). Ensuite le circuit sanitaire du logement achemine l’eau du ballon vers les robinets.
    • On découple le capteur solaire du ballon d’eau chaude ce qui offre plus de modularité en termes de positionnement (le panneau sur le toit et le ballon au plus proche des points de puisage de l’eau).
    • Budget : entre 5000€ et 10000€
  • Le chauffe eau solaire selon le principe du thermosiphon :
    • Le ballon se trouve plus haut que le panneau solaire (généralement dans les combles (isolés)) et le capteur solaire plus bas sur la toiture.
    • La circulation d’eau se fait selon 2 circuits indépendants. Celui du ballon au panneau solaire. Puis celui du ballon aux différents points de puisage.
    • L’eau chaude remonte (naturellement), sans pompe (donc sans panne) depuis le panneau solaire vers le ballon (situé plus haut). L’eau chaude est distribuée aux différents points de puisage (par la pression d’eau froide qui arrive du service d’eau). L’eau froide du ballon circule alors naturellement vers le capteur solaire pour boucler la boucle.
    • Ce système est par nature très robuste et ne demande quasiment pas d’entretien. C’est un excellent compromis prix – qualité. Sa contrainte est son positionnement imposé.
    • budget : entre 5000€ et 7000€
  • Le chauffe eau solaire monobloc :
    • C’est un chauffe eau à thermosiphon mais qui regroupe le capteur solaire et le réservoir au même endroit. On le pose sur un toit plat ou dans un jardin.
    • A installer uniquement dans les régions très ensoleillées où il ne fait jamais froid l’hiver afin de limiter les déperditions (nuit, vent, etc).
    • Tout en un, son budget se situe entre 4000€ et 6000€.

L’installation d’un chauffe eau solaire donne droit à des aides de l’état selon programmes et conditions de ressources (voir programme Ma Prime renov’, Primes énergie, etc.).

Principales technologies de capteurs solaires thermiques

Les capteurs solaires répondent à 2 besoins techniques :

  • capter la chaleur du rayonnement solaire (c’est pour cette raison qu’ils sont de couleur noire).
  • piéger la chaleur dans un vitrage isolé pour qu’elle ne s’échappe pas

Les principales technologies de capteurs (panneaux) solaires thermiques sont :

  • Les panneaux à plans non vitrés (le fluide à chauffer passe directement via la conduite chauffée par le soleil). Très peu efficace et non isolé thermiquement.
  • Les panneaux à plans vitrés (les plus courants actuellement). Un « effet serre » est créé par la vitre qui va en quelque sorte « piéger » les rayons du soleil.
  • Les panneaux à tubes sous vide. Ce sont les plus efficaces thermiquement (meilleur rendement) et les plus chers.

Les panneaux à tubes sous vide. Ce sont les plus efficaces thermiquement (meilleur rendement) et les plus chers.

  • L’orientation des tubes peut être personnalisée jusqu’à 25° pour rattraper un angle de toiture à faible pente et donc de bénéficier d’un meilleur ensoleillement.
  • Pour un transfert de chaleur maximal, le fluide caloporteur solaire ne circule pas directement dans les tubes mais est réchauffé par un système de caloduc.
  • Sur certains modèles : isolation haute performance du boîtier collecteur pour de faibles déperditions calorifiques
  • Systèmes de limitation automatique de la température de stagnation dans le capteur pour prévenir la surchauffe du capteur (et sa dégradation) en cas de stagnation de l’absorption de chaleur par l’eau du ballon alors que le rayonnement solaire est important. S’applique par exemple aux bâtiments utilisés par intermittence (école, maisons secondaires, tertiaire, etc).
  • Les panneaux sont fixés le plus souvent sur le toit à l’aide d’un simple système d’ancrage (crochets et brides) sur chevron. Montage vertical (façade) ou horizontal (toiture, balcon).
capteurs solaires thermiques viessmann vitosol

La rentabilité financière d’un chauffe-eau solaire dépend de plusieurs facteurs

Selon l’ADEME, une famille de 4 personnes dépense plus de 400 € par an pour chauffer électriquement son eau sanitaire. Comme pour tout investissement, il convient de se poser la question du nombre d’années nécessaire pour le rentabiliser en comparaison avec votre solution actuelle. Les gains financiers estimés sont généralement une réduction par 4 de la facture d’eau chaude sanitaire ECS (soit 300€/an pour une famille de 4).

En termes de rentabilité financière, tout dépend de l’approche adoptée et de l’objectif visé. En effet, le chauffe eau solaire, dont la fiabilité est grande, apporte une forme d’indépendance énergétique pour ceux qui recherchent l’autonomie énergétique (en ne dépendant plus d’un prestataire extérieur).

Dans l’habitat individuel, son coût moyen encore élevé (environ 5000€-6000€ installé pour 4 m² de panneaux-capteurs en moyenne) ne lui permet pas toujours de s’imposer sur le plan de la rentabilité financière pure, en comparaison des autres énergies (gaz, électricité, etc.). Cet écart se résorbera peu à peu dans le futur avec l’augmentation des coûts des énergies traditionnelles et la réduction des prix des chauffe eau solaires (concurrence et volumes de mise sur le marché). Des aides de l’état viennent également soutenir ce choix technique en réduisant la facture pour les particuliers qui peuvent en bénéficier.

Il convient également de mettre en perspective cette rentabilité avec le niveau de consommation d’eau chaude souhaité (volumes d’eau chaude selon la taille de la famille). Plus les volumes sont importants plus le ballon d’eau chaude solaire sera une solution rentable.

Enfin, une région très ensoleillée (> 2400 heures de soleil/an) rentabilisera près de 2 fois plus rapidement l’investissement qu’une région peu exposée… En effet, les régions du Sud bénéficient d’un double avantage :

  • Le besoin d’une surface plus faible de panneaux capteurs car il y a plus de soleil. L’investissement est donc moins élevé.
  • L’eau à chauffer dispose déjà d’une température plus élevée (environ 10°C l’hiver / 18°C l’été) que dans les régions du Nord de la France (environ 5°C l’hiver / 13°C l’été)

En conclusion, si vous avez une famille de 4 personnes, que vous habitez dans une région ensoleillée, que le ballon peut être placé dans une pièce isolée et que vous pouvez prétendre à des aides de l’état : foncez ! Le chauffe eau solaire est fait pour vous, et c’est un solution d’avenir !

Diverses aides de l’état (Tva à taux réduit, prêt sans intérêts, primes d’aides à l’implantation, etc.) viennent soutenir l’adoption de cette technologie.

Avantages et inconvénients du chauffe eau solaire

Le chauffe eau solaire est la solution par excellence pour chauffer son eau chaude sanitaire de manière écologique.

On estime (selon marques et fabricants) que l’installation d’un chauffe eau solaire peut permettre de prendre en charge en moyenne entre 50% et 75% des besoins d’une famille en eau chaude sanitaire (cuisine, hygiène corporelle, lave linge, lave vaisselle). Une énergie d’appoint permet d’assurer le complément requis (résistance électrique, autre énergie pour chauffer le ballon, autre ballon électrique, etc.) pour les jours où la météo n’apporte pas assez de rayonnement solaire ou quand l’eau à réchauffer est trop froide. On peut donc regretter, qu’à ce jour, l’achat d’un chauffe eau solaire ne permette pas une totale indépendance énergétique grâce au solaire.

La simplicité de la solution lui apporte une fiabilité indéniable et une quasi absence de maintenance. Les éléments de maintenance à vérifier tous les 2-3 ans sont la pression du fluide caloporteur, l’étanchéité vis à vis du circuit d’eau, la pompe électrique (si équipé).

Règles relatives à l’installation d’un chauffe eau solaire

L’installation doit être conforme aux réglementations CEI et locales (NF C15100 en France) et doit être réalisée par un professionnel. Mener au préalable une analyse technique pour s’assurer que le support envisagé peut recevoir les capteurs thermiques : pente de toit (30°-40° par rapport à l’horizontale), exposition du toit (pas d’arbres ou d’obstacles pour couper le rayonnement), orientation vis à vis du soleil (Sud).

Attention à ne pas surdimensionner le volume du ballon pour ne pas chauffer un volume d’eau inutile au risque de ne pas atteindre la température souhaitée (250 litres à 300 litres correspondent aux besoins d’une famille de 4-5 personnes). Ne pas sous-dimensionner pour le pas se trouver à court d’eau chaude quand le réservoir est vide.

La pièce d’installation du ballon réservoir d’eau chaude doit être hors gel en permanence et la mieux isolée possible pour éviter les déperditions. Dans le cas où c’est possible, on place le ballon dans une pièce chauffée pour limiter son refroidissement. Il est recommandé de « sur isoler » le ballon et ses conduites dans les pièces non chauffées. Dans le cas contraire, il se refroidit vite.

La distance entre le réservoir d’eau chaude et le robinet de distribution (salle de bain, cuisine) doit être la plus courte possible pour limiter les déperditions, les pertes de chaleur de l’eau par les conduites, et le temps d’attente de l’eau chaude.

Les performances sont garanties pour une pression de débit généralement comprises entre 2 et 4 bars (en respectant le maximum de pression indiqué sur l’appareil).

Les conduites d’eau doivent être en acier inoxydable ou en cuivre. Le ballon, les organes de contrôle et le panneau solaire doivent être accessible en tous temps pour maintenance.

Réglementation pour l’installation d’ouvrage de production d’eau chaude via des panneaux solaires thermiques

Un chauffe eau solaire est composé d’un ou plusieurs panneaux thermiques, d’un réservoir de stockage de l’eau chaude, d’accessoires comme des pompes de circulation de l’eau ou un régulateur thermique.

L’installation d’un chauffe eau solaire est soumise à plusieurs réglementations légales (code de l’urbanisme, code de la construction, code de l’environnement) selon la nature et la taille du projet. En conséquence, elle nécessite d’effectuer un certain nombre de démarches préalables en fonction de l’installation prévue (immeuble collectif, hôpitaux, entreprises, résidentiel, etc.).

L’installation doit être compatible avec les règlements d’urbanisme en vigueur dans la zone d’installation (POS -Plan Occupation des Sols, PLU – Plan Local d’Urbanisme). Pour la rénovation, une déclaration préalable de travaux est nécessaire.

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Résumé
Titre de l'article
Faut-il choisir un chauffe eau solaire thermique individuel (CESI) pour son eau chaude sanitaire ?
Description
Pourquoi choisir un chauffe eau solaire thermique individuel (CESI) pour son eau chaude sanitaire ? + Différents types de chauffe eau solaire + La rentabilité financière d'un chauffe-eau solaire dépend de plusieurs facteurs + Avantages et inconvénients du chauffe eau solaire + Règles relatives à l’installation d’un chauffe eau solaire + Réglementation pour installer un chauffe eau solaire thermique chez un particulier
Auteur
Foxof
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