Le chauffe-eau solaire le plus écologique

vendredi 26 mars 2010 Écrit par  Yves Heuillard

panneau solaire thermiqueUn chauffe-eau solaire peut fonctionner sans pompe ni électricité, selon le bon vieux principe du thermosiphon. Il est ainsi simple à installer, robuste, encore plus écologique, et forcément moins cher. Explications. [Photo Solairenvie].

Vous vous souvenez du chauffage central de vos grands-parents. Une chaudière, généralement au charbon, des tuyaux, des radiateurs, une instrumentation réduite à un thermomètre à alcool et une régulation mécanique à chaîne sur la trappe de tirage. Et ça marchait du feu de dieu ! Aujourd'hui une installation de chauffage quelconque bénéficie d'un système de régulation et de circulation qui fait appel à des pompes, des capteurs, de l'électronique. Le vieux système dont nous parlions, était basé sur un principe simple : le thermosiphon.

Le thermosiphon, comment ça marche ?

Rien de plus simple, quand vous chauffez de l'eau sa densité diminue, et naturellement elle monte, par convection, vers le haut. Dans une installation de chauffage par thermosiphon, l'eau de la chaudière monte "naturellement "dans les tuyaux jusque dans les radiateurs, où elle se refroidit en cédant ses calories à l'air ambiant, et donc, toujours "naturellement", redescend au pied de la colonne de distribution à l'entrée de la chaudière. Pour faciliter cette circulation naturelle, les tuyaux étaient d'un diamètre plus important, que ceux d'une installation récente où l'eau circule de façon forcée sous l'effet de pompes.

Et notre chauffe-eau solaire dans cette histoire ?

Dans un chauffe-eau solaire par thermosiphnon, l'eau des panneaux est chauffée par le soleil, elle monte naturellement vers le ballon, où la chaleur est échangée avec la réserve d'eau chaude sanitaire, puis revient naturellement vers le capteur.

principe du chauffe-eau solaire à thermosiphonSchéma de principe :
1) Arrivée d'eau froide sanitaire.
2) départ eau chaude sanitaire.
3) Echangeur.
4) Soupape de sécurité.
5) Capteurs.
6) Résistance électrique.
7) Protection cathodique.
Ilustration Solairenvie

Il n'y a donc aucune pompe, pas d'alimentation électrique, donc pas de consommation électrique, l'installation est simple et le risque de panne réduit. Seul inconvénient, vous aurez deviné, il faut que le ballon soit au-dessus des capteurs, sinon ça ne "thermosiphonne" pas. Il faudra aussi prêter une attention particulière aux risques de gel.

Généralement dans les pays chauds, vous voyez le ballon sur le toit, directement couplé aux capteurs, un système dit "monobloc" qui n'est pas toujours considéré comme très esthétique, mais qui a un grand succès dans les départements d'outre-mer. chauffe-eau solaire Giordano
Ci-contre photo d'un ballon Giordano, type KSH dont il existe deux versions : une version sans échangeur (l'eau de puisage passe directement dans les capteurs) et une version avec échangeur. La première, ultra simple, ne peut être utilisée que lorsqu'il n'y a aucun de risque de gel. Dans les pays à fort ensoleillement, typiquement les DOM-TOM, l'autonomie peut être de 100 %.

Il existe néanmoins des solutions où on peut mettre le ballon à l'intérieur dans la partie haute des combles, et les capteurs à l'extérieur, dans la pente du toit, par exemple, chez Giordano, leader français du secteur, chez Piacezinç ou chez Solairenvie. Elles sont parfois présentées comme adaptées aux maisons de vacances utilisées principalement en été ou comme ne fonctionnant bien que dans les zones disposant d'un bon niveau d'ensoleillement, typiquement le sud de la France. Qu'en est-il ?

Pour Giordano, les modèles KSH avec le ballon sous la toiture peuvent être installés partout en France, à condition de respecter la pente minimale préconisée pour permettre la circulation en thermosiphon. Le constructeur conseille un bac de rétention sous le ballon pour récupérer les éventuelles fuites d’eau au niveau du groupe de sécurité quand le circuit est en pression.

Pour Thierry Robinet fondateur de Piacezinç, dont tous les ballons à thermosiphon sont équipés d'une résistance électrique d'appoint, il n'y pas de raison de ne pas préconiser ces solutions dans des régions plus septentrionales (rappelant que son premier ballon à thermosiphon a été installé en Alsace), à la condition toutefois de quelques précautions techniques (voir ci-dessous). Piacezinç est l'un des leaders mondiaux de la fabrication de capteurs solaires thermiques. La gamme EasySun de chauffe-eau solaires à thermosiphon offre des capacités de ballon de 85 à 300 litres. Comptez entre 3500 et 4000 euros TTC pour un modèle de 200 litres avec 4 m2 de capteurs, prix posé.

chauffe-eau solaire à thermosiphonPour Sylvain Sommé de Solairenvie, "il n'y a pas d'étude sur le sujet, et il n'y a pas de raison que ça ne marche pas en région parisienne", où la jeune entreprise est en train de monter un banc de mesures. Un système à circulation forcée est apte à détecter, et donc à récupérer, la chaleur des capteurs, mais la différence sur l'année avec un système à thermosiphon, ne devrait être, toujours selon Sylvain Sommé "que de quelques pour cent". Un propos qui n'a pas de raison d'être mis en doute de la part d'une entreprise qui vend aussi des chauffe-eau solaire à circulation forcée, plus chers. Solairenvie propose un modèle à thermosiphon de 200 litres avec 4 m² de capteurs pour un prix moyen posé constaté de 3800 €. Le matériel, conçu en Allemagne selon les standards DIN, est fabriqué en Grèce par Calpak (photo ci-contre).

Le chauffe-eau solaire à thermosiphon en pratique

Pratiquement le ballon doit être le plus proche possible des capteurs (à moins de deux mètres de tuyau dans l'idéal mais jusqu'à 5 mètres), au dessus des capteurs (au minimum 10 cm), les tuyaux doivent avoir un diamètre suffisant (22 mm), ils doivent êtres isolés et le raccordement doit être le plus direct possible (limitation des coudes). La performance est aussi fonction de l'isolation du ballon, et de la température de la pièce ou des combles où il est placé. Si l'installation d'un chauffe-eau solaire à thermosiphon n'est pas possible, ou insuffisante, il faudra opter pour un chauffe-eau à circulation forcée avec son système de pompe et de régulation, cette fois pour un prix de l'ordre de 5000 euros, posé. Solairenvie propose sur son site Internet un outil d'aide à la décision, pour dimensionner votre installation, fournir une estimation de prix et vous proposer un installateur.

principe du chauffe-eau solaier à thermosiphon installé sous le toitCapteurs. La surface de panneaux solaires thermiques dépend de la capacité du ballon et de la consommation, elle-même proportionnelle au nombre de personnes. Typiquement elle est de l'ordre de 4m² pour un ballon de 200 litres et de 6m² pour un ballon de 300 litres. Les capteurs sont généralement de type "capteur plan", mais notre lecteur pourra se reporter à nos articles sur les capteurs à tubes sous vide et les capteurs à caloducs dans le cas d'une orientation qui ne serait pas optimale.

Préchauffage. On peut imaginer se servir d'un chauffe-eau par thermosiphon comme préchauffage d'une installation classique : l'eau d'alimentation du ballon (électrique ou autres énergies) est préchauffée dans le ballon solaire (si la configuration des lieux s'y prête bien sûr). Notez que les panneaux peuvent aussi être posés au sol.

Orientation. Angle d'inclinaison. La meilleure orientation est bien évidemment plein sud, sans obstacle visuel, même en hiver quand le soleil est bas. En métropole, l'angle d'inclinaison doit être compris entre 20° et 65 °(sur l'horizontale). Pour rechercher la meilleure performance l'hiver, le panneau sera incliné de 60° ; pour une meilleure performance d'été, le panneau ne sera incliné que de 30°. Ce sont des indications, les installateurs disposent d'abaques pour calculer la meilleure inclinaison en fonction de l'orientation si vous n'êtes pas complètement plein sud.

Risque de gel. Il faut bien sûr veiller au risque de gel. Pas de problème pour le circuit primaire, celui qui est à l'extérieur du toit, car il est rempli d'un liquide antigel. Pour le ballon et les tuyaux, la problématique reste la même que celle du maintien hors gel de la maison, à ceci près que même sans électricité le ballon d'un chauffe-eau solaire à thermosiphon est réchauffé par le moindre rayon de soleil. La plupart des ballons destinés à un fonctionnement en métropole comporte une résistance électrique d'appoint. Mais son usage est optionnel. On ne la met en oeuvre que si le ballon est le ballon principal de la maison, mais pas s'il est utilisé en préchauffage ou de façon auxiliaire (pour une chambre d'été par exemple). Sylvain Sommé de Solairenvie souligne que l'isolation du ballon suffit à éviter le gel, sauf dans les régions très froides, rappelant qu'un soleil même diffus suffit à réchauffer le ballon. Pour Thierry Robinet de Piacezinç, il faut porter un soin particulier à l'isolation de l'arrivée d'eau froide et au départ de l'eau chaude. Dans les régions très froides, Thierry Robinet recommande l'installation d'un cordon chauffant électrique autour des tubes.

Modèles à monter soi-même. A noter des kit à monter soi même chez Piacezinç et chez Solairenvie à partir de 1500 euros pour 125 litres, et 2400 euros pour 300 litres (attention dans ce cas vous ne bénéficiez pas de crédit d'impôts).

Permis de construire. Sur une construction existante une déclaration préalable (art. R421-17 du Code de l’Urbanisme) est nécessaire. Sur une construction neuve, les panneaux solaires seront indiqués sur le permis de construire. Et puis si vous êtes dans une zone protégée au titre des Monuments historiques, interrogez le Service Départemental de l’Architecture et du Patrimoine pour avoir l’avis de l’Architecte des Bâtiments de France.

Crédit d'impôts. Tous les matériels que nous avons cités dans cet article sont éligibles au crédit d'impôt à 50% mais nous recommandons à nos lecteurs de se faire préciser ce point de façon explicite dans leur devis. Des aides régionales sont parfois proposées.

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