Chauffe eau solaire : fonctionnement

Vous souhaitez équiper votre logement d'un chauffe-eau ? Le choix se fait principalement selon le type d'énergie : chauffe eau électrique, chauffe-eau à gaz, chauffe-eau solaire ou chauffe-eau thermodynamique.

Aperçu d'un chauffe eau solaire — De Dietrich thermique

Un chauffe-eau solaire peut pourvoir à raison de 70 % les besoins en chaude pour une famille de quatre personnes et environ 40 % en chauffage + eau chaude, sur une année.

Toute l'année notre planète reçoit les rayons solaires, en France, cela représente environ 1 115 kWh/m²/an en moyenne.

Le chauffe-eau solaire vient généralement en complément d'une installation de chauffage d'eau chaude sanitaire.

3 types de chauffe-eau solaire

Trois grands types de chauffe-eau solaire :

le chauffe-eau solaire à thermosiphon monobloc ;
le chauffe-eau solaire à thermosiphon à éléments séparés ;
le chauffe-eau solaire à éléments séparés en circulation forcée.

Voici un tableau présentant les différents types de chauffe-eau solaire et leur mode de fonctionnement :

Chauffe eau solaire
Type de chauffe-eau solaire	Fonctionnement	Plus d'infos
Thermosiphon monobloc	Le réservoir et les capteurs sont à l'extérieur, le ballon est au-dessus des capteurs. Le fluide circule naturellement, réchauffé par les capteurs, il remonte vers le ballon solaire. L'eau froide étant plus lourde que l'eau chaude, elle reste en bas de l'installation. Réchauffée, l'eau remonte vers le haut.	À installer en préchauffage du système d'eau chaude, ou dans les régions chaudes pour générer directement de l'ECS. Ce système n'a pas besoin de régulateur et de circulateur.
Thermosiphon éléments séparés	Principe identique au thermosiphon monobloc, les capteurs et le ballon sont séparés. Le ballon doit être à 50 cm minimum au dessus des capteurs et placé à l'intérieur, sous un toit par exemple.
Chauffe-eau solaire en mode de circulation forcée	Ballon et capteurs sont séparés, les capteurs par exemple sur le toit et le ballon n'importe où dans le logement à condition d'être au plus près des points de puisage.	Le système possède une régulation qui enclenche la circulation du fluide en fonction de la température des capteurs et du ballon.

Chauffe-eau solaire : comprendre le fonctionnement

Un chauffe-eau solaire se compose de divers éléments principaux ayant des fonctions précises et qui peuvent varier selon le type de chauffe-eau solaire.

Fonctionnement chauffe-eau solaire individuel (CESI) : le principe

Le principe de fonctionnement repose sur :

la captation des rayons solaires ;
la transmission de la chaleur de ces capteurs à un fluide caloporteur par l'intermédiaire d'un circuit primaire ;
la transmission de cette chaleur à l'eau stockée dans un ballon solaire.

La circulation du fluide peut être naturelle ou forcée. Un système de chauffage d'appoint est nécessaire pour pallier l'insuffisance d'ensoleillement et une régulation permet de réchauffer ou non l'eau en fonction de la différence de température entre le ballon et les capteurs.

Chauffe eau solaire : éléments nécessaires à son fonctionnement

Voici un tableau synthétique des principaux éléments/fonctions d'un chauffe-eau solaire individuel :

Chauffe eau solaire (ballon solaire)
Éléments	Fonction
Capteurs solaires	Absorbent les rayons solaires et retiennent la chaleur.
Circulateur et régulation	Le régulateur commande le circulateur (pompe) qui met en mouvement le fluide caloporteur (qui va réchauffer l'eau). Selon la température, le régulateur coupe la circulation.
Ballon solaire	C'est l'unité de stockage de l'eau chaude dans une cuve parfaitement isolée : l'eau chaude puisée est remplacée par de l'eau froide pour être chauffée par le fluide caloporteur.
Échangeur	Dispositif d'appoint qui pallie l'insuffisance d'ensoleillement. Il est relié à une chaudière en aval du ballon.

CESI : tableau synthétique du mode de fonctionnement

Fonctionnement du chauffe eau solaire individuel
Captage des rayons solaires	Les rayons solaires sont captés par l'intermédiaire de capteurs solaires, généralement placés sur le toit. La vitre des capteurs laisse passer le rayonnement et, par un effet de serre, retient les infrarouges émis par l'absorbeur (plaque métallique noire). Système alternatif : les tubes solaires sous vide ont un meilleur rendement énergétiques, car sont mieux isolés.
Circulation du fluide caloporteur (qui chauffe l'eau)	Le fluide caloporteur est composé d'eau et d'antigel circulant dans des tubes de cuivre : c'est ce liquide qui récupère les calories du capteur ; peut circuler naturellement (sans pompe) ou en mode forcé (avec pompe).
	Mode naturel : Principe des chauffe-eau à thermosiphon, le liquide caloporteur circule en fonction de sa différence de densité avec l'eau : plus chaud, donc moins dense que l'eau du ballon, le fluide s'élève par thermocirculation. Le ballon doit être placé plus haut que les capteurs.
	Mode forcé : Par l'intermédiaire d'une pompe de circulation, le liquide transmet l'énergie à un échangeur thermique qui se trouve dans le bas du ballon. L'échangeur transmet la chaleur à l'eau.
Régulation	Le régulateur commande le circulateur (pompe) qui met en mouvement le fluide caloporteur. Si la température de la sonde du ballon est plus chaude que les capteurs, le régulateur coupe la circulation. Dans le cas contraire, le circulateur est remis en route et le liquide caloporteur réchauffe l'eau.
Appoint pour chauffer le ballon	L'ensoleillement n'est pas toujours régulier, il faut prévoir un appoint pour chauffer l'eau du ballon. Cela peut être une résistance placée dans le ballon ou bien d'un échangeur raccordé à une chaudière (bois, fioul ou gaz) située en aval du ballon. Une pompe à chaleur est possible pour l'appoint.
Stockage de l'eau	L'eau est stockée dans un ballon solaire parfaitement isolé où se trouve une cuve métallique. L'eau chaude puisée est remplacée en même quantité par de l'eau froide et immédiatement chauffée par le fluide caloporteur par l'intermédiaire du circuit.

2 types d'utilisation

Raccordement direct en eau chaude sanitaire, ou préchauffage

Un chauffe-eau solaire peut être utilisé :

directement pour produire de l'eau chaude sanitaire :
- par exemple pour un logement isolé peu utilisé,
- mais uniquement dans les régions très ensoleillées,
ou en préchauffage, en le raccordant :
- à un cumulus (ballon d'eau chaude sanitaire),
- à une chaudière pour alimenter le circuit de chauffage.

L'utilisation d'un chauffe-eau solaire en préchauffage permet de réduire fortement sa facture énergétique :

L'eau entre dans le circuit avec une température comprise entre 25 et 60 °C selon la saison.
Quand l'ensoleillement est insuffisant, le chauffage prend le relais et fournit l'énergie complémentaire.

Prix chauffe-eau solaire : un coût élevé

Le prix d'achat du chauffe-eau solaire, tout autant que son installation, reste d'un coût élevé. Toutefois, il est possible de bénéficier de subventions et de réductions fiscales.

Le chauffe-eau solaire est éligible au crédit d'impôt pour la transition énergétique (CITE) de 30 % dans la limite d'un plafond de dépenses par m2 de capteurs (arrêté du 1er mars 2019) :

capteurs solaires thermiques à circulation de liquide : 1 300 € pour les ménages aux revenus modestes et 1 000 € pour les autres ménages ;
capteurs solaires thermiques à air : 520 € pour les ménages aux revenus modestes et 400 € pour les autres ménages ;
capteurs solaires hybrides à circulation de liquide dans la limite de 10 m2 : 520 € pour les ménages aux revenus modestes et 400 € pour les autres ménages ;
capteurs solaires hybrides à air dans la limite de 20 m2 : 260 € pour les ménages aux revenus modestes et 200 € pour les autres ménages.

Pour les ménages aux revenus modestes (ménages ayant des ressources inférieures aux plafonds de ressources de l'ANAH), le coût de la pose du chauffe-eau solaire est pris en compte.

Le chauffe-eau solaire est habituellement vendu sous forme de kit chauffe-eau solaire.

Voici un tableau des prix indicatifs de ce type de kit :

Chauffe-eau solaire : prix d'un kit
Prix chauffe eau solaire
Kit monobloc d'appoint	Environ 150 € pour un kit monobloc d'appoint de quelques litres à 2 000 € pour un monobloc pour 2 personnes (environ 160 litres).
Kit chauffe-eau solaire (version désolidarisée)	De 2 000 € à 4 000 €.

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Sommaire

Pour commencer
Capacité du chauffe-eau
Chauffe-eau horizontal ou vertical ?
Principe de base : instantané ou ballon ?
Le choix de l'énergie

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