Comment produire de l'eau chaude avec l'énergie solaire?

Nous utilisons principalement les panneaux solaires pour produire notre propre électricité. Mais saviez-vous que vous pouvez tout aussi bien utiliser les panneaux solaires pour votre approvisionnement en eau chaude? Il s'agit généralement de capteurs solaires ou de panneaux solaires thermiques, mais les panneaux photovoltaïques ordinaires peuvent également être utilisés pour la production d'eau chaude sanitaire. Nous passons en revue les possibilités.

Eau chaude avec des collecteurs solaires

La méthode la plus courante pour produire de l'eau chaude à l'aide de l'énergie solaire consiste à utiliser des collecteurs solaires ou des panneaux solaires thermiques. Ceux-ci sont reliés à un chauffe-eau solaire.

Comment cela fonctionne-t-il?

Les panneaux solaires thermiques ou collecteurs solaires sont des panneaux solaires utilisés pour l'eau chaude. Ces panneaux sont traversés par des conduites contenant de l'eau ou un liquide de refroidissement. Au-dessus se trouve une plaque d'absorption qui capte la lumière du soleil et une plaque de couverture qui protège le tout. Comme la plaque d'absorption capte la chaleur de la lumière du soleil, l'eau contenue dans les conduites se réchauffe.

L'eau est ensuite acheminée vers un réservoir de stockage, puis vers le chauffe-eau solaire, où l'eau peut être chauffée davantage. Cette eau peut ensuite être utilisée comme eau chaude dans la salle de bain, la cuisine et éventuellement pour votre chauffage central.

Types de collecteurs solaires

Collecteurs plats

Un collecteur plat se compose d'un panneau absorbant plat avec une structure tubulaire, d'un matériau isolant et d'une plaque de couverture en verre qui laisse passer la lumière du soleil. Le panneau absorbant transfère la chaleur extraite à l'eau des conduites circulant entre les collecteurs et le chauffe-eau.

Collecteurs sous vide

Les collecteurs sous vide sont constitués de tubes de verre à double paroi séparés par un vide qui captent les rayons du soleil et sont reliés à un tube fermé. Ces collecteurs peuvent encore produire beaucoup de chaleur lorsqu'il fait froid à l'extérieur.

Panneaux solaires hybrides

Les panneaux solaires hybrides, ou panneaux PVT, peuvent servir à la fois à produire de l'électricité et à préparer de l'eau chaude. On en distingue deux types:

• Les panneaux solaires PVT: ici, l'accent est mis sur le rendement élevé en électricité. Une plaque absorbante munie de conduites est placée derrière le panneau solaire ordinaire, dans laquelle l'eau est chauffée selon le fonctionnement d'un collecteur solaire.
• Collecteurs solaires PVT: ils sont principalement utilisés pour un gain de chaleur plus important. En termes d'électricité, leur rendement est inférieur à celui des panneaux PVT. Ici, les collecteurs sont placés dans un boîtier isolé.

Du collecteur au chauffe-eau

Comment fonctionne un chauffe-eau solaire ?

Le chauffe-eau solaire standard se compose de quelques collecteurs et d'un réservoir de stockage séparé. Le soleil frappe les collecteurs solaires et la lumière du soleil y est convertie en énergie thermique par une surface d'absorption. Dans les collecteurs s'écoule un fluide de transport qui absorbe cette énergie thermique. Le fluide circule entre les collecteurs et le réservoir de stockage contenant l'eau (sanitaire).

Une fois arrivé dans le réservoir, le fluide de transport transfère la chaleur à l'eau par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur. Le réservoir de stockage proprement dit est un réservoir isolé qui maintient l'eau non potable à température jusqu'à ce qu'elle soit demandée. L'eau chaude utilisée est puisée par le haut, tandis qu'une nouvelle eau froide est amenée vers le bas, si bien que la température dans le réservoir baisse. Le fluide de transport refroidi est ensuite pompé vers le collecteur et le processus peut recommencer.

Pour en savoir plus sur le fonctionnement d'un chauffe-eau solaire, cliquez ici.

Le rendement optimal

Un chauffe-eau solaire peut prendre en charge jusqu'à 60 % de la production d'eau chaude, ce qui signifie des économies substantielles sur votre facture d'énergie. Pour ce faire, vous devez également tenir compte des éléments suivants:

• le nombre d'heures d'ensoleillement: si vous placez les panneaux solaires à un endroit où le soleil brille davantage, leur rendement sera évidemment plus élevé. Ils peuvent également absorber de la chaleur par temps nuageux, mais celle-ci sera logiquement moindre;
• l'orientation: les panneaux PV et les collecteurs solaires doivent idéalement être orientés vers le sud pour obtenir le meilleur rendement. Ceci est particulièrement intéressant si vous êtes souvent à la maison. En revanche, une orientation est et ouest est préférable pour ceux qui ont besoin d'électricité ou d'eau chaude le matin ou le soir. Vous n'obtiendrez alors qu'un rendement moindre l'après-midi, lorsque le soleil brille le plus fort;
• la température: les panneaux solaires sont plus performants à une température de 25°C; si la température est trop élevée, les collecteurs solaires ne peuvent pas absorber l'énergie de manière aussi efficace;
• l'ombre: les panneaux solaires ne doivent pas être installés dans des zones ombragées afin de minimiser les interférences lumineuses;
• l'inclinaison des collecteurs: il est préférable de placer les collecteurs en direction du sud (ou entre le sud-est et le sud-ouest) avec une inclinaison comprise entre 20° et 70°.
• l'isolation: si vous utilisez un chauffe-eau solaire pour vos tuyaux de chauffage, vous devez évidemment veiller à ce que votre maison soit bien isolée afin que la chaleur ne disparaisse pas immédiatement.

De combien de collecteurs avez-vous besoin?

Le nombre de collecteurs que vous placez dépendra de la surface de votre toit et de son orientation. En fin de compte, vous devriez laisser un professionnel déterminer le dimensionnement de votre installation, mais un simple calcul vous permet déjà de répondre en partie à cette question:

Une personne consomme en moyenne 50 litres d'eau chaude par jour. Une famille de quatre personnes a donc besoin d'un ballon de 200 litres.

• Pour calculer le nombre de m² de collecteurs plats nécessaires, il faut diviser le volume du ballon par 50/60. Une famille de quatre personnes a donc besoin d'environ 4 m² de collecteurs plats.
  • Pour les collecteurs à tubes sous vide, le volume nécessaire du ballon est divisé par 60/75. Une famille de quatre personnes a donc besoin d'environ 3 à 4 m² de collecteurs à tubes sous vide.

Pour les chauffe-eau solaires qui peuvent fournir de l'eau sanitaire et chauffer la maison, la surface des collecteurs et le volume du ballon augmentent. Par exemple, une capacité de stockage de 500 à 1 000 litres et une surface de collecteurs d'au moins 10 à 15 m² conviennent pour le chauffage de la maison et de l'eau.

Également avec un chauffe-eau à pompe à chaleur

Les panneaux solaires thermiques ou les collecteurs solaires peuvent également être associés à un chauffe-eau à pompe à chaleur. Le fonctionnement de cette combinaison est toutefois légèrement différent de celui d'un chauffe-eau solaire. Dans le cas d'une chaudière solaire, il n'y a qu'une seule source d'énergie, à savoir l'énergie solaire.

Dans le cas d'un chauffe-eau à pompe à chaleur, l'énergie solaire ne sert que de complément. Il est donc important de limiter l'énergie produite par les collecteurs solaires thermiques dans les chaudières à pompe à chaleur, sinon la température dans la cuve du chauffe-eau risque de s'emballer. Une solution alternative consiste à adapter le nombre de collecteurs au volume du chauffe-eau et à la consommation journalière.

Couplage avec des panneaux photovoltaïques

Un chauffe-eau à pompe à chaleur équipée de la technologie Smart Grid peut également être couplée à des panneaux photovoltaïques. Ainsi, lorsque les panneaux photovoltaïques surproduisent, vous pouvez augmenter la température de votre chauffe-eau à pompe à chaleur en utilisant le "courant" gratuit de vos panneaux. Un chauffe-eau à pompe à chaleur de 200 litres amené à 50 °C, par exemple, peut être portée à 55 ou 60 °C, ce qui permet d'obtenir plus de litres/min d'eau à 45 °C.

Pour en savoir plus sur le fonctionnement des chauffe-eau à pompe à chaleur, cliquez ici.