Chauffe-eau solaire : fonctionnement d’une installation solaire thermique

Lorsque l’on parle de panneaux solaires, deux catégories d’installations se distinguent : les panneaux photovoltaïques et les panneaux solaires thermiques. Le chauffe-eau solaire se trouve dans la seconde catégorie. En effet, un chauffe-eau solaire produit de la chaleur à la différence des panneaux photovoltaïques qui produisent de l’électricité.

Le chauffe-eau solaire peut chauffer l’eau et/ou assurer le chauffage d’une maison. Comment cette installation fonctionne-t-elle ? Combien coûte un chauffe-eau solaire et à qui s’adresse ce type de panneaux solaires ? Nous vous expliquons tout !

Principe et typologie d’un chauffe-eau solaire

Un chauffe-eau solaire est une installation thermique conçue pour assurer l’alimentation en eau chaude sanitaire (ECS) et/ou le chauffage d’une maison. Cette technologie utilise des panneaux solaires thermiques, généralement installés sur le toit du domicile, et reliés à un ballon d’eau chaude solaire.

On distingue deux types de chauffe-eaux solaires :

• le chauffe-eau solaire individuel (CESI) : ce système vise exclusivement à fournir de l’eau chaude à la maison ;
• le système solaire combiné (SSC) : en contraste avec le CESI, le SSC a vocation à alimenter la maison en eau chaude sanitaire et d’en assurer le chauffage à la fois. Pour assurer le chauffage de l’habitation, le SSC nécessite une connexion à un système de chauffage central tel qu’un plancher solaire direct.

Bon à savoir

Un chauffe-eau solaire peut être installé dans une maison individuelle et permet de réduire jusqu’à 75 % de la facture d’eau chaude sanitaire (ECS) des ménages. Il permet de couvrir 50 à 80 % des besoins annuels d’un logement en ECS. C’est une solution économique et écologique qui est une bonne alternative si vous souhaitez passer aux énergies renouvelables et sans pour autant investir dans des panneaux solaires sur votre toit. 

Quelques principes du chauffe-eau solaire

Fonctionnement d’un chauffe-eau solaire

Le fonctionnement d’un chauffe-eau solaire individuel diffère d’une installation photovoltaïque classique, sa composition est donc aussi différente. Une installation solaire thermique est constituée de 3 parties distinctes : 

• le panneau capteur solaire (environ 2,5 m² en taille standard) ;
• le ballon de stockage (généralement entre 150 et 300 litres de contenance) ;
• le circuit du fluide caloporteur (glycol) qui relie les deux précédents en circuit fermé. 

Les panneaux solaires thermiques captent les rayons du soleil, chauffant ainsi le fluide caloporteur circulant à l’intérieur des capteurs. Une fois chauffé, ce fluide circule à travers un système en serpentin, maximisant ainsi les échanges calorifiques, jusqu’au cumulus, où le fluide caloporteur transfère sa chaleur à l’eau qui se trouve à l’intérieur. Ce processus ingénieux garantit une utilisation optimale de l’énergie solaire pour chauffer l’eau de manière efficiente.

Le saviez-vous ? 

Les panneaux solaires thermiques affichent un rendement moyen de 80 %, entraînant ainsi une perte d’environ 20 % entre l’énergie solaire captée par les panneaux et l’énergie effectivement produite. À titre de comparaison, le rendement des panneaux solaires photovoltaïques se situe généralement entre 14 et 24 %.

Pour une compréhension plus claire du mode de fonctionnement d’un chauffe-eau solaire, veuillez consulter le schéma ci-dessous :

Caractéristiques du chauffe-eau solaire

Pour installer des capteurs solaires thermiques chez vous, il est important d’avoir en tête certains des éléments ci-dessous :

• avec un poids compris entre 40 et 50 kg par panneau solaire thermique, fluide caloporteur inclus, le chauffe-eau solaire est une installation conséquence. Face aux problèmes que peuvent représenter une telle charge en toiture, des fabricants, comme le français Dualsun, proposent des systèmes solaires hybrides. Ces chauffe-eaux solaires utilisent des panneaux solaires composés d’une partie photovoltaïque et d’une partie thermique en dessous ;
• il vaut mieux sous-dimensionner l’installation de son chauffe-eau solaire. Un sur-dimensionnement entraînera une baisse de rentabilité drastique, car le système s’arrête de fonctionner si la température est trop élevée. Quand le cumulus est rempli d’eau froide, l’eau est portée à 60°. La perte calorifique est très faible, de l’ordre de 20 % par jour ;
• si on a une piscine, le système peut s’y décharger en été pour la chauffer au lieu de s’arrêter complètement. Dans le cas où on ne peut pas décharger, il faut bâcher les capteurs, pour les protéger. Dans ce cas précis, le cumulus doit être sur-dimensionné à 120 % de la consommation réelle des habitants, soit environ 33 litres d’eau à 60° par jour et par personne ;
• le label pour les installateurs RGE habilités dans le solaire thermique est la qualification Qualisol ;
• il peut être intéressant de mettre les panneaux solaires thermiques avec une inclinaison importante. La production sera plus élevée en hiver et moins en été, période où l’on consomme moins d’eau chaude. Par ailleurs, l’eau arrivant par les tuyaux est moins froide qu’en hiver, il faut donc moins d’énergie pour la chauffer à 60°.

Vous souhaitez passer à l’énergie solaire ?

Un chauffe-eau solaire présente divers avantages. Cependant, afin d’optimiser l’efficacité de cette installation, il est conseillé de faire appel à un professionnel Reconnu Garant de l’Environnement (RGE).
Ce spécialiste sera compétent pour élaborer un projet personnalisé en fonction des caractéristiques de votre logement, garantissant ainsi un dimensionnement adéquat, tant en ce qui concerne le nombre de panneaux solaires thermiques que la taille du ballon solaire.

Les différentes typologies du chauffe-eau solaire

Plusieurs sortes de chauffe-eaux solaires existent sur le marché, ils répondent à différentes contraintes logistiques concernant votre maison. On retrouve :

1. le chauffe-eau à pompe électrique ;
2. le chauffe-eau à thermosiphon ;
3. le chauffe-eau monobloc ;
4. le chauffe-eau thermodynamique.

Le chauffe-eau à pompe électrique

Le chauffe-eau à pompe électrique fonctionne grâce à 3 éléments : les panneaux à capteurs solaires, la pompe de circulation et le ballon de stockage. Concrètement, les capteurs chauffent un tube rempli de fluide caloporteur et la pompe électrique transmet ce fluide jusqu’au ballon de stockage.

Cette installation n’est ni la solution la moins chère, ni la moins contraignante. En effet, le coût d’achat d’une pompe électrique peut être conséquent et requiert parfois l’achat d’un régulateur thermique en complément. Le ballon de stockage doit par ailleurs être installé dans une pièce bien isolée et peut parfois être encombrant.

Cette installation est intéressante si vous avez une cave, un cellier ou un garage et si vous avez la possibilité de mettre ce ballon de stockage à proximité des capteurs solaires. En effet, les coûts peuvent augmenter proportionnellement selon la distance entre les capteurs et le ballon. 

Le chauffe-eau à thermosiphon

Le chauffe-eau à thermosiphon est une installation qui utilise le principe de dilatation des fluides à la chaleur. C’est-à-dire que plus le liquide chauffe, plus il se dilate et remonte automatiquement en devenant plus dense. Ici, c’est le liquide caloporteur qui chauffe pour ensuite remonter dans le ballon de stockage.

C’est ensuite le liquide caloporteur présent dans le tube qui transmet la chaleur à l’eau. Dans cette installation, il n’est pas nécessaire d’avoir un raccordement électrique, ce qui évite bon nombre de pannes et demande moins d’entretien.

La seule contrainte est que le ballon de stockage doit toujours être placé au-dessus du panneau solaire. Il faut dans ce cas être vigilant aux pertes de charge qui peuvent être causées par des tuyaux trop longs ou trop larges. 

Le chauffe-eau monobloc

Le chauffe-eau monobloc est semblable au chauffe-eau à thermosiphon. Il se présente en une seule pièce. Le ballon est situé au-dessus des capteurs solaires et transmettent donc directement la chaleur.

C’est une solution dite d’appoint puisque cette installation manque d’isolation (ou coûte cher à isoler) et donc, elle ne garde que très peu de temps l’eau chaude sanitaire. Par ailleurs, un chauffe-eau monobloc nécessite un niveau d’ensoleillement extrêmement élevé, comme au Maghreb ou en Asie du Sud Est par exemple.

Ceci étant, si vous souhaitez installer un chauffe-eau solaire monobloc, cela ne vous reviendra pas trop cher et cela ne demandera pas d’entretien !

Le chauffe-eau thermodynamique

Le chauffe-eau thermodynamique est une solution de plus en plus populaire pour chauffer l’eau chaude sanitaire (ECS) tout en réduisant la consommation d’énergie. Il fonctionne en exploitant les calories présentes dans l’air ambiant, ce qui en fait une solution écologique et économique.

Contrairement aux chauffe-eaux traditionnels qui utilisent l’électricité ou le gaz pour chauffer l’eau, le chauffe-eau thermodynamique extrait la chaleur de l’air et la transfère à l’eau stockée dans un réservoir. Ce processus de transfert de chaleur permet d’obtenir de l’eau chaude sanitaire à moindre coût, tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre.

Quelles marques proposent des chauffe-eaux solaires ?

Divers fabricants de chauffe-eau solaires sont présents sur le marché. Parmi eux, on peut citer des marques renommées telles que Saunier Duval, DeDietrich, Elm Leblanc, Viessmann, Atlantic.

Quel est le prix d’un chauffe-eau solaire ?

Le coût d’acquisition d’un chauffe-eau solaire individuel (CESI) dépend de plusieurs facteurs, notamment :

• le nombre et la technologie des capteurs solaires ;
• la taille et la technologie du ballon de stockage. 

Une estimation globale place le prix d’un CESI entre 900 et 1 800 € par m² de capteur solaire thermique installé.

En moyenne, pour investir dans un chauffe-eau solaire, vous devrez prévoir une dépense allant de 2 000 à 8 000 € pour une maison composée 3 à 4 personnes. 

Les aides financières accordées pour les panneaux solaires thermiques

Tout comme les dispositifs photovoltaïques, les panneaux solaires thermiques bénéficient d’un ensemble d’aides financières visant à encourager leur adoption. Parmi ces incitations, on retrouve plusieurs dispositifs :

• MaPrimeRénov’ ; 
• les primes CEE ;
• une TVA à taux réduit à 5,5 % ;
• l’éco-prêt à taux zéro ;
• les aides locales.

Ces aides financières combinées visent à rendre les panneaux solaires thermiques plus accessibles et à encourager les consommateurs à adopter des solutions écoresponsables pour la production d’énergie. 

Avant d’entreprendre un tel projet, il est recommandé de se renseigner sur les différentes aides disponibles. Vous pouvez consulter un professionnel RGE pour bénéficier d’un accompagnement.

Le saviez-vous ? 

Il est impératif de faire appel à un installateur RGE pour les travaux de votre chauffe-eau solaire afin de pouvoir bénéficier des aides gouvernementales.

MaPrimeRénov’ 

MaPrimeRénov’ constitue une aide gouvernementale visant à accompagner les propriétaires dans leurs initiatives de rénovation énergétique. Ce dispositif englobe également l’installation de panneaux solaires thermiques.

Le montant de cette subvention est déterminé en fonction de vos revenus et des bénéfices énergétiques générés par les travaux entrepris. Cette assistance financière peut s’élever jusqu’à 4 000 €.

Primes CEE (Certificats d’Économie d’Énergie)

Ces subventions, instaurées par l’État et dispensées par les fournisseurs d’énergie, octroient des avantages financiers aux particuliers engagés dans des projets d’amélioration ds performances énergétiques de leur logement. 

Accessible à tous les foyers en France, le montant de ces primes est corrélé aux économies d’énergie effectuées, ainsi qu’aux revenus du ménage.

TVA à taux réduit à 5,5 % 

L’application d’une TVA réduite à 5,5 % simplifie l’accès financier à l’achat d’un chauffe-eau solaire, contribuant ainsi à rendre cette technologie plus abordable pour les consommateurs. Cette mesure d’aide a un impact sur le prix du matériel ainsi que sur les honoraires du professionnel, contribuant ainsi à alléger le budget global des installations solaires. 

Éco-prêt à taux zéro (éco-PTZ)

Ce dispositif financier permet d’obtenir un prêt à taux d’intérêt nul pour financer des travaux d’amélioration énergétique, y compris l’installation de panneaux solaires thermiques.

L’éco-prêt à taux zéro est une aide qui vous permet d’obtenir un prêt de 10 000 € pour installer des panneaux solaires thermiques sur votre toit. Ce qui est intéressant avec cette aide, c’est que vous pouvez la cumuler avec d’autres travaux énergétiques et bénéficier ainsi d’un plus grand prêt. Par exemple, vous pouvez obtenir 20 000 € pour deux travaux et de 30 000 € pour trois travaux et plus. 

Aides locales 

Certaines régions, municipalités ou collectivités locales offrent également des aides financières pour encourager l’adoption de technologies énergétiques durables, telles que les panneaux solaires thermiques.

Exemple d’une installation solaire thermique dans un logement

Afin de vous donner une idée plus précise des coûts et du retour sur investissement réalisés grâce à la pose d’un chauffe-eau solaire, nous allons vous l’illustrer à travers un exemple concret. 

Prenons ici l’exemple d’un foyer de 3 personnes à la consommation journalière de 99 litres d’eau chaude. Ce logement se chauffe avec un chauffe-eau électrique classique. La part relative à la consommation d’eau chaude sanitaire dans leur facture annuelle est de :

365 x 99 x C x Prix du kWh / R = 365 x 99 x 0,0445 x 0,2276 / 0,9 = 337 €/an

• C est la constante de chauffage (le nombre de kWh nécessaire pour porter la température d’un litre à 60 °C) = 0,0445 kWh/L ;
• prix du kWh chez EDF en 2023 = 0,2276 €/kWh (compteur en 9 kVA) ;
• R est le rendement de l’électricité pour le chauffage de l’eau = 90 % ;
• le rendement est de 75 % pour le gaz et 60 % pour le fioul ou le bois.

Notez que l’on peut prendre en compte la température de l’eau dans les tuyaux avant l’arrivée au chauffe-eau pour plus de précision.

Ce foyer décide d’opter pour un chauffe-eau solaire avec un capteur solaire de 2,5 m². Le devis qu’ils ont signé est de 4 000 € dont 3 600 € concernent le matériel.

Dans leur situation, le CESI (Chauffe-eau Solaire Individuel) pourra restituer :

2,5 x 452,5 = 1 131 kWh/an

452,5 est le nombre de kWh/m²/an que pourra renvoyer l’installation dans les conditions d’ensoleillement local.

En multipliant par le coût du kWh, on arrive à une économie de 166 € par an.

Le CESI couvre donc 63 % des besoins en eau chaude sanitaire du logement.

À cela pourra être déduit le montant des aides financières auxquelles le ménage aura droit, lesquelles seront déterminées en fonction de ses revenus et des économies d’énergie générées par les travaux.

La pose d’un panneau solaire thermique est une solution intéressante pour certaines situations. En effet, comme vous avez pu le voir dans cet article, plusieurs contraintes d’installation ou de coût peuvent subsister. Néanmoins, c’est une solution intéressante si vous souhaitez une installation thermique d’appoint et que vous bénéficiez de conditions d’ensoleillement optimales. 

FAQ : Vos questions sur le chauffe-eau solaire

Quel est le prix d’installation d’un chauffe-eau solaire ?

Le coût d’installation d’un chauffe-eau solaire dépend de plusieurs facteurs, tels que la taille du système, le type de panneaux solaires et de ballon solaire, et les coûts de la main-d’œuvre. En général, le prix d’installation d’un chauffe-eau solaire est compris entre 2 000 et 8 000 €, mais il peut être allégé par les économies d’énergie réalisées à long terme et les aides gouvernementales.

Quels sont les inconvénients d’un chauffe-eau solaire ? 

Parmi les points faibles d’un chauffe-eau solaire, on peut noter particulièrement son coût initial relativement élevé, l’exigence d’un espace adéquat sur le toit pour l’installation des panneaux solaires et d’un ballon solaire dans un espace clos et bien isolé, ainsi que la dépendance aux conditions météorologiques.

Est-ce qu’un chauffe-eau solaire est rentable ?

L’investissement dans un chauffe-eau solaire devient rentable à long terme, généralement dans une fourchette de 10 à 15 ans. Il est important de souligner que pour garantir cette rentabilité, l’installation doit être correctement dimensionnée et par la suite bien entretenue.