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 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

L’installation d’un panneau solaire thermique permet de capter les rayons du soleil pour les transformer en chaleur. Un chauffe-eau solaire peut être installé sur des maisons individuelles et peut réduire jusqu’à 75% de la facture d’eau chaude des ménages. Une solution économique et écologique qui est une bonne alternative si vous souhaitez passer aux énergies renouvelables et ne pas pour autant investir dans des panneaux solaires sur votre toit. Nous revenons sur quelques éléments constituant un chauffe-eau solaire.

Quelques principes du chauffe-eau solaire

Fonctionnement d’un chauffe-eau solaire

L’utilisation d’un chauffe-eau solaire diffère de l’installation photovoltaïque classique. Sa composition est donc aussi différente.  Une installation solaire thermique est constituée de trois 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 (glycol) qui relie les deux précédents en circuit fermé. Ce fluide se réchauffe dans le panneau et se refroidit dans le cumulus en y chauffant l’eau qui s’y trouve. Le circuit est en serpentin afin de maximiser les échanges calorifiques

Voici un schéma simplifié du fonctionnement d’un chauffe-eau solaire :

Caractéristiques du chauffe-eau solaire

Pour installer des panneaux solaires thermiques chez vous il est important d’avoir en tête certains éléments que nous allons citer ci-dessous :

• Les panneaux solaires thermiques sont assez lourds. Il pèsent entre 40 et 50 kilos par panneau en comptant le fluide caloporteur. Le chauffe-eau solaire est donc une installation conséquente qui peut poser des problèmes en termes de charge sur la toiture. Il existe cependant d’autres systèmes de chauffe-eau solaire comme les systèmes solaires hybrides, qui désignent généralement des panneaux solaires liant une partie photovoltaïque avec une partie thermique en dessous. Par exemple, le fabricant français Dualsun a proposé un panneau solaire hybride en ce sens.
• Il vaut mieux sous-dimensionner l’installation de son chauffe-eau solaire. Un sur-dimensionnement amènera une baisse de rentabilité drastique dans la mesure où 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 plutôt que de s’arrêter complètement. Dans le cas où on ne peut pas décharger, il faudra bâcher les capteurs. Le cumulus doit être sur-dimensionné en revanche à 120% de la consommation réelle des habitants – environ 33 litres d’eau à 60° par jour et par personne.
• Le label pour les installateurs 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. En été, on consomme moins d’eau chaude. Par ailleurs, l’eau arrivant par les tuyaux est moins froide qu’en hiver. Il y a donc besoin de moins d’énergie pour la chauffer à 60°.

Les différentes typologies du chauffe-eau solaire

Plusieurs sortes de chauffe-eau solaire existent sur le marché. Ils répondent à différentes contraintes logistiques concernant votre habitation. Nous les listons ci-dessous.

Le chauffe-eau à pompe électrique

Le chauffe-eau à pompe électrique fonctionne grâce à trois 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 pas 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 capteurs-ballon.

Le chauffe-eau à thermosyphon

Le chauffe-eau à thermosyphon 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 le 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 charges 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 thermosyphon. 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 requiert un équipement coûteux pour avoir une meilleure isolation) et donc ne garde que très peu de temps l’eau chaude, et nécessite un niveau d’ensoleillement extrêmement ensoleillé 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 !

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

Comme vous avez pu le voir il existe différentes sortes de panneaux solaires thermiques. Leur prix varie donc selon leurs caractéristiques. Pour vous donner une idée voici les prix moyens pour différentes configurations de chauffe-eau solaire :

• 4 000 € pour un capteur et ballon ;
• 6 000 € pour 2 capteurs et un ballon de 300 litres ;
• 10 000 € pour 4 capteurs et un ballon de 800 à 1000 litres ;

Sachez qu’en moyenne, vous devrez débourser entre 4 000 € et 6 000 € pour l’achat d’un chauffe-eau solaire.

Les aides accordées pour les panneaux solaires thermiques

Comme les aides pour les panneaux solaires photovoltaïques, des aides pour les panneaux solaires thermiques existent également. Parmi elles on compte :

• Le Crédit d’Impôt à la Transition Énergétique (CITE) ;
• Les aides de l’Agence nationale de l’habitat (Anah) ;
• Les aide de l’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME) ;
• L’éco-prêt taux zéro ;
• La Prime Énergie.

Le Crédit d’Impôt à la Transition énergétique

Le Crédit d’impôt à la Transition énergétique propose une aide de 30 % du montant du matériel du chauffe-eau solaire. Cela, sans conditions de ressources et sans bouquet de travaux obligatoire. Il faut cependant vous assurer que le matériel de vos panneaux solaires thermiques comprend les bonnes certifications (CSTbat, Solar Keymarck ou équivalente).

L’ANAH

L’Agence nationale de l’habitat octroi aussi des aides destinées aux travaux d’amélioration de l’habitat. Les panneaux solaires thermiques font partie de ces aides. Pour en bénéficier, il faut avoir revenu modeste ou très modeste selon une grille établie par l’Anah. Si vous faites partie des revenus modestes vous pouvez bénéficier de 35% de financement de vos travaux et de 50% si vous avez des revenus très modestes.

L’ADEME

L’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie propose également des aides pour la pose de panneaux solaires thermiques pour  l’habitat collectif, les collectivités et les entreprises. Pour les demander il faut remplir un dossier de candidature. Plusieurs projets sont soutenus grâce au Fonds Chaleur de l’Ademe.

L’Éco-prêt à taux zéro

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.

La Prime Énergie

La Prime Énergie est une aide dont le montant n’est pas défini par l’État. Certains travaux comme le solaire thermique vous offrent la possibilité d’obtenir des Certificats d’Économie d’Énergie (il faut en faire la demande auprès de votre installateur). Un particulier peut vendre ses Certificats d’Économie d’Énergie à des sociétés. Le prix d’achat de ces C2E varie selon votre niveau de revenus et les économies d’énergie réalisées. Attention, les sociétés qui achètent les C2E ne les achètent pas toutes au même prix ! Pour l’installation d’un Chauffe-eau Solaire, on peut compter jusqu’à 300 €.

Exemple d’une installation solaire thermique dans un foyer

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 foyer se chauffe avec un chauffe-eau électrique classique. La part relative à la consommation d’eau chaude dans leur facture annuelle est de :

365 x 99 x C x Prix du kWh / R = 365 x 99 x 0,0445 x 0,1469 / 0,9 = 262 € / 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 = 0,1469 € / kWh (compteur en 9kVA)
• 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 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 du foyer.

Le couple en question est éligible au CITE (Crédit d’Impôt pour la Transition Énergétique)   mais pas aux aides de l’Anah (Agence nationale de l’habitat) pour des conditions de ressources. Leur crédit d’impôt sera de :

3600 x 0,3 = 1 080 € (le plafond n’est pas atteint)

Pour calculer le retour sur investissement, on prendra l’hypothèse d’une augmentation du prix de l’électricité de 3% par an. En dressant le tableau des flux financiers et en retirant aux coûts le crédit d’impôt, on tombe sur un retour sur investissement en 14 ans.

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.