L'énergie solaire reçue par la Terre chaque année représente environ 10 000 fois la consommation énergétique mondiale. Ressource inépuisable, accessible dans toutes les régions du monde, propre et sûre, le solaire occupe pourtant encore une place marginale dans la production d'energie en France, même s'il connait un fort développement depuis 5 ans.
Le solaire thermique ne doit pas être confondu avec le solaire photovoltaïque réservé à la production d'énergie électrique. Chauffe-Eau Solaires Individuels (CESI) qui produisent de l'eau chaude sanitaire et Systèmes Solaires Combinés (SSC) qui procurent à la fois le chauffage et l'eau chaude sanitaire contribuent à ce que de plus en plus de toitures et de talus se parent de capteurs. Pourtant, la France reste encore loin derrière l'Allemagne en terme de surfaces de capteurs thermiques installés et ce malgré les différentes aides mises en place ces dernières années (crédit d'impots, subventions des collectivités locales).
Le principe du chauffage solaire, ou Système Solaire Combiné (SSC), est simple. L'énergie solaire thermique est récupérée par des capteurs solaires installés le plus souvent sur le toit, généralement inclinés à 60°, et de préférence plein sud. Un capteur se présente sous forme de coffre rigide et vitré au sein duquel une plaque et des tubes métalliques en cuivre noirs (absorbeur) reçoivent le rayonnement solaire pour chauffer un liquide caloporteur. Ce caloporteur circule vers un ballon d'hydroaccumulation qu'il réchauffe grace à un échangeur thermique. L'eau chaude sanitaire est réchauffée par le même principe ou par un ballon immergé dans le ballon de stockage (bain-marie). Le chauffage de la maison est assurée par la circulation de l'eau chauffée de préférence dans un plancher chauffant à basse température.
En France, les SSC par hydroaccumulation restent marginaux, le chauffage solaire reposant essentiellement sur un système exclusivement développé en France : le Plancher Solaire Direct (PSD). Pour un PSD, le liquide caloporteur passe directement dans un réseau de tubes intégrés au plancher. C'est donc la dalle qui sert de zone de stockage de l'eau réchauffée et de la chaleur dans le béton. Ce système, qui a l'avantage de la simplicité, nécessite une dalle de béton épaisse, ne permet pas une régulation thermique fine et peut engendrer des problèmes de surchauffe en inter-saisons. On trouve aujourd'hui des systèmes mixtes qui comprennent un ballon de stockage tampon de contenance moyenne (400-500 l) qui permet de stocker une partie de la chaleur récuperée par les capteurs sans rechauffer la maison.
Notre objectif : nous souhaitions couvrir l'essentiel de nos besoins en chauffage en ayant recours à des énergies renouvelables et en étant le plus possible indépendants d'EDF : le solaire et le bois se sont donc rapidement imposés à nous et les quelques mois d'utilisation de notre installation de chauffage nous ont conforté dans nos choix.
Notre dispositif : le schéma hydraulique suivant résume notre installation de chauffage couplant un SSC avec une hydroaccumulation de 1000 litres et un poêle bouilleur. Nous avons opté pour un poêle bouilleur de la marque "Charnwood" ayant une puissance de chauffe de 8 kW dont 2.9 kW pour le bouilleur. Nous avons deux planchers chauffants gérés par deux régulations indépendantes (une par étage) représentant une surface chauffée de 155 m2.
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Nous avons retenu un SSC Comfort Plus de Sonnenkraft avec 6 capteurs plan et un ballon d'hydroaccumulation de 1000 l. En 2006, il n'existait en effet que peu de système solaire proposant une production instantanée d'eau chaude sanitaire, laquelle permet de supprimer les risques de développement de légionelles et d'utiliser au mieux la réserve de chaleur en fonction des besoins (eau chaude et/ou chauffage). Le ballon de 1000 litres mesure 79 cm de diametre sans isolation (96 cm avec) et un peu plus de 2 metres de hauteur. Son poids est d'environ 120 kg (vide). Le chargement du ballon se fait par stratification et variation de la vitesse de circulation du fluide caloporteur en fonction de la température des capteurs (système match-flow). Ce dispositif de chargement du ballon s'avère être à l'usage très efficace puisque le 31 octobre 2009, nous sommes arrivés à charger les 2/3 supérieurs du ballon à 80°C et le bas à 75°C.
Le coût du système avec appoint :
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Rappelons simplement le contexte de ce coût : Tout le système solaire et l'appoint a été posé par un professionnel qualifié qualisol. Le plancher chauffant a été posé par nos soins et n'est pas inclus dans le prix. |
L'installation en photos:
En s'éloignant des solutions classiques de chauffage, nous n'avons pas opté pour la simplicité. Le couplage d'un SSC à un poêle bouilleur de puissance réduite ne laisse en effet pas la place au moindre dysfonctionnement, l'appoint ne pouvant pas "dissimuler" les éventuelles faiblesses du système. De plus, nous avons l'opportunité de faire l'objet d'une instrumentation de l'INES, les mesures en continu permettant de suivre de près les températures de l'eau du ballon tampon à deux endroits différents ( en partie haute correspondant à l'ECS et médiane, utilisée pour le chauffage). Quelques dysfonctionnements sont rapidement apparus. Le premier mois, nous avons constaté des déperditions importantes en partie haute du ballon (eau chaude sanitaire), à tel point que notre autonomie en ECS se réduisait à deux jours consécutifs sans soleil. Après une période de doute sur notre choix, nos méninges ont pris le relai et nous sommes arrivés à trouver l'origine du problème : une bulle d'air stagnée en haut du ballon, le purgeur automatique ayant oublié son mode "automatique". Le purgeur décoincé, le dysfonctionnement fut vite oublié. Plus génant, nous avons constaté des chutes brutales de la température en partie haute du ballon, notamment lorsque le bas du ballon était relativement froid. En quelques minutes, suite par exemple à une douche ou à une vaisselle, la température du haut du ballon chutait d'une dizaine de degrés, voire plus. Le relevé suivant illustre parfaitement le problème :
En vert, la température en partie haute du ballon (utilisée pour l'eau chaude sanitaire), en rouge, la température en partie basse du ballon. Expérimentateur dans l'ame, nous avons donc décidé de mieux cerner le problème en effectuant quelques mesures complémentaires, notamment des températures de retour de l'echangeur produisant l'eau chaude sanitaire, ce qui nous a permis d'identifier l'origine du dysfonctionnement. Il est en effet clairement apparu une destratification du ballon resultant d'une température de retour trop élevée de l'eau de l'echangeur d'ECS. Deux possibilités: soit l'echangeur d'ECS était défectueux, soit le système dans son ensemble était mal conçu. Notre installateur qui nous soutenait depuis le début et qui cherchait à comprendre avec nous l'origine de ces dysfonctionnements n'ayant pas eu de réponse du fournisseur du SSC, nous avons décidé de contacter directement Sonnenkraft France. Dans un premier temps, ce fournisseur réputé de SSC germano-autrichien nous a simplement déclaré qu'il était normal que le système ne fonctionne pas lorsqu'il n'y avait pas soleil .... Oups!!! Après une mise au point manifestement nécessaire, le discours a quelques peu évolué. Une expérimentation de 3 jours nous a été proposée avec leur propre système d'instrumentation. Pas de chance, pendant ces 3 jours, il a fait soleil. Le bas du ballon est donc resté suffisamment "chaud" pour que de destratification il n'y ait point.... Le dysfonctionnement a ainsi encore persisté plus de deux mois pendant lesquels nous n'avons pas relaché notre pression auprès de Sonnenkraft France. L'envoi de graphes montrant le problème a finalement convaincu l'expert maison et l'a conduit à venir vérifier sur place l'installation. Soit, nous aurions accueilli le grand patron lui-même pour avoir notre système en bon état de fonctionnement en plein hiver......Vérification faite, l'installation n'étant pas en cause, et après quelques tentatives pour nous expliquer que l'eau tiède, c'était pas si mal, il nous a été proposé de changer le circulateur de l'échangeur d'ECS afin d'en réduire le débit. Du fait de l'utilisation de limitateur de débit sur l'ensemble de notre robinetterie, nos débits de tirage sont en effet particulièrement faibles et en limite de plage de fonctionnement de l'échangeur. C'est donc un système qui n'est pas prévu pour les personnes qui économisent l'eau.... 6 mois pour changer un circulateur, surtout en période hivernale, nous avons trouvé ce délai un peu long....de plus, pour un problème et une solution clairement identifiés. Mais depuis, grâce à ce nouveau circulateur à 3 vitesses, réglé sur le minimum, nous n'avons plus subi les désagréments d'une déstratification du ballon. Pensez donc à estimer vos débits de tirage d'eau chaude et à les communiquer à votre installateur si vous souhaitez un fonctionnement correct de votre SSC. |
En préparation...
Pour aller plus loin :
Le site européen de l'industrie du solaire thermique
Le logiciel d'analyse de projets d'énergies propres RETScreen
Site de l'Institut National de l'Energie : Sélection de logiciel ou sites utiles pour réaliser un projet solaire, classés par thèmes
solar irradiation data utility - This application provides monthly and yearly averages of global irradiation at horizontal and inclined surfaces, as well as other climatic and PV-related data (Linke turbidity, ratio diffuse/global irradiation and optimum inclination angle of the surface)
Logiciel calculant la position du soleil, examinant la portée de toutes les ombres et renseignant sur l'ensoleillement de manière graphique et chiffrée.
Association professionnelle de l'énergie solaire
Listes des fabricants et distributeurs d'équipement solaire thermique certifiés en France / Comparaison de différents capteurs solaires disponibles en France
Sonnekraft - Fabricant d'equipement solaire thermique - Catalogue en ligne
Sebasol rend l’énergie solaire accessible à tous en permettant aux particuliers de construire eux-mêmes leurs propres installations solaires thermiques
Le forum de l'association APPER