Chauffage solaire : comment fonctionnent les panneaux solaires thermiques ?

Comment fonctionnent les panneaux solaires thermiques ?

Comment fonctionne un panneau solaire thermique ? Qu’est-ce qu’un chauffe-eau solaire ? Peut-on fabriquer soi-même un panneau solaire thermique ? Dans cet article, nous allons tenter de répondre à l’ensemble de ces questions.

Panneaux solaires photovoltaïques Vs panneaux solaires thermiques

Comme vous le savez déjà sûrement, il existe deux principales catégories de panneaux solaires : les panneaux photovoltaïques et les panneaux thermiques. Il n’est pas rare que les gens confondent ces deux systèmes. Et pourtant, ces deux installations sont bien différentes :

1. la technologie photovoltaïque permet la production d’électricité grâce au rayonnement solaire. Les meilleurs kits photovoltaïques permettent d'assurer jusqu’à 40 % de vos besoins d’électricité annuels;
2. la technologie des panneaux solaires thermiques est, quant à elle, beaucoup plus simple puisqu’il s’agit simplement d’une récupération de chaleur.

N’hésitez pas à demander l’ avis d’un professionnel pour découvrir quel type d’installation sera le plus adapté à votre projet !

Fonctionnement d’un système solaire thermique

Les systèmes solaires thermiques fonctionnent tous sur le même principe. Grâce au rayonnement du soleil, les capteurs disposés sur le toit d’un bâtiment (ou parfois directement au sol ) réchauffent le liquide caloporteur (transporteur de chaleur) présent dans les cellules. Une fois réchauffé, ce fluide rejoint ensuite l’ échangeur du chauffe-eau solaire pour y chauffer son contenu.

Panneau solaire thermique : pour quelle utilisation ?

La principale utilisation du panneau solaire thermique est la production d’ECS grâce au chauffe-eau solaire. Certains particuliers s’en servent aussi pour le chauffage, même si la présence d’une chaudière reste souvent indispensable pour obtenir un confort thermique optimal.

Le grand avantage de cette solution réside dans le fait que l’ énergie solaire soit gratuite, illimitée et bien évidemment renouvelable. Dans le cadre de la transition énergétique, l’installation de capteurs thermiques est donc une solution très intéressante, à la fois pour assurer l’indépendance énergétique des particuliers, mais aussi la soutenabilité de notre économie.

De cette manière, on distingue les chauffe-eaux solaires individuels (CESI) des systèmes solaires combinés (SSC). Commençons par le chauffe-eau solaire.

Le chauffe-eau solaire individuel

Comme dit précédemment, les panneaux solaires thermiques permettent de répondre à plusieurs besoins au sein d’un logement. Il est possible de le connecter à votre système de chauffage central pour qu’il appuie votre chaudière dans le chauffage. Cela est possible avec l’installation d’un système solaire combiné.

Cependant, le type de système thermique le plus répandu est le chauffe-eau solaire qui, comme son nom l’indique, permet de produire de l’eau chaude sanitaire.

Les trois principaux éléments qui constituent un chauffe-eau solaire sont :

1. le capteur solaire;
2. le ballon de stockage de l’eau;
3. et la tuyauterie les reliant et permettant le transfert de chaleur avec le fluide caloporteur.

Penchons-nous sur la composition d’un CESI.

CESI : les types de capteurs solaires

Un panneau solaire thermique se présente tout simplement sous la forme d’une surface installée sur le toit qui va capter le rayonnement solaire. Ce sont les cellules thermiques qui, chauffées par rayons du soleil, vont réchauffer le fluide caloporteur circulant au sein de ces dernières.

Ce fluide chaud est ensuite transféré vers un ballon de stockage, destiné à alimenter votre douche, vos robinets voire votre système de chauffage central.

Un panneau solaire thermique est en fait ce que l’on appelle un capteur solaire. Il en existe plusieurs qui ont des caractéristiques différentes. En voici quelques-uns.

Capteurs plans vitrés

Une surface absorbante, en contact avec des tubes alimentés en fluide caloporteur, va capter les rayons du soleil. Le fluide caloporteur est très souvent composé d’ eau et d’ antigel.

Afin d’accentuer la chaleur dans le caisson, un vitrage permet de créer un effet de serre. Enfin, un isolant est placé en dessous de l’ensemble des éléments dans le but d'éviter que la chaleur ne s’échappe par le bas ou par les bords.

Cet isolant doit bien sûr résister à de fortes températures pour éviter qu’il ne brûle. Tout est mis en œuvre pour que la chaleur transmise au fluide caloporteur soit maximale. Les capteurs plans vitrés sont aujourd’hui les plus plébiscités sur le marché des particuliers.

Capteur sous vide

Le fonctionnement d’un capteur sous vide est à peu près similaire aux capteurs plans vitrés. En effet, on retrouve toujours nos tubes, dans lesquels circulent un fluide caloporteur, ainsi qu’une surface absorbante.

Cependant, la différence réside dans le fait que les tubes sont sous vide, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’air. Cette donnée permet de minimiser davantage les pertes de chaleur. Ce type de capteur thermique est donc plus performant que le précédent et peut s’avérer utile lorsque les conditions sont plus difficiles. Son rendement moyen est compris entre 75 et 85 %.

Capteurs non vitrés

Composé d’un tube et d’un absorbeur, ce capteur est, comme son nom l’indique, non vitré. Il est ainsi plus fragile mais aussi moins performant et moins cher. Il peut être utile pour le chauffage d’une piscine ou bien pour le préchauffage de l’eau chaude sanitaire.

Capteurs solaires à concentration

Les capteurs solaires thermiques à concentration font partie des modèles les plus performants. L’objectif de ces capteurs est de maximiser la chaleur transmise au fluide caloporteur. Pour ce faire, on place en plus un système de réflexion des rayons du soleil pour les concentrer sur l’absorbeur.

Types de ballons solaires pour CESI

Si votre maison possède déjà un ballon d’eau chaude, il ne sera malheureusement pas possible de l’associer avec votre système thermique. Un ballon solaire est un dispositif spécialement conçu pour un système thermique. Très bien isolé, le ballon solaire résiste à de très hautes températures afin d’accueillir la production des panneaux.

Deux types de ballons de stockage :

L’appoint pour CESI

Séparé ou intégré, l’appoint est indispensable pour bénéficier d’ eau chaude sanitaire tout au long de l’année :

Les types de CESI

Vous l’aurez compris, un chauffe-eau solaire individuel utilise le rayonnement solaire pour que vous puissiez prendre de bonnes douches chaudes. Vous pouvez combler jusqu’à 70 % de vos besoins en eau chaude sanitaire grâce à ce procédé.

Ce système ne permet pas une indépendance totale pour vous chauffer, il faut donc un système d’appoint, chaudière ou résistance électrique, pour assurer le relais, notamment les jours où le soleil n’est pas au rendez-vous.

Il existe principalement trois types de chauffe-eaux solaires :

CESI monobloc à thermosiphon

Ce type de CESI fonctionne sur le principe du thermosiphon : le fluide caloporteur chaud monte vers le ballon de stockage, chauffe l’eau sanitaire, puis rejoint le capteur une fois refroidi. Il fonctionne sans installation électrique ni circulateur, de manière totalement autonome avec la dilatation des fluides à la chaleur.

Solution la plus abordable, elle est cependant réservée aux zones de climats chauds ou aux résidences habitées seulement en été. En effet, le ballon est installé sur le toit avec le capteur solaire. Il est donc constamment confronté aux variations de température.

CESI à éléments séparés

C’est l’installation la plus simple, adaptée à une demande d’eau chaude tout au long de l’année à débit élevé. Il peut être :

L’ installation du CESI à éléments séparés est particulièrement délicate. De plus, le stockage de l’eau dans le ballon génère d’importantes pertes thermiques, surtout si le ballon n’est pas installé dans une pièce chauffée.

CESI optimisé

Le chauffe-eau optimisé permet de limiter les pertes thermiques. L’eau stockée dans le ballon est préchauffée par les capteurs solaires. Le système d’appoint ne fonctionne que lorsque l’eau a besoin d’un complément de chauffe.

Ce système est plutôt simple à installer. Adapté aux constructions neuves et aux logements existants, il reste toutefois recommandé pour les maisons de moins de 120 m² ou comprenant une seule salle de bain. Si vous n’entrez pas dans cette catégorie, tournez-vous vers un CESI à éléments séparés.

Le système solaire combiné : l’équipement 2-en-1

Très proche du chauffe-eau solaire, le système solaire combiné (SSC) se distingue par sa capacité à alimenter le circuit de chauffage central de la maison en plus de produire de l’ECS. Pouvant couvrir entre 40 et 60 % des besoins annuels de chauffage d’une maison, le SSC est une solution écologique particulièrement performante.

Le système solaire combiné fonctionne de la même manière qu’un CESI. Pour assurer l’ensemble des besoins d’une maison, le SSC doit également être couplé à un autre système de chauffage.

On distingue trois différents SSC :

Panneau solaire thermique fait maison

Saviez-vous qu’il était possible de fabriquer un panneau solaire thermique soi-même avec des matériaux de récupération ? Et oui ! Comme on vous l’a dit, le solaire thermique est beaucoup moins complexe que la technologie photovoltaïque.

Attention cela dit, fabriquer un panneau solaire thermique est de l’ordre du possible lorsque l’on a quelques connaissances techniques et surtout la main bricoleuse. Si vous avez déjà une certaine expérience dans le bricolage de haut niveau, fabriquer un panneau solaire thermique maison est tout à fait envisageable.

Pour ce faire, certains sites ou chaînes YouTube proposent de nombreux tutoriels pour avancer pas à pas. Les principaux éléments dont vous aurez besoin sont :

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FAQ : vos questions sur le fonctionnement d’un panneau solaire thermique

Comment fonctionne un panneau solaire thermique ?

Un panneau solaire thermique est un système composé de capteurs solaires thermiques et d’un ballon de stockage. Sous les panneaux solaires est installé un fluide caloporteur (qui transporte la chaleur).

Au contact des rayons du soleil, ce liquide chauffe et rejoint un ballon de stockage dans lequel se trouve l’ eau chaude sanitaire (ECS) destinée à rejoindre votre habitation.

Il peut s’agir d’un chauffe-eau solaire (production d’ECS) ou d’un système solaire combiné (production d’ECS et chauffage).

Quel est le prix d’un panneau solaire thermique ?

Le coût d’une installation solaire thermique varie selon la localisation, le nombre de panneaux, la composition de la famille et le système choisi. Voici les prix moyens au m² appliqués aux systèmes solaires thermiques :

En comparaison, les frais d’installation pour un kit solaire autoconsommation clé en main (matériel et frais d’installation inclus) se situent entre 200 et 300 €/m².

Quels sont les avantages d’un capteur solaire thermique ?

Rendez votre logement plus autonome en énergie grâce aux panneaux solaires thermiques :

Qu’est-ce qu’un panneau solaire photovoltaïque ?

Un kit photovoltaïque est un système produisant de l’électricité grâce au rayonnement du soleil. Ces modules peuvent être raccordés au réseau électrique pour vendre, le surplus ou la totalité, de la production du système à un fournisseur d’énergie comme EDF OA ou autonomes par le biais de l’installation d’une batterie de stockage .

Le prix d’un kit photovoltaïque clé en main (matériel et pose inclus) est compris entre :

Qu’ils soient à destination d’une maison de 150 m² ou d’un projet d’autoconsommation collective, les modules photovoltaïques vous permettent de réaliser jusqu’à 40 % d’économies sur vos factures d’électricité.

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• 1. les ballons verticaux : les plus répandus et les plus efficaces;
  2. les ballons horizontaux : moins performants, ils sont principalement utilisés dans le cas d’une installation d’un CESI à thermosiphon en raison des contraintes d’installation.
  1. on appelle un appoint séparé un appoint assuré par un autre ballon (électrique ou au gaz), une pompe à chaleur ou une chaudière instantanée;
  2. l’ appoint intégré (ou ballon bi-énergie), lui, se compose de deux échangeurs. L’échangeur situé en bas du ballon est alimenté par les capteurs. L’appoint intégré peut être électrosolaire (résistance électrique placée au centre du ballon) ou hydrosolaire (second échangeur placé en haut du ballon et relié à une chaudière ou une pompe à chaleur.)
  1. le CESI monobloc à thermosiphon;
  2. le CESI à éléments séparés;
  3. le CESI optimisé.
  • à circulation forcée : le liquide caloporteur est transmis grâce à la pompe électrique jusqu’au ballon. Cette solution permet de couper le fonctionnement de la pompe en fonction de vos besoins. Elle reste cependant la solution la plus coûteuse;
  • à thermosiphon : le ballon étant situé au-dessus des capteurs (dans les combles par exemple), la circulation du fluide se fait par convection naturelle. Abordable, ses performances sont toutefois réduites en hiver.
  1. le SSC à hydroaccumulation : la chaleur produite est stockée dans le volume d’eau tampon d’un ballon de stockage. Ce dernier permet d’ alimenter le réseau de chauffage ainsi que les émetteurs de chaleur (planchers ou murs chauffants, radiateurs haute ou basse température) ;
  2. le système solaire direct : le fluide caloporteur circule directement dans les émetteurs de chaleur de la maison. Ces éléments jouent un double rôle ( stockage et chauffage). Les pertes de chaleur sont ainsi réduites;
  3. le système mixte : combine les deux technologies ci-dessus.
  • un caisson;
  • une vitre;
  • des tubes;
  • un métal conducteur comme le cuivre ou l’acier ;
  • et (beaucoup) d’huile de coude.
  • entre 900 et 1 700 €/m² pour un chauffe-eau solaire individuel (CESI) monobloc ou à éléments séparés;
  • environ 1 300 € pour un CESI optimisé;
  • entre 1 100 et 1 300 €/m² pour un système solaire combiné.
  1. une installation simple qui nécessite peu de place en toiture : 2 à 4 m² de panneaux solaires suffisent à assurer les besoins en ECS d’une famille de 4 personnes;
  2. un chauffe-eau solaire permet de couvrir jusqu’à 70 % des besoins annuels en ECS et jusqu’à 60 % des besoins annuels de chauffage pour le SSC;
  3. réduire son impact environnemental en produisant une énergie propre et non polluante;
  4. les panneaux solaires ont une durée de vie importante et ne demandent que très peu d’ entretien ;
  5. le CESI et le SSC sont éligibles aux aides financières telles que la TVA réduite, les primes CEE, MaPrimeRénov’, l’ Éco-prêt à taux zéro ainsi que d’ aides des collectivités locales.
  • 8 000 et 11 000 € pour 3 kWc;
  • 11 000 et 16 000 € pour 6 kWc;
  • 17 000 et 23 000 € pour 9 kWc.