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Qu’est ce que c’est ?

C’est l’application la plus simple du solaire thermique. Tout au long de l’année, le CESI produit 50 à 70% de l’eau chaude sanitaire nécessaire aux besoins de la famille (douches et bains, petits lavages, entretien de la maison, usages en cuisine,…).
C’est aussi l’application la plus répandue. Depuis le lancement du Plan Soleil, environ 27 000 familles ont acquis et fait installer un CESI dans leur maison (évaluation fin 2005).
Le chauffe-eau solaire individuel est un équipement robuste et fiable, conçu et fabriqué pour tirer le meilleur parti du moindre rayon de soleil, partout sur le territoire national.

Fonctionnement

Le principe des capteurs solaires thermiques est simple :

• une surface plane, le capteur lui-même, pour récupérer la chaleur solaire ;
• un système de circulation, pour transporter la chaleur vers un lieu de stockage ou d’utilisation ;
• un système de régulation, pour maintenir la température souhaitée.

Schémas à venir

Capter l’énergie solaire

Le capteur solaire (1) comprend :

• Une plaque et des tubes métalliques noirs. Ils constituent l’absorbeur. C’est le cœur du « système solaire », qui reçoit le rayonnement solaire et s’échauffe ;
• Un coffre rigide et thermiquement isolé entourant l’absorbeur. Sa partie supérieure, vitrée, laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme une petite serre.
  L’ensemble est en général placé sur un toit.

Les capteurs sont de 3 types, suivant la température qu’on veut obtenir :

• Les capteurs non vitrés : ce sont de longs tubes noirs (la couleur qui piège le mieux la chaleur) en plastique ou en métal, dans lesquels circule de l’eau. Ils ne sont pas isolés, ce qui fait que l’élévation de température obtenue est faible : + 20° C par rapport à la température de l’air. Ces capteurs sont bien adaptés pour le chauffage des piscines.
• Les capteurs plans : ils comprennent un caisson isolant au-dessus duquel est fixée une vitre en verre ou en plastique. A l’intérieur, une feuille métallique noire absorbe la chaleur du soleil, qui est emprisonnée dans le caisson. Cette chaleur est transmise à de l’air, de l’eau, ou un autre fluide caloporteur qui ne gèle pas en hiver. Le fluide caloporteur circule librement ou dans des tuyaux vers le point d’utilisation. L’élévation de température par rapport à la température de l’air ambiant peut atteindre + 70° C. C’est l’idéal pour produire de l’eau chaude pour la maison ou pour le chauffage de tous les types de bâtiments.
• Les capteurs sous vide : ils se présentent sous la forme d’un panneau où est alignée une série de tubes de verre transparent. Dans ces tubes, on a fait le vide, qui est un des meilleurs isolants thermiques existants. Dans chaque tube, un absorbeur capte la chaleur solaire et un système d’échangeur de chaleur la transmet à un fluide caloporteur. Comme pour les autres capteurs, le fluide caloporteur circule vers les points d’utilisation. Avec ce système, les déperditions de chaleur sont très faibles. La température peut s’élever jusqu’à 100-140° C Ces capteurs sont adaptés aux applications industrielles qui nécessitent de hautes températures.

Transporter la chaleur

C’est le rôle du circuit primaire (2).
Étanche et calorifugé, il contient de l’eau additionnée d’antigel. Ce liquide s’échauffe en passant dans les tubes du capteur, et se dirige vers un ballon de stockage.

Restituer la chaleur

Grâce à un échangeur thermique (serpentin), il cède ses calories solaires à l’eau sanitaire (3).
Le liquide primaire, refroidi, repart vers le capteur (4), où il est chauffé à nouveau tant que l’ensoleillement reste efficace.

Stocker l’eau chaude

Le ballon solaire (5) est une cuve métallique bien isolée. Il constitue la réserve d’eau sanitaire. L’eau chaude soutirée est remplacée immédiatement par la même quantité d’eau froide du réseau (6), réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire.

Faire circuler le liquide primaire

La circulation du liquide peut être naturelle ou forcée :

• Dans le premier cas, le liquide caloporteur circule grâce à sa différence de densité avec l’eau du ballon. Tant qu’il est plus chaud, donc moins dense qu’elle, il s’élève naturellement par thermorégulation.
  Le ballon doit être placé plus haut que les capteurs. Sur ce principe sont conçus les chauffe-eau solaires en thermosiphon ».
• Dans le second cas, une petite pompe électrique, le circulateur (7), met en mouvement le liquide caloporteur quand il est plus chaud que l’eau sanitaire du ballon. Son fonctionnement est commandé par un dispositif de régulation ( 8 ) jouant sur les différences de températures : si la sonde du ballon (10) est plus chaude que celle du capteur (9), la régulation coupe le circulateur. Sinon, le circulateur est remis en route et le liquide primaire réchauffe l’eau sanitaire du ballon.

Pallier l’insuffisance d’ensoleillement

Partout en métropole, on doit faire face à des périodes défavorables (hiver, demi-saison, longue période de mauvais temps). L’énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de la production d’eau chaude.
Aussi, le ballon est équipé d’un dispositif d’appoint qui prend le relais en cas de besoin, et reconstitue le stock d’eau chaude. Il peut s’agir :

• D’une résistance (appoint électrique), souvent placée à mi-hauteur du ballon solaire ;
• D’un serpentin (11) (appoint hydraulique) raccordé à une chaudière (12) (gaz, fioul, bois) située en aval du ballon.

Un second ballon pourvu d’un réchauffeur électrique peut également servir d’appoint.

Les différents types de chauffe-eau solaire

Le chauffe-eau solaire monobloc

Chauffe-Eau MonoBloc

Capteur et ballon sont groupés sur un même châssis rigide et placés à l’extérieur. C’est un système simple et peu coûteux. Mais le ballon se refroidit plus rapidement, même s’il est bien isolé. Il peut servir à préchauffer l’eau qui alimente un équipement classique existant.

Ce chauffe-eau est compact et bien adapté à la pose sur supports inclinés, en toiture-terrasse. Il se prête moins bien à la fixation sur un toit en pente.

Le chauffe-eau solaire à éléments séparés

Le ballon est à l’abri dans une pièce de la maison ou une construction attenante. Intégré ou non au ballon solaire, l’appoint complète le chauffage de l’eau sanitaire quand c’est nécessaire. Ce type de chauffe-eau solaire est plus coûteux que le précédent.

Les modèles les plus nombreux et les plus courants sont à circulation forcée.

Les modèles en thermosiphon n’ont besoin ni de circulateur, ni de régulation. Ils sont donc plus « rustiques ». Toutefois, si le principe est simple, la mise en œuvre est délicate. Le fonctionnement du thermosiphon impose que le ballon soit fixé plus haut que le capteur solaire, par exemple dans les combles. L’implantation des éléments du système demande donc un travail de conception et un bon savoir-faire.