Chauffe-eau solaire : choix des panneaux solaires thermiques
Le choix des panneaux solaires thermiques pour son installation se fait principalement sur 3 critères : la performance, la taille et le prix. Le poids intervient plus rarement, sauf peut-être pour les professionnels qui en manipulent régulièrement.
Sommaire
Les différents types de panneaux solaires thermiques
Il existe plusieurs types de panneaux solaires destinés au au chauffe-eau solaire ou au chauffage solaire :
- Les panneaux à tube sous vides
- Les panneaux plans, eux-même répartis en panneaux ‘méandre’ (un tuyau parcourt la feuille collectrice en effectuant des méandres) ou ‘échelle’ ( un faisceau de drains parallèle couvre la feuille collectrice)
- Les panneaux PVT : panneaux photovoltaïques dotés d’un système de récupération de chaleur
Nous préférons les panneaux solaires plans échelle en raison de leur facilité de raccordement et de leur polyvalence (ce sont les seuls à fonctionner en thermosiphon, pas d’accumulation de glace en montagne).
Quant à leurs caractéristiques thermiques, la gamme de performance est très étendue, ce qui permet de disposer d’une grande liberté de choix pour ses panneaux solaires.
La performances des panneaux
Depuis longtemps, la modélisation des performances des capteurs solaires thermiques est utilisée pour les dimensionnement. Leur performance est principalement caractérisée par leur rendement (la quantité d’énergie solaire qu’ils sont capables de capter) et leurs pertes thermiques. Ces paramètres sont aussi expliqués dans notre page tuto pour le simulateur de l’INES, ce sont ceux que mesurent les tests de certification des panneaux.
Faut-il choisir des panneaux performants ?
La performance des capteurs solaires est importante. Mais pas en ce sens qu’il faut prendre les panneaux les plus performants : le coefficient d’absorption, les pertes thermiques de premier ordre sont certes importants. Mais il est aussi important que la performance pas de problème de surchauffe en été.
Il est donc surtout important de choisir des panneaux adaptés.
Le choix des panneaux dépend tout d’abord de leur implantation.
Sur le simulateur Eau chaude solaire de l’ines, on peut voir la corrélation entre les différents paramètres. Le tuto ‘simulateur eau chaude solaire thermique’ explicite les différents paramètres demandés.
Quand on a fixé la localisation, le volume d’eau chaude nécessaire, l’albedo, et plus rarement le masquage, il reste à ajuster la surface de panneaux en m² et les coefficients B et K qui sont les caractéristiques du panneau.
Le but est d’obtenir le meilleur taux de couverture annuel tout en évitant les surproductions trop importantes en été : jusqu’à 20 %, on sait gérer la surchauffe sans problème pour un chauffe-eau solaire, au-delà, cela devient compliqué.
Les repères :
Pour un ballon de 200 l dans le sud, on part sur 2 m² de panneaux performants en toiture (pente 17°, soit 30%). On peut aussi mettre 3 ou 4 m² de panneaux de panneaux peu performants car on pourra gérer une surchauffe raisonnable à partir de la régulation par exemple.
Si l’on met les panneaux au sol, fortement inclinés, on pourra mettre probablement 3 ou 4 m² de panneaux performants : s’ils sont fortement inclinés, ils sont moins exposés au soleil l’été.
Pour un ballon de 300 litres, on part sur 2 panneaux performants ou 3 panneaux moins performants.
Au fur et à mesure qu’on s’éloigne des zones méridionales on augmente la surface de panneau, et de même on l’ajuste en fonction du volume du ballon. Typiquement, on arrivera à 7m² de panneaux pour un ballon de 500 l dans le Nord de la France.
Mais le simulateur donne des résultats beaucoup plus précis, en tenant compte de la variation de température de l’eau entre été et hiver, de l’ensoleillement, etc.
L’implantation des panneaux
La meilleure orientation pour les panneaux est plein sud.
Quant à l’inclinaison, quand on est autour du 45iéme parallèle, une inclinaison à 45° est adaptée. On peut même incliner un peu plus les panneaux, car le rayonnement du soleil est moins puissant en hiver, quand on utilise plus d’eau chaude. Mais cela est vrai si les panneaux sont orientés au sud.
L’objectif technique est en réalité d’obtenir le meilleur taux de couverture annuel en évitant les surchauffes importantes. Et votre objectif est d’obtenir un bon rendement sans être obligé de retenir un emplacement des panneaux qui vous dérange.
L’association d’idées la plus répandue est de poser les panneaux solaires en toiture, mais ce n’est pas la seule option.
En toiture
C’est effectivement souvent très pratique, car ainsi les panneaux solaires thermiques sont proches du ballon, peu exposés aux ombrages et ils ne prennent pas de place au sol. Ils sont aussi bien protégés contre les projections de pierres (tondeuse, débroussailleuse).
Mais on ne choisit ni l’angle ni l’orientation : c’est le toit qui fixe la chose. Et certains toits ont des dimensions qui ne conviennent pas (par exemple les toits 4 pentes ou ceux dont le rampant est court) Pour voir l’impact sur la collecte d’énergie, le simulateur de l’Ines mentionné plus haut est très agréable à utiliser.
Il est des cas où il est préférable de faire autrement :
- toit mal orienté,
- dimension du toit inadapté
- toit déjà occupé par un système photovoltaïque
- Présence de cheminées, de Velux gênants etc.
Au mur
Cette solution est parfois très intéressante : par exemple panneau en pignon pour une toiture est-ouest. On peut utiliser les panneaux en marquise au-dessus d’une porte, en brise soleil au-dessus d’une fenêtre ou tout simplement en abri.
Au sol
La pose au soi permet entre autres d’éloigner les panneaux de l’habitation.
Il n’y a pas de problème technique à les positionner à une cinquantaine de mètres du ballon si besoin pour trouver un emplacement bien exposé, qui ne gène pas. Les stations solaires d’aujourd’hui permettent de faire circuler le fluide caloporteur sans problème sur ces distances, modulo un dimensionnement un peu plus important du tuyau.
Cela a simplement un impact sur le coût de l’installation, principalement au niveau de la liaison solaire.
Ce surcoût est compensé par le meilleur rendement qu’on tirera de l’installation : on pourra orienter les panneaux solaires plein Sud, les incliner à l’optimum, choisir des panneaux performants et donc optimiser le taux de couverture des besoins.
Concernant l’implantation, voyez notre page dédiée aux installations et les particularités propres à chaque solutions.
Au sol, on peut généralement orienter les panneaux plein sud, un angle supérieur à 45° est donc bienvenu quand on recherche une plus grande autonomie : 50 à 60°(cf l’angle de nos supports sol). Sauf si des éléments extérieurs viennent modifier le besoin en fonction de la période, par exemple: beaucoup de visiteurs en été…
A contrario, plus on est désaxé par rapport au Sud, moins il est intéressant d’incliner beaucoup ses panneaux. Par exemple un panneau orienté plein Est à la verticale ne recevra le soleil que jusqu’à midi. Depuis tôt le matin en été mais très peu en hiver car le soleil se lève plus tard et plus au sud, et lorsqu’il s’élève dans le ciel il est plutôt rasant par rapport au capteur thermique.
Autres critères de choix pour l'implantation des panneaux solaires thermiques
Il peut être préférable pour des raisons esthétiques de monter les panneaux à plat sur le toit : par exemple sur une pente à 30% (17°), on perd un peu de rendement, surtout en hiver, mais on gagne en ‘intégration architecturale’.
Le choix d’un panneau peint peut alors être très judicieux : moins ‘performant’, il évitera les surchauffes en été sans que la perte de rendement soit critique en hiver : à 30% de pente, même avec des bons panneaux thermiques, on ne montera pas beaucoup en température l’hiver : on préchauffera l’eau à 35°, environ.
A l’opposé, des panneaux à 60° le long d’un mur orienté sensiblement au sud peuvent être très efficace en hiver, car bien inclinés par rapport au soleil. Dans ce cas, la température montera plus haut, et il est intéressant de prendre des panneaux plus performants, dont le rendement sera supérieur quand l’écart de température est élevé ( 0° dehors, 70° dedans pour chauffer votre ballon à 60°).
Attention, plus on incline fortement les panneaux, plus l’orientation par rapport au sud est importante : l’orientation d’un panneau à l’horizontale sur un toit plat n’a aucune importance.
Si l’on considère une solution en toiture, l’orientation idéale des panneaux solaires est plein Sud puis Sud Ouest, puis Sud Est, puis Ouest, puis Est. A noter :CALSOL ne montre pas de différence entre sud-est et sud-ouest. Pourtant, l’après midi étant généralement plus chaud que le matin, un panneau présentera moins de pertes thermiques l’après-midi, il est donc souhaitable qu’il soit en mesure de produire l’après-midi.
Si vous positionnez vos capteurs sur un toit à faible pente, préférez des panneaux ‘peints’, dont la température de stagnation est moins haute (environ 140°) que les panneaux à revêtement sélectif (Tinox : environ 200°). Avec des panneaux peints, vous pouvez donc augmenter un peu la surface de panneau sans risque de surchauffe d’été. Ceci étant, la surchauffe est aujourd’hui parfaitement gérable par les régulations, on le voit très nettement sur les courbes de températures dans nos exemples de fonctionnement
Si la pose en toiture n’est pas optimale, la pose au sol est aussi possible, cela prend un peu de place et il faut protéger les panneaux des tondeuses, voitures, vélos… et surtout les enfants des panneaux (pièces métalliques avec angles au sol, hautes températures). Par contre, cela permet d’orienter les panneaux idéalement, alors que sur une toiture, on n’a pas vraiment le choix. C’est donc une solution de plus en plus souvent retenue quand c’est possible. Il n’y a pas de contrainte importante quant à la distance : dans mon installation, les panneaux sont à 50 mètres du ballon. Cela coûte un peu plus cher en liaison solaire, qu’il faut généralement enterrer en la protégeant dans une gaine.
En résumé, les possibilités d’implantation peuvent jouer sur le choix du matériel.
Le choix de ses panneaux dépend aussi de ses objectifs
On le voit, il y a de nombreuses manières d’aborder la question, qui débouchent sur autant de solutions.
La solution retenue sera le plus souvent le fait d’un choix du client que d’une analyse détaillée des retours sur investissement des différentes solutions. En réalité, le choix d’une installation optimisée mais plus onéreuse est un choix long terme. Le choix d’une installation simple, compacte et économique est tout aussi défendable : rapidité d’installation, investissement moindre, …
Ce sont en réalité vos objectifs qui l’emportent.
Ceci étant, si vous en êtes à la phase projet, n’oubliez pas que vous pouvez nous appeler : on saura vous aider à choisir rapidement ce qui vous convient.