Chauffage solaire : Première approche
Sommaire
Les deux familles de chauffage solaire
Il existe deux familles de chauffage solaire :
- L’une consiste à chauffer directement l’air de l’habitation,
- L’autre permet de réchauffer le fluide d’un réseau de chauffage traditionnel (plancher ou mur chauffant, voire radiateurs)
Les chauffages aérothermiques
Lorsqu’on se tient derrière une vitre, on sent bien l’apport de chaleur réalisé par les rayons solaires. De même les murs s’échauffent au soleil, mais en règle générale, l’isolation limite très largement le transfert de cette chaleur dans l’habitation.
Le mur Trombe
Félix Trombe a conçu une installation qui permet de récupérer cette énergie de manière naturelle ou contrôlée. Un mur exposé au sud est peint/enduit de couleur sombre pour absorber la chaleur solaire. Une vitre distante de quelques centimètres le protège et piège la chaleur par effet de serre. Cette chaleur, restituée par le mur, est transmise à l’air. Une ouverture basse et une ouverture haute permettent la circulation naturelle de l’air. Cette circulation peut être contrôlée par l’ajout de trappes, manuelles ou motorisées. L’utilisation de verre basse émissivité permet d’augmenter le rendement le jour et de réduire les pertes thermiques la nuit.
Il s’agit d’une solution solaire passive. Elle ne nécessite aucun réseau de chauffage hydraulique. Grâce à l’inertie du mur, il continuera de chauffer même une fois le soleil couché.
Dans cette configuration, on peut souhaiter :
- stopper le phénomène de circulation la nuit pour limiter le refroidissement l’habitation,
- installer un ventilateur qu’on pilote pour mieux contrôler la circulation d’air.
En savoir plus sur le mur Trombe
Le Panneau Aérothermique
Il fonctionne selon le même principe que le mur Trombe : le soleil chauffe une plaque métallique dont le revêtement absorbe efficacement la chaleur. Un ventilateur piloté par une régulation fait circuler l’air le long de cette plaque et insuffle l’air réchauffé dans le local.
Les avantages de cette solution sont :
- sa facilité de mise en œuvre,
- son coût très accessible,
- Le kit chauffage Néo Solaire, fabriqué en Occitanie par notre partenaire Boisurel, dispose de fonctionnalités supplémentaires très appréciables : le mode rafraîchissement nocturne et la gestion de l’hygrométrie.
Inconvénient :
- Il est à noter que, par manque d’inertie thermique, ce panneau ne chauffera que durant la journée, pas vraiment de possibilité pour couvrir les besoins de chauffage nocturne.
Cette technique représente une solution simple pour réaliser rapidement des économies de chauffage.
Le Chauffage Solaire hydraulique
Le chauffage solaire hydraulique est le plus courant, du moins actuellement.
Il fonctionne sur le même principe qu’un chauffe-eau solaire, la récupération de la chaleur des panneaux étant réalisée grâce à un fluide antigel (caloporteur, voire de l’eau s’il n’y a absolument aucun risque de gel) et transmise au ballon tampon ou directement au plancher par exemple à l’aide d’un circulateur piloté par une régulation.
Avec cette solution, on peut donc stocker l’énergie (dans un ballon tampon, un plancher ou un mur chauffant, voire dans plusieurs m3 d’eau ou de mur) pour l’utiliser lorsqu’on en a besoin. Par exemple, en réutilisant une cuve enterrée existante de 16m3, un client basé dans le Gard a obtenu 12 jours d’autonomie dans sa maison de 130 m² datant des années 80. Du coup, certains hivers, surtout depuis le milieu des années 2010, il n’a plus besoin d’allumer sa chaudière. Le stockage dans les planchers et les murs n’est lui pas pilotable, il présente l’avantage d’un restitution progressive de l’énergie.
Un chauffage solaire hydraulique est moins facile à installer qu’un chauffage solaire aérothermique, mais il offre un taux de couverture des besoins bien supérieure et une autonomie bien meilleure.
Qu’attendre d’un chauffage solaire ?
Un client du côté d’Avignon avait une cuve enterrée, non isolée, dans son local technique, une ancienne cave à vin. Ses 16 m3 chauffés par 10 panneaux thermiques lui procurent 12 jours d’autonomie dans un maison ‘années 80’ de 130m²équipée de plancher chauffant. Le premier hiver, il n’a pas allumé la chaudière. En Bretagne, c’est sûr, ça ne fera pas pareil , 12 jours de temps gris consécutifs en hiver, ce n’est pas vraiment exceptionnel (je suis d’origine pur beurre demi-sel, je connais 😉 , mais c’est quand même très appréciable ).
Il y a quelques années, un client est revenu au bout de 7 ans : « Je viens vous acheter une installation photovoltaïque, car cette année, les économies réalisées grâce au chauffage solaire ont fini de rembourser mon installation ». C’est dans le Sud de la France. Je n’ai pas de retour d’information dans le Nord, le temps de retour pourrait être plus long, mais ce n’est pas certain, car le chauffage est utile plus longtemps. Ceci étant, nos clients de toute l’hexagone continuent de nous envoyer régulièrement leurs parents, voisins, amis, donc ils sont satisfaits … C’est d’ailleurs pourquoi nous n’avons pas de commerciaux, ni vraiment de démarche « proactive » (foires et salons, mailings de masse…): nos clients sont nos meilleurs vendeurs. Les moteurs de recherche ne sont pas très loin non plus.
Si l’économie globale sur l’énergie est généralement plus faible en pourcentage que pour les chauffe-eau solaires, dans une maison traditionnelle (pas BBC), le chauffage solaire permet néanmoins d’éviter le démarrage de la chaudière pendant les jours ensoleillés des inter-saisons, et de diminuer leur fonctionnement en hiver (pour l’hiver surtout en plancher et murs chauffants, mais en radiateur, n’y comptez pas trop).
Il est difficile de chiffrer un temps de retour a priori, car le taux de couverture dépend de nombreux facteurs : nature et isolation du bâtiment, mode de vie (chauffage à 18 ou à 24°), dimensionnement du système par rapport à la surface à chauffer… Passer par un bureau d’étude pour avoir une réponse précise coûterait cher, surtout dans le cas d’une auto-installation.
Pour les habitats en BBC, la question se pose différemment. La première question est : y a-t-il besoin de chauffage? Si oui, la priorité à mon avis est d’installer un plancher chauffant et/ou un mur chauffant hydraulique. Ensuite (le solaire peut se monter dans un second temps, quand on rénove il faut le prévoir, mais ce n’est pas forcément l’urgence), si la maison a suffisamment d’inertie, le solaire arrivera a couvrir dans certaines régions une partie importante des (faibles) besoins durant l’hiver.
Panneaux solaires thermiques :
Une idée de dimensionnement
Stockage de l’énergie produite :
Utiliser l’inertie thermique du bâtiment
Quand elle existe déjà , c’est gratuit !
Comparatif plancher chauffant/ ballon tampon :
Les différents types de ballon tampon
- Le ballon tampon simple, avec son échangeur solaire, pour commencer.
- Le ballon solaire stratifié, plus réactif quand on travaille avec une dominante solaire : il retarde dès que possible le fonctionnement de la chaudière.
- Le ballon tampon à ECS instantanée, idéal pour éviter la problématique de la légionellose.
- Et finalement le ballon dit combiné ou ‘tank in tank’, où un ballon d’ECS est immergé dans le, ballon tampon.
Pour une un comparatif des produits, vous pouvez vous rendre sur la page de la catégorie ballon tampon de notre boutique en ligne.
Chacun a ses avantages, et son prix. Il n’y a pas de meilleure solution, mais des solutions adaptées aux contraintes de l’installation et/ou aux choix et/ou aux enveloppes budgétaires disponibles.
Les informations détaillées sont listées au pages produit et pour chacun des ballon la fiche technique est téléchargeable (onglet documents joints).
Les différents types de chauffage solaires (hydrauliques)
Différentes variantes existent :
- Le chauffage seul : en général, vous disposez déjà d’un chauffe-eau et souhaitez une installation de chauffage simple et séparée.
- Un système sans ballon tampon, le plancher solaire direct, avec ou sans Eau Chaude Sanitaire
- Un système couplé avec un ballon d’ECS et un ballon tampon/un PSD (plancher solaire direct), où l’on enverra le fluide de préférence vers l’utilisateur le plus froid (ballon d’eau chaude sanitaire si l’eau en bas de ballon est plus froide que le ballon tampon de chauffage ou que le plancher si l’on est en plancher solaire direct). Cela optimise le rendement du système solaire ; si vous avez déjà un ballon solaire, il sera économique de retenir cette solution et de faire une extension de l’installation existante si elle s’y prête.
- Un système combiné, dans lequel le préparateur d’eau chaude se trouve immergé dans le ballon de chauffage, et se réchauffe donc ‘en bain marie’. Cette solution présente l’avantage de stocker l’énergie et de l’utiliser là où elle est nécessaire. Elle est techniquement très intéressante, car on fonctionne ‘au plus froid’, avec une régulation simple puisque le circuit solaire ne comporte pas de vanne directionnelle. Le schéma suit :
Sur notre page dédiée, plus de détails sur les solutions de chauffage solaire.
Le solaire basse température en parallèle d’une installation de chauffage en haute température
Lorsque l’on ne souhaite pas modifier l’installation de chauffage existante, par exemple pour installer un plancher chauffant, on peut aussi monter une installation en parallèle : on crée un émetteur de chaleur ( un mur chauffant, un plafond chauffant dans un garage au dessous du salon, un ventilo-convecteur), qui diffuse l’énergie solaire en parallèle de l’installation existante sur tout ou partie du bâtiment. Si l’on dispose de radiateurs à tête thermostatique dans la même pièce, l’énergie solaire injectée dans le bâtiment limitera automatiquement l’utilisation de l’énergie traditionnelle.
Nos recommandations pour un chauffage solaire hydraulique efficace.
Travailler de préférence à basse température
C’est le premier secret d’une installation solaire efficace. Nous recommandons d’installer un chauffage sur des réseaux avec plancher chauffant basse température, alternativement avec un mur chauffant : en effet, le besoin de chauffage se faisant dans les périodes les moins ensoleillées et les plus froides, il est plus efficace de faire travailler les panneaux à basse température, donc en réchauffant un plancher ou un mur à moins de 30°c au lieu de réchauffer un radiateur à plus de 40°, voire jusqu’à 60 ou 70°c (on peut même dire qu’au-delà de 50°c, avec les ratios classiques dans une maison traditionnelle, ça devient mission impossible).
Et avec des radiateurs ?
- Prendre des panneaux à revêtement sélectif et les dimensionner comme pour du chauffe-eau solaire, de cette manière, vous utilisez votre ballon tampon ( là, il en faut obligatoirement un pour stocker l’énergie solaire) au maximum.
- Utiliser si possible des radiateurs basse température et des (ou quelques) ventilo-convecteurs.
Positionner les panneaux pour qu’ils soient efficaces l’hiver
Le besoin se faisant sentir l’hiver, quand le soleil est bas dans le ciel, il est important que les panneaux soient inclinés suffisamment, 45° semblant un minimum, et jusqu’à 60° voire 70°, d’où les supports sol que nous avons fait développer spécialement pour cette utilisation, et qui ne se rencontrent avec de tels angles que chez nous apparemment. Si votre toit à une faible pente, il est vivement conseillé d’envisager une pose au sol, le long d’un mur ou en jardin.
Une forte inclinaison permet non seulement d’optimiser la collecte d’énergie l’hiver mais aussi de réduire les surchauffes d’été. Concernant les surchauffes du réseau solaire, leur principal impact, sur une installation en circulation forcée classique (non auto-vidangeable), est de contribuer au vieillissement du glycol si vous disposez de panneaux à revêtement sélectif dont la température de stagnation est supérieure à 160° : référez-vous à la page concernant le glycol, rubrique Outils. Si vous disposez de panneaux peints, ou de panneaux de faible rendement, la surchauffe est faible, et n’a aucun effet négatif : à 130°, le Glycol est stable, et une température de 130° n’est pas en mesure de créer une dégradation des soudures du panneau, les régulations d’entrée de gamme suffisent, et votre système redémarrera en cas de demande dans la journée.
Pour tout savoir sur les surchauffes, dont on vous parle souvent pour vous décourager du solaire, voyez notre page dédiée : Gérer la surchauffe.
Choisir les panneaux adaptés
Pour une installation au sol, les panneaux ‘paysage’, horizontaux, permettent dans certains cas une meilleure intégration visuelle : pose en casquette, ou au sol, camouflés par une haie, la hauteur d’un tel champ au sol ne dépasse pas 1 mètre. Bien sûr, on compense en longueur.
Ce type de panneaux permet aussi de limiter la prise au vent. On peut facilement aussi casser le vent en montant un panneau de bois autoclave (séparation de jardin ) à l’arrière du support. Dans le cas d’une pose de panneaux portrait, les panneaux de 180×180 conviennent très bien. pour les panneaux paysage, on prendra les panneaux 100×180.
Enfin, avec une bonne inclinaison, on limite les risque de surchauffe en été, ce qui permet d’utiliser des panneaux performants.
Utiliser l’inertie thermique du bâtiment ou la créer
Le deuxième secret (qui n’en est donc plus un) de l’efficacité du solaire thermique, c’est de travailler avec de l’inertie thermique.
On utilise généralement un ballon tampon de volume conséquent.
On peut aussi profiter de l’inertie thermique du bâtiment lorsqu’elle existe : plancher chauffant, mur de refend massif, murs de l’enveloppe de la maison lorsqu’il y a une isolation par l’extérieur.
On peut encore lorsqu’on en a l’opportunité créer des réserves d’énergie de gros volume, qui travailleront à plus basse température (capteurs plus efficaces et moins de pertes thermiques par m3). Un client à 12 km de nos dépôts utilise une réserve d’eau de pluie en béton de 40 m3 sous sa terrasse (l’été, il utilise l’eau pour l’arrosage des plantes, les pluies reviennent avant la période de chauffe). Question autonomie, il n’a aucun problème, il a par contre dû créer les émetteurs dans son habitation, des murs chauffants.
Mais le plus souvent, on utilise une solution classique du ballon tampon, qui permettra généralement de stocker l’énergie pour la nuit, celle pour la journée étant prélevée directement quand elle arrive.
Un ballon tampon de 1000 litres vous fournira une réserve d’inertie convenant en moyenne à une maison de 100 m² avec environ 6 panneaux de 2m². Si on conserve l’énergie contenue dans le ballon pour l’utiliser la nuit, on portera le ballon de 20 jusqu’à par exemple 45°c, c’est à dire que les panneaux seront plus chauds et moins efficaces que s’ils travaillaient à 25 ou 30°c.
Avec un plancher chauffant de 10 cm d’épaisseur, on dispose de 10 m3 de béton, soit l’équivalent de 4.6 m3 d’eau. De 20° au départ, on augmentera donc la température 4.6 fois moins , c’est à dire d’à peine plus de 5°c. Les panneaux travailleront donc en moyenne 10° plus froid et perdront par conséquent moins d’énergie. Plus d’énergie rentrera dans la maison.
Il ne faut pas hésiter à utiliser toute l’inertie qui peut être rendue disponible : un mur de refend dans une vieille bâtisse. Par exemple 70cm sur 6m de long et en moyenne 4.5 m de haut = 18.9 m3 de pierre. En première approximation, disons que cela a l’inertie du béton : on a environ 9 m3 d’équivalent eau. Une cuve sous une terrasse : 40m3 d’eau, …
Vous pouvez trouver plus d’informations sur la page qui présente les solutions complètes de chauffage solaire thermiques (avec eau chaude sanitaire).
Réguler un chauffage Solaire
Et des schémas pour quelques unes des configurations fréquentes : vous pouvez jeter un oeil à la rubrique Outils Solaires, qui comprend quelques schémas de base, des outils de dimensionnement, quelques un de nos schémas de principe de chauffage solaire, logiciels de simulation, etc.