Gérer la surchauffe
Comment gérer la surchauffe d’un système solaire
La surchauffe est un problème que l’on peut rencontrer avec un système solaire. C’est principalement le cas en été, lorsque les panneaux sont chauds ainsi que le ballon, alors le circulateur s’arrête et la température des panneaux augmente de manière importante, bien au-delà de 100°. Les différents types de surchauffe sont décrits plus bas.
Quand le phénomène se répète, cela finit par poser problème car à haute température le glycol se dégrade progressivement et on est amené à le remplacer au bout de quelques années.
Si le problème est ponctuel, cela n’a rien de critique, un système solaire bien dimensionné est prévu pour cela : il devra redémarrer normalement lorsque les températures redeviennent dans les normes. C’est un phénomène qu’on peut rencontrer par exemple après une coupure de courant sous le soleil.
Attention : il ne faut surtout pas forcer le redémarrage de la pompe lorsque le panneau est chaud pour ‘arrêter la surchauffe’ car la sanction peut être immédiate : les soudures résistent très mal aux variations brutales de température et lors d’un redémarrage forcé, on envoie du fluide froid dans un panneau brûlant ; une soudure peut lâcher et le panneau fuit.
Dans un certain nombre de cas, ce phénomène peut être anticipé, évité ou géré.
Qu’est-ce que la surchauffe ?
La surchauffe peut survenir au niveau des panneaux ou au niveau des ballons.
Au niveau des ballon tampons, il n’y à pas de problèmes à les chauffer à leur température maximale. Ni le glycol, ni l’eau contenue, ni la température (généralement 90 à 95°, voir la notice du fabricant) ne pose de problème particulier.
Pour un ballon d’eau chaude sanitaire, solaire ou autre, il est déconseillé de le chauffer au-delà de 60°, car le calcaire éventuellement présent dans l’eau se cristallise, tombe au fond du ballon, ce qui en soit n’est pas extrêmement gênant. Mais l’eau qui reste, plus pure et plus chaude , devient plus corrosive et il faudra vérifier l’anode plus fréquemment. Au delà de 60°, on réduit probablement la durée de vie du ballon.
La surchauffe à proprement parler commence au moment ou l’on arrive à la température maximale du ballon, indiquée dans sa fiche technique. Cela peut être 95° pour les isolants de type mousse PU, ou 80° pour les isolants de type polystyrène durci.
Pour un panneau, il existe aussi 2 limites :
Au-delà de 130°, il ne faut pas redémarrer un système, car l’envoi du fluide caloporteur plus ou moins froid du réseau dans un capteur brûlant crée un choc thermique qui peut endommager les soudures. Il est donc prudent de ne pas redémarrer un capteur qui dépasse 120° (en tenant compte de possible points plus chauds que la sonde, de la précision de celle-ci, l’usage est de garder 10° de marge).
Au-delà de 160°, on commence à dégrader lentement le glycol. C’est ce phénomène qui a créé de nombreux problèmes, en particulier dans le sud de la France jusqu’au début des années 2000 : lorsqu’on met des panneaux à plat sur un toit plat et qu’on consomme peu d’eau chaude en été, il est fréquent de voir le système chaud dès 10 heures du matin et si l’on a des capteurs performants, on a un problème. Dans les cas les plus sévères, systèmes à l’abandon, on a une caramélisation du glycol qui obstrue les tuyaux et la remise en service est compliquée et nécessite souvent l’utilisation de dégoudronnants.
La surchauffe survient donc lorsque la production d’énergie est supérieure aux besoins, ce qui peut arriver avec un chauffe-eau et surtout avec un chauffage solaire.
Pour éviter ces problèmes, il existe de nombreuses options
– réduire la dimension des capteurs pour éviter la surchauffe en été. Cette technique est largement utilisée dans les installations collectives par les bureaux d’études. Ce n’est pas forcément la meilleure… Variante astucieuse : couvrir une partie des panneaux l’été résout parfaitement le problème , quand c’est facile à réaliser -panneaux au sol- , il ne faut pas s’en priver.
– choisir l’orientation des capteurs pour privilégier la captation d’énergie en hiver et la dégrader en été. Par exemple, en orientation plein sud, on favorise déjà la collecte d’énergie en hiver, puisque le soleil reste vraiment efficace à son zénith et seulement quelques heures . En inclinant les panneaux à 65° ( 200 %, donc plutôt verticaux), on les place face au soleil d’hiver et donc très bien orientés pour l’hiver, moins bien pour l’été, pile ce que l’on veut en général.
– opter pour des panneaux moins performants conçus pour :
– éviter les surchauffes : c’est le cas des panneaux peints, qui ont de moins bon rendements son moins efficaces, y compris l’hiver, et qui sont aussi moins chers,
– être moins performants uniquement aux hautes températures, ils restent donc performants à basse température et l’hiver. Cette technologie est un peu plus onéreuse. Les panneaux que nous proposons, fabriqués en France, sont dotés d’un revêtement Mirotherm Control .
– monter un dissipateur sur le réseau, par lequel on passe si le ballon est chaud. Un dissipateur est un équipement du type radiateur que l’on montera sur le réseau principal. On le traverse uniquement lorsque le ballon est à sa température de consigne.
C’est une solution qu’on tentera d’éviter avec les techniques ci-dessous :
– utiliser la régulation pour limiter ou retarder la surchauffe :
– utiliser la fonction ‘refroidissement des capteurs’, ‘anti-surchauffe’ , ‘anti-stagnation’ ce qui permet de retarder le phénomène. Le principe est de laisser le panneau monter à 120°, puis de faire circuler un peu le fluide pour maintenir le panneau généralement entre 110 et 120°. Ainsi, le panneau perd de l’énergie et le système fonctionne avec un très mauvais rendement, le ballon chauffe très peu. Deux illustrations de ce fonctionnement sont à cette page. Cette fonction se met en marche uniquement quand le ballon est à sa consigne, et donc on peut dépasser la consigne du ballon.
Attention : c’est seulement sur les régulations récentes que l’on fait la différence entre température de consigne du ballon et température maximale du ballon (température à laquelle on dégrade l’isolant). Sur ces régulations récentes, la fonction refroidissement s’arrête quand le ballon est à la consigne de température maximale qu’on a fixée. Sur les autres, elle s’arrête généralement quand la cuve atteint 95°, ce qui n’est pas compatible avec toutes les isolations (à proscrire avec les isolations en polystyrène durci)
On peut dans ce cas aussi baisser la température de consigne du ballon, par exemple à 50° : ainsi dès qu’on est à cette température, parfois vers 10 ou 11 heures du matin, le système fonctionne à faible rendement et on reste en permanence dans une plage de température raisonnable.
– utiliser la fonction ‘vacances‘: cette fonction refroidit le bas du ballon la nuit en faisant circuler le fluide chauffé par l’eau du ballon dans les capteurs qui ne sont plus chaud.
– dérégler les paramètres de la régulation pour que la chauffe soit moins efficace : au lieu de faire démarrer le circulateur dès qu’il est 8 à 10 ° plus chaud que le ballon, on peut attendre qu’il soit par exemple 25° plus chaud que le ballon (delta T on), et au lieu de l’arrêter quand il n’est plus que 4° plus chaud que le ballon (delta T off), on pourra l’arrêter quand il est 20° plus chaud.
L’efficacité des différentes fonctions et déréglages de la régulation est très liée à la configuration de l’installation : plus les circuits sont longs et plus ces systèmes seront efficaces car il y aura plus de pertes dans le réseau. On peut aussi combiner différentes solutions, chacune apportant sa contribution.
La problématique est largement différente dans le cas d’un chauffage solaire car l’énergie à dissiper peut être beaucoup plus importante. Dans ce cas, on aura soin si on ne peut pas couvrir une partie importante des capteurs -on ne garde que ceux permettant d’avoir de l’eau chaude sanitaire en suffisance- de prévoir une ‘boucle de décharge’ adaptée à la puissance de l’installation : placer un ou plusieurs radiateurs, une cuve d’eau, ou tout autre système pour dissiper l’énergie collectée par les capteurs, en parallèle/remplacement du plancher chauffant. Une suggestion de Clipsol, fabricant français de chauffages solaires dans les années 80, était de dérouler du PER le long de la canalisation d’eau usées de la maison lors de sa mise en place. Astucieux : outre l’évacuation de chaleur, cela permettait aussi de limiter les dépôts de graisse et l’encrassement des tuyaux : bien au chaud, la graisse ne fige pas, celle qui a figée peut être évacuée.