Chauffe-eau solaire ou thermodynamique : faites le bon choix !

La sobriété devrait être au cœur de toutes les décisions. Votre logement ne déroge pas à cette règle ! Pour consommer peu d’énergie de chauffage, vous savez désormais qu’il faut bien isoler votre maison. Mais, pour votre production d’eau chaude sanitaire, quels équipements vous correspondent ? Savez-vous que vous pouvez réduire sensiblement votre consommation tout en privilégiant une solution écologique ? Chauffe-eau solaire ou thermodynamique, grâce à cet article vous ferez le bon choix !

Le chauffe-eau solaire, une idée lumineuse !

Selon l’ADEME, un chauffe-eau solaire permet de couvrir de 50 à 80 % de vos besoins annuels en production d’eau chaude sanitaire (ECS). Toutefois, une telle performance ne peut être atteinte que si vous parvenez à réunir tous les critères fondamentaux !

Comment fonctionne un chauffe-eau solaire ?

Sur le principe, le fonctionnement d’un Chauffe-eau solaire individuel (CESI) est très simple ! En effet, celui-ci utilise intelligemment le rayonnement du soleil pour en extraire une partie de ses calories grâce à ses panneaux solaires, appelés aussi « capteurs thermiques ». 

D’ailleurs, savez-vous pourquoi les panneaux solaires thermiques ou photovoltaïques sont toujours noirs ? Tout simplement, parce que cette couleur sombre permet d’augmenter le pouvoir d’absorption des panneaux, ainsi 90 % de l’énergie reçue est absorbée. La chaleur est ensuite transmise à un fluide caloporteur pour être diffusée dans le bas de votre ballon de stockage. Ce fluide est majoritairement composé d’eau, mais contient également du glycol pour éviter tout risque de gel et de corrosion. 

Le fonctionnement du CESI, résumé en 4 étapes :

1. Les rayons du soleil sont captés par les panneaux solaires, le fluide caloporteur contenu dans des tubes s’échauffe et emmagasine de la chaleur.
2. Le liquide caloporteur est dirigé vers le ballon de stockage. L’eau chauffée étant plus légère que l’eau froide, le fluide se met naturellement en mouvement (principe du « thermosiphon »). Pour plus d’efficacité, la circulation est généralement aidée par une pompe, appelée également « circulateur ».
3. Le fluide transmet ses calories par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur (serpentin) situé dans le bas du ballon d’eau chaude. L’eau est régulée par un thermostat et la température est contrôlée par des sondes de température. Chaque fois que nécessaire, l’eau est mitigée avec de l’eau froide pour atteindre la température de consigne demandée (autour de 55 °C) dans le ballon de stockage.
4. Un appoint est nécessaire pour les jours pluvieux ou insuffisamment ensoleillés. Celui-ci peut être réalisé soit par votre chaudière (ballon hydro-solaire), soit par une résistance électrique intégrée (ballon électro-solaire), soit par un cumulus électrique indépendant (appoint séparé).

Bon à savoir : Le chauffe-eau solaire est équipé de nombreux organes de sécurité pour éviter la surchauffe des panneaux, pour réguler la pression du circuit, pour vérifier en temps réel la température du fluide et du ballon.

 

Les différents types de chauffe-eau solaire

Communément, vous pouvez rencontrer 4 types de chauffe-eau solaire individuel (CESI) :

1. En thermosiphon monobloc. Il s’agit d’un appareil tout-en-un. Le ballon est situé au-dessus des panneaux. L’avantage du CESI monobloc est qu’il ne nécessite aucune pompe électrique. Il est également plus simple à poser et peu coûteux. En revanche, cette méthode est plutôt adaptée aux climats chauds. Comme le ballon est placé à l’extérieur, il est soumis aux variations de la température extérieure. D’autre part, l’aspect esthétique en toiture peut aisément déplaire !
2. En thermosiphon avec éléments séparés. Seuls les capteurs sont exposés au soleil, le ballon est placé à l’intérieur de votre logement.
3. En circulation forcée. Ce système est identique au précédent, mais intègre en plus une pompe électrique (circulateur) pour faciliter et contrôler la circulation du fluide caloporteur.
4. Autovidangeable. Grâce à ce dispositif, vous n’avez plus besoin d’incorporer du glycol dans votre fluide caloporteur, l’eau seule suffit ! Ainsi, si la température de sortie des capteurs n’est plus suffisante pour chauffer l’eau chaude, le circulateur se met à l’arrêt. L’eau des panneaux descend alors par gravité dans un réservoir de vidange. De cette manière, vous supprimez tout risque de surchauffe des panneaux ou de gel. D’autre part, vous limitez le risque de corrosion. De plus, il n’est plus nécessaire d’installer un vase d’expansion ou même des soupapes de sécurité.

Les différents types de capteurs de chauffe-eau solaire

Capteurs plans (ou « héliothermiques »), sous vide ou mixtes, lesquels choisir ?

1. Les capteurs plans non vitrés. Ils ne disposent pas de vitrage et sont généralement souples. Sauf si vous habitez dans un pays chaud, ils ne sont pas adaptés pour vous fournir suffisamment d’eau chaude sanitaire (ECS). Ils sont surtout utiles pour réchauffer l’eau d’une piscine extérieure ou pour faire du camping, par exemple.
2. Les capteurs plans vitrés, ce sont les modèles les plus utilisés ! Sous l’effet « loupe » du vitrage et grâce au pouvoir absorbant de l’absorbeur thermique, la température du fluide monte de 50 à 90 °C et réchauffe ainsi le bas de votre ballon d’eau chaude.
3. Les capteurs sous vide, ce sont des équipements à fort rendement. Ces panneaux sont facilement reconnaissables puisqu’ils sont tubulaires. Chacun de ces tubes en verre contient un absorbeur qui capte le rayonnement solaire, ainsi qu’un échangeur qui transmet les calories. La température du fluide peut parfois atteindre 120 °C. La mise sous vide des tubes permet d’isoler très fortement le circuit du fluide caloporteur, et limite donc les pertes de chaleur.
4. Les capteurs mixtes, produisent aussi bien de l’eau chaude que de l’électricité. La chaleur dégagée par les panneaux photovoltaïques est récupérée et utilisée pour réchauffer le fluide caloporteur situé en bas du panneau. Ce système est novateur, mais il est actuellement assez peu répandu !

S’il existe des capteurs plus performants que d’autres, interrogez-vous toujours sur la pertinence de ne baser votre recherche que sur ce simple critère ! Si vous souhaitez obtenir une température d’eau comprise entre 55 et 60 °C et que vous y parvenez avec des capteurs plans classiques, pourquoi investir dans des capteurs sous vide plus coûteux ?

Les solutions d’implantation des panneaux

Les panneaux solaires peuvent être posés :

• En intégration de toiture, cas le plus fréquent. Toutefois, la performance de vos panneaux est étroitement liée à la configuration de votre toiture ;
• En encastrement sur votre toit, vous n’avez pas besoin de déposer vos tuiles, et donc l’installation est simplifiée. Néanmoins, le rendu est un peu moins esthétique ;
• Sur une structure autoporteuse posée au sol, en façade ou en toiture-terrasse. Vous pouvez orienter vos panneaux comme bon vous semble et éviter les zones d’ombres.

Comment garantir l’optimisation de votre installation de panneaux solaires ?

Maintenant que vous connaissez le fonctionnement des panneaux, ainsi que tous les éléments à prévoir, voici nos  conseils pour obtenir un résultat à la hauteur de vos espérances :

1. La localisation de votre maison offre-t-elle de bonnes prédispositions pour ce type de chauffe-eau ?
2. Comment est orientée votre toiture ? Idéalement, celle-ci devra être située en plein sud. Toutefois, moyennant une légère baisse de rendement (de 90 à 95 %), l’orientation sud-ouest ou sud-est demeure tout à fait acceptable. Dans tous les cas, faites évaluer votre consommation prévisionnelle par votre professionnel, au moment du devis. En cas de doute, demandez un comparatif avec une installation au sol ou avec la pose d’un ballon thermodynamique.
3. Connaissez-vous la pente de votre toit ? L’inclinaison idéale est de 30 à 45 °C.
4. Quelle technologie des panneaux vous a-t-on proposée (cf. plus haut) ? Quelle est la durée de vie des composants ?
5. Comment se déplace le soleil autour des panneaux ? Des bâtiments, des objets ou de la végétation créent-ils de l’ombre (masques solaires) sur vos capteurs ?
6. Comment a été dimensionnée l’installation ? Celle-ci doit correspondre parfaitement avec vos besoins en eau chaude sanitaire et intégrer tous les paramètres précédents.
7. Votre installateur est-il compétent ? Est-ce un professionnel RGE (Reconnu de l’environnement) Qualisol ? Le chauffe-eau est-il certifié « CSTBat », « Solar Keymark » ou « NF CESI » ? 

Chauffe-eau thermodynamique, un équipement dans l’air du temps !

Savez-vous ce qui différencie un chauffe-eau thermodynamique (CET) d’un cumulus électrique ? Le CET intègre une mini pompe à chaleur et vous fait bénéficier ainsi d’une énergie en grande partie gratuite. En comparaison avec le chauffe-eau solaire, le ballon thermodynamique est plus simple à poser et moins cher, mais ceci ne se vérifie sur le long terme que sous certaines conditions !

Comment fonctionne le chauffe-eau thermodynamique ?

Le chauffe-eau thermodynamique puise une partie de sa chaleur dans l’air extérieur, dans l’air ambiant ou depuis l’air extrait de votre VMC (Ventilation Mécanique Contrôlée). Certains modèles récupèrent les calories présentes sous terre (CET géothermique). À l’instar des chauffe-eau solaires, les ballons thermodynamiques fonctionnent en circuit fermé.

Celui-se compose d’un :

1. Évaporateur, qui capte les calories d’une source (air ou eau) par l’intermédiaire d’un fluide frigorigène qui absorbe la chaleur.
2. Compresseur, qui élève la température et la pression du fluide.
3. Condenseur, qui transmet la chaleur obtenue par un échangeur de chaleur (serpentin) placé dans le ballon de stockage. Le fluide passe alors de l’état liquide à gazeux.
4. Détendeur, qui, en accélérant la baisse de température du fluide, le fait redevenir liquide. Ainsi s’achève le 1er cycle ! Un 2e cycle s’amorce immédiatement en reprenant le même schéma.

Retenez simplement qu’à chaque fois qu’un fluide change de phase (passage de la vapeur basse pression à de la haute pression et du liquide haute pression à de la basse pression) de l’énergie est créée ! L’efficacité énergétique d’un chauffe-eau thermodynamique s’évalue à travers son COP (Coefficient de performance). Un chauffe-eau dont le COP est supérieur à 3 est efficient, car pour 1 kWh électrique consommé pour son fonctionnement, il vous en restitue 2 gratuitement.

Les différents types de chauffe-eau thermodynamique

Sur le marché des ballons thermodynamiques, vous pouvez rencontrer plusieurs types d’installations :

• Sur air ambiant. L’appareil prend sa source dans l’air intérieur de votre habitation. Attention, cette pièce ne devra pas être chauffée, puisque le chauffe-eau va la refroidir en la privant de ses calories. D’autre part, la température intérieure devra toujours être supérieure à 7 °C. En deçà, le rendement de votre chauffe-eau chutera considérablement et vous risquez de générer du gel. D’un point de vue réglementaire, la superficie du local doit être supérieure à 10 m² et le volume doit être supérieur à 20 m³ ;
• Sur air extérieur. L’air neuf est puisé à l’extérieur de votre maison. Ainsi, vous ne risquez pas de refroidir votre intérieur, à condition toutefois que l’air soit ensuite refoulé en dehors de votre logement. L’inconvénient de cette méthode est que la température extérieure fait varier vos économies. Si vous habitez dans une région froide, cette solution est déconseillée ! ;
• Sur air extrait. Cette technique assez complexe à mettre en œuvre et plus coûteuse est cependant intéressante, car elle vous permet de maintenir un rendement toujours élevé. En effet, la température de l’air étant toujours positive, la pompe à chaleur est optimisée ;
• Géothermique. Si vous n’en avez jamais entendu parler, ne soyez pas surpris ! Malgré un très haut niveau de performance, ce système requiert une surface importante de terrain pour enterrer les capteurs. Comptez au moins 5 m² de superficie au sol que vous ne pourrez plus utiliser, pas même pour faire pousser des plantes. Par ailleurs, l’investissement est conséquent. Pas sûr que cela soit rentable, sauf peut-être en habitat collectif ou pour une très grande famille ! ;
• Héliothermique. Cet équipement combine un chauffe-eau solaire (avec l’installation de panneaux solaires) avec un chauffe-eau thermodynamique. Ainsi, vous disposez d’une eau chaude renouvelable en toute saison en utilisant soit le solaire, soit la pompe à chaleur. Cet appareil consomme donc très peu d’électricité ! Là encore, ce fonctionnement a un coût qu’il faut prendre en compte pour évaluer sa pertinence et son éventuel amortissement !

Comment optimiser à coup sûr votre chauffe-eau thermodynamique ?

Vous l’aurez compris, qu’importe le système à énergie renouvelable que vous choisissez, celui-ci ne sera réellement performant que si vous mettez toutes les chances de vos côtés :

1. Votre logement est-il situé dans une zone froide ? Choisissez un modèle adapté à votre région.
2. Où sera placé le ballon ? S’il s’agit d’une zone chauffée, privilégiez une source d’énergie extérieure. S’il s’agit d’une pièce non chauffée, le CET sur air ambiant peut convenir, à condition de ne pas trop refroidir l’espace intérieur.
3. Combien de personnes composent votre foyer ? Les plus petits ballons ont une capacité de 150 litres et conviennent bien pour une famille de 3 personnes. Dans tous les cas, votre ballon devra être dimensionné au plus proche de votre consommation.
4. Le chauffe-eau est-il certifié « NF Électricité Performance » ?
5. Pour un fonctionnement optimal, la température de consigne de l’eau chaude sanitaire doit être réglée entre 45 et 50 °C.
6. Pensez également à toujours confier vos travaux à un artisan RGE (Reconnu garant de l’environnement) QualiPAC.

Les aides possibles pour votre chauffe-eau à énergie renouvelable

Si vous rénovez votre habitation et que celle-ci dispose de plus 2 ans d’ancienneté, vous pouvez bénéficier d’aides financières intéressantes à la rénovation :

• MaPrimeRénov’, avec une prime de 400 à 1 200 € pour un chauffe-eau thermodynamique et de 2 000 à 4 000 € pour un chauffe-eau solaire ;
• Les aides du programme « Habiter Mieux » de l’Anah (l’Agence nationale de l’habitat) sous conditions de ressources, de performance (gain énergétique à atteindre d’au moins 35 %) et d’ancienneté du logement (au moins 15 ans). Vous pouvez obtenir de 35 à 50 % de subventions, ainsi qu’une prime complémentaire de 10 % ;
• Les Certificats d’économies d’énergie (CEE), dont le montant varie selon votre choix de fournisseur d’énergie ;
• L’éco-prêt à taux zéro, qui vous permet d’emprunter auprès de votre banque un montant maximum de 15 000 € à taux zéro ;
• La TVA à 5,5 %, sur le matériel et la pose ;
• Certains collectivités locales, mutuelles, organismes de retraite ou associations peuvent également vous apporter une aide.