Les panneaux solaires thermiques représentent une technologie mature et performante pour la production d’eau chaude sanitaire. Malgré quelques inconvénients liés à leur coût d’installation ou à leur intégration esthétique, leurs nombreux avantages en font un choix de chauffage solaire particulièrement intéressante ! Si on découvrait leur fonctionnement et leurs avantages ?
Quelle est la différence entre l’énergie solaire thermique et l’énergie solaire photovoltaïque ?
La différence entre l’énergie solaire thermique et l’énergie solaire photovoltaïque réside dans le fait que le solaire thermique capte, stocke et restitue la chaleur au moment opportun pour chauffer un bâtiment ou produire de l’eau chaude sanitaire. Le solaire photovoltaïque, lui, transforme l’énergie solaire en électricité par l’intermédiaire de capteurs spéciaux, appelés cellules photovoltaïques.
Comment fonctionne un panneau solaire thermique ?
L’énergie solaire est convertie en énergie thermique grâce à des capteurs solaires qui récupèrent l’énergie émise par les rayons du soleil. Il ne la renvoie pas vers l’extérieur, comme le ferait un radiateur classique, mais le système conduit cette énergie solaire vers un système de récupération. Cela se réalise grâce à un liquide qui circule en circuit fermé. Le liquide transporte la chaleur du capteur au ballon d’eau qui monte en température. Ce dernier redistribue ainsi l’eau chaude dans un système de chauffage ou bien lorsque de l’eau chaude est utilisée.
Les différents types de capteurs d’un système solaire thermique
Il existe différents types de capteurs qui emmagasinent la chaleur à partir du soleil.
- Les capteurs plans sont les plus utilisés. Chaque capteur présente un coffre isolant fermé par un vitrage. Des absorbeurs positionnés à l’intérieur captent l’énergie solaire qui est ensuite transportée par le fluide caloporteur contenu au sein des tubes.
- Les tubes sous vide. Ils sont disposés dans un caisson dénué d’air. Il n’y a pas de convection d’air et donc aucune perte de chaleur. C’est l’option idéale lorsque la pose de capteurs plans est impossible et qu’il faut une installation verticale, par exemple. De même, les tubes étant moins chers à produire, le coût de cette installation de système d’énergie solaire est plus intéressant.
- Les tubes sous vide à caloduc. Un fluide échange les calories en se vaporisant et en se condensant. L’inclinaison nécessaire à leur fonctionnement allant de 20 °C à 30 °C, la pose verticale n’est pas possible. Ils coûtent plus cher que les autres capteurs mais sont moins onéreux à remplacer.
Les émetteurs de chaleur à installer pour diffuser l’énergie capturée par le panneau solaire
Il y a deux manières de diffuser la chaleur produite par le panneau solaire thermique :
- L’installation d’un plancher chauffant.
- Le raccordement à un circuit de chauffage haute température existant dans la maison.
L’idéal pour un meilleur rendement est de posséder un système à basse température. Plus l’eau sera chaude, moins bon sera le rendement obtenu par ce système d’énergie solaire thermique.
Quelle surface de panneaux solaires thermiques installer ?
La surface de panneaux solaires thermiques nécessaire dépend de plusieurs paramètres :
- La consommation d’eau chaude sanitaire du foyer : plus la consommation est importante, plus la surface de capteurs devra être grande. En moyenne, on estime qu’il faut compter entre 1 et 2 m² de capteurs solaires thermiques par personne du foyer. Ainsi, pour une maison de 4 personnes, la surface totale recommandée se situerait entre 4 et 8 m².
- La région géographique et l’ensoleillement moyen : dans les zones très ensoleillées, une surface plus réduite sera suffisante, contrairement aux régions moins ensoleillées où il faudra prévoir une plus grande surface de captation.
- Le type de capteurs solaires utilisés : certaines technologies (capteurs plans vitrés, tubes sous vide, etc.) sont plus performantes que d’autres en termes de rendement.
Il est également possible de surdimensionner légèrement l’installation afin de tenir compte des variations saisonnières d’ensoleillement et de production d’eau chaude. Cela permet d’assurer un meilleur rendement global sur l’année !
Quel rendement attendre d’un panneau solaire thermique en fonction de la surface ?
Le rendement d’un panneau solaire thermique correspond au rapport entre l’énergie thermique produite et l’énergie solaire reçue par le capteur. En moyenne, le rendement des panneaux solaires thermiques se situe entre 40 et 70 %. Cela signifie que 40 à 70 % de l’énergie solaire incidente est convertie en chaleur utile pour chauffer l’eau.
Ce rendement dépend de plusieurs facteurs :
- Le type de capteur utilisé : les capteurs plans vitrés sont plus performants que les capteurs à air.
- La qualité de l’isolation du système : une bonne isolation du circuit hydraulique limite les pertes de chaleur.
- Les conditions météorologiques : un ensoleillement important et une température ambiante élevée favorisent de meilleurs rendements.
- L’entretien régulier des panneaux : un nettoyage et une maintenance adaptés préservent les performances.
Comment calculer la puissance d’un panneau solaire thermique ?
Pour calculer la puissance d’un panneau solaire thermique, on utilise la formule suivante :
Puissance (en watts) = Surface de captation (en m²) x Rendement du capteur x Ensoleillement moyen (en W/m²)
Par exemple, pour un panneau de 2 m² avec un rendement de 60 % installé dans une région bénéficiant d’un ensoleillement moyen de 800 W/m², la puissance serait de : 2 m² x 0,60 x 800 W/m² = 960 watts
Il est important de noter que cette puissance est théorique et varie en fonction des conditions réelles d’utilisation (météo, orientation, etc.). Un dimensionnement plus précis prenant en compte ces paramètres est recommandé pour dimensionner correctement une installation solaire thermique.
Quels sont les avantages et inconvénients des panneaux solaires thermiques ?
Les avantages des panneaux solaires thermiques
L’énergie solaire thermique peut permettre de répondre à entre 40 et 80 % des besoins moyens annuels d’eau chaude sanitaire pour un foyer, selon l’ADEME. En été, c’est la totalité des besoins en eau chaude qui peuvent être comblés ! Ainsi, l’énergie solaire thermique permet de devenir en partie indépendant en termes de consommation énergétique.
De même, l’énergie solaire thermique est renouvelable : une fois l’équipement installé, il est possible de répondre à ses besoins en chaleur tout en ne dégageant pas de CO2 comme c’est le cas avec les énergies fossiles.
Pour les foyers, le solaire thermique est rentable en moyenne au bout de vingt ans. Il suffit d’investir dans le matériel, puis aucun coût n’est exigé si le matériel est bien entretenu.
Les inconvénients des panneaux solaires thermiques
Une installation solaire thermique présente tout de même quelques inconvénients comme :
- Le besoin d’espace pour installer le ballon d’eau chaude ainsi qu’un système d’appoint complémentaire.
- Une source d’énergie autre que l’installation fonctionnant à l’énergie solaire thermique est nécessaire pour être certain de répondre à tous les besoins.
- Un besoin d’exposition favorable dénué d’ombres engendrées par la végétation ou d’autres immeubles qui peuvent impacter la rentabilité.
- Un investissement d’au moins 5 000 euros HT pour ce système, ce qui peut paraître onéreux pour certains ménages.
Panorama du solaire thermique en France
Energie solaire thermique : définition
L’énergie solaire thermique désigne le fait d’utiliser les UV du soleil pour produire de la chaleur. Les systèmes captent, puis stockent et restituent la chaleur afin de répondre aux besoins d’eau chaude sanitaire et de chauffage d’un bâtiment. Elle est considérée comme une énergie durable et écologique puisqu’elle est inépuisable.
L’énergie solaire thermique en France
Les panneaux solaires thermiques ont eu leur âge d’or dans les années 2010.
Mais qu’en est-il de leur implantation actuelle ? Contre toute attente et malgré son avantage économique certain, l’énergie solaire se fait difficilement une place dans le parc énergétique français, concurrencée par d’autres techniques de chauffage écologique plus accessibles et tout aussi performantes. En 2021, sa production dans l’Hexagone s’élevait par exemple à 2,4 TWh contre 345 TWh d’énergies renouvelables produites.
Les installations d’installations solaires thermiques ont d’ailleurs baissé après une explosion en 2010 !
Il y a deux raisons principales à ce manque d’enthousiasme de la part des foyers français :
- Les coûts du solaire photovoltaïque ont énormément baissé ces dernières années, devenant ainsi de plus en plus populaire pour réaliser des économies. Professionnels comme particuliers ont alors privilégié ces installations au solaire thermique, moins attractif du point de vue financier.
- Les pompes à chaleur et les ballons d’eau chaude thermodynamiques, très performants, ont fait de l’ombre au solaire thermique.
Ainsi, le panneau solaire thermique peine pour le moment et malgré des aides de l’État pour inciter les foyers à y avoir recours, à s’imposer dans le parc énergétique français. Elle est pourtant plus écologique que l’énergie photovoltaïque et son bilan carbone est moindre que celui du ballon d’eau chaude thermodynamique !
