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Chauffe-eau solaire : comment ça marche ?

Dossier - Chauffe-eau solaire, le bon choix à coup sûr
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Voici le principe du chauffe-eau solaire : laissez un tuyau d’arrosage rempli d’eau en plein soleil... Au bout de quelque temps, l’eau qui va sortir du tuyau sera chaude. Elle le sera encore plus si le tuyau est de couleur sombre, et même brûlante si une vitre est placée au-dessus du tuyau. Pour les systèmes actuellement commercialisés, la technologie est « légèrement » plus aboutie. Elle permet de tirer parti au maximum du moindre rayonnement que nous envoie le dieu Râ, arrivant sur Terre après un parcours de quelque 150 millions de kilomètres !

  
DossiersChauffe-eau solaire, le bon choix à coup sûr
 

Rien de plus simple : laissez un tuyau d'arrosage rempli d'eau en plein soleil... Au bout de quelque temps, l'eau qui va sortir du tuyau sera chaude. Elle le sera encore plus si le tuyau est de couleur sombre, et même brûlante si une vitre est placée au-dessus du tuyau. Vous avez là le principe du chauffe-eau solaire. Pour les systèmes actuellement commercialisés, la technologie est « légèrement » plus aboutie. Elle permet de tirer parti au maximum du moindre rayonnement que nous envoie le dieu Râ, arrivant sur Terre après un parcours de quelque 150 millions de kilomètres !

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1 -  Fonctionnement d’un Chauffe-eau solaire individuel (CESI)

-- Capter l'énergie solaire (1) : Le capteur solaire comprend :
• une plaque et des tubes métalliques noirs. Ils constituent l'absorbeur, reçoivent le rayonnement solaire et s'échauffent ;
• un coffre rigide, isolé thermiquement et entourant l'absorbeur. Sa partie supérieure, vitrée, laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme dans une serre.

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-- Transporter la chaleur

C'est le rôle du circuit primaire (2)Étanche et calorifugé (isolé), il contient de l'eau additionnée d'un liquide antigel (généralement du glycol alimentaire). Ce liquide s'échauffe en passant dans les tubes du capteur, et se dirige vers un ballon de stockage.

-- Restituer la chaleur

Grâce à un échangeur thermique (serpentin), le liquide dit « caloporteur » cède ses calories solaires à l'eau sanitaire (3). Une fois refroidi, il repart vers le capteur (4), où il sera à nouveau chauffé, surtout pendant les périodes ensoleillées.

-- Stocker l'eau chaude

Le ballon solaire (5) constitue la réserve d'eau sanitaire. L'eau chaude prélevée est immédiatement remplacée par la même quantité d'eau froide issue du réseau (6), réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire.

-- Faire circuler le liquide caloporteur : La circulation du liquide peut être naturelle ou forcée :
• dans le premier cas, le liquide caloporteur circule grâce à sa différence de densité avec l'eau du ballon. Tant qu'il est plus chaud (donc moins dense), il s'élève naturellement. Dans ce cas, le ballon doit impérativement être placé plus haut que les capteurs. Ce principe est utilisé dans les CESI à
 thermosiphon ;
• dans le second cas (le plus fréquent), une pompe électrique (7) (circulateur) met en mouvement le liquide caloporteur quand il est plus chaud que l'eau du ballon (10). Son fonctionnement est commandé par un dispositif de régulation (8) jouant sur les différences de températures : si l'eau du ballon est plus chaude que celle du capteur (9), la régulation coupe le circulateur. Sinon, le circulateur est remis en route et le liquide primaire réchauffe l'eau sanitaire du ballon.

-- Pallier l'insuffisance d'ensoleillement

Partout en métropole, on est confronté à des périodes défavorables du point de vue de l'ensoleillement. L'énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de la production d'eau chaude sanitaire. Aussi le ballon est-il équipé d'un dispositif d'appoint qui prend le relais en cas de besoin et reconstitue le stock d'eau chaude. Il peut s'agir :
• d'une résistance (appoint électrique) ;
• d'un serpentin (11) (appoint hydraulique) raccordé à une chaudière (12) (bois, gaz, fioul) située en aval du ballon.
Un second ballon alimenté par l'énergie d'appoint peut aussi être utilisé.

2 - Quelques chiffres clés

- La consommation énergétique d'un chauffe-eau représente une part importante de l'énergie consommée dans une habitation : environ 30 % pour une maison isolée selon la réglementation en vigueur et jusqu'à plus de 60 % pour une maison basse consommation.
Selon la situation géographique, un CESI peut fournir de 30 à 70 % des besoins en eau chaude sanitaire de la maison.
- Depuis son lancement par l'Ademe (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie) en 2000, le Plan Soleil a permis à 27 000 foyers d'être soutenus techniquement et financièrement dans leur acquisition de CESI (chiffres de fin 2005).
- Un peu plus d'un million de mètres carrés de capteurs solaires thermiques étaient en service en France fin 2006.
Le marché français s'étoffe : au 12 février 2007, 1 726 kits de CESI étaient classés éligibles aux primes locales, répartis chez une cinquantaine de fabricants ou importateurs !