Le fonctionnement d’un panneau solaire thermique est simplissime : les rayons du soleil sont convertis en chaleur grâce à des capteurs. Ce principe qui consiste à élever la température d’un fluide au travers d’une surface vitrée est connu depuis la nuit des temps. Ootravaux vous explique comment, dans l’ombre de son cousin photovoltaïque pendant longtemps, le panneau solaire thermique retrouve la lumière à la faveur d’aides spécifiques à l’installation.
Le fonctionnement des panneaux solaires thermiques
Les panneaux solaires thermiques fonctionnent tous de la même manière. Dès que le soleil brille, et que le niveau d’UV est suffisant, le capteur utilise le rayonnement solaire pour réchauffer un liquide qui circule dans un circuit fermé dans le panneau. Celui-ci transmet ensuite les calories collectées au réseau du chauffage ou à l’eau du chauffe-eau solaire, par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur*.
Le fluide caloporteur
Le liquide transportant la chaleur des panneaux solaires thermiques est appelé fluide caloporteur. Il s'agit généralement d'eau mélangée à un antigel (eau glycolée). Sa fonction est d'absorber et transmettre l’énergie solaire pour assurer une production économique de chauffage et d’eau chaude sanitaire (ECS) de votre maison.
Les capteurs solaires
Les capteurs solaires sont conçus pour créer un effet loupe afin de réchauffer rapidement le fluide. Il en existe aujourd’hui de nombreux modèles. Ootravaux vous les présente, du moins performant au plus efficace.
Les capteurs solaires plans non vitrés
Le capteur solaire plan non vitré se présente sous la forme d’un panneau noir qui intègre un réseau de tubes. Comme ce type de capteur n’est pas enveloppé dans une isolation thermique, sa perte d’efficacité est importante par temps froid. Disponible à petit prix en kit, il s’utilise principalement pour chauffer une piscine ou un ballon d'eau chaude d’une maison secondaire.
Les capteurs solaires plans vitrés
Le capteur solaire vitré est le plus couramment utilisé sous nos climats tempérés en raison de son rendement énergétique élevé. Il est adapté à l'ensoleillement de la plupart des régions en France. Ces capteurs sont protégés par des panneaux de verre qui créent un effet de serre, et ils sont installés dans un châssis bien isolé avec de la laine de verre ou une mousse isolante.
Les capteurs solaires tubulaires
Le capteur solaire tubulaire est sans conteste le plus performant. Le panneau est constitué de plusieurs tubes de verre à double paroi, chacun contenant un absorbeur de couleur foncée. Le vide d'air autour des tubes réduit considérablement les pertes de chaleur, augmentant ainsi fortement leur performance.
Les capteurs à tubes sous vide sont moins sensibles aux ombres portées sur les panneaux. Leur rendement demeure élevé indépendamment de l'inclinaison du toit, même par temps nuageux. Une fixation verticale sur un mur est envisageable, ce qui facilite son implantation.
Quel prix pour l’installation de panneaux solaires thermiques ?
Chauffe-eau solaire : une installation vite rentabilisée !
L'utilisation des panneaux solaires pour la production d'eau chaude sanitaire (ECS) est actuellement leur principal usage. Et pour cause : ils permettent de couvrir de 50 à 80 % des besoins en eau chaude d’un foyer (1).
Les professionnels utilisent parfois l’acronyme « CESI » qui signifie « Chauffe-eau solaire individuel ». C’est une installation qui requiert peu de travaux et de matériel : généralement, 1 à 2 panneaux solaires thermiques de 2 m² suffisent.
Bon A SavoirUne surface de 4 m² de panneaux solaires permet de chauffer un ballon d'eau chaude sanitaire de 300 litres, soit le besoin en eau chaude d'une famille de 4 ou 5 personnes. Le ballon peut être installé directement sur le toit (cas assez rare en France) ou dans une pièce dédiée de votre maison.
Comment fonctionne le chauffe-eau solaire ?
Le liquide glycolé est réchauffé par le capteur du panneau solaire. Des flexibles en inox (ou parfois en cuivre) assurent la circulation du liquide jusqu’à l’échangeur de chaleur* situé dans le bas du chauffe-eau solaire. Lorsque le liquide transmet sa chaleur, la température de l’eau de l’appareil augmente, puis le liquide refroidi retourne vers le panneau solaire pour être chauffé à nouveau. Ce cycle se répète indéfiniment, tant que la lumière est suffisante.
Que se passe-t-il si le panneau solaire chauffe trop ?
Si le panneau solaire chauffe trop, plusieurs dispositifs de protection interviennent pour éviter les dommages :
- Une soupape de sécurité qui libère l'excès de pression ;
- Un vase d'expansion* qui absorbe les variations de volume du liquide ;
- Un contrôleur différentiel qui peut à tout moment arrêter la circulation de l’eau glycolée ;
- Une décharge thermique ou une vidange automatique pour évacuer l'excès de chaleur (cas des panneaux solaires thermiques autovidangeables présenté ci-après).
Enfin, le circulateur peut être stoppé pour prévenir la surchauffe.
Chauffage solaire : comprendre et comparer les devis pour avoir le meilleur service
Les panneaux solaires thermiques autovidangeables
Les panneaux solaires thermiques autovidangeables fonctionnent en vidant le fluide du circuit dans un réservoir lorsque le circulateur s'arrête. Lors du redémarrage, une pompe aspire le liquide du réservoir et l'envoie vers les capteurs, permettant d'utiliser de l'eau classique (sans antigel). Ce système nécessite un circulateur plus puissant, ce qui entraîne une consommation d'électricité légèrement plus élevée. Cependant, il dispense le besoin de certains équipements comme le vase d'expansion* et la soupape de sécurité, simplifiant ainsi l'installation et réduisant son coût.
Bon A SavoirNe pas confondre CESI et CETI ! Le CETI est un chauffe-eau thermodynamique équipé d'une mini-pompe à chaleur qui puise les calories de l'air pour chauffer l'eau du cumulus. En revanche, le CESI utilise l’énergie solaire.
Le chauffe-eau solaire thermique monobloc à thermosiphon
Le panneau solaire thermique et le cumulus sont intégrés, ce qui signifie que le ballon d'eau chaude est visible depuis la toiture de votre maison, si c'est là qu'il est installé. En version thermosiphon, il n'y a pas de pompe de circulation, et donc pas de consommation électrique. La seule énergie utilisée pour la production d'eau chaude est donc celle du soleil !
Le thermosiphon fonctionne selon un principe physique simple : en se réchauffant, le liquide se dilate et monte naturellement vers l'échangeur* dans le cumulus, puis redescend vers le capteur en refroidissant. Ce système est toutefois déconseillé dans les climats tempérés en raison des températures basses en hiver. Le stockage à l'extérieur, même avec une isolation de la cuve, entraîne en effet trop de pertes thermiques.
Ces chauffe-eaux sont couramment utilisés sur le toit des maisons en Afrique du Nord et dans les zones tropicales.
Le système solaire combiné (SSC)
Le système solaire combiné permet de produire à la fois de l'eau chaude et du chauffage, diffusé par l’intermédiaire de vos radiateurs ou de votre plancher chauffant. À noter qu’une chaudière d’appoint est toujours nécessaire pour les jours les moins ensoleillés de l’année.
Dans certaines régions montagneuses et avec une excellente isolation thermique, ce système peut permettre jusqu'à 70 % d'économies d'énergie pour l'eau chaude et le chauffage (1).
Quel entretien pour un panneau solaire thermique ?
Les panneaux solaires thermiques nécessitent peu d'entretien. Il suffit de les nettoyer en même temps que la toiture, car la présence de pollen ou de feuilles sur le capteur peut réduire leur rendement. L'objectif est d'optimiser le rayonnement solaire sur les panneaux ou les tubes. Il est également important de surveiller le niveau de l'eau glycolée. Les fabricants recommandent de faire appel à un professionnel agréé tous les 5 ans environ.
En cas de fonctionnement anormal du chauffe-eau solaire, surtout après une vague de chaleur ou une période de grand froid, il est essentiel de contacter votre installateur rapidement.
Bon A SavoirQuelles économies grâce aux panneaux solaires thermiques ? Gratuit pour l’eau chaude, en dehors du prix de l’installation du stockage et des capteurs. 1 m² de panneau solaire permet une économie annuelle de 140 € environ d’électricité. Pour une famille de 5 personnes qui consomme 300 litres d’eau chaude par jour, il faut 4 m² pour alimenter le chauffe-eau. C’est donc 560 € qui peuvent être économisés au mieux chaque année.
Des aides à l’installation des panneaux solaires
Un avantage par rapport aux panneaux photovoltaïques (pour la production d'électricité) est que le solaire thermique est éligible à plusieurs dispositifs d'aides financières en 2024 :
- Prime de 2 000 à 4 000 € pour un chauffe-eau solaire et de 4 000 à 10 000 € pour un système solaire combiné, avec MaPrimeRénov' ;
- Subventions de 30 à 90 % dans la limite de 63 000 €, à condition de réaliser une rénovation globale de votre logement, avec MaPrimeRénov’ Parcours accompagné ;
- Prime Coup de pouce chauffage de 5 000 € pour un système solaire combiné.
- Bons d’achat, primes, conseils, ou prêt à taux faible avec les Certificats d’économies d’énergie (CEE) ;
- Prêt de 15 000 € à taux nul, avec l’éco-prêt à taux zéro (éco-PTZ) ;
- TVA à 5,5 % ;
- Aides des collectivités locales, des caisses de retraite, mutuelles, etc.
Glossaire
Certains termes techniques de cet article vous semblent complexes ? Pas de panique ! Ootravaux vous propose un glossaire clair et concis pour tout comprendre et faire les meilleurs choix.
Échangeur de chaleur
L’échangeur de chaleur est un dispositif permettant le transfert des calories d’un fluide (air, eau, gaz) à un autre. Dans le domaine du chauffage et des panneaux solaires thermiques, il prend souvent la forme d’un réseau de serpentins où circule de l’eau. Cette eau capte l’énergie d’une source chaude pour la transmettre à une source froide afin de la réchauffer, et inversement.Vase d’expansion
Le vase d’expansion, souvent reconnaissable à sa couleur rouge, absorbe les variations de volume d’un fluide causées par les changements de température. Il joue un rôle crucial en maintenant une pression stable dans le système, protégeant ainsi les composants contre la surpression et prévenant les risques de dommages et de fuites. Ce dispositif de sécurité est indispensable pour assurer le bon fonctionnement et la durabilité des systèmes de chauffage et de plomberie.
(1) Source : Ademe (Agence de la transition écologique).
