Les panneaux solaires thermiques

Un liquide caloporteur composé d’eau et d’antigel circule dans le(s) panneau(x) solaire(s) disposé(s) en toiture. Il se charge de chaleur, qu’il transporte ensuite vers le « chauffe-eau solaire », dans la pratique un ballon d’eau chaude situé à l’intérieur de la maison où de l’immeuble comprenant un échangeur de température assurant les échanges thermiques entre le circuit fermé du liquide caloporteur glycolé et l’eau chaude alimentant le (ou les) logement(s).

Le synoptique est très comparable à la figure ci-dessus lorsqu’il s’agit d’un immeuble. Ceci dans la mesure où le ballon du chauffe-eau solaire est disposé dans la chaufferie de l’immeuble généralement disposée en sous-sol avec les tuyauteries d’eau glycolé circulant dans les colonnes verticales aménagées ici où là dans les immeubles.	Plutôt que de prévoir un serpentin incorporé dans le chauffe-eau solaire séparant le circuit d’eau chaude glycolée et l’eau chaude sanitaire, il est possible d’adjoindre un petit échangeur à plaques EP assurant les échanges thermiques sans risque de mélange physique entre les deux fluides
Un liquide caloporteur composé d’eau et d’antigel circule dans le panneau solaire. Il se charge de chaleur, qu’il transporte préférentiellement vers un petit échangeur à plaques situé à l’extérieur du « ballon solaire » plutôt que sous forme de serpentin à l’intérieur. En hiver ou par temps couvert lorsque l’ensoleillement n’est pas optimal la puissance délivrée par les panneaux peut être trop faible pour satisfaire le besoin. Pour pallier cela le ballon doit être relié à une source d’énergie d’appoint la plupart du temps chaudière à gaz Une évaluation de la surface des capteurs et des dimensions du ballon d’eau chaude doit être réalisée avant que vos équipements soient mis en place sur le toit de votre maison ou le toit de votre immeuble. Elle est indispensable pour un bon fonctionnement de vos équipements. Plusieurs critères entrent en compte pour son calcul : - Les quantités d’eau chaude à produire (voir ci-dessous* ) - La localisation géographique, - La couverture solaire (part de l’énergie solaire voulue dans le total de l’énergie annuelle consommée pour la production d’eau chaude sanitaire). - La taille du ballon d’eau chaude conditionne également la performance globale du système : Si le ballon est trop petit, il ne stockera pas assez d’eau et il y a risque de surchauffe, s’il est trop gros, le ballon peut entrainer une consommation inutile d’énergie. Avant de faire votre choix, il est vivement conseillé de faire faire une évaluation technique du projet par le Centre scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB). Pour des informations plus pointues consultez le site de l’Institut National de l’Energie Solaire (INES). Concernant le choix du constructeur sélectionnez des installateurs ayant l’appellation RGE QUALISOL qui sont nécessaires pour bénéficier d’aides publiques comme le Crédit d’impôt transition énergétique (CITE), l’Eco Prêt à taux zéro (Eco-PTZ), les Certificats d’Economies d’Energie (CEE) et les aides des collectivités territoriales. * Quantités d’eau chaude à produire 1) Cas d’une petite maison occupée par un couple sans enfant Sachant que le besoin journalier par personne en eau chaude à 45 °C est de 50 litres le besoin en eau chaude sanitaire à 45 degrés de cette maison est de 2 x 50 x 10^-3= 0,1 m3. Ceci défini sachant qu’il faut sensiblement 1 kWh pour élever 1 m3 d’eau de 1 degré la quantité d’énergie qui devra être délivrée journellement par les panneaux pour assurer le besoin en eau chaude avec un réseau d’eau froide à la température* de 10° est de 0,1 x (45 - 10 ) = 3,5 kWh soit un besoin annuel pour l’ECS voisin de 3,5 x 365 = 1275 kWh Si l’on décide que la couverture solaire représente 50% du besoin c’est sensiblement 0,5 x 1275 = 635 kWh que vont devoir fournir annuellement les panneaux avec un apport de la partie gaz équivalent. Ceci avec une consommation moyenne en gaz pour le chauffage bien sûr plus importante. Un seul m2 de panneau solaire thermique inclinés à 45 et orienté plein sud et sa production annuelle voisine de 600 kWh/m2 est suffisante pour assurer le besoin. A raison d’un kWh gaz à 6 cts d’€ le kWh l’économie annuelle en gaz ne semble pas très importante 635 x 0,06 = 38 € mais il faut considérer que lorsque la maison est inoccupée la chaleur produite par le panneau peut être utilisée pour maintenir la maison hors gel en hiver et rien ne devrait interdire à priori de quadrupler cette surface en la passant à 4 m2 de tel sorte qu’elle fournisse cette fois 2400 kWh dans l’année soit une puissance moyenne de 0,27 kW . Voir application en région parisienne 2) Prenons l’exemple d’un gros immeuble de 72 lots(appartements) occupés en moyenne par 3 personnes. Sachant que le besoin journalier par personne en eau chaude à 45 °C est de 50 litres le besoin en eau chaude sanitaire à 45 degrés de cet immeuble est de 3 x 72 x 50 x 10^-3= 10,8 m3. Ceci défini sachant qu’il faut sensiblement 1 kWh pour élever 1 m3 d’eau de 1 degré la quantité d’énergie qui devra être délivrée journellement par les panneaux pour assurer le besoin en eau chaude avec un réseau d’eau froide à la température* de 10° est de 15 x (45 - 10 ) = 525 kWh soit un besoin annuel pour l’ECS de 191 000 kWh Si l’on souhaite que la couverture solaire représente 50% du besoin c’est sensiblement 0,5 x 191 000 = 95 500 kWh que vont devoir fournir annuellement les panneaux avec un apport de la partie gaz équivalent de 95 500 kWh. Ceci alors que la consommation en gaz pouvant être attribué à l’ECS avec la chaufferie gaz seule est sensiblement le double (25% du besoin global de 800 000 kWh. Pour des panneaux inclinés à 45 et orientés plein sud on peut compter sur une production annuelle voisine de 600 kWh/m2. Il faudra donc installer 95 500/600 = 160 m2 de panneaux solaire ce qui semble envisageable sur la terrasse ABC supérieure de notre immeuble après réfection de la toiture et pose d’un isolant de 140 mm d’épaisseur. Voir page 437 ainsi que la page 307 du cas pratique. Soit à raison d’un kWh gaz à 6 cts d’€ le kWh c’est une économie annuelle en gaz de 6000 € et un amortissement en une dizaine d’années à raison d’un prix moyen le m2 de panneau solaire qui serait de 300 € (investissement environ 50 000 €) Reste le dimensionnement du ballon qui pourrait être égal au besoin journalier et voisin de 11 m3 ou éventuellement le double pour satisfaire 2 jours de besoin. La décision pouvant être laissée au maître d’œuvre ainsi que le circuit de l’échangeur à plaques et de la pompe de circulation du fluide glycolé pour que le fonctionnement soit optimum. Ce dernier devant aussi assurer la liaison avec la chaufferie la plupart du temps existante (Voir 346 et 425) *dans la pratique selon les régions la température de l’eau peut osciller entre 8° et 15°selon que l’on est en période hivernale Nota : Un fichier donne une idée de la méthode utilisée pour assurer le dimensionnement des panneaux. Les calculs tiennent compte de la variation prévisible été hiver de la température de l’eau froide