(Dossier) Énergie solaire thermique, principe et fonctionnement

L’ énergie solaire thermique consiste à transformer le rayonnement solaire en énergie thermique. Ce type d’énergie se distingue de l’ énergie solaire photovoltaïque (électricité), qui utilise la chaleur transmise par rayonnement plutôt que le rayonnement lui-même, le principe étant de concentrer les rayons du soleil en un seul endroit. L’ énergie solaire étant une énergie renouvelable, celle-ci permet de limiter efficacement les émissions de gaz à effet de serre ou la production de déchets nucléaires. L’ installation de tels dispositifs est fortement encouragée par de nombreux états et collectivités via la fiscalité, les primes et/ou une obligation d’installation sur les nouvelles constructions. Ces dernières années, l’énergie solaire thermique se couplage avec d’autres systèmes d’ énergies renouvelables : plancher solaire, climatisation solaire, centrale solaire…

Fonctionnement de l’énergie solaire thermique

Voici un schéma explicatif du mode de fonctionnement d’un CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel), fonctionnant à l’énergie solaire thermique :

Un chauffe-eau solaire individuel (CESI) a pour but de fournir de l’eau chaude sanitaire pour différents usages : sanitaire, appoint chauffage, piscine, à partir uniquement de l’énergie solaire. Il peut compléter, voire même se substituer totalement au mode de chauffage d’eau classique.

Captage du rayonnement solaire

Celui-ci s’effectue à travers le module solaire (1) (généralement disposé sur le toit de l’habitation). Il est constitué d’un absorbeur (une plaque et des tubes métalliques noirs). C’est le cœur du « système solaire », qui reçoit le rayonnement solaire et s’échauffe
Autour de cet absorbeur, on retrouve un coffre rigide. Celui-ci a pour but d’isoler thermiquement l’absorbeur tout en laissant passer, sur sa partie supérieure, le rayonnement solaire grâce à une partie vitrée. Une fois le rayonnement entré, ce coffre a pour but de retenir la chaleur afin de chauffer le liquide passant dans l’absorbeur.

Transport, échange et stockage de la chaleur

1. Transport :
   C’est le rôle du circuit primaire (2), contenant un fluide caloporteur (qui transporte de l’énergie) antigel. Le circuit primaire est un circuit fermé, qui ne se mélange pas avec l’Eau Chaude Sanitaire (ECS) produite. Ce fluide chaud, se dirige vers le ballon de stockage (5) afin de restituer sa chaleur à l’eau froide.-Le liquide caloporteur contenu dans les tuyaux du circuit primaire, restitue sa chaleur à l’eau froide qui remplit le ballon de stockage. Le fluide passe au travers d’un échangeur thermique (3) placé au centre du ballon, dans l’eau froide. Celui-ci va dissiper la chaleur qu’il contient afin de réchauffer l’eau froide.
2. Échange :
   Une fois la chaleur dissipée, le fluide continue son circuit et repart, grâce au circulateur (7) le mettant en mouvement, dans le module solaire, afin de se recharger en chaleur.
3. Stockage :
   Le ballon de stockage est similaire, en apparence, à un chauffe eau classique. Il constitue la réserve en eau chaude sanitaire. Lorsque de l’eau est puisée dans le CESI, elle est immédiatement remplacée par de l’eau froide qui sera ensuite réchauffée.

Et lorsqu’il n’y a plus de soleil ?

Lors de conditions météorologiques défavorables, l’énergie solaire ne peut plus assurer la totalité de la production d’eau chaude. Les ballons d’eau chaude solaire sont équipés d’un dispositif d’appoint. Celui-ci prend le relais en cas de besoins, et vient chauffer l’eau chaude en remplacement de l’énergie solaire.
En général, il s’agit d’un appoint électrique, grâce à une résistance souvent placée à mi-hauteur du ballon solaire. Mais ce peut être aussi un appoint hydraulique (avec un fluide caloporteur). Raccordé à une chaudière(12) au fioul, au gaz ou une pompe à chaleur par exemple, le fluide vient libérer sa chaleur dans le ballon de stockage grâce à un serpentin.
Un second ballon pourvu d’un réchauffeur électrique peut également servir d’appoint.

Le rafraîchissement solaire

Une installation de rafraîchissement dans un chauffage solaire permet de produire du froid à partir de chaleur issue des capteurs solaires haute température (>90 ℃), le plus souvent à tubes sous vide ou capteurs plans double vitrage en zone suffisamment ensoleillée, par le biais d’une machine à absorption ou à adsorption.
Par rapport aux systèmes classiques à compression mécanique à basse température, ce système a pour avantages :

• une consommation électrique moindre ;
• l’absence de fluides frigorigènes qui peuvent avoir un impact sur la couche d’ozone et l’effet de serre ;
• une durée de vie importante de la machine à compression chimique utilisée
• des besoins en froid coïncidant souvent avec la disponibilité du rayonnement solaire.

La fiscalité du solaire thermodynamique et thermique

L’État a mis en place le Crédit d’impôt à la transition énergétique (CITE pour les particuliers et le « Fonds Chaleur » pour les collectivités et les entreprises. Dans certains cas, les collectivités territoriales peuvent accorder d’autres financements.
Si les systèmes individuels sont désormais certifiés (NF CESI Système ou Solar Keymark Système), la montée en compétence des acteurs dans le collectif s’est faite grâce aux qualifications Reconnu garant de l’environnement (RGE) des bureaux d’étude (RGE 20.14) et les qualifications Qualisol Collectif et Qualibat 82.12 pour les installateurs.

La certification Quali Sol a vu le jour pour règlementer un secteur où certains installateurs étaient, hélas, moins rigoureux que d’autres. Attention renseignez-vous bien aussi sur les labels pour pouvoir bénéficier d’aides fiscales à l’installation !

Voir les certifications pour les énergie solaires

Merci à notre expert :
Par Jean François Lebault, installateur agréé QualiSol QualiPV