Chauffage Solaire Piscine

Un chauffe-eau solaire est un dispositif de captation de l'énergie solaire destiné à fournir de l'eau chaude pour différents usages : sanitaire, appoint chauffage, piscine, ...

Ce type de chauffage permet habituellement de compléter les types de chauffage de l'eau exploitant d'autres sources énergétiques (électricité, énergies fossiles, biomasse, ...) dans certaines conditions il permet de les remplacer totalement. L'énergie solaire étant parfaitement renouvelable, ce remplacement permet de limiter efficacement les émissions de gaz à effet de serre ou la production de déchets nucléaires, raison pour laquelle l'installation de tels dispositifs est fortement encouragée par de nombreux états et collectivités via la fiscalité, des primes et/ou une obligation d'installation sur les nouvelles constructions.

Part solaire

En Europe occidentale, un chauffe-eau solaire permet de réaliser environ deux tiers (66 %) d'économie sur les besoins en eau chaude, qu'il s'agisse de maisons individuelles (chauffe-eau solaire individuel (CESI)) ou de structures collectives (chauffe-eau solaire collectif (CSC)). Cela correspond au taux de couverture solaire, c'est-à-dire le rapport entre l'énergie fournie par la partie solaire d'une installation et la consommation totale de l'installation.

Retour sur investissement

Le temps de retour sur investissement dépend du rendement de l'installation (quantité d'énergie qu'il permet d'économiser) et du coût de l'investissement. En l'absence de primes et autres avantages il faut parfois compter une vingtaine d'année, cette durée variant beaucoup suivant la zone géographique et l'ensoleillement. Mais si on tient compte du régime fiscal et des primes que cette installation permet d'obtenir dans certains états ou régions ce retour sur investissement peut être considérablement réduit.

Technologie des panneaux solaires thermiques

Article détaillé : Capteur solaire thermique.

Il existe trois types de panneaux solaires thermiques :

• les capteurs plans non-vitrés : de l'eau circule dans un absorbeur, généralement noir, ouvert à l'air.
• les capteurs plans vitrés : un fluide caloporteur circule dans un absorbeur, à l'intérieur d'un panneau vitré sur l'une de ses faces et isolé sur les autres.
• les collecteurs à tubes sous vide : un fluide caloporteur circule dans plusieurs tubes à double parois sous vide, qui leur garantissent une très bonne isolation thermique. Le vide étant le meilleur isolant connu, celui-ci procure un avantage indéniable en hiver ou sous des climats froids. Les tubes ont un revêtement interne permettant de capturer plus de 95% de l'énergie solaire.

Constitution

Un chauffe-eau solaire est constitué de plusieurs organes :

• des panneaux solaires (ou capteurs solaires thermiques) qui captent l'energie du rayonnement solaire en chauffant un fluide caloporteur (eau ou antigel) dans un circuit primaire. Ce dernier est chargé d'acheminer les calories récupérées jusqu'au circuit secondaire ;
• un réservoir d'eau chaude (ou ballon d'eau chaude) dans lequel un volume d'eau est chauffé par le liquide caloporteur à travers d'un exchangeur thermique, souvent un serpentin de cuivre ;
• un dispositif de chauffage d'appoint peut être intégré au réservoir, sous forme d'une résistance électrique ou de liaison à une chaudière à gaz, au fioul ou au bois. Il est utile lorsque l'énergie solaire ne suffit pas aux besoins. L'appoint peut être évité avec une plus grande installation pour pallier les creux ou en adaptant la façon dont on utilise l'eau chaude.
• un vase d'expansion sur le circuit primaire, assure la sécurité du matériel, il permet de compenser la dilatation du fluide. Il prend la forme d'un petit réservoir métallique ; une soupape de sécurité est impérative dans un circuit fermé, dans le cas ou elle ne serait pas intégrée à celui-ci. Un vase d'expansion à l'air libre (simple bidon en plastique) placé en point haut résout les problèmes de dilatation et de sécurité en cas de surchauffe (pas de vidange de fluide caloporteur).
• on adjoint un circulateur sur le circuit primaire, une pompe mue par un moteur électrique, lorsqu'il s'agit de matériel en « circulation forcée Â».

Autrement si le réservoir est placé plus haut que le panneau solaire, il n'est pas nécessaire d'utiliser une pompe. La circulation de l'eau dans le circuit primaire se fait par thermosiphon si la température de sortie du panneau est assez élevée (par rapport à celle en enréée)pour vaincre les pertes de charges dans le système. L'avantage est que la circulation s'arrête pendant la nuit, économisant ainsi une partie de l'énergie accumulée dans le ballon pendant la journée.

Trois types d'installations

• La moquette solaire consiste simplement en un tapis de couleur noire posé à plat dans lequel circule l'eau à chauffer, à travers des tuyaux ou rainures. Elle est généralement souple et amovible. On l'utilise quand le volume d'eau requise est faible ou une température basse suffit. Ça peut être efficace en été mais en hiver le rendement est insuffisant. Ce capteur simplifié à l'extrême est donc parfaitement adapté au réchauffage des piscines, ou des douches de camping. Un ballon d'eau noir dans un arbre fait également une bonne douche de camping.

• Le système à circulation par thermosiphon est le plus simple ; basé sur le principe selon lequel l'eau chaude, du fait de sa moindre densité a tendance à monter naturellement, il impose que le réservoir de stockage soit placé à un niveau supérieur par rapport aux capteurs.

Lorsque les capteurs sont exposés au soleil, il s'établit une circulation naturelle : le fluide caloporteur chaud monte vers le réservoir de stockage, cède ses calories avant de revenir dans le bas du capteur. La circulation se poursuit tant que l'eau contenue dans le capteur est plus chaude que l'eau dans le ballon.

Certains petits modèles commerciaux exploitent le système du thermosiphon : de type "monobloc" ou "compact", ils intègrent capteurs et ballon sur la même structure.

Avantages : prix, simplicité, facilité de raccordement.

Inconvénients : Dans le système monobloc, le ballon étant situé à l'extérieur comme les capteurs, subit plus de déperditions (risque de gel). De plus l'ensemble étant assez encombrant il est difficile de l'intégrer à l'habitat (critères esthétiques).

Pour ces raisons, ce système est très répandu dans les zones au climat chaud (Caraïbes, bassin méditerranéen, etc.), et sur toiture horizontale de type terrasse, ou en pose au sol.

Selon la disposition du bâtiment, il est possible de se prémunir des problèmes de gel (et d'esthétique) en montant le ballon à l'intérieur dans les combles (toujours plus haut que les capteurs pour une circulation par thermosiphon), avec les capteurs en bas de toiture ou sur un mur au sud.

Le grand avantage du thermosiphon est sa fiabilité, sa simplicité technique : pas de pompe, pas de clapet anti-retour, pas de sondes thermiques, ni de régulateur électronique. Le système fonctionne sans électricité, sans aucun autre apport d'énergie que l'énergie solaire (le "moteur" de la circulation du fluide caloporteur étant la différence de température entre le capteur et le ballon).

Par contre, sa réalisation "in situ" réclame du soin : hormis la contrainte des positions relatives des capteurs et du ballon, les diamètres de tuyau du circuit primaire doivent être un peu plus importants pour limiter au maximum les pertes de charge, doivent aussi ne pas être à contre-pente.

• Le système à circulation forcée est plus complexe, mais offre un meilleur rendement. Les températures du capteur et du ballon sont prises en compte par une régulation électronique qui commande la pompe de circulation du fluide caloporteur, celui-ci étant mis en circulation lorsque la température du capteur est supérieure à celle du ballon.

Par rapport au système à thermosiphon, le débit plus élevé du fluide caloporteur assure des températures plus basses dans tout le circuit primaire réduisant ainsi les pertes thermiques, améliorant ainsi le rendement.

Cette configuration offre plus de possibilités quant à l'emplacement du ballon, celui ci ne devant plus être nécessairement placé au dessus des capteurs, ce qui permet de s'adapter plus facilement aux contraintes du bâtiment. Le ballon est alors le plus souvent posé à l'emplacement du chauffe-eau électrique ou à côté de la chaudière existante pour faciliter l'appoint.

Système d'appoint au chauffage

Le système de chauffage d'appoint est nécessaire pour pouvoir disposer d'eau chaude même pendant les périodes de faible ensoleillement. Il est possible de s'en passer, mais cela conduit à une installation plus importante, principalement d'un reservoir beaucoup plus gros, puisque il doit être capable de fournir d