Chauffage solaire comme complément à la chaudière

Le soleil frappe le toit de la maison gratuitement chaque jour, mais la grande majorité des ménages n’en tire aucun parti pour chauffer l’eau – la chaudière ou la pompe à chaleur doit donc démarrer même par une chaude journée de juillet, simplement pour chauffer quelques dizaines de litres d’eau chaude sanitaire pour la douche. Le chauffage solaire comme complément à la chaudière est exactement à ce sujet : il ne s’agit pas d’un remplacement du principal appareil de chauffage, mais d’un ajout raisonnable qui, pendant les mois chauds, prendra en charge une grande partie du chauffage de l’eau chaude sanitaire et soulagera la chaudière d’un fonctionnement inutile.

Un système solaire de chauffage de l’eau (ensemble solaire thermique) se compose de capteurs solaires thermiques installés sur le toit, qui chauffent un liquide caloporteur – un mélange d’eau et d’un antigel –, d’un ballon solaire avec échangeur thermique, d’une unité de pompage assurant la circulation du liquide, et d’une unité de régulation qui évalue et gère l’ensemble du processus. Tous ces composants forment un circuit fermé, autonome, qui se connecte au système de chauffage existant du ménage uniquement au niveau du ballon solaire.

Dans cet article, nous allons détailler de quoi se compose réellement l’ensemble solaire, quelle est la différence entre les capteurs plans et les capteurs à vide, comment fonctionne le ballon solaire, l’unité de régulation et l’unité de pompage, comment est résolu le raccordement des tuyaux et le montage des capteurs sur différents types de toits, et enfin pourquoi le circuit solaire a besoin de son propre vase d’expansion et d’un remplissage régulier. Si vous envisagez d’ajouter un système solaire à votre chaudière, ce résumé vous aidera à comprendre en quoi vous investissez réellement et ce que vous pouvez ou non attendre de ce système.

L’ensemble solaire se compose de quatre composants interconnectés.

Quels composants contient l’ensemble solaire et comment il collabore avec la chaudière

Le système solaire n’est pas un seul appareil, mais un ensemble de plusieurs composants interconnectés. Sur le toit se trouvent les capteurs solaires thermiques, dont la fonction est de capturer le rayonnement solaire et de le transformer en chaleur dans le liquide caloporteur – un mélange d’eau et d’un antigel qui doit résister au froid en hiver et aux fortes températures en été, lorsque le capteur n’est pas utilisé (par exemple pendant les vacances). Ce liquide circule dans un circuit fermé vers la pièce technique, où il transmet sa chaleur via l’échangeur du ballon solaire.

Le ballon solaire est le point central où le circuit solaire rencontre le système de chauffage existant du ménage. La chaudière (gaz, électrique ou toute autre source de chaleur) continue à chauffer l’eau dans le ballon jusqu’à la température souhaitée, chaque fois qu’il n’y a pas suffisamment de chaleur solaire – en pratique, cela signifie que le système complète la source principale de chaleur, mais ne la remplace pas. L’ensemble solaire peut couvrir au maximum le chauffage de l’eau chaude sanitaire pendant les mois d’été, lorsque le rayonnement solaire est abondant et la consommation de chaleur pour le chauffage des pièces est minimale ou nulle.

L’unité de régulation est le « cerveau » de l’ensemble – elle compare la température du capteur avec celle du ballon et, sur la base de cette différence, décide si le démarrage de la circulation est justifié. L’unité de pompage est à son tour le « cœur » – elle assure physiquement le mouvement du liquide dans le circuit. Sans aucun de ces éléments, le système ne fonctionnerait pas ou ne fonctionnerait pas efficacement (par exemple, la pompe pourrait tourner même lorsque le capteur est plus froid que le ballon, ce qui entraînerait une perte de chaleur au lieu d’un apport). Un aperçu complet de la manière de choisir l’ensemble approprié pour une maison particulière se trouve dans l’article Comment choisir un système solaire pour le chauffage de l’eau.

Le choix du type de capteur dépend de savoir s’il s’agit principalement d’un chauffage estival ou d’une performance hors saison.

Capteurs plans ou capteurs à vide – comment choisir

Lors du choix d’un capteur, on résout presque toujours la question de savoir s’il faut choisir un modèle plan ou tubulaire (à vide). Les capteurs plans possèdent une surface d’absorption recouverte de verre trempé, monté dans un cadre isolé. Leur principal avantage est leur prix d’acquisition plus faible et leur meilleure résistance mécanique – ils supportent par exemple mieux la grêle que les tubes plus fragiles des capteurs à vide. Pour le chauffage de l’eau chaude sanitaire habituel dans nos conditions climatiques, les capteurs plans suffisent généralement pleinement et sont donc le choix le plus fréquent lorsqu’on installe un chauffage solaire comme complément à la chaudière.

Les capteurs solaires à vide (en tubes), quant à eux, atteignent un meilleur rendement notamment à basse température extérieure et avec une faible intensité de rayonnement solaire – c’est-à-dire typiquement en hiver, au printemps ou en automne, lorsque le soleil n’est pas si intense et que l’air est froid. Cette propriété a toutefois un prix, à la fois littéralement et figurativement : les capteurs à vide sont plus chers et plus fragiles que les versions plates. Lors du choix, il dépend donc surtout de savoir quelle fonction le système solaire doit jouer dans une maison particulière – si l’objectif est principalement d’obtenir un chauffage d’eau chaude sanitaire (ECS) bon marché en été, complémentaire à la chaudière, les capteurs plats constituent une option logique et économique. Si, au contraire, le but est d’exploiter autant que possible l’énergie solaire aussi en dehors des mois d’été, les capteurs à vide offrent de meilleures performances, mais au prix d’un investissement plus élevé et d’une manipulation plus prudente lors de l’installation et pendant l’exploitation (par exemple lors du déneigement du toit).

Pour une comparaison détaillée des deux types de capteurs, y compris leur adaptabilité aux différents types de bâtiments, consultez l’article séparé Capteurs solaires plats vs. capteurs solaires à vide. Vous y trouverez également des informations sur ce à quoi il faut penser lors du choix d’un modèle particulier.

Réservoir solaire – réservoir à deux échangeurs thermiques

Un ballon d’eau chaude électrique ordinaire n’est pas adapté pour le chauffage solaire, car il ne dispose pas d’un échangeur connecté au circuit solaire. Un réservoir solaire comporte, par rapport à un ballon classique, au moins un échangeur thermique connecté au circuit solaire – très souvent même deux échangeurs, dont le second sert à compléter le chauffage par la chaudière lorsque l’énergie solaire est insuffisante. Grâce à cette disposition, l’eau dans le réservoir est chauffée indirectement : le fluide caloporteur du circuit solaire circule séparément dans son propre circuit fermé et n’entre jamais en contact direct avec l’eau utilisée à la maison, que vous faites couler du robinet.

Cette séparation est importante pour deux raisons. D’une part, le fluide caloporteur du circuit solaire contient une composante antigel et n’est pas destiné à un contact direct avec l’eau potable. D’autre part, grâce aux deux échangeurs indépendants, le réservoir peut recevoir de la chaleur simultanément de deux sources différentes – du soleil via le circuit solaire et de la chaudière via le circuit de chauffage classique – et combiner intelligemment ces deux sources selon leur disponibilité. En pratique, cela signifie que, par une journée ensoleillée d’été, la chaleur est presque exclusivement fournie par le circuit solaire, tandis que, par une journée nuageuse d’hiver, la charge presque entière est prise en charge par la chaudière via le second échangeur – le réservoir ne commute pas manuellement entre ces modes, mais reçoit simplement la chaleur de la source la plus chaude à un moment donné.

Le choix de la bonne taille et configuration du réservoir solaire dépend du nombre de personnes dans le ménage, de la surface des capteurs, ainsi que de savoir si le réservoir doit servir uniquement pour l’ECS ou doit également contribuer partiellement au chauffage. Un guide détaillé pour le choix d’un réservoir particulier se trouve dans l’article Quel réservoir solaire avez-vous besoin.

Unité de régulation et groupe de pompage – cerveau et circulation du système

L’unité de régulation (solaire) compare en permanence la température du capteur et celle du réservoir à l’aide de capteurs installés aux deux endroits. Dès qu’un écart de température prédéfini est détecté entre le capteur et le réservoir, l’unité de régulation active la pompe à circulation du groupe solaire et le transfert de chaleur commence vers le réservoir. Dès que l’écart tombe en dessous de la limite définie (par exemple le soir, lorsque le soleil se couche, ou lorsque le réservoir est déjà suffisamment chauffé), la pompe est à nouveau désactivée – le système fonctionne donc automatiquement, sans nécessiter d’intervention manuelle.

L’unité de pompage assure physiquement la circulation du fluide caloporteur et contient généralement, dans un seul bloc compact, la pompe à circulation elle-même, des vannes de fermeture, des manomètres et des thermomètres pour contrôler la température et la pression dans le circuit, ainsi qu’une soupape de sécurité en cas de surpression. Cette solution compacte facilite considérablement l’installation et l’entretien ultérieur – tous les éléments importants sont clairement regroupés en un seul endroit au lieu d’être dispersés dans toute la pièce technique.

C’est précisément pourquoi l’unité de régulation et le groupe de pompage doivent être mutuellement compatibles et correctement configurés, ce qui justifie d’accorder à leur choix la même attention que celle portée aux capteurs eux-mêmes. Pour en savoir plus sur la façon dont ces deux composants fonctionnent ensemble et sur ce à quoi il faut faire attention lors de leur combinaison, consultez l’article Unités de régulation et groupes de pompage des systèmes solaires.

Distribution entre le capteur et la pièce technique

Le fluide caloporteur doit parcourir la distance du capteur installé sur le toit jusqu’au réservoir solaire dans la pièce technique, souvent via un sous-sol, un puits ou la façade de la maison. Pour cette distribution, on utilise traditionnellement des tubes en cuivre ou en inox classiques, que l’on isole directement sur place lors de l’installation – c’est-à-dire que l’installateur doit d’abord poser les tubes et ensuite les isoler étape par étape contre les pertes de chaleur et les influences climatiques.

Une alternative est le tube flexible 2 en 1 pré-isolé, qui conduit à la fois le tube d’alimentation et le tube de retour (retour) dans un seul revêtement flexible, déjà isolé depuis la production. Cette conception réduit considérablement le temps d’installation, car il n’est pas nécessaire de faire d’isolation supplémentaire ni sur le toit, ni dans le puits – il suffit de tendre le tube du point A au point B et de le raccorder. Pour les entreprises d’installation ainsi que pour les ménages qui rénove le toit ou disposent d’un temps limité pour l’installation, c’est une solution pratique qui réduit le risque d’erreur lors de l’isolation sur le toit en hauteur.

Les sections courtes de distribution, par exemple directement dans la pièce technique lors de la connexion au groupe de pompage ou au réservoir, sont souvent réalisées à l’aide d’un tube ondulé en inox flexible, qui résiste aux hautes températures courantes dans le circuit solaire, surtout lorsque le capteur n’est pas débranché et que le fluide peut atteindre des températures élevées.

Le choix entre le tuyau classique et le tuyau flexible 2 en 1 dépend principalement de la longueur du tracé, de l’accessibilité du toit et du temps dont l’entreprise d’installation dispose pour l’installation. Une analyse détaillée des deux solutions se trouve dans l’article Tuyaux solaires et vagues inox – comment fonctionnent-ils.

Fixation des capteurs selon le type de toit

Les capteurs ne peuvent pas être simplement placés sur le toit – ils nécessitent une structure d’installation spécialisée adaptée exactement au type de toit et aux dimensions du capteur concerné. Sur un toit pentu, la structure varie selon le type de couverture – les tuiles, le tôle ou le bardage nécessitent des méthodes d’ancrage différentes pour éviter d’endommager la couverture lors de l’installation et garantir une fixation stable à long terme, même en cas de vent fort ou de charge de neige.

Sur un toit plat, on utilise en revanche une structure d’installation avec un inclinaison réglable, généralement d’au moins 15 degrés. Cet inclinaison minimal n’est pas une coïncidence – il permet au capteur de se nettoyer naturellement par la pluie, qui s’écoule sur la surface inclinée du capteur et emporte poussière et saletés. Sans inclinaison suffisante, la saleté pourrait s’accumuler à long terme sur la surface du capteur, ce qui réduirait son rendement. En plus des toits pentus et plats, il est possible d’installer des capteurs sur une façade ou directement sur le sol, si la configuration du terrain et l’orientation ensoleillée le permettent.

Il est essentiel que la structure d’installation corresponde exactement aux dimensions du type de capteur concerné – il ne s’agit pas d’un composant universel qui conviendrait à tout, mais d’un composant conçu spécifiquement pour un modèle bien défini et un type de toit.

Si vous faites face à une toiture atypique ou si vous ne savez pas quelle structure convient à votre capteur, vous trouverez un aperçu des différentes solutions selon le type de toit dans l’article Fixation des capteurs – toit pentu, toit plat, façade.

Les prix des différents composants d’un système solaire varient fortement selon le type et la fonction.

Vase d’expansion, remplissage et pression dans le circuit solaire

Le circuit solaire est un système fermé sous pression, ce qui signifie que le fluide calorigène y circule en permanence sans contact avec l’air ambiant. Lors des températures élevées atteintes par le fluide sur le capteur en été, son volume augmente – c’est précisément pour compenser cette dilatation volumique que sert la vase d’expansion du circuit solaire. Sans celle-ci, la pression croissante dans le système pourrait endommager les tuyaux, les raccords ou même le capteur lui-même.

Le système est rempli et désembouché à l’aide d’une pompe à remplissage manuelle ou électrique via des robinets de remplissage, comme c’est d’habitude le cas dans un circuit de chauffage ordinaire d’une maison. Ce remplissage n’est pas une opération unique effectuée uniquement lors de l’installation – au cours du fonctionnement du système, il peut être nécessaire de le recharger ou de le désemboucher à nouveau, par exemple après une intervention de SAV ou si une bulle d’air se forme dans le système et empêche la circulation normale du fluide.

La vérification de la pression dans le circuit solaire fait partie des tâches fondamentales que l’utilisateur d’un système solaire devrait surveiller – c’est précisément pour cela que l’unité de pompage est équipée d’un manomètre, afin que la pression actuelle soit toujours visible. Des informations plus détaillées sur le SAV, le remplissage et les pannes les plus fréquentes des systèmes solaires se trouvent dans l’article SAV, remplissage et pannes courantes des systèmes solaires.

Chauffage solaire au cours de l’année – été, périodes intermédiaires, hiver

Le rendement d’un système solaire varie fortement selon la saison. En été, lorsque l’irradiation solaire est la plus élevée et que la maison n’est pas chauffée, l’installation solaire peut assurer une grande partie du chauffage de l’eau chaude sanitaire – la chaudière n’est alors activée que rarement, voire pas du tout, car le ballon est suffisamment chauffé directement par le soleil. C’est précisément ce gain qui est le principal et le plus réel apport d’un complément solaire à une chaudière, auquel chaque personne intéressée devrait d’abord penser lorsqu’elle décide d’investir.

En période intermédiaire, c’est-à-dire au printemps et en automne, l’irradiation solaire est moindre et son intensité varie selon la météo – le système solaire contribue alors partiellement au chauffage de l’eau, mais la chaudière doit régulièrement compléter via un deuxième échangeur dans le ballon solaire. En hiver, lorsque l’ensoleillement est le plus faible et que le besoin de chaleur pour le chauffage est le plus élevé, la charge du chauffage de l’eau et du chauffage est presque entièrement prise en charge par la source de chaleur principale – la chaudière ou la pompe à chaleur. Le système solaire n’est donc pas, ni ne doit être, conçu comme une alternative à la chaudière, mais comme un complément qui économise le plus lors des mois où la chaudière fonctionnerait autrement de manière inefficace à cause d’une faible demande d’eau chaude.

La procédure exacte d’installation de ce type d’installation, pas à pas – de l’ancrage des capteurs via la distribution des tuyaux jusqu’à la connexion du ballon, de l’unité de pompage et de l’unité de commande – se trouve dans l’article Installation d’un système solaire – procédure pas à pas.

Exemples concrets de la pratique

Maison familiale avec toit pentu orienté au sud. Une famille de quatre personnes utilisait exclusivement une chaudière à condensation avec un chauffe-eau à accumulation pour le chauffage de l’eau chaude sanitaire dans sa maison familiale. Même en été, lorsque le chauffage n’était pas nécessaire, la chaudière s’activait régulièrement uniquement pour chauffer l’eau nécessaire à la douche et au lavage. Lors de la rénovation du toit, la famille a décidé d’ajouter des capteurs solaires plats, qui, en raison du toit pentu recouvert de tuiles, ont été fixés à l’aide d’une structure d’installation spécialement conçue pour ce type de toit. L’ancien chauffe-eau à accumulation a été remplacé par un ballon solaire doté de deux échangeurs – un pour le circuit solaire, l’autre pour le raccordement à la chaudière. Le pilotage de la pompe a été pris en charge par une régulation solaire, qui compare la température du capteur et celle du ballon et active le circulateur uniquement lorsque le transfert de chaleur est pertinent. Comme la rénovation du toit s’est déroulée en même temps que le remplacement de la couverture, un tuyau flexible 2 en 1 isolé à l’avance a été utilisé pour le raccord entre les capteurs et la pièce technique, ce qui a permis une installation plus rapide sans nécessiter d’isolation supplémentaire sur le toit en hauteur. Le résultat est que, pendant les mois d’été, la chaudière dans cette maison a pratiquement arrêté de s’activer pour le chauffage de l’eau – la chaleur est presque exclusivement fournie par le circuit solaire, la chaudière servant uniquement de secours pour les jours nuageux.

Bungalow à toiture plate. Le propriétaire d’un bungalow à toiture plate souhaitait compléter la chaudière électrique existante par un chauffage solaire de l’eau chaude sanitaire. Comme la toiture était plate, il était nécessaire de choisir une structure de montage avec une pente réglable d’au moins 15°, afin que le capteur puisse se nettoyer naturellement par la pluie et ne s’encrasse pas de poussière provenant de la toiture. Un court tronçon de distribution dans la propre pièce technique, où le tuyau était raccordé à l’unité pompe et au ballon, a été résolu à l’aide d’un tuyau inox flexible (ondulé), qui supporte bien les hautes températures atteintes par le fluide caloporteur en été, lorsque la demande est faible. La régulation solaire a pris en charge la commande, raccordée aux capteurs du capteur et du ballon. Lors de la mise en service initiale du système, il a fallu remplir et purger le circuit par une pompe de remplissage via les vannes de remplissage – une opération courante, que l’entreprise d’installation a effectuée directement lors de la livraison du système. Le propriétaire a ainsi obtenu une source complémentaire de chauffage de l’eau sans intervenir sur la chaudière électrique existante, qui continue à servir comme source principale de chaleur en dehors des mois d’été.

Questions fréquentes sur le chauffage solaire comme complément à la chaudière

Est-ce que le système solaire remplace complètement ma chaudière ?
Non. Le système solaire complète la source principale de chaleur – la chaudière ou la pompe à chaleur – mais ne la remplace pas pleinement. Il peut au maximum couvrir le chauffage de l’eau chaude sanitaire en été, lorsque l’irradiation solaire est suffisante. En hiver et pendant la saison de chauffage, la charge principale est toujours prise en charge par la chaudière.

Quel type de capteur est plus adapté – plan ou à vide ?
Les capteurs plans sont moins chers et plus résistants mécaniquement, par exemple face aux grêlons, et suffisent généralement pour le chauffage de l’eau chaude sanitaire dans nos conditions climatiques. Les capteurs à vide (tubulaires) ont un meilleur rendement à basse température et sous faible irradiation solaire, mais sont plus chers et plus fragiles. Le choix dépend de savoir si l’on souhaite surtout un chauffage estival bon marché, ou une performance aussi en dehors de l’été.

Qu’est-ce qu’un ballon solaire et pourquoi un simple chauffe-eau ne suffit pas ?
Le ballon solaire dispose, par rapport à un simple chauffe-eau, d’au moins un échangeur de chaleur raccordé au circuit solaire, souvent d’un deuxième échangeur pour le raccordement à la chaudière. L’eau est chauffée indirectement – le fluide caloporteur circule séparément dans un circuit fermé et ne entre pas en contact avec l’eau sanitaire. Le simple chauffe-eau ne dispose pas de cet échangeur, donc il n’est pas possible de raccorder facilement le circuit solaire à lui.

L’unité de commande active et désactive automatiquement la pompe selon la différence de température entre le capteur et le ballon.

Comment l’unité de commande sait-elle quand activer la pompe ?
L’unité de commande compare la température du capteur et celle du ballon à l’aide de capteurs. Lorsque le capteur est plus chaud que le ballon d’une différence réglée, l’unité active la pompe circulatrice du groupe solaire. Lorsque la différence diminue, la pompe est désactivée, afin d’éviter le transfert de chaleur dans le sens inverse.

Quelle est la différence entre le tuyau classique et le tube flexible 2 en 1 ?
Le tuyau classique en cuivre ou inox doit être isolé séparément sur place après le montage. Le tube flexible 2 en 1, déjà isolé, transporte à la fois l’alimentation et le retour dans un seul et même gainage flexible isolé, donc il n’est pas nécessaire d’isoler séparément ni sur la toiture, ni dans la gaine – le montage est ainsi plus rapide.

Comment les capteurs sont-ils fixés sur différents types de toitures ?
Les capteurs sont fixés par une structure de montage spécialisée selon le type de toiture : sur une toiture inclinée selon le type de couverture (ardoises, tôles, bardeaux), sur une toiture plate par une structure avec pente réglable, généralement d’au moins 15° pour le nettoyage par la pluie, ou éventuellement sur une façade ou au sol. La structure doit correspondre exactement aux dimensions du type de capteur concerné.

Pourquoi le circuit solaire a-t-il besoin d’un vase d’expansion ?
Le circuit solaire est un système fermé sous pression. Lorsque la température du fluide caloporteur augmente, son volume s’accroît, et le vase d’expansion compense cette dilatation – sans lui, la pression excessive pourrait endommager les tuyaux, les raccords ou le capteur.

Comment le système solaire est-il rempli et purgé ?
Le circuit solaire est rempli et purgé manuellement ou électriquement par une pompe de remplissage via les vannes de remplissage, de la même manière qu’un circuit de chauffage domestique. Il s’agit d’une opération nécessaire non seulement lors de l’installation initiale, mais aussi occasionnellement plus tard, par exemple après une intervention de SAV.

Dois-je traiter séparément l’entretien du système solaire par rapport à la chaudière ?
Le circuit solaire est un système fermé autonome avec sa propre unité pompe, qui contient également des manomètres pour contrôler la pression – ce qui permet de surveiller facilement l’état du système. Des détails sur l’entretien, le remplissage et les pannes les plus fréquentes sont disponibles dans un article séparé consacré à ce sujet, le lien est indiqué ci-dessous dans les sujets liés.

Sujets liés

• Comment choisir un système solaire pour le chauffage de l’eau
• Capteurs solaires plats vs. à vide
• Quel ballon solaire est nécessaire
• Tuyaux solaires et tubes inox ondulés – comment fonctionnent-ils
• Unités de commande et groupes de pompage des systèmes solaires
• Fixation des capteurs – toiture inclinée, toiture plate, façade
• Installation d’un système solaire – procédure pas à pas
• Entretien, remplissage et pannes courantes des systèmes solaires
• Questions fréquentes sur les installations solaires et les capteurs

Avez-vous une question concernant les systèmes solaires ou les capteurs solaires thermiques ?

Hésitez-vous ou faites-vous face à une situation particulière dans votre foyer ? Écrivez-nous – nous vous conseillons avec plaisir.

Nom et prénom Ne remplissez pas ce champ :

Email

Message