Panneau solaire thermique : fonctionnement, prix, avantages
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Les panneaux solaires thermiques permettent de produire de la chaleur grâce à l'énergie solaire, à la différence des panneaux photovoltaïques qui produisent de l'électricité à partir de la lumière du Soleil. Bien qu'étant moins répandues, les installations thermiques sont une solution efficace et rentable pour produire de l'eau chaude sanitaire, et parfois du chauffage lorsqu'il s'agit de systèmes combinés. En outre, cette solution permet de réduire de 40% sa facture énergétique. Fonctionnement, avantages et inconvénients d'un tel système, budget et conseils.
Comment fonctionnent les panneaux solaires thermiques ?
Les panneaux solaires thermiques permettent de produire de la chaleur grâce à l'énergie solaire, à ne pas confondre avec les panneaux photovoltaïques qui produisent de l'électricité. Ainsi, une installation thermique est utilisée pour la production d'eau chaude sanitaire et, selon le modèle, d'une partie du chauffage d'un logement.
Principe de fonctionnement des panneaux solaires thermiques
Le principe de fonctionnement d'un panneau solaire thermique repose sur le chauffage d'un fluide caloporteur grâce au captage des rayons du soleil. Une fois réchauffé, ce fluide rejoint le ballon de stockage dans lequel il réchauffe l'eau sanitaire utilisée dans le logement.
On distingue deux types d'installations de panneaux solaires thermiques, dont le fonctionnement diffère légèrement :
- Le chauffe-eau solaire individuel : aussi appelé CESI, le chauffe-eau solaire individuel est une installation classique permettant de produire de l'eau chaude sanitaire à l'aide des capteurs solaires reliés au ballon d'eau chaude ;
- Le chauffage solaire ou système solaire combiné (SSC) : comme son nom l'indique, il s'agit d'un système plus complexe, relié à deux circuits, l'un pour gérer la production d'eau chaude sanitaire, et le second pour alimenter le système de chauffage. Si ce système est avantageux, il n'est réellement intéressant que pour les maisons très bien isolées et disposant d'assez de place pour accueillir un ballon de 500 à 1000 litres.
Les différents capteurs
Comme mentionné plus haut, un panneau solaire thermique est équipé de capteurs solaires pour pouvoir capter les rayons du soleil. Il faut savoir qu'il existe différentes technologies de capteurs sur le marché, avec différents fonctionnements et caractéristiques.
Capteur plan vitré
Le capteur plan vitré utilise la technique de l'effet de serre, c'est-à-dire qu'il piège les rayons du soleil à l'intérieur du capteur, à l'aide d'une caisse isolée couverte par un vitrage. La vitre est conçue pour résister aux intempéries et pour présenter un faible niveau de réflexion afin d'emmagasiner un maximum de chaleur.
Avec ce système, les plans vitrés peuvent capter en moyenne 350 kWh par m² et par an. Le capteur plan vitré est la technologie de panneau solaire thermique la plus répandue, car il est robuste et présente un bon rapport prix/performance.
Capteur plan non vitré
Le capteur plan non vitré fonctionne très différemment, parce qu'il est constitué d'un absorbeur sans caisse et sans vitrage. Les tubes dans lesquels passe le fluide caloporteur sont donc directement exposés au soleil. Grâce à cette technologie minimaliste qui réduit son coût de fabrication, le panneau solaire thermique avec capteur plan non vitré est beaucoup moins coûteux.
Il est toutefois beaucoup moins répandu que le capteur plan vitré, car l'isolation du panneau est souvent faible. C'est un système qui est surtout utilisé pour le pré-chauffage ou le chauffage d'une piscine. L'avantage qu'il a sur le capteur plan vitré, néanmoins, est qu'il a un faible risque de surchauffe.
Capteur tubulaire
Le capteur tubulaire ou à tubes sous vide est un type de panneau solaire thermique plus avancé. Il n'est d'ailleurs pas encore très développé en France et est bien plus onéreux. Comme son nom l'indique, ce type de panneau est constitué d'une série de tubes transparents qui isolent l'absorbeur. Ce système peut capter en moyenne 500 kWh par m² et par an.
Le capteur tubulaire a de nombreux avantages :
- Il est moins sensible aux ombrages ;
- Il est plus facile à installer grâce à des ailettes inclinables et orientables ;
- Le rendement est très intéressant (cependant, le risque de surchauffe l'est aussi, et c'est pourquoi il est à éviter dans certaines régions).
Quelle surface de panneaux solaires thermiques prévoir ? Il est important de bien dimensionner les panneaux solaires thermiques selon de nombreux critères comme les besoins du logement, la composition du foyer, la localisation, etc. Il est difficile de déterminer précisément la surface idéale sans étudier ces différents paramètres. Toutefois, en moyenne, on estime que la surface des capteurs solaires nécessaire pour un chauffe-eau solaire individuel est de 1 à 1,5 m² par personne, et 1 m2 pour 6 à 10 m2 chauffés pour un système solaire combiné.
Les systèmes
Ballon de stockage séparé
Comme son nom l'indique, avec ce système, les panneaux solaires et le ballon sont séparés. Le plus souvent, les panneaux solaires thermiques sont posés sur le toit de la maison, tandis que le ballon est installé à l'intérieur. Ce système est avantageux dans les régions très froides, par exemple, car le ballon, étant à l'abri, est protégé du gel. Il a aussi pour avantage d'être plus esthétique, car camouflé (généralement dans les combles).
Cependant, le système à éléments séparés coûte plus cher, du fait de sa configuration plus complexe. Il y a aussi certaines règles et mesures de sécurité à respecter lors de l'installation de ce type de système. Par exemple, le ballon doit absolument être placé plus haut que le capteur solaire.
Qu'est-ce qu'un système auto-vidangeable ? Il existe aussi des systèmes à éléments séparés avec une option d'auto-vidange, où les panneaux se vidangent automatiquement dans un réservoir prévu à cet effet. Ces systèmes sont encore plus intéressants, car comme les panneaux se vident de leur eau, il n'y a plus de risques de gel ou de surchauffe.
Système monobloc
Le système monobloc est le type de chauffe-eau solaire le moins coûteux, car plus facile à installer et à transporter. Avec ce système, le ballon d'eau chaude est directement relié juste au-dessus des panneaux solaires thermiques.
Malgré ses nombreux avantages, le système monobloc est surtout adapté à des petites maisons qui n'ont pas de gros besoins en eau sanitaire. Par conséquent, il est plus recommandé dans des régions ensoleillées ou aux températures douces, car le ballon ici n'est pas très bien isolé et l'eau qu'il contient peut refroidir assez rapidement.
Autre inconvénient, comme le ballon est posé sur le toit avec les panneaux solaires thermiques, il ne passe pas inaperçu - ce qui peut impacter l'esthétique du logement.
Panneaux solaires thermiques : pour quelle utilisation ?
Quel entretien prévoir pour des panneaux solaires thermiques ? En règle générale, les panneaux solaires ont l'avantage de ne nécessiter que peu d'entretien. En effet, la pluie suffit à débarrasser les panneaux des différentes salissures (feuilles d'arbres, poussières, etc.). Toutefois, pour les panneaux solaires thermiques, il est conseillé d'effectuer une fois par an une maintenance préventive, en faisant appel à un professionnel qualifié. Cela permet de s'assurer le bon fonctionnement des panneaux et un bon rendement. Pendant l'entretien, le professionnel va vérifier la pression, contrôler l'état du fluide caloporteur, contrôler les différents organes de sécurité, vérifier l'étanchéité de l'installation et surveiller l'anode au magnésium qui assure la protection du réservoir.
Le panneau solaire thermique est essentiellement utilisé pour la production d'eau chaude sanitaire, comme mentionné plus haut. Toutefois, selon la technologie, le système et le modèle choisi, il peut avoir d'autres usages. Ci-dessous ses utilisations principales :
- L'eau chaude sanitaire : le panneau solaire thermique capte les rayons du soleil pour produire de la chaleur servant à chauffer l'eau à utiliser dans le logement (la douche, la cuisine, etc.) ;
- Le chauffage : lorsqu'il s'agit d'un système solaire combiné, le panneau solaire thermique peut à la fois gérer la production d'eau chaude et l'alimentation des radiateurs pour produire du chauffage dans le logement ;
- La cogénération : dans ce cas, l'installation permet de produire de l'électricité lorsque le besoin en eau chaude est faible ;
- La climatisation : il est aussi possible d'utiliser le panneau solaire thermique pour la climatisation. Dans ce cas, le système permet de produire de l'eau glacée en été pour la climatisation, de l'eau chaude en hiver pour le chauffage, et de l'eau chaude sanitaire tout au long de l'année.
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Comment améliorer le rendement d'une installation solaire thermique ?
Le rendement d'une installation solaire thermique correspond au rapport entre l'énergie reçue par les panneaux, et celle réellement transformée. Ainsi, plus le rendement est élevé, plus l'installation est performante et rentable. Différents facteurs sont à considérer pour optimiser et améliorer ce rendement.
- Inclinaison et orientation
- Taux de couverture
- Éviter les risques de masques solaires
- Prévenir les surchauffes
Inclinaison et orientation
Pour conserver un bon rendement et une bonne rentabilité des panneaux solaires, il faut surtout limiter les pertes thermiques. L'inclinaison et l'orientation des panneaux solaires thermiques jouent un rôle important ici. Les experts préconisent une inclinaison aux alentours de 40 à 45°, mais cela dépend fortement de la région.
Pour l'orientation, il faut orienter les panneaux plein-sud, pour qu'ils captent un maximum de rayons de soleil tout au long de la journée. Une orientation vers le sud-est ou le sud-ouest reste également correcte.
Taux de couverture
Le taux de couverture correspond à la surface des panneaux solaires, et donc au dimensionnement de l'installation. C'est un élément important, car il faut s'assurer que les panneaux solaires thermiques répondent bien aux besoins du logement. Sous-dimensionnés, ils ne produiront pas assez. À l'inverse, si la surface est trop importante, les panneaux risquent d'occasionner un surplus en été, ce qui peut causer des surchauffes et pannes.
Le taux de couverture est déterminé par rapport à un ensemble de paramètres comme les apports solaires, l'inclinaison, l'orientation, les besoins du foyer, etc.
Éviter les risques de masques solaires
Les masques solaires sont tout simplement des zones d'ombre. En effet, les zones d'ombrage peuvent faire chuter le rendement d'un panneau solaire thermique (d'une manière moins drastique qu'un panneau solaire photovoltaïque cependant). Voilà pourquoi il est primordial de poser ses panneaux solaires en évitant les éléments qui pourraient empêcher le rayonnement solaire d'atteindre les panneaux. Les masques solaires peuvent être :
- Des éléments du toit comme les cheminées ou encore les antennes ;
- Les immeubles à proximité ou même les poteaux électriques ;
- Les arbres, dont il faut faire attention même si c'est un élément difficile à anticiper, car les arbres peuvent pousser à des endroits que l'on ne peut pas toujours prévoir.
Prévenir les surchauffes
Une installation de panneaux solaires thermiques qui surchauffe ne peut avoir que des mauvaises conséquences. Non seulement, cela peut endommager l'installation, mais peut aussi impacter son rendement et sa performance. Lorsque les panneaux solaires surchauffent, la température de l'eau peut monter à plus de 200°C.
Heureusement, les installations thermiques sont déjà conçues pour pallier surchauffes. Par ailleurs, il y a aussi des précautions à prendre pour prévenir les risques :
- Bien dimensionner l'installation : pour assurer que l'installation répond suffisamment aux besoins du foyer, sans avoir à fonctionner trop intensément et sans surplus non plus ;
- Opter pour une fonction d'auto-vidange : il est possible de faire une vidange manuelle, mais elle est difficile à doser. Il est donc plus recommandé d'opter pour un système avec auto-vidange ;
- Utiliser une fonction de refroidissement nocturne : certaines technologies permettent de faire baisser la température des capteurs la nuit pour que les panneaux ne surchauffent pas le jour.
Avantages et inconvénients des panneaux solaires thermiques
Même si les panneaux solaires thermiques sont moins répandus que les panneaux solaires photovoltaïques, ils représentent une solution très efficace, économique et écologique pour produire de l'eau chaude sanitaire, surtout quand on sait que l'eau chaude occupe une part importante dans le budget annuel des ménages.
Avant d'investir dans cette installation toutefois, il est essentiel de peser le pour et le contre, afin de déterminer si elle peut réellement répondre à ses besoins :
Les avantages des panneaux solaires thermiques
- Solution d'énergie compatible à l'exigence ENR de la RT 2012
- Installation éligible à de nombreuses aides de l'État
- Système utilisant les énergies renouvelables
- Solution économique et très intéressante pour ceux qui disposent d'un plancher chauffant ou de radiateurs à eau, avec le système combiné
- Moins de contraintes techniques que les panneaux photovoltaïques (inclinaison plus libre, moins sensible aux zones ombre, etc.)
- Plusieurs technologies et systèmes au choix pour s'adapter à différents besoins
Les inconvénients des panneaux solaires thermiques
- Une solution qui nécessite souvent une seconde source de chaleur, car ne peut pas être à 100% autonome
- Un équipement sensible au froid (risque de gel)
- Une solution qui présente des risques de surchauffe
- Un entretien plus contraignant que les panneaux solaires photovoltaïques (idéalement une maintenance annuelle par un professionnel)
Comment faire installer des panneaux solaires thermiques ?
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Il existe aujourd'hui des kits de panneaux solaires thermiques que l'on peut installer soi-même. Cependant, pour une installation aux normes et éligible aux aides de l'État, il est fortement recommandé de se tourner vers un professionnel. À savoir qu'un professionnel sera en mesure d'effectuer une étude de faisabilité et de dimensionner correctement l'installation, ce qui garantit le bon fonctionnement et la sécurité des panneaux.
Choisir une entreprise RGE
Pour garantir une installation aux normes, il est conseillé de se tourner vers un professionnel certifié RGE (Reconnu Garant de l'Environnement). D'ailleurs, pour ceux qui décident de demander des aides pour installer leurs panneaux solaires, il faut savoir que le recours à un artisan RGE est un des critères obligatoires.
Avant de choisir son installateur, il peut être intéressant de faire jouer la concurrence en demandant plusieurs devis. Généralement, les devis sont gratuits et sans engagement.
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Le budget à prévoir
L'installation des panneaux solaires thermiques demande un certain investissement de départ. Il faut aussi savoir qu'un ballon d'eau chaude classique n'est pas compatible avec un panneau solaire thermique. Il faudra investir dans un nouveau ballon solaire spécialement conçu pour ces installations.
Selon l'ADEME, une installation de chauffe-eau solaire coûte entre 900 et 1700€ / m² de capteur (coût et matériel compris).
Est-il possible de fabriquer soi-même ses panneaux solaires thermiques ? Il est tout à fait possible de fabriquer soi-même ses panneaux solaires thermiques, mais il faut avoir une certaine connaissance technique et de bricolage. Aucune loi n'empêche les particuliers de bricoler eux-mêmes leur propre chauffe-eau solaire. Comme alternative, il existe aussi des kits solaires thermiques qui sont des kits de matériels prêts à installer.
Quel budget pour des panneaux solaires thermiques ?
Combien coûtent les panneaux solaires thermiques ?
Le prix des panneaux solaires thermiques peut varier selon différents facteurs comme le type de panneau, la taille de l'installation, la contenance du ballon d'eau chaude ou encore l'entreprise RGE choisie.
Si l'on se réfère toutefois à la moyenne donnée par l'ADEME, soit entre 900 et 1700€ / m² de capteur comme mentionné plus haut, cela représente :
- En moyenne 3 600 à 6 800€ pour 4 m2 de capteur et un ballon de 300L, suffisants pour une famille de 4 personnes ;
- Entre 14 000 et 18 000€ pour un système combiné.
Quelles aides financières pour l'installation de panneaux solaires thermiques ?
Les panneaux solaires thermiques sont éligibles à plusieurs aides financières :
- MaPrimeRénov’ ;
- L’éco-prêt à taux zéro ;
- La TVA réduite à 5,5% ;
- La prime énergie.
Elles sont pour la plupart cumulables entre elles et permettent de réduire considérablement le montant des travaux.
| - | MaPrimeRénov' | Éco-prêt taux à taux zéro | MaPrimeRénov' Sérénité | TVA réduite |
|---|---|---|---|---|
| MaPrimeRénov' | - | |||
| Éco-prêt à taux zéro | - | |||
| MaPrimeRénov' Sérénité | - | |||
| TVA réduite | - |
Augmentation de la prime CEE pour les systèmes solaires combinés au 1 er mars 2024 A partir du 1 er mars 2024, le montant du dispositif Coup de Pouce Chauffage pour le remplacement d'une chaudière individuelle fioul gaz ou charbon est de 5 000 €, peu importe les ressources du foyer.
Questions fréquemment posées
Quel est le meilleur panneau solaire thermique ?
Il serait difficile de dire qu'un panneau solaire thermique est meilleur qu'un autre. En effet, pour les régions chaudes, les modèles non vitrés, moins onéreux conviennent parfaitement. À l'inverse, il faudra opter pour des modèles plus performants dans des régions froides.
Les capteurs à plan non vitré sont idéaux pour une utilisation occasionnelle, comme une résidence secondaire ou une piscine, dans des régions chaudes et avec un petit budget.
Les capteurs à plan vitré sont plus adaptés pour une utilisation quotidienne avec un budget modéré et un bon rendement.
Les capteurs sous vide sont les plus performants, ils conviennent pour des besoins importants en eau chaude sanitaire et pour assurer une partie de la production de chauffage, mais ils nécessitent un budget confortable.
Quelle différence entre panneau thermique et photovoltaïque ?
Les panneaux solaires photovoltaïques transforment les rayons du soleil en électricité, tandis que les panneaux solaires thermiques utilisent cette dernière pour chauffer de l'eau sanitaire, ou un fluide caloporteur.