Ce qu’il faut savoir avant d’acheter des panneaux solaires thermiques.

Les panneaux solaires thermiques, moins répandus que les panneaux photovoltaïques, peuvent aider de nombreux ménages à réduire leur facture d’énergie. Les capteurs solaires à tube sous vide affichent un rendement qui peut atteindre 90%, tandis que celui des capteurs plans oscille entre 70% et 85%.

Lorsque l’on évoque les panneaux solaires, c’est souvent la production d’électricité qui vient immédiatement à l’esprit. Pourtant, les panneaux solaires dédiés à la production de chaleur existent, même s’ils sont moins courants. Ils présentent un rendement supérieur aux panneaux photovoltaïques. Toutefois, certains facteurs freinent leur développement.

La pompe à chaleur solarothermique exploite l’énergie solaire

La pompe à chaleur solarothermique représente la meilleure méthode pour utiliser l’énergie thermique du soleil. Ce système associe une pompe à chaleur classique de type air/eau à des panneaux solaires thermiques à eau.

Pour rappel, le principe d’une pompe à chaleur air/eau consiste à extraire les calories de l’air extérieur pour chauffer de l’eau. Cette eau sert ensuite pour le chauffage central ou la production d’eau chaude sanitaire.

En pratique, une pompe à chaleur se compose d’une unité intérieure et d’un groupe extérieur entre lesquels circule un fluide frigorigène. Dans l’unité extérieure, ce fluide, sensible à la chaleur, se transforme en gaz au contact de l’air. Il passe ensuite dans un compresseur qui augmente sa pression, ce qui entraîne une élévation de sa température.

Le gaz chaud circule vers l’unité intérieure et pénètre dans un condenseur, où il transfère sa chaleur à l’eau, qui est ensuite stockée dans un accumulateur. À ce stade, le fluide refroidit et redevient liquide, puis passe par un détendeur qui abaisse à nouveau sa pression et température avant de repartir pour un nouveau cycle.

Ce principe permet à une pompe à chaleur de consommer typiquement 1 kilowattheure (kWh) d’électricité pour générer 3 à 4 kWh de chaleur, en fonction de la température extérieure. En effet, plus il fait froid, moins il y a de calories disponibles, ce qui complique la récupération par la PAC. Malgré cela, les PAC consomment moins d’électricité que les systèmes de chauffage électriques classiques et n’utilisent aucune énergie fossile.

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Revenons à l’énergie solaire. Celle-ci complète le système en préchauffant l’eau de l’accumulateur. En réalisant ce préchauffage, elle réduit le travail de la pompe à chaleur, altérant ainsi sa consommation énergétique.

Il existe principalement deux types de panneaux solaires thermiques : les capteurs plans et les capteurs à tubes sous vide. Bien qu’ils soient différents d’apparence, leur fonctionnement est identique.

Les capteurs plans

Un capteur plan est constitué d’un cadre en aluminium, d’un intérieur noir, d’une sous-face isolée, et d’un vitrage. Sous ce vitrage, des serpentins permettent à un fluide caloporteur, généralement de l’eau, de circuler sur un long trajet. Pendant ce parcours, les rayons du soleil, amplifiés par le vitrage et le noir intérieur, réchauffent le fluide. Ce dernier, une fois sorti du panneau, retourne vers l’accumulateur pour transférer son énergie thermique via un échangeur.

Les capteurs à tube sous vide

Pour améliorer l’efficacité, d’autres types de capteurs, appelés capteurs sous vide, ont été développés. Ceux-ci se composent de plusieurs tubes en verre. Grâce à leur excellente isolation thermique, ils captent mieux l’énergie solaire et perdent moins de chaleur.

Les capteurs plans affichent généralement un rendement de 70 % à 85 %, alors que celui des capteurs à tubes sous vide peut atteindre 90 %.

Un investissement coûteux

Bien que la pompe à chaleur soit généralement une excellente option pour chauffer un logement de manière économique et renouvelable, l’ajout de panneaux solaires thermiques peut réduire significativement cette consommation d’énergie. Avec un système bien dimensionné, il est possible d’atteindre un fonctionnement nul pour la pompe à chaleur dédiée à la production d’eau chaude sanitaire. Même par temps frais, un panneau solaire thermique peut contribuer à la production d’eau chaude à condition que le ciel soit dégagé.

Cependant, ce type d’installation nécessite un délai de rentabilisation de 10 à 15 ans, en raison de la complexité de mise en œuvre. Des aides gouvernementales, telles que le programme FranceRenov’, les chèques d’économie d’énergie (CEE), des subventions locales ou les prêts à taux zéro, sont disponibles pour limiter cet investissement. Pour en bénéficier, il est impératif de passer par un technicien agréé RGE.

Malgré d’excellents rendements, comparés à ceux des panneaux photovoltaïques qui peinent à dépasser 25 %, ces derniers se développent plus rapidement, surtout grâce à la réduction des coûts de production en Chine.

En conséquence, bien que les panneaux solaires thermiques affichent un bilan carbone plus favorable (8 grammes d’équivalent CO2 par kWh selon l’ADEME) que les panneaux photovoltaïques (entre 25 et 44 gCO2eq/kWh), ils sont souvent moins coûteux à installer.

En raison de leur conception simplifiée, un panneau solaire thermique peut souvent être considéré comme « low-tech ». Son fonctionnement repose sur un principe basique, nécessite peu de matériaux, est robuste et facile à réparer, contrairement aux panneaux photovoltaïques.

Le cas des capteurs aérothermiques

Les panneaux destinés à chauffer l’eau ne sont pas la seule technologie de panneaux solaires thermiques. Une autre catégorie, les capteurs aérothermiques, est en plein développement.

Ces capteurs ont une fonction encore plus simple, consistant à réchauffer directement l’air avant qu’il soit insufflé dans un logement pour le préchauffer. Les panneaux aérothermiques peuvent prendre l’apparence de capteurs plans ou même de bardages métalliques.

Par exemple, la startup AirBooster propose une solution appelée Solar Boost. Ce panneau, mesurant 2 mètres de haut sur 1,13 mètre de large, se fixe à la façade d’un bâtiment et permet de réchauffer l’air grâce au soleil avant de l’insuffler à l’intérieur. L’air entrant est ainsi réchauffé de quelques degrés, ce qui allège le travail du système de chauffage.

Une autre entreprise française, Sunaero, propose un chauffage solaire équipé d’un ventilateur alimenté par un petit panneau photovoltaïque et contrôlé par thermostat. Avec un rendement d’environ 70 %, un capteur de 500 W peut servir de chauffage d’appoint pour une pièce de 20 mètres carrés.

Une technologie d’avenir ?

Pour l’instant, ces panneaux semblent financièrement difficilement amortissables. Par exemple, le capteur de Sunaero est proposé à environ 1 500 € pour une puissance de 500 W. Cependant, l’avenir de cette technologie pourrait résider dans l’intégration de ses principes à l’architecture des bâtiments futurs.

Bien que ces capteurs aérothermiques soient fabriqués en différentes tailles, l’exploitation de l’énergie solaire pour le chauffage des bâtiments pourrait s’étendre considérablement.

De nombreux architectes s’efforcent de trouver des moyens de maximiser les apports solaires. C’est le cas de l’Héliodome, une maison au design unique créée par Éric Wasser, qui maximise l’apport solaire tout au long de la journée. L’énergie captée par les fenêtres est ensuite accumulée dans les planchers en béton par inertie. Pour éviter une surchauffe estivale, toutes les fenêtres sont inclinées de manière spécifique. Résultat : la facture de chauffage n’excède pas 250 € par an, tout en conservant le confort estival.

Bien que construire une maison de cette manière ne soit accessible à tous, les plus bricoleurs, ou ingénieux, peuvent tenter d’implémenter le principe du mur Trombe lors de la rénovation de leur maison. Ce mur transforme la façade sud d’un bâtiment en un immense panneau solaire thermique.

Pour cela, il est nécessaire de placer une grande surface vitrée devant un mur à forte inertie, souvent en pierre ou en béton, de couleur foncée. Le vitrage piège la chaleur qui s’accumule dans la maçonnerie, puis est diffusée à l’intérieur du logement.

Pour aller plus loin, ce mur peut être équipé d’ouvertures en haut et en bas. Ainsi, l’air du logement entre par l’ouverture inférieure, se chauffe entre le mur et le vitrage, avant de diffuser dans le logement par l’ouverture supérieure. Toutefois, un système doit être installé pour ombrager les vitrages en été, afin d’éviter la surchauffe.

Ce concept, déjà éprouvé, a été appliqué dans des bâtiments publics, tels que la médiathèque Théodore-Monod à Betton en Bretagne ou le gymnase de l’Europe, construit à Brest en 2013.

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