Comment fonctionne un chauffe-eau solaire ? Combien d’énergie peut-il fournir et à quel moment ? Que se passe-t-il exactement en un an et au fil des saisons ? À quel moment se recharge-t-il ou se vide-t-il en énergie ? Comment profiter pleinement de l’énergie gratuite du soleil ?
Les observations qui suivent sont relatives à une installation réelle de type réservoir tampon statique et appoint par une chaudière externe.
Une année de production d’eau chaude solaire
Le capteur est celui d’origine installé en 2001 et fait 6m2. En 2014, le préparateur solaire d’origine de première génération de 300 litres a été conservé et mis en série d’un stockage statique de 500 litres dédié au solaire. Le système de régulation a été changé au même moment. Cette nouvelle installation a permis d’optimiser l’énergie captée, gère mieux les problèmes de surchauffe d’été et permet l’arrêt de la chaudière en été.
Le système étudié © Bernard Pierré
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Bilan énergétique annuel
En été, la chaudière est totalement arrêtée et l’eau chaude sanitaire est directement distribuée après chauffage dans le tampon solaire.
En hiver, l’eau froide est préchauffée par le passage dans la réserve, puis passe par un préparateur branché en série et chauffé par la chaudière qui apporte le complément.
Contributions thermique + fuel pour chauffage et eau chaude sanitaire (ECS) © B. Pierré
Pendant 6 mois, le solaire apporte 100 % des besoins pour la production d’eau chaude sanitaire. L’installation étant amortie, le coût est réduit à l’électricité auxiliaire de la pompe de circulation et de la régulation.
Une statistique sur plusieurs années confirme que le chauffe-eau solaire évite une consommation d’environ 150 litres de fuel (1500 kWh). Plongeons désormais au coeur du tampon solaire.
Fonctionnement et consommation du chauffe-eau solaire au fil des saisons
Les graphiques présentés ci-dessous montrent l’évolution sur une semaine de 3 températures :
- en bleu celle du capteur (TCAP)
- en vert celle mesurée en partie supérieure de la réserve (TSUP)
- en rouge celle de la partie inférieure de la réserve (TINF)
Consommation chauffe-eau solaire : une semaine en été
Les 7 jours de cette semaine de juillet sont très ensoleillés.
Une semaine de chauffe-eau solaire en été © B. Pierré
- la température du panneau oscille entre 20°C environ la nuit et plus de 60°C pendant une dizaine d’heure dans la journée.
- La réserve reste chargée au maximum puisque la température au bas du ballon ne descend pas au dessous de 60°C et atteint 80°C certains jours en partie supérieure.
- Pendant les heures les plus chaudes, la réserve se charge. Les oscillations sont dues à la régulation.
- Les baisses de température dues au prélèvement d’eau chaude sont à peine perceptibles. L’eau chaude en aval est d’ailleurs trop chaude et doit être mitigée avec de l’eau froide pour éviter les brulures.
- Malgré une bonne isolation, les pertes nocturnes sont importantes car l’écart de températures entre le local et l’intérieur de la réserve est de 40 à 60°C. En état de charge maximale, l’énergie apportée sert majoritairement à compenser les pertes pour maintenir la réserve à sa charge maximale.
La réserve est suffisante pour encaisser les surchauffes. Le panneau pourrait produire beaucoup plus. C’est le moment de brancher un lave-vaisselle sur le réseau d’eau chaude, pourquoi pas un lave linge s’il le permet et d’utiliser des cycles chauds, de puiser de l’eau chaude pour stériliser vos conserves, etc.
La réserve ainsi chargée permet de fournir environ 3 jours d’eau chaude. Au-delà, la remise en route de l’appoint est nécessaire.
Consommation chauffe-eau solaire : une semaine en hiver
Cette semaine de janvier est au contraire très froide avec des températures extérieures négatives.
Une semaine de chauffe-eau solaire en hiver © B. Pierré
- La température du panneau passe en effet sous 0°C quasiment chaque nuit. Seuls 2 jours sont suffisamment ensoleillés pour atteindre 20 à 30°C et charger la réserve.
- Contrairement à l’été, les pertes nocturnes sont très faibles car l’écart de température entre le local et l’intérieur de la réserve n’excède jamais 20°C.
- En hiver l’eau froide est plus froide qu’en été. L’écart à combler pour atteindre la température de la douche est plus grand.
- La réserve est très faiblement chargée. En l’absence d’apports, elle se stabilise à 15°C qui est la température de la pièce.
- Pour toutes ces raisons, le système solaire profite en hiver très efficacement du moindre apport solaire pour apporter de précieux degrés de préchauffage (10 à 20°C pour une journée ensoleillée) même lorsque la température extérieure est basse.
- Les baisses de température dues au prélèvement d’eau chaude sont nettement visibles.
Une semaine de mi-saison
Sur cette semaine de début octobre 2019, les températures extérieures nocturnes sont plus fraiches. Les 4 premiers jours de la semaine, les apports solaires sont insuffisants et un petit appoint par le système de chauffage est nécessaire. La chaudière a donc été remise en route et le ballon d’appoint reconnecté en série du ballon solaire.
Un chauffe-eau solaire en mi-saison © B. Pierré
- Les prélèvements de chaleur en matinée ou soirée sont très visibles.
- Les 3 premiers jours, l’apport solaire (éclaircies) est insuffisant pour recharger la réserve. L’effet de préchauffage accumulé des jours précédents reste intéressant.
- Le 4e jour et les suivants, la recharge est importante. La température théorique de l’eau chaude sanitaire (48°C) est atteinte. L’appoint nécessaire sera très faible.
- Les pertes ont été évaluées à 2 températures différentes. À 30°C (15°C d’écart avec la pièce), elles sont estimées à 0,12°C par heure. Lorsque la température atteint 50°C (écart de 35°C), le ballon perd 0,36°C par heure.
Dans le prochain article nous verrons ce que l’on peut conclure de ces observations ? Et comment optimiser son installation ?
