Ce qu’ il faut savoir sur le fonctionnement des panneaux solaires thermiques

Comprendre le fonctionnement des panneaux solaires thermiques permet d'évaluer si cette solution est adaptée à la production d'eau chaude sanitaire ou au chauffage d'un logement. Contrairement aux panneaux photovoltaïques, ils transforment directement le rayonnement solaire en chaleur.

À retenir

• Un panneau solaire thermique capte l'énergie du soleil pour chauffer un fluide caloporteur.
• La chaleur récupérée est transférée vers un ballon de stockage afin de produire de l'eau chaude sanitaire et, selon les installations, de contribuer au chauffage.
• Les capteurs plans vitrés sont les plus courants en habitation, tandis que les capteurs à tubes sous vide offrent de meilleures performances par temps froid.
• Un système d'appoint reste nécessaire lorsque l'ensoleillement ne permet pas de couvrir l'ensemble des besoins.
• Une installation correctement dimensionnée peut généralement assurer environ 50 à 70 % des besoins annuels en eau chaude sanitaire d'un foyer.

Définition d’ un panneau solaire thermique

Un panneau solaire thermique, aussi appelé capteur solaire thermique, est un équipement destiné à produire de la chaleur à partir du rayonnement solaire. Il utilise un fluide caloporteur pour récupérer cette énergie, qui est ensuite transférée à un ballon de stockage afin de produire de l'eau chaude sanitaire et, selon les installations, de contribuer au chauffage du logement.

Les systèmes domestiques les plus courants sont le chauffe-eau solaire individuel (CESI), dédié à la production d'eau chaude sanitaire, et le système solaire combiné (SSC), qui assure à la fois l'eau chaude sanitaire et un appoint au chauffage.

Comment fonctionne un panneau solaire thermique?

Un panneau solaire thermique capte l'énergie du soleil puis la transmet, via un fluide caloporteur, vers un ballon de stockage où la chaleur est conservée jusqu'à son utilisation. Lorsque l'énergie solaire est insuffisante, un système d'appoint complète automatiquement la production. Le fonctionnement peut être résumé en cinq étapes :

• Les capteurs solaires thermiques: ils absorbent le rayonnement solaire grâce à une surface absorbante, généralement sombre, qui transforme cette énergie en chaleur.
• Le fluide caloporteur et le circuit hydraulique: le fluide caloporteur, généralement composé d'eau additionnée d'antigel, circule dans un circuit fermé afin de transporter la chaleur des capteurs vers le ballon, tout en protégeant l'installation contre le gel.
• L’échangeur thermique: l'échangeur transmet la chaleur du fluide caloporteur à l'eau sanitaire ou au circuit de chauffage, sans mélange entre les deux circuits.
• Le ballon de stockage ou ballon tampon: Le ballon stocke l'énergie thermique afin de fournir de l'eau chaude lorsque le logement en a besoin, tout en limitant les pertes grâce à son isolation.
• La régulation et le système d’appoint: La régulation compare la température des capteurs et celle du ballon pour piloter automatiquement la circulation du fluide. Lorsque l'énergie solaire ne suffit pas, un système d'appoint (chaudière, pompe à chaleur ou résistance électrique, par exemple) prend le relais.

Quels sont les différents types de capteurs solaires thermiques?

Le choix d'un capteur dépend principalement du climat, du budget, des besoins en eau chaude, mais aussi du rendement des panneaux solaires thermiques recherché. Les principales technologies utilisées sont les suivantes.

• Les capteurs non vitrés: Ils sont constitués de tubes ou de nappes sombres sans vitrage ni isolation. Économiques, ils sont principalement utilisés pour le chauffage des piscines et sont peu adaptés à la production d'eau chaude sanitaire tout au long de l'année.
• Les capteurs plans vitrés: Ce sont les modèles les plus répandus pour les logements. Grâce à un vitrage et à une isolation arrière, ils offrent un bon compromis entre coût, rendement et durabilité pour la production d'eau chaude sanitaire.
• Les capteurs à tubes sous vide: Le vide présent autour de l'absorbeur limite fortement les pertes thermiques. Cette technologie conserve de bonnes performances par temps froid ou lorsque des températures d'eau plus élevées sont recherchées, mais son coût est généralement supérieur.
• D'autres technologies pour des usages spécifiques: Il existe également des capteurs à air, des systèmes hybrides photovoltaïques-thermiques (PVT) ou encore des capteurs à concentration, principalement destinés à des applications spécifiques ou de plus grande échelle.

Panneau solaire thermique ou photovoltaïque: quelles différences?

Le solaire thermique et le photovoltaïque répondent à des besoins différents. Le choix dépend principalement de l'énergie que vous souhaitez produire, de vos usages quotidiens et de votre projet d'autoconsommation. Les deux technologies peuvent également être associées au sein d'une même installation.

À quoi servent les panneaux solaires thermiques?

Les panneaux solaires thermiques servent principalement à produire de l'eau chaude sanitaire et, selon les installations, à compléter le chauffage du logement. L'application la plus courante est le chauffe-eau solaire individuel (CESI), qui peut couvrir une part importante des besoins annuels en eau chaude d'un foyer correctement dimensionné. Le système solaire combiné (SSC) permet également d'alimenter un circuit de chauffage basse température, comme un plancher chauffant ou certains radiateurs à eau. Les capteurs thermiques peuvent aussi être utilisés pour chauffer une piscine ou préchauffer l'eau alimentant une chaudière. Dans de bonnes conditions, le rendement des panneaux solaires thermiques permet d'obtenir une production annuelle généralement comprise entre 300 et 500 kWh/m² de capteur, selon le climat, l'orientation, la technologie employée et la température de fonctionnement.

Comment savoir si le solaire thermique est adapté à votre logement?

Le solaire thermique convient particulièrement aux logements disposant d'une bonne exposition au soleil, d'une toiture adaptée et de besoins réguliers en eau chaude. Avant d'investir, il est recommandé d'évaluer l'ensoleillement, la surface disponible, le profil de consommation du foyer ainsi que le système de chauffage existant.

L’ ensoleillement, l’ orientation et l’ inclinaison de la toiture

Une bonne exposition est essentielle pour obtenir de bonnes performances. Une orientation plein sud reste idéale, mais une toiture orientée sud-est ou sud-ouest offre généralement de bons résultats. Les ombrages importants (arbres, bâtiments, cheminées) peuvent en revanche réduire sensiblement la production. Pour un chauffe-eau solaire, une inclinaison comprise entre 30 et 45° est généralement recommandée.

La surface de toiture disponible

Pour un chauffe-eau solaire individuel, une surface de 3 à 5 m² de capteurs suffit généralement pour un foyer de 3 à 4 personnes. Un système solaire combiné demande davantage de capteurs, souvent entre 10 et 20 m² selon la taille du logement, son isolation et les besoins de chauffage. Il faut également prévoir l'espace nécessaire pour installer le ballon de stockage.

Les besoins du foyer et le choix du système (CESI, SSC ou autre solution)

Le choix dépend avant tout de vos usages. Un CESI est souvent adapté lorsque l'objectif principal est la production d'eau chaude sanitaire. Un SSC devient plus pertinent dans une maison bien isolée équipée d'un chauffage basse température. Pour le chauffage d'une piscine, des capteurs non vitrés peuvent suffire. Selon le projet, il est également possible d'associer solaire thermique et photovoltaïque afin de couvrir à la fois les besoins en chaleur et en électricité. Selon votre situation, des dispositifs comme MaPrimeRénov', les CEE, l'éco-prêt à taux zéro ou la TVA réduite peuvent être mobilisables, sous réserve des conditions d'éligibilité en vigueur.

Pourquoi faire réaliser un dimensionnement professionnel?

Un dimensionnement adapté permet d'éviter une installation sous-dimensionnée, qui produira trop peu d'énergie, ou surdimensionnée, plus coûteuse et susceptible de générer des excédents de chaleur en été. Un professionnel prendra en compte les besoins en eau chaude, le nombre d'occupants, l'isolation du logement, la toiture, le volume du ballon, le système d'appoint ainsi que les éventuelles contraintes réglementaires. Faire appel à un installateur qualifié, idéalement RGE, est également recommandé pour sécuriser l'installation et faciliter l'accès aux aides financières lorsqu'elles sont applicables.

Conclusion

Le fonctionnement des panneaux solaires thermiques consiste à transformer directement l'énergie solaire en chaleur pour produire de l'eau chaude sanitaire et, selon les installations, contribuer au chauffage du logement.

Pour obtenir les meilleures performances, il est essentiel d'adapter le système aux besoins du foyer, à l'ensoleillement et à la configuration du bâtiment. Un dimensionnement adapté et une installation de qualité permettront d'optimiser durablement les économies d'énergie.

FAQ sur le fonctionnement des panneaux solaires thermiques

Quels sont les inconvénients des panneaux solaires thermiques?

Les panneaux solaires thermiques dépendent de l'ensoleillement et nécessitent un système d'appoint lorsque la chaleur solaire est insuffisante. Leur installation demande également un ballon de stockage, un investissement initial plus élevé qu'un chauffe-eau classique et, en toiture, une déclaration préalable de travaux est souvent nécessaire.

Quel est le rendement d’ un panneau solaire thermique en hiver?

La production de chaleur diminue en hiver en raison d'un ensoleillement plus faible, mais l'installation continue généralement à préchauffer l'eau sanitaire. Les capteurs à tubes sous vide conservent en général de meilleures performances par temps froid que les capteurs plans, sans pour autant remplacer un système d'appoint.

Quelle est la durée de vie moyenne d’ un panneau solaire thermique?

Un panneau solaire thermique a généralement une durée de vie de 20 à 30 ans, voire davantage avec un entretien régulier. Certains composants, comme le ballon, le circulateur ou le fluide caloporteur, peuvent toutefois nécessiter un remplacement ou une maintenance au cours de la vie de l'installation.