Touchez le soleil, puis le nuage
Une grande surface de capteurs et un gros accumulateur de chaleur
Une installation solaire de chauffage et de production d'eau chaude a besoin d'un grand accumulateur de chaleur: plus il contient d'eau, et plus il pourra stocker d'énergie pour compenser les jours moins ensoleillés.
La surface de capteurs thermiques doit représenter au moins 10% de la surface habitable. Et il faut évidemment que le soleil d'hiver, plus bas sur l'horizon, puisse bien les atteindre...
Touchez le soleil, puis le nuage
Quand le soleil donne assez d'énergie
Le soleil tape suffisamment fort: la chaudière (ou la pompe à chaleur) n'a pas besoin de fonctionner pour apporter l'appoint de chaleur.
L'accumulateur de chaleur renferme un autre récipient dans lequel l'eau du robinet est chauffée "au bain-marie". Le circuit de l'eau chaude sanitaire (eau du robinet) est complètement séparé de celui qui mène vers le chauffage au sol ou les radiateurs.
Quand l'énergie solaire manque
L'énergie du soleil ne suffit pas à assurer la température de confort demandée pour le chauffage et l'eau chaude: la chaudière (ou la pompe à chaleur) s'est mise en route pour achever d'élever la température de l'eau dans le haut de l'accumulateur.
Pour bien profiter du soleil, le bâtiment doit être bien isolé et le chauffage doit idéalement se faire par le sol (basse température) ou à l'aide de radiateurs ayant une grande surface.
Les capteurs solaires thermiques trouvent leur place presque partout
Le chauffage par capteurs solaires thermiques est le système qui émet le moins de polluants et le moins de CO2 pour sa fabrication et son fonctionnement. Pour couvrir 100% des besoins de chaleur avec le solaire, il faut une installation importante car elle doit assurer le chauffage même lors des hivers les plus froids. La plupart des installations visent donc une couverture moindre (jusqu'à 80%), et ont une autre source de chauffage pour faire l'appoint de chaleur.
En Suisse, quelques maisons individuelles et immeubles locatifs de démonstration couvrent – uniquement avec le soleil – 100% de leurs besoins en chauffage et en eau chaude. Pour y parvenir, ils sont non seulement très bien isolés et équipés d'une vaste surface de capteurs thermiques, mais ils abritent aussi un très grand cylindre-accumulateur d'eau chaude qui traverse les étages (par exemple, plus de 200 m3 pour 8 appartements). Un grand volume de stockage, très isolé, permet d'emmagasiner de la chaleur solaire en fin d'automne pour l'utiliser au coeur de l'hiver.
Des bâtiments à l'architecture moins extraordinaire, ou même rénovés, peuvent profiter du chauffage solaire sans viser l'autonomie, à condition d'avoir une autre source de chaleur pour faire l'appoint: poêle à bois, pompe à chaleur ou chaudière à combustible. La surface de captage doit être évidemment plus grande que pour la seule production d'eau chaude, et représenter environ 10 à 20% de la surface habitable.
Orienter les capteurs pour le soleil d'hiver
Pour que les capteurs puissent bien contribuer au chauffage, on les redresse généralement afin de les mettre en face du soleil d'hiver qui reste bas sur l'horizon. Dans ce cas, les capteurs seront moins efficaces en été lorsque le soleil est haut, mais leur grande surface suffit à la production d'eau chaude.
Il existe une solution technique, appelée DrainBack, pour éviter qu'une installation solaire thermique surchauffe sous le soleil estival: voir ici.
Même pour un bâtiment qui ne couvre qu'une partie de son chauffage avec le soleil, l'installation dans la chaufferie est plus compliquée et plus volumineuse que pour la seule production d'eau chaude solaire. Une solution consiste à s'équiper d'un grand chauffe-eau qui sert, à la fois, de réserve pour le chauffage des locaux et de bain-marie pour un autre compartiment où se prépare l'eau chaude pour les robinets. Les fabricants proposent des systèmes standard, aujourd'hui bien rôdés.
On peut profiter (de la chaleur) du soleil pendant la nuit
Les capteurs produisent surtout de la chaleur en milieu de journée – au moment où l'énergie du soleil pénètre aussi à l'intérieur par les vitrages. D'où l'intérêt de bien concevoir le chauffage au sol. Une chappe épaisse (12 à 18 cm) permet de décaler de plusieurs heures le moment où la chaleur va rayonner dans la pièce, et donc d'apporter du confort en soirée, lorsque les capteurs ne collectent plus rien (déphasage thermique). Lorsque le circuit des capteurs passe directement dans le sol (plancher solaire), il peut aussi servir de climatiseur en été: en faisant tourner le circuit des capteurs pendant la nuit, on peut stocker du froid dans le plancher (free-cooling).
Si le bâtiment utilise, comme chauffage d'appoint, une pompe à chaleur "sol-eau" qui tire son énergie du sol avec des sondes géothermiques, on peut concevoir le système pour faire du stockage de chaleur saisonnier (si l'environnement géologique est favorable): durant la belle saison, la chaleur excédentaire des capteurs solaires est envoyée dans le sous-sol; elle sera récupérée pour chauffer le bâtiment durant l'hiver.
Des capteurs solaires thermiques pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire sont au bon endroit :
- Si le bâtiment est bien exposé au soleil d'hiver et si on peut poser une surface de capteurs équivalent à au moins 10-20% de la surface habitable.
- Si le bâtiment est bien isolé pour se contenter d'un chauffage à basse ou très basse température (25°C-35°C): chauffage par le sol (éventuellement par un plancher solaire) ou par des radiateurs ayant une grande surface d'échange de chaleur.
- S'il y a une autre source de chauffage d'appoint dans le cas ou le solaire ne couvre pas 100% des besoins.
- Si l'installateur peut produire une Garantie de performance validée, chaleur solaire (GPV) de Swisssolar.
- Si on ne gaspille pas l'eau chaude, notamment grâce à des robinets et des pommeaux de douches économes, et des baignoires de faible volume.
- Si on peut utiliser l'excès de chaleur produit durant la belle-saison: machines à laver le linge et la vaisselle branchées sur l'eau chaude; partage de la chaleur avec un bâtiment voisin pour produire son eau chaude; stockage saisonnier de la chaleur solaire dans le sol pour la géothermie (pompe à chaleur sol-eau).
Calculateur solaire de SuisseEnergie,
Calculateur de subventions pour les installations solaires thermiques
Swissolar • Association suisse des professionnels de l'énergie solaire
Garantie de performance validée, chaleur solaire (GPV). Elle garantit l'exécution des travaux de construction d'installations solaires thermiques selon l'état de la technique et l'établissement de devis complets. La GPV est une partie constituante du système de gestion qualité "QM Chaleur solaire" initié par Swissolar.
Sebasol • Ce groupe d'associations sans but lucratif donne des cours d'autoconstruction d'une installation solaire thermique et aide un particulier à la réaliser grâce à des installateurs agréés indépendants.
www.jenni.ch, exemples de bâtiments chauffés jusqu'à 100% avec le soleil
pdf 2,8 Mo- Les règles d'or de l'énergie solaire thermique, document de SuisseEnergie
pdf 3,9 Mo- Le solaire thermique en Suisse et le potentiel du DrainBack, rapport du LESBAT, 2018
