Chauffe-eau solaire

La moquette solaire consiste simplement en un tapis de couleur noire posé à plat dans lequel circule l'eau à chauffer, à travers des tuyaux ou rainures. Elle est généralement souple et amovible. On l'utilise quand le volume d'eau requis est faible ou qu'une température basse suffit. L'efficacité dépend de l'ensoleillement mais aussi de la température de l'air. Ce capteur simplifié à l'extrême est donc parfaitement adapté au réchauffage des piscines (très utilisé en Allemagne : toiture de la piscine municipale de Rheda-Wiedenbrück, mais des fabricants français proposent aussi des kits), ou des douches de camping. Un ballon d'eau de couleur noire accroché, dans un arbre par exemple, fait également une bonne douche écologique de camping.

Le système à circulation par thermosiphon est le plus simple ; basé sur le principe selon lequel l'eau chaude, du fait de sa moindre densité a tendance à monter naturellement, il impose que le réservoir de stockage soit placé plus haut que les capteurs.

Si le ballon est situé au-dessus du capteur, lorsque les capteurs sont exposés au soleil ou à une certaine luminosité, il s'établit une circulation naturelle : le fluide caloporteur chaud se situant dans les serpentins en cuivre, monte vers le réservoir de stockage, cède ses calories avant de revenir dans le bas du capteur. La circulation se poursuit tant que l'eau contenue dans le capteur est plus chaude que l'eau dans le ballon.

Certains petits modèles commerciaux exploitent le système du thermosiphon : de type « monobloc » ou « compact », ils intègrent capteurs et ballon sur la même structure.

Avantages

prix, simplicité, facilité de raccordement, gains énergétiques.

Inconvénients

Dans le système monobloc, le ballon étant situé à l'extérieur comme les capteurs, subit plus de déperditions (risque de gel). De plus l'ensemble étant assez encombrant il est difficile de l'intégrer à l'habitat (critères esthétiques).

Pour ces raisons, ce système est très répandu dans les zones au climat chaud (Caraïbes, La Réunion, bassin méditerranéen, etc.) sur toiture horizontale de type terrasse, ou en pose au sol.

Selon la disposition du bâtiment, il est possible de se prémunir des problèmes de gel (et d'esthétique) en montant le ballon à l'intérieur dans les combles (toujours plus haut que les capteurs pour une circulation par thermosiphon), avec les capteurs au bas de la toiture ou sur un mur au sud.

Le grand avantage du thermosiphon, créé par le chauffe-eau solaire, est sa fiabilité et sa simplicité technique : pas de pompe, pas de clapet anti-retour, pas de sondes thermiques, ni de régulateur électronique. Le système fonctionne sans électricité, sans aucun autre apport d'énergie autre que l'énergie solaire (le « moteur » de la circulation du fluide caloporteur étant la différence de température entre le capteur et le ballon).

Par contre, sa réalisation « in situ » réclame un minimum de savoir-faire : hormis la contrainte des positions relatives des capteurs et du ballon, les diamètres de tuyau du circuit primaire doivent être un peu plus importants pour limiter au maximum les pertes de charge, et doivent aussi ne pas être à contre-pente.

Le système à circulation forcée est plus complexe, mais offre la plus grande souplesse d'installation et facilite une intégration harmonieuse au bâtiment. Cette famille comporte elle-même deux sous familles de produits : les systèmes dits auto-vidangeables et les systèmes classiques, non auto-vidangeables.

Dans ces systèmes, un réservoir récupère l'eau qui circule dans le circuit dès que le circulateur arrête de fonctionner : l'eau du panneau coule ainsi dans le réservoir, remplacée par l'air présent dans circuit. En cas de gel, pas besoin de protection puisque la partie du réseau à l'extérieur n'est plus en eau, mais remplie d'air. On évite donc le fluide caloporteur antigel, c'est ce que recherchent les adeptes de cette solution, un peu plus contraignante que la suivante en termes d'installation.

Dans le circuit à circulation forcée « classique », le circuit primaire (panneaux, échangeur du ballon) est complètement rempli d'antigel : c'est de loin le plus souple en termes d'implantation des panneaux et du ballon, et pour cette raison le plus répandu en Europe.

Les températures du capteur et du ballon sont prises en compte par une régulation électronique qui commande la pompe de circulation du fluide caloporteur, celui-ci étant mis en circulation lorsque la température du capteur est supérieure à celle du ballon.

Par rapport au système à thermosiphon, le débit plus élevé du fluide caloporteur assure des températures plus basses dans tout le circuit primaire réduisant ainsi les pertes thermiques, améliorant ainsi le rendement.

Cette configuration offre plus de possibilités quant à l'emplacement du ballon, celui-ci ne devant plus être nécessairement placé au-dessus des capteurs, ce qui permet de s'adapter plus facilement aux contraintes du bâtiment. Le ballon est alors le plus souvent posé à l'emplacement ou en complément du chauffe-eau électrique ou à côté de la chaudière existante pour faciliter l'appoint.

Un chauffe-eau solaire est un système technique sensible. Outre les raccordements techniques, la configuration et la mise en œuvre, l'exposition des panneaux doit être bien étudiée pour maximiser le rendement.

L'orientation doit maximiser l'exposition au soleil, être plus ou moins vers le Sud dans l'hémisphère Nord (et inversement), au moins entre sud ouest et sud est. L'inclinaison est aussi importante pour le rendement. Bien que soumis aux contraintes du bâtiment (comme une intégration sur toiture), un placement en façade est optimal techniquement. Il permet l'optimisation de l'inclinaison pour l'hiver et d'éviter ainsi la surchauffe en été.

Exemples d'inclinaison optimum du toit en France métropolitaine pour une orientation plein sud :

• fin juin : 30° (soit une pente de 50 %, style toit provençal) ;
• aux équinoxes : 45° (soit une pente de 100 %, style toit du Nord) ;
• fin décembre : 60° (soit une pente de 200 %, à 30° de la verticale).

Une orientation qui dévie du plein sud, même faiblement, verticalise encore les inclinaisons optimales.

Il faut aussi veiller à minimiser le masquage par des ombres d'objets voisins (bâtiments, arbres, collines, etc.). Chaque installation devra être étudiée au cas par cas selon les contraintes locales. Il faudra prendre en compte les ombres d'hiver qui sont plus longues que les ombres d'été, cependant certains arbres perdent leurs feuilles, et laissent donc passer le soleil.

Quand la vue est dégagée côté sud (campagne), l'optimum d'hiver conduit souvent à installer les capteurs sur la façade à hauteur suffisante pour éviter les ombres d'hiver (cabanon, pergola, clôture, arbuste). Les capteurs sont donc placés juste en dessous de la gouttière pour une toiture normale, et juste au-dessus pour une toiture à la Mansard (sur la pente forte).

Dans un environnement très urbanisé, très boisé (haute haie), ou dans un terrain encaissé, seuls les hauteurs les plus grandes peuvent échapper aux ombres portées par les obstacles de l'environnement. Les capteurs seront donc placés au plus haut, c'est-à-dire sur le toit.

• L'optimum à midi est l'horizontale et l'orientation selon les points cardinaux n'a aucune importance.
• Le panneau peut être placé à la verticale à l'Est (pour le soleil du matin) ou à l'Ouest (soleil du soir), mais le rendement sera moins important qu'à l'horizontale.

Aux grandes latitudes un bon rendement impose les contraintes suivantes :

• l'optimum est au sud (au nord pour l'hémisphère sud), toujours quasi verticale, quelle que soit la saison ;
• pendant le mois de juin, les directions Est et Ouest sont aussi rentables que le sud ;
• le rendement est incertain en hiver.

Règles à respecter pour l'implantation de panneaux de chauffe-eau solaire en France :

• pour des raisons de droit de l'urbanisme, une autorisation de l'architecte des bâtiments de France peut être nécessaire en cas de construction dans un périmètre des bâtiments de France, de Plan de Sauvegarde et de Mise en Valeur (PSMV), de Site Classé, Zone Verte, Zone Classée Patrimoine Mondial ou autre Secteur sauvegardé[10] ;
• pour raisons liées au droit de l'urbanisme, il faut déposer une « déclaration de travaux » au service du cadastre de la mairie de la commune où est située l'installation[10] ;
• pour des raisons liées au droit fiscal, il faut choisir un matériel certifié « Solar Keymark » ou « CST-Bat » afin de pouvoir bénéficier du crédit d'impôt (50 % du prix du matériel hors taxe à l'exception des autres aides existantes) et de faire poser le matériel par un installateur agréé « Qualibat » (charte professionnelle à cet égard) pour pouvoir bénéficier des autres abattements et subventions existants aux échelles régionales, départementales et locales.^{[réf. souhaitée]}

Le matériel doit être sous label Solar Keymark ou CST-bat afin de pouvoir bénéficier du crédit d'impôt (32 % du prix du matériel hors taxe à l'exception des autres aides existantes) et de faire poser le matériel par un installateur agréé « Qualisol » (charte professionnelle à cet égard) pour pouvoir bénéficier des autres abattements et subventions existants à l'échelle régionale, départementale et locale[11].

Les avantages fiscaux accordés par l'État en matière d'installation solaire sont nombreux :

• crédit d'impôt ;
• prime de la majorité des Conseils Régionaux en France est généralement de 700 euros (notamment Languedoc-Roussillon et même Nord-Pas-de-Calais) ;
• prime de divers départements tels que le Vaucluse, les Alpes-de-Haute-Provence ou encore les Alpes-Maritimes (généralement 350 euros, voire plus dans certains cas) ;
• une prime exceptionnelle peut être versée par certains regroupements communaux (la communauté d'agglomération du pays d'Aix, ou la communauté d'agglomération Garlaban-Huveaune-Sainte-Baume par exemple : 350 euros) ;
• les habitations de plus de deux ans bénéficient d'un régime de TVA à 10 % et ce sont les occupants du logement qui ont droit aux subventions et au crédit d'impôt même si ceux-ci sont simples locataires ;
• pour les chauffe-eau solaires collectifs, les avantages financiers délivrés par les pouvoirs publics proviennent généralement des régions et de l'ADEME et s'élèvent en moyenne à 65 % du prix de l'installation ;

Cependant ces subventions peuvent entraîner quelques problèmes :

• il faut avancer l'argent car celles-ci ne sont généralement versées qu'après la fin des travaux et le paiement ce qui peut poser bien évidemment des problèmes de trésorerie ;
• certains installateurs et fabricants de matériel en ont profité pour augmenter leur prix quand les campagnes ont été lancées, aux environs de 2004 ;
• pour bénéficier du crédit d'impôt, il faut à ce jour que les panneaux bénéficient d'une homologation Solar Keymark, Cst-bat ou équivalente (dépendant des organismes de certification européenne) et soit posé par un professionnel (sans obligation du Qualisol : tout professionnel est censé vous couvrir par une assurance biennale et/ou décennale : il suffit de demander l'attestation d'assurance avant de signer). Selon l'approche que l'on en a la contrainte peut s'avérer rassurante ;
• pour bénéficier des subventions sur le matériel il faut obligatoirement passer par un installateur agréé « Qualisol », ceci en théorie pour que les subventions profitent à des installations de qualité, cependant la formation « Qualisol » est de courte durée et aucune vérification postinstallation n'est effectuée par un organisme de contrôle, ce qui entraîne parfois des installations de mauvaise qualité par exemple des erreurs de dimensionnement entraînant l'utilisation d'un ballon sur-dimensionné par rapport à la surface de capteur (et dont l'appoint doit tourner), des erreurs de positionnement (installation plein est ou ouest) ou encore (très courant) de mauvaises inclinaisons, en effet les capteurs étant généralement monté en toiture, c'est l'inclinaison de celle-ci qui est utilisée, (en fonction de la latitude : 40 à 50 ° pour un chauffe eau produisant toute l'année,60 à 70 ° pour un chauffe-eau solaire devant produire en hiver et en inter-saison).

Les difficultés des démarches administratives, l'obligation de passer par un artisan pas toujours très bien qualifié malgré la formation, et les prix pratiqués ont conduit certaines personnes à le faire eux-mêmes en se passant des aides d'états. Le bilan économique est parfois intéressant en offrant en plus la possibilité d'être plus modulaire et d'étaler la construction et donc le financement sur plusieurs années (par exemple en augmentant progressivement la surface des coûteux capteurs jusqu'à la surface prévue au départ). Pour faciliter ceci une entraide importante a lieu chez les « autoconstructeurs » et des associations d'entraide se sont créées comme l'APPER qui organise des commandes groupées de matériel permettant une diminution importante des coûts du matériel.

Il est à noter que les prix des capteurs et autres éléments composant les systèmes solaires thermiques sont en baisse depuis 10 ans, avec néanmoins des produits qui sont, pour peu que l'on choisisse bien son fournisseur, de qualité^{[réf. nécessaire]}.

Pour les installations collectives de plus de 50 m², l'ADEME impose un suivi des installations solaires par un organisme indépendant afin d'assurer la garantie de résultats solaires (GRS).

En France, il existe une aide financière de l'État pour l'installation d'un système de production d'énergie renouvelable tel que le chauffe-eau solaire. Cette aide est délivrée sous la forme d'un crédit d'impôt.

Si les aides territoriales sont généralement d'application immédiates concernant une installation solaire pour eau chaude sanitaire, le crédit d'impôt s'applique pour la déclaration sur le revenu de l'année suivante.

Il est également applicable pour les contribuables qui ne sont pas imposables, dans ce cas ils perçoivent un chèque correspondant à son montant directement à leur domicile.

L’acquisition d’un chauffe-piscine avec capteurs solaires est admissible à un crédit d’impôt du gouvernement du Québec qui a mis sur pied un programme qui vise à encourager les gens à opter pour un chauffe-piscine plus écologique. Le coût d'acquisition d'un tel système de chauffage varie en fonction de la taille de la piscine à chauffer. Le montant attribué en crédit d'impôt par le gouvernement québécois est de 20 % excédant le montant fixé par le programme^[pas clair][12].

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La Suisse a misé sur une autre façon d'attribuer l'aide publique, en effet les installations sont certifiées après fabrication et après de courtes formations. Les particuliers peuvent ainsi le faire eux-mêmes et bénéficier tout de même des aides si leurs installations passent la certification.

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• Chauffe-eau solaire individuel, sur le site de l'ADEME.

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