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

Moins répandus que leurs homologues capables de produire de l’électricité, les panneaux solaires thermiques ont de nombreux avantages, et pourraient aider de nombreux ménages à réduire leur facture d’énergie.

Quand on parle de panneaux solaires, on pense presque systématiquement production d’électricité. Pourtant, même s’ils sont moins répandus, les panneaux solaires dont le but est de produire de la chaleur existent bel et bien. D’ailleurs, ils ont l’avantage de posséder un rendement bien plus élevé que les panneaux photovoltaïques. Néanmoins, certains de leurs aspects en freinent le développement.

La pompe à chaleur solarothermique utilise l’énergie du soleil

La pompe à chaleur solarothermique est le meilleur moyen d’utiliser l’énergie thermique obtenue grâce au soleil. Derrière ce nom compliqué se cache une pompe à chaleur traditionnelle, de type air / eau, à laquelle on associe des panneaux solaires thermiques à eau.

Pour rappel, le fonctionnement d’une pompe à chaleur air / eau consiste à récupérer les calories présentes dans l’air extérieur pour chauffer de l’eau. Celle-ci permet alors d’avoir de l’eau chaude sanitaire, ou de faire fonctionner un chauffage central.

Dans les faits, elle se compose d’une unité intérieure, et d’un groupe extérieur, entre lesquels circule un fluide frigorigène. Dans l’unité extérieure, ce fluide très sensible à la chaleur, se transforme en gaz au contact de l’air extérieur. Il passe ensuite dans un compresseur qui en augmente la pression, ce qui a pour effet d’augmenter sa température.

Il circule alors vers l’unité intérieure, et passe par un condenseur. Ce condenseur permet de mettre en contact ce gaz chaud avec l’eau à chauffer, qui est ensuite stockée dans un accumulateur. Lors de cette étape, il baisse en température et redevient liquide. Pour finir, il passe par un détendeur qui fait de nouveau baisser sa pression et sa température. Il repart alors pour un nouveau cycle.

Grâce à ce principe, une pompe à chaleur consomme généralement 1 kilowattheure (kWh) d’électricité pour produire 3 à 4 kWh de chaleur, en fonction de la température extérieure. En effet, plus la température extérieure est basse, moins il y a de calories dans l’air, et plus la PAC a du mal à les récupérer. Malgré cet inconvénient, les PAC sont beaucoup plus économes en électricité que les simples systèmes de chauffage électrique, et ne consomment aucune énergie fossile.

Revenons à notre énergie solaire. Celle-ci va venir en complément de ce type d’installation pour préchauffer l’eau de l’accumulateur mentionné un peu plus haut. En préchauffant cette eau, il va limiter le travail de la pompe à chaleur, et donc réduire sa consommation énergétique.

On retrouve deux principaux types de panneaux solaires thermiques, à savoir les capteurs plans et les capteurs à tube sous vide. S’ils ont des apparences totalement différentes, leur principe de fonctionnement est le même.

Les capteurs plans

Le capteur plan se compose d’un cadre en aluminium, avec un intérieur noir et une sous face isolée, recouverte par un vitrage. Sous le vitrage, on retrouve des serpentins dans lesquels un fluide caloporteur – souvent de l’eau – parcourt un long trajet. Durant ce trajet, les rayons du soleil, sous l’effet du vitrage et de l’intérieur noir, réchauffement le fluide. Lorsque ce dernier sort le panneau, il retourne vers l’accumulateur et lui transmet son énergie thermique via un échangeur.

Les capteurs à tube sous vide

Pour plus d’efficacité, d’autres types de capteurs ont été développés, à savoir les capteurs sous-vide. Ces derniers ne ressemblent, d’ailleurs, pas du tout à des panneaux. Ils sont plutôt composés de pleins de tubes en verre. Grâce à une très bonne isolation thermique, ils captent bien mieux l’énergie solaire et affichent beaucoup moins dé déperditions.

Si le rendement des capteurs plans oscille généralement entre 70% et 85%, celui des capteurs à tubes sous vide peuvent atteindre 90%.

Les capteurs solaires à tube sous video ont une apparence singulière. // Source : F.MYKIETA – HELIOFRANCE

Un coût d’investissement élevé

Si le recours à une pompe à chaleur constitue, généralement, une excellente solution pour chauffer son logement à moindre coût, et de manière renouvelable, l’ajout de panneaux solaires thermiques peut drastiquement réduire cette consommation d’énergie. Grâce à un système bien dimensionné, il n’est pas rare de pouvoir réduire à zéro le fonctionnement d’une pompe à chaleur destinée à produire de l’eau chaude sanitaire. Malgré des températures relativement froides, un panneau solaire thermique pourra continuer à participer à la production d’eau chaude dès lors que le temps est dégagé.

Malgré ces avantages, ce type d’appareil nécessite tout de même entre 10 et 15 ans pour être rentabilisé, du fait de la complexité de mise en œuvre. Pour limiter cet investissement, des aides de l’État sont disponibles comme le programme FranceRenov’, les chèques d’économie d’énergie (CEE), les aides parfois locales ou encore les Prêts à taux zéro. Pour profiter de ces dispositifs, il faut obligatoirement passer par un technicien agréé RGE.

Malgré les excellents rendements indiqués ci-dessus, en comparaison à celui des panneaux photovoltaïques qui peine à atteindre les 25%, ces derniers se développent nettement plus, notamment grâce à l’impulsion de la Chine qui rend leur production de moins en moins chère.

panneaux solaires photovoltaiques — Photo de American Public Power Association sur Unsplash

De ce fait, si les panneaux solaires thermiques ont pour eux un bilan carbone plus favorable (8 grammes d’équivalent CO2 par kWh selon l’ADEME) à celui des panneaux photovoltaïques (entre 25 et 44 gCO2eq/kWh), ces derniers sont souvent moins chers à mettre en œuvre.

Grâce à une conception particulièrement simple, un panneau solaire thermique peut souvent être qualifié de « low-tech ». Son fonctionnement repose sur un principe simple, nécessite relativement peu de matériaux, apparaît particulièrement robuste, et se veut facile à réparer, contrairement aux panneaux photovoltaïques.

Le cas des capteurs aérothermiques

Si ce sont les plus connus, les panneaux permettant de faire chauffer de l’eau ne sont pas la seule technologie de panneaux solaires thermiques. Une autre catégorie se développe petit à petit : les capteurs aérothermiques.

Le rôle de ces capteurs est encore plus simple que les panneaux conçus pour réchauffer un fluide caloporteur. Ici, c’est l’air qui est directement réchauffé avant d’être insufflé dans un logement pour le préchauffer. Les panneaux aérothermiques peuvent ressembler à des capteurs plans ou tout simplement à un bardage métallique.

C’est notamment ce que propose la startup AirBooster avec sa solution Solar Boost. Cette solution se compose d’un panneau de 2 mètres de haut par 1,13 mètre de large, qui se fixe à la façade d’un bâtiment. Ce panneau permet de réchauffer de l’air grâce au soleil, avant d’être insufflé à l’intérieur du bâtiment. De cette manière, l’air qui entre dans le bâtiment à été réchauffé de plusieurs degrés, ce qui limite le travail du système de chauffage.

D’ailleurs, une autre société française a décidé de lancer sa vision du capteur aérothermique : Sunaero. Celle-ci commercialise un chauffage solaire qui a la particularité d’être équipé d’un ventilateur alimenté par un petit panneau photovoltaïque et contrôlé par un thermostat. Grâce à un rendement de l’ordre de 70%, un capteur de 500 W permettrait, seulement l’entreprise, de servir de chauffage d’appoint pour une pièce de 20 mètres carrés.

Solution de préchauffage Solar Boost — Le panneau de Solar Boost permet de préchauffer l’air entrant dans le logement

Une technologie d’avenir ?

Pour l’heure, ces panneaux semblent difficiles à amortir d’un point de vue financier. À titre d’exemple, le capteur de Sunaero est affiché à un tarif proche des 1 500€ pour seulement 500 W de puissance. Néanmoins le salut de cette technologie pourrait passer par une intégration de son principe à l’architecture de nos bâtiments du futur.

En effet, si ces capteurs aérothermiques prennent la forme de panneaux de dimensions variables, la récupération de l’énergie du soleil pour chauffer un bâtiment peut prendre une toute autre dimension.

De nombreux architectes s’évertuent à trouver des techniques pour maximiser les apports solaires. C’est le cas de l’Héliodome : une maison à l’apparence singulière, conçue par Éric Wasser qui maximise les apports solaires tout au long de la journée. L’énergie emmagasinée par les fenêtres est ensuite stockée dans les planchers en béton de la maison par inertie. Pour éviter la surchauffe en été, toutes les fenêtres affichent une inclinaison spécifique. Résultat : une facture de chauffage qui ne dépasse pas les 250€ par an, sans rogner sur le confort d’été.

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Si construire une maison de cette manière n’est pas à la portée de tout le monde, les plus bricoleurs – ou les plus ingénieux – pourront tout de même tenter d’appliquer le principe du mur Trombe lors de la rénovation de leur maison. Le principe de ce type de mur est de transformer la façade sud d’un bâtiment en panneau solaire thermique géant.

Pour y parvenir, il est nécessaire de positionner une grande surface vitrée devant un mur à l’inertie importante, en pierre ou en béton, de couleur sombre. Le vitrage en question va permettre de piéger la chaleur qui va s’accumuler dans la maçonnerie, puis être diffusée dans le logement.

Pour aller plus loin, ce mur peut être équipé d’ouvertures en haut et en bas. De cette manière, l’air du logement va naturellement entrer dans le mur par l’ouverture basse, puis se réchauffer entre le mur et le vitrage avant de retourner et se diffuser dans le logement en passant par l’ouverture haute. Un système doit cependant être mis en place pour ombrager les vitrages l’été, afin d’éviter la surchauffe.

Largement éprouvé, ce concept a même été mis en œuvre dans des bâtiments de collectivités publiques comme la médiathèque Théodore-Monod, de la ville bretonne de Betton, ou le gymnase de l’Europe, construit à Brest en 2013.

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