Applications
Deux applications courantes de l'énergie solaire thermique dans les immeubles de logements sont :
- la production d'eau chaude sanitaire par chauffe-eau solaire individuel (CESI) ou collectif et
- le soutien de chauffage à l'aide de systèmes solaires thermiques combinés (COMBI).
Les systèmes solaires combinés sont des installations de chauffage à part entière susceptibles de couvrir une fraction très variable des besoins annuels en chauffage d'un logement - moins de 15% à plus de 50%, en fonction de la taille du champ de capteurs, du volume de stockage, du besoin en chaleur du bâtiment et de la zone climatique considérée - et de produire une part importante de l'eau chaude sanitaire consommée quotidiennement.
Les systèmes COMBI utilisent le rayonnement solaire comme source d'énergie primaire, impérativement complétée par une source d'énergie d'appoint (gaz, mazout, bois, électricité...) afin de garantir la température de confort de l'ECS et des locaux chauffés.
Le rafraîchissement solaire: une alternative prometteuse aux systèmes classiques de refroidissement par compression de vapeur
L'énergie solaire thermique est aussi utilisée pour alimenter le compresseur des machines de froid à sorption et les systèmes à refroidissement évaporatif, à des températures comprises entre 60 et 95, voire 110°C. Ces systèmes de rafraîchissement solaire permettent de réduire jusqu'à 20 fois la consommation d'électricité par rapport aux systèmes habituels de refroidissement par compression de vapeur. La majorité des installations en opération en Europe sont des projets pilotes. Les conditions d'ensoleillement typiques du climat belge n'en font pas (encore) une alternative intéressante économiquement sous nos latitudes.
Types de chauffe-eau solaires individuels
Deux types de chauffe-eau solaires individuels (CESI) sont couramment utilisés sous nos latitudes: les systèmes sous pression permanente et les systèmes à vidange. Tous deux sont des systèmes indirects - utilisant un fluide caloporteur pour transférer l'énergie thermique à un volume d'eau stockée - à circulation forcée (le fluide caloporteur circule sous l'action d'une pompe électrique).
Chauffe-eau solaire sous pression permanente (à gauche) et à vidange (à droite)
Caractéristiques comparées des deux types de chauffe-eau solaire d'usage courant
| Système sous pression permanente | Système à vidange |
|---|---|
| Le fluide caloporteur sous pression doit résister à des écarts de températures extrêmes (typiquement, -30°C à plus de 160°C). | Le fluide caloporteur n'est normalement pas soumis au gel ni à des températures supérieures à 100°C. |
| Seuls des mélanges glycolés spécialement conçus pour les systèmes solaires peuvent résister à ces chocs thermiques pendant plusieurs années. | |
| Aucun réservoir de vidange n'est nécessaire. Le fluide reste en permanence dans le circuit solaire (sauf en cas de surchauffe prononcée, lorsqu'il est chassé vers le vase d'expansion) | Un réservoir de vidange est installé sur la conduite de retour vers les capteurs, afin de recueillir tout le fluide contenu dans ceux-ci et dans les tuyauteries non protégées du gel, en cas d'arrêt de la pompe. Dans certains systèmes, la vidange s'effectue dans le serpentin de l'échangeur de chaleur solaire |
| Pas de pente minimale des conduites solaires à respecter. Seuls les points hauts et les points bas sont à proscrire sur la boucle solaire | La vidange de l'installation s'effectuant par simple gravité, la tuyauterie doit bénéficier d'une pente minimale de 2% pour permettre l'écoulement du fluide. |
| Les pompes solaires sont typiquement des circulateurs de chauffage, de faible puissance et peu bruyant. | Certains systèmes se sont révélés relativement bruyants lors des phases de vidange/ remplissage. |
| Un groupe de sécurité composé du vase d'expansion, de vannes d'isolement et d'une soupape de sécurité raccordée à un bac récolteur doit être monté sur le circuit primaire. | Le risque de surchauffe du fluide caloporteur étant exclu. Aucun système de sécurité contre les surchauffes n'est requis. |
| Le vase d'expansion sur le circuit solaire doit être dimensionné pour pouvoir absorber la dilatation du volume total de fluide en cas de surchauffe (avec un coefficient de sécurité). | Le risque de surchauffe étant exclu, le fluide ne passe jamais en phase vapeur ; un vase d'expansion solaire n'est dès lors pas nécessaire. |
| La pompe de circulation (résistant aux hautes températures) est de faible puissance car elle sert uniquement à mettre le fluide en mouvement et à vaincre les pertes de charge dans la boucle solaire. | Au démarrage, la pompe de circulation doit être assez puissante pour vaincre la hauteur manométrique entre le réservoir de vidange et les capteurs. |
| exige un contrôle régulier de la pression manométrique, de la pression de gonflage du vase d'expansion, de l'entartrage des soupapes de sécurité et de la densité du fluide caloporteur. | Si les pentes ont été respectées et que le circuit primaire offre une étanchéité parfaite à l'air et au fluide caloporteur, la maintenance est limitée |
Les grands systèmes solaires thermiques de production d'eau chaude peuvent opérer sous pression permanente ou selon un principe de vidange automatique des capteurs et des conduites extérieures en cas d'arrêt de la pompe solaire. Une différence majeure qui distingue les systèmes collectifs du CESI est qu'ils sont généralement « assemblés à façon » alors que la plupart des chauffe-eau solaires individuels sont des « installations préfabriquées en usine ». Par conséquent, les normes d'essais qui encadrent les systèmes ‘individuels' et ‘collectifs' sont différentes.
Installations de chauffages solaires « de série » Versus « assemblées à façon »
Les installations de chauffage solaire de série sont des produits fabriqués par lots, portant un nom commercial, vendus sous forme d'ensembles complets, prêts à installer et dont les configurations sont fixes. Les installations de cette catégorie sont considérées comme un produit unique et évaluées dans leur intégralité. En cas de modification d'une installation de chauffage solaire préfabriquée en usine (en changeant sa configuration ou l'un de ses composants), l'installation modifiée est considérée comme une installation différente. Les exigences et les méthodes d'essai des installations de chauffage solaire de série sont spécifiées dans les normes EN 12976.
Les installations de chauffage solaire « assemblées à façon » sont construites ou assemblées de manière unique en choisissant parmi une gamme de composants. Les installations de cette catégorie sont considérées comme un ensemble de composants. Les exigences applicables aux installations de chauffage solaire assemblées à façon sont spécifiées dans les normes EN 12977. Les installations de chauffage solaire assemblées à façon sont subdivisées en deux catégories :
- les grandes installations assemblées à façon conçues pour une application spécifique combinant différents composants dans une installation unique. Généralement conçues par des ingénieurs ou des fabricants spécialisés en chauffage
- les petites installations assemblées à façon, décrites dans un dossier dit d'assortiment, dans lequel sont spécifiés tous les composants et configurations possibles d'installation commercialisés par la société.
