Quel est le meilleur panneau solaire pour chauffer son eau ?
Cette page résume les choix qui se présentent pour la mise à jour de son installation de chauffage de l’eau. Ici, je me concentre sur la production dite ECS, c’est-à-dire l’eau utilisée dans les sanitaires et la cuisine.
Il n’est pas question de décrire ou comparer des systèmes de chauffage de l’eau mixte qui serviront en même temps à chauffer des habitations entièrement ou partiellement.
Il s’agit de choisir entre des panneaux thermiques ou photovoltaïques en bonne connaissance de cause lors de la rénovation de votre maison, que ce soit dans une modification ou une construction neuve d’ailleurs.
J’espère couvrir la totalité des aspects de ces deux technologies afin d’un choix économique et écologique pour les années à venir.
Le choix du soleil.
Dans l’exemple que j’ai choisi, c’est l’énergie du soleil qui servira à chauffer votre eau. Cela implique donc que la production sera variable et qu’il faudra compléter par une seconde source d’énergie.
On peut avoir une résistance électrique dans un ballon d’eau chaude, ou un serpentin alimenté par de l’eau venant de la chaudière au fioul par exemple.
Cette énergie d’apport supplémentaire est indispensable. Il faudrait bien la prendre en compte pour comparer les deux systèmes.
L’abréviation ECS signifie simplement Eau Chaude Sanitaire.
Le cumulus ou ballon: une réserve d’eau brûlante.
On appelle ballon ou cumulus, la réserve d’eau que l’on souhaite utiliser. Je ne couvre pas ici les méthodes de chauffe eau instantanés fonctionnant à l’électricité ou au gaz sans réserve et qui se mettent à chauffer uniquement à la demande des utilisateurs. Vous pouvez en savoir plus plus bas sur cette page.
Je me cantonne donc à la création de chaleur à l’intérieur d’un réservoir isolé, souvent d’une contenance proche de 200 litres.
L’eau étant considérée comme chaude lorsqu’elle atteint 70 degrés dans cette cuve.
Bien sûr, cette température sera mélangée avec de l’eau plus froide pour être utilisée sans risque de brûlure.
La raison de ce qui peut sembler comme étrange de stocker à une telle température pour ne l’utiliser que refroidie, c’est la possible formation de bactéries. En dessous de 70 degrés Celsius; il y a un risque de légionellose.
Il est donc absolument nécessaire de chauffer au moins une fois par jour sa cuve à une telle température, quelques minutes suffisent à détruire cette bactérie.
C’est d’ailleurs une nécessité inscrite par l’arrêté du 30 novembre 2005 . Il est indiqué que la température de votre ballon d’eau chaude doit être réglée entre 50° et 60° Celsius pour les ballons de moins de 400 litres et entre 55°C et 60°C si le volume total des équipements de stockage est supérieur ou égal à 400 litres.
Quelle différence de rendement entre photovoltaïque et panneaux thermiques?
À chaque fois que l’on parle de comparaison entre les deux technologies, la réponse simple est que les panneaux thermiques ont un bien meilleur rendement que les panneaux solaires photovoltaïques. Cela est tout à fait vrai. À surface identique sur le toit, les panneaux thermiques à tubes produisent plus d’eau chaude que la même surface produisant de l’électricité pour alimenter une résistance afin de chauffer votre eau.
Il y a plusieurs raisons à cela. Il faut noter principalement que les tubes permettent de recevoir le soleil dans de multiples directions d’orientation comparé à un panneau solaire qui lui est bien plus directif.
Maintenant il ne faut pas regarder le rendement uniquement de ce qui se passe sur le toit mais la totalité de l’installation.
Le mot caché derrière rendement c’est bien entendu les économies financières d’un système comparé à un autre. Combien dois-je investir comparativement et quelle est la part exacte sur la surface de mon habitation? À quel moment je récupérerai mon investissement?
Et là tout d’un coup le rendement entre ensoleillement et température de l’eau devient beaucoup plus compliqué.
Comment fonctionnent les panneaux solaires thermiques?
Ce système de chauffage de l’eau consiste à connecter 3 modules ensemble.
Vous avez des panneaux sur le toit dans lequel circule un liquide.
Vous avez un système de tuyaux et pompe qui fait circuler ce liquide entre le toit et un ballon de stockage.
Et donc le dernier élément est en le ballon de stockage qui possède en plus une entrée supplémentaire pour une alimentation de secours lorsque le soleil n’est pas suffisant.
Les panneaux sont souvent très lourds et coûteux. Il est impensable de les installer seul. Pire, les températures du liquide calorifique pouvant dépasser allègrement les 100 degrés, il faut un système de sécurité et de connexion entre le tuyau difficilement accessible au bricoleur du dimanche. Il faudra par exemple réaliser des soudures fortes sur les tuyaux en cuivre, ce qui nécessite un poste de soudage bien spécifique. Le minimum étant quelque chose comme ceci ce qui est déjà plus onéreux qu’un panneau solaire de 400W.
Même si vous n’utilisez pas d’eau chaude, il est impératif d’avoir une pompe alimentée en permanence qui fera circuler votre liquide et évitera d’avoir des températures trop élevées en haut de vos panneaux.
Ce liquide devra en plus être changé périodiquement.
Le ballon de stockage sera aussi plus imposant qu’un simple cumulus car il y a un système de tuyau à l’intérieur pour l’échange entre le liquide calorifique et votre eau pour sanitaire.
L’investissement total des pas très souvent les 3000 € pour un système très basique. Il y a en plus un contrôleur, des vannes pour remplir et siphonner votre installation.
Il existe une alternative peu coûteuse où l’eau chaude est directement chauffée par les tubes il n’y a donc plus de liquide calorifique mais cela impose à votre circuit d’eau chaude d’être monté sur le toit puis de redescendre ce qui n’est pas forcément possible dans tous les cas de figure.
Cette fois-ci le ballon d’eau se trouve directement au-dessus des tubes et le poids de l’ensemble est encore supérieur. On trouve énormément de ces systèmes pour les personnes qui ont des toit terrasse.
Il n’y a plus de pompe nécessaire. C’est pour moi la seule alternative crédible aux panneaux solaires photovoltaïques. Si vous vivez dans une région sans gel avec un toit plat, vous devrez éventuellement regardez ces chauffe-eau qui arrivent pré-monté et donc facilement installables. Les seules connexions sont l’arrivée et sortie d’eau sanitaire.
Vous en avez un exemple ici.
Le chauffage de l’eau par panneau solaire électrique
Les avancées dans les technologies solaires ont réussi à faire diminuer le coût des panneaux photovoltaïques tout en offrant des puissances supérieures. Il est désormais possible de réfléchir à brancher un cumulus directement sur des panneaux solaires ou presque.
Cette fois-ci l’investissement est bien inférieur au thermique. Les panneaux solaires se placent facilement n’importe où sur un toit car il est plus simple de faire courir un fil électrique que deux tuyaux en cuivre sous pression a plus de 150 degrés.
Comme vous pouvez la voir ici, je les ai même placés au sol. Vous avez une description complète du support visible sur cette page.
Toute la partie pompe et tuyauterie est donc remplacée par un simple câble électrique. Ensuite le ballon d’eau chaude est un modèle économique avec une simple résistance électrique.
Grâce à l’ajout d’un routeur d’énergie, chaque watt produit est envoyé dans la résistance électrique. Si votre ballon a besoin de 2500 watts pendant une heure pour chauffer 200 litres, il est facile d’imaginer qu’il lui faudra 5 heures avec une production de 500 watts pour le même résultat. Vous pouvez donc conserver votre cumulus et simplement le brancher sur votre installation photovoltaïque. C’est ce que j’ai actuellement chez moi.
Le routeur d’énergie mesure la quantité d’électricité produite par les panneaux et dirige exactement cette puissance dans votre cumulus. Vous avez plus de détails sur les fonctions d’un routeur d’énergie sur cette page.
L’installation ne nécessite donc que des câbles électriques, il n’y a pas de branchement spécifique pour un liquide quelconque.
Il n’y a plus aucun risque de surchauffe. La maintenance est aussi complètement nulle.
L’espace nécessaire à l’installation des boîtiers de sécurité pour les panneaux solaires est très faible. Vous avez mon article ici qui en décrit le contenu.
Encore une fois, si l’on compare le rendement uniquement, ce système nécessite plus de place sur le toit car il faudra plus de panneaux pour arriver à la même puissance.
Toutefois vous pouvez maximiser votre investissement en plaçant un panneau sur un support mobile qui va suivre (manuellement ou automatiquement) la course du soleil.
Voici ma réalisation en bois de palette qui ne m’a quasiment rien couté.
Là, les calcul de rendement qui donnaient les panneaux thermiques comme gagnants s’effacent complètement. Il serait extrêmement difficile de réaliser un tel système de suivi solaire avec les tuyaux rigides. Dans mes tests en situation réelle, mon panneau ainsi orienté produit près de 3 fois plus que le modèle posé en fixe dans le jardin.
Chauffage de l’eau par ballon électrodynamique + panneau solaire.
C’est une solution nouvelle où il est désormais possible de coupler le compresseur de chauffe avec des panneaux solaires.
Il s’agit en fait d’une petite pompe à chaleur qui était dédiée uniquement au chauffage de l’eau sanitaire et qui peut être alimentée en parallèle avec des panneaux solaires. Sans panneaux solaires, elle fonctionne sur l’électricité.
Le rendement est très bon car une pompe à chaleur produit beaucoup plus d’énergie que ce qu’une résistance électrique peut offrir.
Maintenant l’installation ne peut être faite que par les professionnels. Elle demande aussi la mise en place d’un système échangeur avec l’air extérieur qui peut-être bruyant et qui est imposant.
Il est à noter aussi que les panneaux solaires dédiés au ballon électrodynamique ne peuvent pas être réinjectés dans votre installation solaire lorsque vous avez suffisamment d’eau chaude. On revient au même paradoxe qu’avec les panneaux thermiques, l’énergie produite en surplus est perdue.
C’est donc pour moi un investissement financier énorme pour des avantages qui mettront bien trop de temps à être rentabilisé. En plus, le nombre de contrôleurs électroniques et de pièces sous pression dans une telle installation ne m’inspire pas confiance pour les 25 prochaines années. Le nouveau modèle demandant aussi la mise à jour d’une autre partie qui devra être couverte par une garantie constructeur, bla bla bla. En gros vous installez et priez que cela ne tombera pas en panne car le nombre de personne étant capable de faire un support technique efficace est très limité. Là encore, c’est une installation impossible à effectuer sans l’aide d’un professionnel.
A l’inverse, échanger un panneau solaire photovoltaïque est quand même beaucoup plus simple.
Quel système d’ECS est le plus écologique et économique ?
À la lecture de cette page, il semblerait que l’avantage du panneau solaire thermique soit évident.
Le coût d’installation est effectivement supérieur mais ensuite il va produire plus avec moi de place prise.
Et c’est là que toute cette belle équation s’écroule.
Vous allez forcément surdimensionner votre installation pour continuer à avoir de l’eau les jours où le soleil ne se montre pas énormément.
Dans le cas des panneaux thermiques, lorsque votre température d’eau est atteinte, toute l’énergie produite par vos panneaux est perdue. Pire, la pompe de circulation doit continuer à fonctionner pour éviter la destruction par la chaleur du liquide calorifique.
Dans le cas de panneaux solaires photovoltaïques, le surplus d’énergie électrique repars dans l’installation de votre maison sans avoir besoin de faire quoi que ce soit.
Ainsi cela va vous permettre de réduire votre consommation globale. Si vous partez en vacances, la différence entre les deux installations va être encore plus importante.
Par exemple, en hiver, si je m’absente une semaine, je branche un radiateur électrique à la place de mon cumulus. C’est autant de calories économisées sur le fioul.
Le coût de l’électricité ne faisant qu’augmenter, réduire sa consommation de la sorte devient très intéressant.
Encore plus fort bien entendu, c’est que vous pouvez clairement modifier à volonté le nombre de panneaux installés au cours du temps. Avec les systèmes de micro onduleur qui rendent presque chaque panneau indépendant, il est extrêmement simple d’ajouter plus tard quelques panneaux pour gagner en puissance. Vous pouvez en avoir plus sur les avantages ce ce genre de système ici.
On peut imaginer une famille qui a investi dans un système de chauffage thermique solaire et qui se retrouve avec une production d’eau énorme lorsque les enfants commencent à voler de leurs propres ailes.
Avec un investissement en photovoltaïque, le surplus d’énergie peut-être revendu ou utilisé de façon bien plus flexible entre batterie et voiture électrique ou radiateur électrique.
Conclusion personnelle
Étant l’heureux propriétaire d’un pavillon, j’ai écrit cette page qui résume mes recherches et réflexions sur la meilleure façon d’économiser pour les années à venir. Ma maison étant déjà équipée d’un cumulus électrique simple; le fait de devoir le remplacer par un système thermique et donc de jeter l’existant n’avait aucun sens, écologiquement parlant.
Je me considère aussi comme un bricoleur averti mais je sais que de réaliser un système de tuyaux tel qu’il est nécessaire pour amener le liquide calorifique sur mon toit aurait été vraiment au-delà de mes connaissances. Le risque de se retrouver avec une fuite dans le plafond, plusieurs années après la construction, m’a clairement fait repenser l’installation.
J’ai dans un premier temps simplement monté une horloge et un gradateur sur mon cumulus équipé de deux panneaux solaires seulement. Vous pouvez voir ma vidéo ci-dessous.
Les résultats sur ma facture d’électricité sont sans appel et l’on parle d’un remboursement en moins de 8 ans. Avec l’augmentation du coût de l’énergie ce sera d’ailleurs sans doute moins.
Je l’accorde qu’il peut sembler farfelu de chauffer de l’eau pas une résistance électrique qui elle-même est alimentée par un panneau solaire plutôt que de mettre de l’eau directement sur son toit.
Malheureusement la réalité et les chiffres pointent dans une autre direction. Chauffer son eau par des panneaux photovoltaïques est à la fois économique écologiquement rentable, s’il l’on prend en compte la totalité des éléments nécessaires.
Être capable de le faire seul en deux après-midi et conserver la possibilité de modifier mon installation à tout moment est un un plus certain.
ECS instantanée sans ballon, pour les gros producteurs d’électricité.
La méthode instantanée à l’avantage de générer très peu de perte car l’on ne chauffe que ce que l’on utilise. Elle demande énormément de puissance pendant une durée courte ce qui n’est pas normalement adapté au fonctionnement du solaire. Cela dit, si vous avez suffisamment de panneaux et batteries pour fournir plusieurs milliers de Watts ayant une telle installation pour votre véhicule, cela resterait une solution idéale pour vous.
Une résistance chauffante se trouve en série sur votre robinet d’eau chaude et chauffe votre eau au fur et à mesure de votre demande. Il n’y a plus de place perdue par un ballon, la résistance de chauffe peut être idéalement placée pour raccourcir le temps d’attente avant l’arrivée de l’eau chaude. Et c’est surtout beaucoup moins cher et facile à installer. Voici un modèle de référence pour vous donner une idée de ce à quoi cela ressemble. On parle ici d’une puissance de 15kW.
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