Les kits solaires thermiques : une source d’eau chaude gratuite

publié le 11/06/2021 | mis à jour le 20/06/2023 | par Julien Reynaud

Principe de fonctionnement d’un kit solaire thermique

Le solaire thermique, qui permet de produire de la chaleur, ne doit pas être confondu avec le solaire photovoltaïque qui permet de produire de l’électricité en exploitant l’effet photoélectrique.

Quelle que soit leur application, les kits solaires thermiques à usage domestique exploitent l’énergie thermique du rayonnement solaire pour chauffer un fluide caloporteur (de l’eau ou du glycol principalement). Ce fluide est ensuite utilisé pour produire de l’eau chaude via un chauffe-eau (ou ballon solaire) pour un usage sanitaire ou pour alimenter un système de chauffage. La chaleur peut également être utilisée pour alimenter un système de climatisation, bien que ce type d’usage ne soit pas encore vraiment développé à une échelle commerciale pour une application domestique.

Notez que l’énergie solaire étant une énergie intermittente, les kits solaires doivent idéalement être secondés par un dispositif d’appoint (au gaz ou à l’électricité) pour prendre le relais en cas de besoin.

Les applications domestiques du solaire thermique

L’énergie thermique émise par le rayonnement solaire et captée par les panneaux solaires thermiques peut être utilisée de différentes façons et répondre à différents besoins.

La production d’eau chaude sanitaire

C’est l’application la plus courante. Positionnés le plus souvent sur le toit d’une habitation ou plus rarement à même le sol, les capteurs thermiques permettent de porter à haute température un liquide caloporteur, qui est ensuite utilisé pour chauffer de l’eau à usage sanitaire dans un chauffe-eau, ou ballon solaire, qui sert également de dispositif de stockage.

Chauffage

Moins courants que les kits solaires thermiques pour la production d’eau chaude sanitaire, les kits solaires thermiques pour le chauffage individuel ou le chauffage collectif nécessitent une surface de couverture plus importante. Le liquide caloporteur est chauffé par les capteurs solaires puis alimente un réseau de radiateur à eau ou un système de chauffage par le sol.

Chauffage d’eau de piscine

Les kits solaires thermiques pour le chauffage d’eau de piscine fonctionnent de la même manière que les kits solaires pour la production d’eau chaude sanitaire. Le liquide caloporteur chauffé par les capteurs permet de chauffer l’eau de la piscine par échange thermique. Certains kits hybrides assurent aussi une production d’électricité pour le fonctionnement des équipements de la piscine.

Climatisation solaire

De plus en plus utilisée dans le secteur industriel, la climatisation solaire est encore très peu répandue dans l’habitat. Le système le plus courant est dit à « absorption ». Les capteurs solaires thermiques alimentent en chaleur un dispositif qui dissocie par ébullition de l’eau et du bromure de lithium. En refroidissant, ces deux éléments se recombinent, une réaction chimique qui produit du froid.

Les différents types de capteurs solaires

Le principe de fonctionnement d’un capteur solaire, ou panneau solaire thermique, est toujours globalement le même : les rayons du soleil chauffent un liquide caloporteur circulant sous le capteur. Le coût et les performances d’un capteur varient essentiellement en fonction des matériaux utilisés.

• Les capteurs plans non vitrés : les capteurs plans non vitrés, ou capteurs « moquette », sont constitués d’un absorbeur de couleur sombre, généralement une plaque de cuivre, d’aluminium ou de plastique, sous lequel circule un échangeur tubulaire contenant le liquide caloporteur. Ce type de capteur est peu cher mais aussi peu performant. Il est surtout utilisé dans les régions chaudes ou pour le préchauffage uniquement.
• Les capteurs plans vitrés : beaucoup plus performants mais aussi plus coûteux que les capteurs plans non vitrés, les capteurs plans vitrés permettent d’atteindre une température de chauffe idéale comprise entre 30 et 60 °C. Le principe de fonctionnement est rigoureusement identique mais l’absorbeur est couvert d’une vitre, ce qui permet par effet de serre d’optimiser le transfert de chaleur au liquide caloporteur
• Les capteurs tubulaires sous-vide : les capteurs tubulaires représentent la solution la plus haut-de-gamme du marché. Ils sont à la fois très performants mais aussi relativement chers et fragiles. Le liquide caloporteur circule directement dans des tubes en verre sous-vide exposés aux rayons du soleil. Cette technologie offre un excellent rendement en favorisant une exploitation quasiment complète du rayonnement solaire.

Retrouvez dans le tableau ci-dessous le récapitulatif des principaux avantages et inconvénients des différents types de capteurs panneaux solaires utilisés pour les kits solaires thermiques :

Les autres éléments d’un kit solaire thermique

Si les capteurs solaires représentent la pièce maîtresse d’un kit solaire thermique en faisant office de chaudière solaire, d’autres éléments sont indispensables au fonctionnement d’une installation thermique :

• le chauffe-eau ou ballon solaire : son rôle est double, il permet à la fois de chauffer l’eau et de la stocker pour pouvoir différer son usage. Un chauffe-eau fonctionne comme un échangeur de chaleur. Le liquide caloporteur chauffé par les panneaux thermiques est acheminé à l’intérieur du ballon dans lequel il circule lentement via un serpentin, le plus souvent en cuivre, pour chauffer par convection naturelle l’eau contenue dans le ballon qui sera ensuite utilisée pour les besoins du foyer ;
• un circulateur : cet appareil, aussi appelé pompe de circulation solaire, permet de mettre en mouvement le liquide caloporteur depuis les panneaux jusqu’au chauffe-eau. Pour fonctionner, ce circulateur solaire doit être branché sur le secteur. Pour les kits solaires utilisant le principe de la thermocirculation, les kits solaires dits « thermosiphon », le liquide caloporteur circule naturellement dans le système. L’utilisation d’une pompe solaire n’est pas nécessaire et le kit est parfaitement autonome ;
• un système d’appoint : s’il ne fait pas partie à proprement parler du kit solaire, il permet de prendre le relais lorsque les capteurs thermiques ne fournissent plus l’énergie nécessaire pour chauffer l’eau contenue dans le ballon. Il peut s’agir d’une résistance électrique, d’un poêle ou d’une chaudière traditionnelle au gaz ou au fioul par exemple. Un système d’appoint est souvent indispensable, sauf peut-être pour le chauffage de l’eau de piscine qui peut être interrompu sans désagrément majeur ;
• un régulateur : cet équipement indispensable permet de gérer la production des capteurs thermiques. En cas d’ensoleillement insuffisant, il déclenche automatiquement la mise en marche du système d’appoint pour maintenir une température optimale dans le dispositif de stockage. À l’inverse, lorsque la production d’eau chaude dépasse vos besoins, il permet d’éviter les surchauffes en déclenchant par exemple une vidange du liquide caloporteur qui circule sous les capteurs.

Les différents types de kits solaires thermiques

Il existe sur le marché différents types de kits solaires thermiques à monter soi-même ou avec l’aide d’un professionnel qui sont chacun adaptés à une ou plusieurs applications spécifiques. Nous vous présentons ci-dessous les plus courants, à savoir :

• kits solaires thermiques pour la production d’eau chaude sanitaire ;
  • en circulation forcée ;
  • thermosiphon.
• kits solaires thermiques pour le chauffage solaire ;
• kits solaires hybrides pour piscine ;

Les kits solaires thermiques pour la production d’eau chaude sanitaire en circulation forcée

Les kits solaires thermiques pour la production d’eau chaude sanitaire en circulation forcée sont composés de capteurs thermiques, d’un ballon d’eau chaude de 100 à 400 litres (voire davantage), d’un régulateur et d’un circulateur solaire (une pompe) qui permet de mettre en mouvement le liquide caloporteur (de l’eau ou du glycol) depuis les capteurs jusqu’au chauffe-eau.

Le plus souvent, les capteurs utilisés sont des capteurs à plans vitrés. Selon le fabriquant, ce type de kit solaire est fourni ou non avec tous les raccords nécessaires et le support toiture pour les capteurs.

Dimensionnement des capteurs : environ 1 m² par membre du foyer pour couvrir jusqu’à 80 % des besoins en eau chaude du logement.

Coût moyen : de 1 500 à 5 000 € TTC.

L’installation de ce type de kit solaire est relativement délicate et peut nécessiter l’intervention d’un professionnel.

Les kits solaires thermiques pour la production d’eau chaude sanitaire thermosiphon

Très proches dans leur fonctionnement du modèle précédent, les kits solaires thermiques pour la production d’eau chaude sanitaire thermosiphon n’ont pas besoin d’être équipés d’un circulateur. Le liquide caloporteur se déplace des capteurs jusqu’au chauffe-eau en utilisant les principes physiques de dilatation-contraction et la poussée d’Archimède.

Ici encore, ce sont les plans vitrés qui sont le plus souvent privilégiés pour chauffer le liquide caloporteur. Les capteurs peuvent être installés sur le toit, en façade d’une habitation ou au sol.

Dimensionnement des capteurs : environ 1 m² par membre du foyer pour couvrir jusqu’à 80 % des besoins en eau chaude du logement.

Coût moyen : de 1 000 à 3 000 € TTC.

Plus simples à installer que les kits à circulation forcée, les kits solaires thermosiphon présentent néanmoins l’inconvénient de nécessiter la pose du ballon solaire au-dessus des capteurs pour que la thermocirculation fonctionne correctement.

Les kits solaires thermiques pour le chauffage

Les kits solaires thermiques pour le chauffage solaire sont constitués de capteurs solaires et d’un chauffe-eau solaire qui permet de transférer la chaleur du liquide caloporteur à l’eau de chauffe alimentant un système de chauffage par radiateurs à eau ou par plancher chauffant. Le kit solaire remplace ainsi un système de chauffe traditionnel (chaudière ou pompe à chaleur par exemple).

Équipés de capteurs à plans vitrés ou tubulaires, les kits solaires pour le chauffage sont souvent également utilisés pour la production d’eau chaude sanitaire. On parle alors de systèmes combinés.

Dimensionnement des capteurs : environ 10 % de la surface totale à chauffer, soit 10 m² pour une habitation de 100 m².

Coût moyen : de 5 000 à 7 000 € TTC pour un système combiné avec 10 m² de capteurs à plans vitrés.

L’installation de ce type de kits solaires est relativement complexe et nécessite l’intervention d’un professionnel qualifié (plombier chauffagiste) à moins d’être un excellent bricoleur.

Les kits solaires pour piscine

Les kits solaires pour le chauffage de l’eau de piscine fonctionnent de la même manière que les kits solaires pour la production d’eau chaude sanitaire, à ceci près qu’ils utilisent souvent des panneaux solaires hybrides thermiques et photovoltaïques, aussi appelés panneaux hybrides hydrauliques, pour produire également l’électricité nécessaire au fonctionnement des équipements de la piscine.

Les kits solaires pour piscine comprennent ainsi des onduleurs qui permettent de transformer l’électricité produite en courant alternatif. Ils peuvent également être équipés de batteries afin de pouvoir stocker le surplus d’électricité. La plupart des kits solaires pour piscine sont équipés de capteurs à plans vitrés. Toutefois, la température de l’eau de chauffe n’ayant pas besoin d’être très élevée, des capteurs à plans non vitrés peuvent également convenir.

Dimensionnement des capteurs : de 15 à 20 % de la surface de la piscine, soit environ 5,5 m² pour une piscine de 8 mètres par 4.

Coût moyen : de 5 000 à 10 000 € TTC pour un système hybride convenant pour le chauffage de l’eau et la production d’électricité nécessaire à alimenter les équipements d’une piscine de 20 à 30 m².

L’installation de ce type de kits solaires pour piscine est à la portée d’un bon bricoleur et ne nécessite pas obligatoirement le raccordement à l’installation électrique du logement.

Comment installer un kit solaire thermique ?

La plupart des kits solaires thermiques, qu’ils servent à la production d’eau chaude sanitaire, à l’alimentation d’un système de chauffage central ou pour le chauffage de l’eau de piscine peuvent s’installer soi-même, à condition d’être un bon bricoleur. Les raccords entre les différents éléments du kit solaires sont souvent relativement simples à réaliser mais nécessitent beaucoup de soins.

La pose des capteurs sur la toiture peut néanmoins s’avérer plus délicate et n’est pas sans danger. Monter sur un toit est toujours une opération à ne pas prendre à la légère, surtout lorsqu’il s’agit de manier des outils et des équipements difficiles à manipuler. Le plus souvent, vous devrez déposer une partie de la couverture pour pouvoir fixer le support des capteurs directement sur les chevrons de la toiture. À la fin du montage, l’étanchéité doit être parfaite pour éviter toute infiltration.

À moins de poser directement les capteurs au sol sur un support dédié, une opération plus simple à réaliser, il est donc recommandé de faire appel à un spécialiste.

Comment trouver un installateur pour votre kit solaire ?

Le plus simple est de faire fonctionner le bouche-à-oreille. Néanmoins, si vous ne connaissez pas dans votre entourage quelqu’un qui peut vous orienter vers un professionnel de confiance, n’hésitez pas à un utiliser un annuaire spécialisé comme celui du site faire.gouv.fr dédié à la rénovation énergétique qui recense notamment les professionnels RGE (Reconnus garants de l’environnement) situés près de chez vous.

Pour obtenir le plus de garanties possible, privilégiez les artisans bénéficiant d’une qualification Qualisol, un label qui identifie les professionnels formés et évalués pour la pose de systèmes solaires thermiques. N’hésitez pas à mettre les entreprises en concurrence en demandant plusieurs devis afin d’être certain de bénéficier d’un prix le plus juste possible pour la pose de votre kit solaire thermique.

Les travaux prennent en règle générale une journée entière et nécessitent la présence de deux techniciens pour manier les panneaux en toute sécurité sans risquer de les endommager.

Combien coûte la pose d’un kit solaire thermique ?

Le montant total des travaux dépend du type de kit solaire thermique que vous souhaitez faire installer et de la difficulté des travaux, notamment de l’accessibilité de la toiture. Si la pose d’un échafaudage est indispensable, la facture peut rapidement grimper.

Comptez en moyenne de 1 000 à 2 000 € TTC pour la pose d’un kit solaire destiné à la production d’eau chaude et/ou au chauffage pour les besoins d’un foyer de 4 personnes, un montant qui comprend la pose des capteurs et du chauffe-eau et tous les raccords nécessaires à leur mise en service.

Orientation et inclinaison des capteurs thermiques

Selon l’ADEME, l’énergie solaire reçue par un capteur solaire thermique varie entre 1 100 kWh et 1 700 kWh selon qu’on se situe au nord ou au sud de la France. Vous devrez donc ajuster le dimensionnement de votre installation en fonction de votre région de résidence.

Néanmoins, l’inclinaison et l’orientation des panneaux sont plus prépondérantes encore que votre localisation géographique. Les capteurs doivent être absolument orientés le plus au Sud possible et inclinés de 40 à 45 °C pour bénéficier d’un ensoleillement maximal.

Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur l’orientation et l’inclinaison des panneaux solaires.

Les aides disponibles pour l’achat et l’installation d’un kit solaire thermique

Il existe de nombreuses aides allouées par les pouvoirs publics qui permettent de financer en partie l’achat et l’installation d’un kit solaire thermique. Pour y être éligible, votre installation doit néanmoins remplir les conditions suivantes :

• les travaux d’installation doivent être réalisés par un professionnel RGE. Si vous vous chargez vous-même de l’installation de votre kit solaire, vous ne pourrez donc prétendre à aucune aide de l’État ;
• votre kit solaire doit être uniquement destiné à la production d’eau chaude sanitaire et/ou à l’alimentation d’un système de chauffage central par radiateur (monotube, bitube ou pieuvre) ou d’un chauffage par le sol. Il n’y a pas d’aide pour les kits solaires destinés au chauffage de l’eau d’une piscine par exemple.

Retrouvez ci-dessous la liste des aides dont vous pouvez bénéficier pour l’installation d’un kit solaire thermique équipé d’un chauffe-eau solaire. Notez que le montant de ces aides est souvent, mais pas toujours, conditionné aux ressources du ménage.

• MaPrimeRénov’.
• L’aide « Habiter mieux sérénité » de l’Anah.
• L’éco-prêt à taux zéro.
• La prime énergie.
• La prime Coup de pouce chauffage.
• TVA réduit à 5,5 %.