Les différents systèmes solaires thermiques

Systèmes directs ou systèmes indirects (systèmes avec échangeur) ?
           
Dans le système direct, le liquide caloporteur est l’eau chaude sanitaire elle-même. Elle est directement chauffée dans les capteurs et stockée dans le ballon avant son utilisation. Les matériaux utilisés doivent alors être adaptés : dans notre région, l’eau est très calcaire ce qui accélère le vieillissement des installations. D'autre part, ce système convient uniquement à des régions où il ne gèle pas.

Le système recommandé est donc le système indirect ou système avec échangeur. Le liquide caloporteur circule en circuit fermé est chauffe l’eau chaude sanitaire contenue dans le ballon de stockage en passant dans un échangeur. Sous nos latitudes, c’est en général un mélange eau + glycol qui va constituer le liquide caloporteur pour prémunir l’installation contre le gel.

 
(Source Outils Solaires)

Notons qu’il existe des systèmes à auto vidange : lorsque le système est arrêté (par exemple à des températures négatives),  le fluide s’écoule dans un réservoir. Ce système peut alors être direct et ne nécessite pas d’antigel mais il est moins sécurisant et plus contraignant.

Circulation naturelle ou circulation forcée ?

Un système à circulation naturelle fonctionne grâce à la différence de pression entre l’eau chaude et l’eau froide : c’est la circulation par thermosiphon. Le liquide, en se réchauffant, devient moins dense que l’eau froide et va avoir tendance à circuler vers le haut de l’installation. Dans un tel système, le ballon de stockage doit donc être situé plus haut que les capteurs solaires ce qui constitue bien souvent une contrainte (les toits peu pentus de notre région limitent la possibilité d’installation du ballon sous les combles). Le fonctionnement de ce type de chauffe-eau solaire est très simple, l'entretien est facile et les risques de pannes sont faibles puisque la partie la plus fragile d'un chauffe-eau solaire est généralement la partie électrique (pompe, régulation électronique et sondes).

Le recours à une circulation forcée est donc le plus souvent envisagé. La pompe consomme de l’électricité mais permet de choisir la localisation du ballon de façon moins contraignante. Un système de régulation contrôle à tout moment la température du capteur et celle de la partie basse du ballon (eau plus froide). Quand le capteur est plus chaud que le ballon, le circulateur se met en route automatiquement et le liquide caloporteur transmet sa chaleur au ballon. Si le ballon est plus chaud que le liquide dans le capteur, la circulation est arrêtée.

(Source : Outils Solaires)

Le vase d’expansion

La température de l'eau dans les capteurs peut parfois atteindre plus de 120°C (en été, si le système de régulation tombe en panne, etc.). Dans ce cas, le système est protégé par un vase d'expansion et des valves sensibles à la pression qui permettent d’arrêter le système par vidange. Ces vidanges doivent cependant être le moins fréquentes possibles car elles abiment le système et car il est à chaque fois nécessaire de réinjecter du liquide caloporteur. C'est pourquoi il faut veiller à ne pas surdimensionner l'installation par rapport à vos besoins et qu'il faut parfois recouvrir une partie des capteurs en été.

Energie d’appoint intégrée au ballon ou séparée ?

Lorsque l’appoint est intégré dans le ballon, on utilise un seul ballon de stockage, le système solaire chauffant la partie basse du ballon et le système d’appoint la partie haute si nécessaire. Ainsi, si l’appoint est électrique, une résistance est placée à mi-hauteur du ballon et si l’appoint est hydraulique (gaz, fioul ou bois), c’est un deuxième échangeur qui est raccordé à la chaudière. L’appoint intégré est le plus courant même s’il est en général un peu moins efficace qu’un appoint séparé.

L’appoint séparé par cumulus électrique est la solution la plus performante : les deux ballons sont montés en série (le cumulus peut être un ballon déjà existant). Un appoint séparé par chaudière à gaz instantanée peut également être envisagé.

(Source ADEME)

Dans tous les cas et quelque soit le type d'appoint choisi :
- la priorité doit toujours être donnée à l'énergie solaire,
- le fonctionnement du chauffage d'appoint ne doit pas réduire le rendement du chauffe-eau solaire,
- le ballon de stockage aura besoin d'une isolation thermique poussée afin de conserver l'énergie solaire au mieux et réduire le recours au chauffage d'appoint,
- il est conseillé de disposer d’un voyant qui montre que le chauffe-eau solaire marche correctement; sinon, l'eau chaude pourrait être fournie exclusivement par l'appoint sans que l'utilisateur ne s’en rende compte.

Sous nos latitudes, le système le plus courant est un système comprenant : des capteurs plans vitrés, un liquide caloporteur eau + glycol, un ballon avec échangeur (système indirect), une pompe et un régulateur permettant la circulation forcée, une chaudière d’appoint intégrée au ballon.