Le solaire thermique permet de convertir le rayonnement du soleil en énergie calorifique.

On utilise généralement le terme « solaire thermique collectif » pour les applications à basse et moyenne température et particulièrement dans le secteur du bâtiment, des réseaux de chaleur et d’une partie des applications destinées à l’industrie.

Sous le terme « solaire thermique à concentration », on entend le plus souvent les applications haute température utilisées dans l’industrie ou pour la production d’électricité.

Nous aborderons ci-dessous les principales composantes d’un système de production d’eau chaude solaire collective.

Le captage

Les types de circuits capteurs (ou primaire)

Systèmes sous pression ou auto-vidangeables, deux types de circuit primaire :

  • les systèmes sous pression ou pressurisés
  • les systèmes auto-vidangeables (ou drain back / gravitaire)

En système pressurisé, comme en auto-vidangeable, le circuit primaire peut être relié au(x) ballon(s) solaire(s) soit par un échangeur noyé soit par un échangeur externe. Les schémas types (voir schémathèque SOCOL) sont identiques dans les deux techniques qui ne se différencient que sur la partie primaire.

Les systèmes "sous pression" ou "pressurisés" représentent la majorité des installations réalisées actuellement. Ce type de schéma peut être adapté à tout type d'installations où la consommation est régulière et continue. Dans ce type de configuration, le circuit est rempli de liquide/fluide. Le système est mis sous pression pour éviter d’atteindre la température de vaporisation du liquide. Les efforts liés à la dilatation du liquide sont compensés par un vase d’expansion soigneusement dimensionné (voir document SOCOL sur le dimensionnement du vase d’expansion) pour absorber les montées en températures liées au solaire.

Cette technologie est possible en utilisant des capteurs plans vitrés ou sous vide pour les technologies "traditionnelles" et certains capteurs atmosphériques (cas des PAC Solaires).

Les systèmes auto-vidangeables ("drain back" ou "gravitaires"),  en progression, sont particulièrement adaptés aux installations à la consommation d'eau chaude sanitaire intermittente. Dans cette configuration et par rapport à un système sous pression, le système d'expansion "classique" est remplacé par un réservoir fermé, étanche à l’air, qui permet de réceptionner le fluide lorsque la pompe primaire s'arrête alors que l’air remonte dans les capteurs. C'est le circuit primaire qui assure les effets de dilatation du fluide primaire. En fonctionnement le volume d’air contenu dans les capteurs est poussé et stocké dans ce réservoir.

ATTENTION : La technologie de l'auto-vidangeable est possible en utilisant des capteurs plans vitrés prévus à cet effet par le fabricant (tous les capteurs plans vitrés ne sont pas auto-vidangeables !).

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Les capteurs

Il existe trois types principaux de capteurs pour les utilisations les plus fréquentes (eau chaude et chauffage en logement / tertiaire) :

  • Les capteurs plans vitrés
  • Les capteurs sous vide
  • Les capteurs non vitrés (ou "moquette" ou "atmosphériques")

Pour les applications spécifiques (haute température, industrie, réseaux de chaleur, froid solaire, gestion de la surchauffe…) des capteurs adaptés sont proposés par les industriels (à concentration, paraboliques, trackers, revêtements spécifiques, capteurs plans sous vide…)

Les capteurs plan vitrés

Les capteurs sous vides

 

Les capteurs moquettes ou atmosphériques

Ces capteurs sont employés pour le chauffage de l’eau des piscines (dans ce cas, le solaire thermique permet de chauffer directement l'eau du bassin) ou l'alimentation des PAC Solaires.

Les applications techniques

Solutions techniques "éprouvées", validées par le Fonds Chaleur :

  • le CESC

L’installation solaire collective comprend le plus souvent un échangeur externe entre le circuit capteurs (circuit primaire) et le circuit eau chaude. Parfois, cet échangeur peut être "noyé" dans le ballon (le plus souvent pour les installations de taille réduite).

Le chauffe-eau solaire collectif centralisé (CESC) propose une production et un stockage centralisés de l'eau chaude sanitaire. L'appoint à la production solaire se fait également de façon centralisée dans la chaufferie.

Le CESC est constitué de quatre éléments principaux :

  • La boucle solaire primaire qui comprend le capteur solaire et l’échangeur
  • La Régulation
  • Le ou les ballons de stockage solaire
  • L'appoint

Lien vers les schémas de principes: CESC 1 - CESC 2 - CESC 3 - CESC 4

 

  • L'Eau Technique (anciennement appelée Eau Morte)

Ce type de configuration est une application de base qui évite tout stockage (même provisoire) d’eau chaude sanitaire à température inférieure à 50° C. Les calories solaires ne sont plus stockées dans un ballon d’eau sanitaire, mais dans un ballon intermédiaire d’eau de chauffage « dite eau morte ».
Les calories de ces ballons sont alors retransmises à l’eau sanitaire au travers d’un échangeur externe.

Ce type de configuration est principalement adapté aux établissements de santé car il propose une réponse totalement sécurisée au risque de légionelle. Cependant, il occasionne une dégradation de la performance du système solaire en ajoutant un échangeur supplémentaire par rapport à une configuration standard.

Lien vers les schémas de principes : ET1 - ET2

Lien vers le livret SOCOL dédié aux applications en Eau Technique

Technologies innovantes et "hybrides" (Nouvelles Technologies Émergentes)

  • le CESCI

Le chauffage de l'eau sanitaire : une production solaire toujours collective mais plusieurs schémas pour l’appoint
Les deux variantes au CESC sont le CESCI et le CESCAI :

  • Le chauffe-eau solaire collectif à appoints individualisés (CESCAI) présente une production et un stockage solaires centralisés. L’énergie solaire permet de préchauffer l’eau sanitaire qui est ensuite distribuée dans les logements. Dans chaque logement, un appoint assure le complément à la préparation d’eau chaude sanitaire. Cette configuration n’est pas conseillée par SOCOL en raison des risques de Légionnelle.
  • Le chauffe-eau solaire collectif individualisé (CESCI) présente une production centralisée et un stockage solaire décentralisé dans chaque logement. L’énergie solaire est distribuée dans les logements, avec un stockage où l’appoint assure le complément à la préparation d’eau chaude sanitaire.

La technologie du CESCI est répertoriée dans la schémathèque SOCOL mais n’est actuellement pas sélectionnées par l'ADEME dans le cadre du Fonds Chaleur.
Lien vers le schéma de principe : CESCI

 
  • Les PAC solaires

Les Pompes à Chaleur Solaires permettent d’utiliser l’énergie fournie par les capteurs solaires comme source froide alimentant la pompe à chaleur.
Depuis 2021, les PAC solaires avec capteurs polypropylène ou hybrides PV-Th pour usages ECS sont éligibles à une aide forfaitaire de l’ADEME pour les installations entre 25 et 250 m² de capteurs, dans le cadre du Fonds Chaleur.
4 schémas SOCOL sont disponibles pour la conception de ces systèmes.

  • Les SSC

Cette technologie qui permet de répondre aux besoins de production d’eau chaude sanitaire et de chauffage, est éligible aux aides du Fonds Chaleur depuis 2021. Un schéma de principe est disponible dans la schémathèque SOCOL.

  • Les capteurs hybrides

Ils associent la technologie du solaire thermique à celle du photovoltaïque. Deux variantes existent :

  • Le PVT Eau – ou capteur PV-Th pour usages ECS
  • Le PVT Air

Le PVT Eau permet la production d’eau chaude sanitaire et le PVT Air assure une fonction de chauffage et / ou de séchage (applications possibles en milieu agricole, industriel…).
La face avant du panneau assure la production d’électricité (PV), sa face arrière permet le refroidissement du panneau photovoltaïque (dont le rendement baisse avec la surchauffe) et la valorisation de la chaleur fatale sous forme d’eau chaude ou d’air chaud, grâce à un échangeur thermique.
Le PVT Eau, associé à une pompe à chaleur solaire, est éligible aux aides du Fonds Chaleur depuis 2021.

  • Le froid solaire

Rafraîchir avec l'énergie du soleil permet d’utiliser la ressource solaire au moment de la journée où les besoins de rafraîchissement sont le plus importants. L’installation peut également être utilisée pendant les périodes froides afin de produire de la chaleur.
Des travaux spécifiques ont été menés et des outils développés sur ces applications, retrouvez toutes les informations ici.