Choisir son ballon solaire

Cas d'un chauffe-eau solaire

Volume du ballon

Dans le cas d’un chauffe-eau solaire, le volume est généralement fixé par le nombre d’utilisateur. La page de dimensionnement du chauffe-eau, qui reprend les conseils de l’ADEME donne des indications sur le volume à retenir. Ce volume peut être modulé. Dans un ballon solaire, il est important de se rappeler que seule la partie supérieure du ballon est chauffée par l’appoint. On n’aura généralement pas de problème par temps ensoleillé. C’est par temps couvert qu’il faut déterminer le volume ‘de confort’, celui qui doit être disponible à tout moment.

Par exemple, il y a trois indices qui permettront d’ajuster le volume du ballon :

Y a-t-il une baignoire ? si oui, est-elle utilisée régulièrement ? Si la réponse est oui, on pourra augmenter le volume du ballon pour une famille de 300 à 400 ou 500 litres. Variante : si l’appoint se fait par chaudière, on peut rester sur le volume initial, la chaudière dispose de la puissance pour faire rapidement le complément et on ne se retrouvera pas sans eau chaude. Si l’on dispose uniquement uniquement d’un appoint de faible puissance (résistance électrique ou poêle bouilleur de faible puissance hydraulique), il faudra augmenter le volume.
Fréquence et durée des douches : Avec une eau froide à 20° et une eau chaude à 60°, pour obtenir une eau à 40° il faut un volume d’eau froide pour un volume d’eau chaude. Si la douche coule à 8 l/minute, on consomme donc 4 litres d’eau chaude à la minute. En 10 minutes, on est à 40 litres, en 20 minutes à 80 litres. Si, en hiver, l’eau chaude est à 50° et l’eau froide à 10°, pour obtenir une eau à 40°, on utilisera 3 fois plus d’eau chaude que d’eau froide. Donc 6 litres d’eau chaude à la minute. 60 litres en 10 minutes et 120 litres en 20 minutes. Un ballon de 300 litres dispose seulement de 150 litres de volume de confort.
vaisselle à l’eau courante : selon que l’on cuisine beaucoup ou pas, évaluer la consommation.

Pour de petites consommations par exemple, la situation peut être à l’opposé : pour un couple ou une personne seule économe disposant d’un chauffe-eau électrique, une facture électrique faible ne permettra pas d’amortir l’investissement, il vaut sans doute mieux partir sur une petite installation photovoltaïque en auto-consommation.

On connait maintenant le volume nécessaire.

Nombre d’échangeurs

Pour choisir son ballon, il faut aussi connaitre l’appoint : si l’on a ou que l’on prévoit d’avoir ou que l’on pourra avoir un appoint hydraulique (chaudière, poêle bouilleur ou récupération de chaleur sur les tuyaux de sortie de fumée, on prendra un ballon avec deux échangeurs.

Si l’on est certain de n’avoir jamais qu’un appoint électrique, on prendra un ballon à un seul échangeur.

Classe d’énergie

L’étiquette énergie permet de connaitre la performance énergétique du ballon. Les ballons de classe A sont au moment où j’écris significativement plus chers et plus encombrants que les ballon classe B ou C.

La classe C était, jusqu’à l’obligation d’étiquetage, le mieux que savaient faire les fabricant sur un ballon de 300 litres : 50 mm de mousse polyuréthane.

Pour re-situer l’enjeu, sans aller jusqu’à lire les normes européennes, voici ce que j’ai constaté au niveau des pertes thermiques de nos produits, la totalité du ballon étant chauffée à 60° (donc si c’est la totalité c’est par le solaire, sinon, on peut diviser par deux : seul le haut est chauffé) :

un ballon de classe A perd moins de 0.5 kWh par jour, mais pas loin de ça,
un ballon de classe B perd entre 0.5 et 1 kWh par jour,
un ballon de classe C perd entre 1 et 1.5 kWh par jour

Si le ballon est dans une zone non chauffée de l’habitation et en montagne, la classe A s’impose. A noter qu’on peut en prendre un moins performant et sur-isoler : selon le budget, c’est une option qui peut être considérée.

Même remarque si le ballon est dans l’enceinte chauffée mais que la maison est trop chaude l’été : comparé à un ballon classe A, les pertes supplémentaires d’un ballon classe C équivalent à allumer un radiateur électrique pendant 1/2 heure.

Remarque : si le réseau de distribution d’eau chaude est en cuivre et qu’il n’est pas isolé, on a là un excellent radiateur qui fonctionne 24h sur 24, à la sortie du ballon. A mon avis, on perd bien plus. Même remarque si le tuyau monte directement en sortie de chauffe-eau : on peut avoir un phénomène de thermosiphon dans le tuyau l’eau froide redescend dans le ballon par le bas du tuyau, elle est remplacée par l’eau chaude du ballon dans le haut du tuyau. Si votre appoint électrique est branché en permanence, vous ne verrez rien, essayez de le débrancher pour voir de combien baisse la température en une nuit.

Est-ce qu’il rentre ?

Petit détail à ne pas oublier : le cas de la porte étroite ou du recoin où l’on case le ballon, ‘pas de place ailleurs’. Cela peut amener à choisir un modèle de volume ou de classe inférieure car moins encombrant. A chaque page produit de ballon, sélectionnez l’onglet document joints : vous y trouverez la fiche technique du produit, et généralement en deuxième page les dimensions du ballon.

Voilà, vous en savez autant que moi sur le choix d’un ballon de chauffe-eau solaire.

Cas d'un chauffage solaire

Chauffage solaire à deux ballons

Le ballon d'eau sanitaire

Dans cette configuration, le choix du ballon d’au sanitaire se fera exactement comme dans le cas d’un chauffe-eau solaire, expliqué ci-dessus.

Le ballon tampon

Le rôle du ballon tampon est de stocker l’énergie collectée par les panneaux solaires et éventuellement l’appoint d’un poêle bouilleur, d’une chaudière à bois, ou d’une PAC. Pour cette dernière, en effet, cela peut éviter d’avoir à mettre en place une bouteille de découplage, cela peut aussi permettre de piloter son fonctionnement durant les heures creuses ou les heures les plus chaudes de la journée, lorsque son COP sera le plus élevé.

Volume du ballon tampon :

Dans le chauffage solaire, on prendra un volume de ballon important pour permettre aux panneaux de travailler à basse température, dans le cas le plus fréquent de chauffage par plancher chauffant ou mur chauffant hydrauliques. c’est ainsi qu’on obtiendra les meilleurs rendements.

Cas particulier du chauffage par radiateurs (très préférablement basse température) : il faudra une eau de chauffage plus chaude, on prendra donc un ballon plus petit, et pour compenser on mettra plus de panneaux.

S’agissant d’une énergie alternative et qui fonctionne seulement les jours de beau temps, on est généralement équipé d’une autre source d’énergie qui peut produire au besoin. Le dimensionnement est donc indicatif : en fonction des contraintes de place, de budget, on pourra ajuster le nombre de panneaux et la taille du ballon. On obtiendra ainsi une plus ou moins grande couverture des besoins.

Il faut quand même fixer les idées : dans une maison d’avant la RT 2012, bien isolée, on installait environ 10 m² de panneaux à 60° d’inclinaison et 1000 l de ballon tampon pour 100 m² de surface. Cela permettait de couvrir dans le sud environ la moitié des besoins de chauffage.

Et pour du chauffage, par radiateur, on majore la surface de panneaux de 50% ou on minore le volume du ballon d’un tiers.

Ces ratios sont aussi ceux couramment utilisés par certains de nos clients installateurs vivant dans des ‘petits pays’, où ils n’ont pas le droit de se tromper : tout se sait.

Un simulateur est disponible sur le site de l’Ines, pour ma part, j’en suis resté à ces ratios : on ne dispose généralement pas des données demandées dans le logiciel, sauf pour les maisons neuves éventuellement.

Nombre d’échangeurs

Un échangeur est utile quand on ne veut pas mélanger les fluides. Dans le cas d’un chauffage solaire, le circuit primaire (solaire) est rempli d’eau glycolée sous nos latitudes, pour que la partie de l’installation en extérieur soit protégée du gel.

Vu le prix du glycol, on évitera d’en remplir le ballon tampon : un échangeur est nécessaire au niveau du circuit solaire.

Au niveau du réseau de plancher et/ou radiateur ainsi que de la chaudière ou du poêle bouilleur,il n’y a pas de problème à faire circuler l’eau du ballon tampon.

Sauf cas particulier, un second échangeur n’est donc pas utile pour l’énergie d’appoint.

Une utilisation particulière de l’échangeur haut du ballon est la suivante : on peut privilégier la chauffe du haut de ballon, au prix d’une perte de rendement solaire, si l’on veut disposer plus vite d’eau chaude et arrêter d’utiliser une énergie non solaire, par exemple à la mi-saison : on sait qu’on aura assez d’énergie dans la journée et il peut être intéressant d’alimenter par exemple des radiateurs de salle de bains. Je ne suis pas fan, ça complique l’installation. Voyez nos schémas à cette page.

Classe d’énergie

Pour les ballons tampon, pas concernés par l’étiquetage des classes d’énergie dès qu’ils dépassent 500 litres, l’isolation n’a pas changé: on reste le plus souvent avec de la mousse souple de 10 cm d’épaisseur. Ceci étant, ne proportion de leur volume, les pertes sont nettement plus faibles que dans des petits ballons, alors que la classe d’énergie se soucie seulement de la quantité d’énergie perdue par jour, quelle que soit la taille du ballon, et donc quelle que soit le ‘service attendu’.

Est-ce qu’il rentre ?

C’est la question à ne pas sauter. Parfois, il rentrera par une fenêtre !

Les dimensions sont comme d’habitude sur les fiches techniques des produits.

Là , on se posera aussi la question du poids. Même si techniquement, il rentre, il faut manipuler ce bébé qui pèse autour de 300 kg. Il vaut mieux prévoir des bras et des sangles solides pour le porter. On peut aussi le faire glisser au sol, dans ce cas prévoir du carton ou de vieilles couvertures pour protéger le sol.

Si vous consultez les fiches techniques, vous trouverez pour les ballons tampon deux diamètres : le diamètre avec isolation et le diamètre sans isolation.

Si vous enlevez l’isolation en mousse souple, faites le durant le temps strictement nécessaire et conservez là durant ce temps bien au chaud : elle se rétracte d’autant plus au froid et si on n’y prend pas garde, elle est très difficile à remettre.

Chauffage solaire avec ballon combiné hygiénique

Le ballon combiné est un ballon tampon, qui contient donc l’eau de chauffage, et qui est traversé par un serpentin, dans la majorité des cas en inox, d’une trentaine de litre de contenance, et qui contient l’eau sanitaire en cours de chauffage. A une époque, ces ballons se sont appelées ballons à eau chaude instantanée. Puis on est revenu à une terminologie plus réaliste : on parle de ballon tampon hygiénique,

Pourquoi hygiénique ? Parce que le volume étant faible, la règlementation considère que le risque de légionellose est très faible.

Cette solution présente l’avantage de simplifier le circuit primaire puisqu’il y a un seul ballon à chauffer.

Elle peut présenter l’inconvénient d’avoir à chauffer la moitié supérieure du ballon pour obtenir de l’eau chaude s’il fait gris. Dans certains cas, conserver un cumulus électrique en série peut être intéressant, quitte à le bypasser en période de chauffage : au lieu de chauffer les 500 litres du haut de ballon, on ne chauffe que le volume du cumulus, beaucoup plus faible.

Attention : cette solution ne convient pas aux collectivités : la production d’eau chaude, qui se fait ‘au fil de l’eau’ est limitée à environ 3 douches en simultané. Dans une grande maison individuelle, on pourra pallier ce défaut grâce à un cumulus en série comme évoqué plus haut. Dans une installation collective, mieux vaut prévoir une installation avec ballon d’ECS et ballon tampon.

Le dimensionnement se fait de la même manière que plus haut. On pourra alors ajouter les deux volumes de ballon pour obtenir la taille du ballon combiné, … ou pas.

Ballon dans le cas d'un Plancher Solaire Direct (PSD)

Dans le cas d’un PSD, le ballon sanitaire se définit comme dans le cas d’un chauffe-eau seul.

Il n’y a pas de ballon tampon puisque c’est le plancher (ou les murs) qui assurent le stockage de l’énergie.

Il arrive que l’on veuille coupler un PSD avec un ballon tampon : quand le plancher atteint la consigne, on stocke l’excès d’énergie dans un ballon tampon. Installation plus compliquée, qui nécessite un échangeur entre le ballon tampon, rempli d’eau de chauffage, et le plancher rempli d’eau glycolée. Je pense qu’il peut être utile de la considérer si l’on a par exemple un poêle bouilleur qui nécessite un ballon tampon, utilisé par exemple pour chauffer un étage équipé de radiateurs haute température : il n’y a pas grand chose à ajouter pour basculer l’énergie du poêle dans le plancher tout en conservant l’excellent rendement du PSD.

Les trouvailles

Le secret d’un chauffage solaire efficace est la température de travail des panneaux.

Par rapport aux solutions classiques présentées ci-dessus, il y a des opportunités qu’il ne faut pas laisser passer si l’occasion se présente :

Le mur de refend

Lors de rénovation de vieux bâtiments, on peut trouver de murs de refend imposants : par exemple 80 cm d’épaisseur au sol, 60 au niveau du toit, 6 mètres de long et en moyenne 4.5 mètres de haut. on se retrouve avec 0.7x6x4.5, soit près de 19 m3 de pierre et liant. En utilisant par approximation le ratio 0.462 valable pour le béton, on dispose en capacité de stockage d’énergie à plus de 8.5 m3 d’eau. A mon avis le mur chauffant s’impose.

La cuve inutilisée

A proximité de cavaillon , un client dispose dans son local technique, ancienne cave à vin, d’une cuve non isolée, enterrée dans un sol sableux et sec, de 16m3. Il la chauffe avec 10 panneaux solaires, arrête la chauffe à 28° car la cuve est à l’air et qu’au delà, il y a développement d’algues. Il obtient dans sa maison de 13m3 avec plancher chauffant 12 jours d’autonomie de chauffage. Bien sûr, le plancher prend les calories au travers d’un échangeur en tuyau inox pour éviter l’apport d’oxygène et l’embouage, même principe que pour réchauffer la cuve à partir du réseau primaire en eau glycolée.

Depuis, ces idées trouvent preneurs parmi nos clients : murs de refend, cuve sous terrasse de 40 m3, … De quoi dans certains cas se passer complètement d’appoint.