Les panneaux solaires thermiques : tout savoir sur le fonctionnement, le coût d’installation et le rendement

Vous souhaitez faire des économies d’énergie ? Avez-vous pensé à l’énergie solaire pour chauffer l’eau utilisée dans votre maison ? Si les panneaux solaires photovoltaïques produisent de l’électricité, les panneaux solaires thermiques sont utilisés pour la production d’eau chaude sanitaire et pour alimenter le chauffage central en eau chaude. Ils représentent donc un bon moyen de tendre vers une autoconsommation solaire.

Quel est le fonctionnement des panneaux thermiques ? Comment les utiliser ? Quel en est le rendement et combien ça coûte ? TotalEnergies répond à ces questions.

Passer à l'autoconsommation

Les panneaux solaires thermiques : tout savoir

Comment fonctionnent les panneaux solaires thermiques ?
Quels sont les différents types d’utilisation ?
Quelle surface minimale faut-il pour assurer une production suffisante ?
Quels sont les différents paramètres à prendre en compte lors de la pose des panneaux solaires thermiques ?
Quel est le coût total moyen d’une installation de panneaux thermiques ?
Quelles sont les principales étapes à suivre lors de l’installation de panneaux photovoltaïques thermiques ?

Comment fonctionnent
les panneaux solaires thermiques ?

Les panneaux solaires thermiques fonctionnent grâce à l’énergie solaire. Ils sont dotés de capteurs absorbant la chaleur produite par le soleil. Cette énergie thermique est utilisée pour chauffer un fluide caloporteur situé sous les panneaux. Le fluide chaud est ensuite dirigé vers un ballon de stockage relié au circuit d’eau chaude du logement et/ou au système de chauffage central. Cet ensemble est appelé chauffe-eau solaire individuel (CESI).

Le capteur solaire thermique à eau se décline de différentes façons :

les capteurs non vitrés sont dotés de tubes de plastique noir contenant le liquide caloporteur ;
les capteurs plans vitrés font circuler le fluide dans une boîte vitrée. Cette dernière accentue le chauffage grâce à l’effet de serre.
les collecteurs à tubes sous vide : le tube contenant le liquide est placé dans un tube sous vide. L’absence d’air limite la déperdition de chaleur.

Les panneaux solaires thermiques se placent généralement sur la toiture, en surimposition. Ils sont donc installés par-dessus les tuiles ou les ardoises déjà en place. Les panneaux sont par la suite reliés au système de distribution situé à l’intérieur du logement.

Ce dernier est composé :

d’un circuit hydraulique reliant les panneaux au reste de l’installation et contenant le liquide caloporteur ;
d’un système d’énergie d’appoint servant de relai à l’énergie solaire ;
de la tuyauterie pour le système de distribution d’eau chaude ;
du dispositif de stockage de l’eau chaude pour le chauffe-eau solaire ;
des émetteurs de chaleur pour le chauffage central (plancher chauffant, radiateur, etc.).

Que ce soit pour la production d’eau chaude ou pour le chauffage, le circuit hydraulique est fermé.

J’estime mon potentiel solaire

Quels sont les différents types d’utilisation ?

Comme évoqué précédemment, les panneaux solaires thermiques sont utilisés essentiellement pour la production d’eau chaude sanitaire et l’alimentation en eau du chauffage central.

S’il s’agit de panneaux solaires hybrides (photovoltaïques et thermiques), ils peuvent également produire à la fois de l’eau chaude sanitaire et de l’électricité ou de la climatisation solaire. La production simultanée de deux formes d’énergie différente s’appelle la cogénération.

En résumé, l’installation de panneaux thermique permet d’obtenir :

de l'eau chaude solaire ;
du chauffage solaire ;
de l’électricité avec un système mixte solaire thermique et photovoltaïque ou de la cogénération ;
une climatisation solaire, généralement réservée aux bâtiments tertiaires.

Quelle surface minimale faut-il pour assurer une production suffisante ?

La surface du panneau solaire thermique doit être définie en fonction :

du type d’utilisation souhaité (eau chaude, chauffage ou les deux) ;
de vos besoins (à ajuster en fonction de la taille de votre foyer) ;
de l’ensoleillement de votre lieu d'installation.

La surface en fonction des besoins

Ainsi, un foyer de quatre personnes nécessite un ballon d’eau chaude de 200 à 300 litres pour lequel le panneau thermique aura une surface de 2m² à 5 m² en fonction de l’ensoleillement.

Une surface de panneaux solaires thermiques de 10 à 30 m² permet de couvrir jusqu’à 60 % des besoins en chauffage central selon la taille de votre habitation.

Pour un système combiné eau chaude/chauffage, comptez éen supplément une surface de panneaux de 10 à 20 m².

La surface en fonction de l’ensoleillement

La surface du panneau solaire ne sera pas identique dans une zone très ensoleillée et dans une zone peu ensoleillée.

Si vous prévoyez l’installation de panneaux thermiques pour votre résidence principale, sachez que l’estimation de la taille des panneaux se fait en fonction de l'ensoleillement constaté en hiver.

Afin d'optimiser le rendement, l’orientation et l’inclinaison seront aussi à adapter en fonction de l’ensoleillement.

Selon votre lieu de résidence, l’autoconsommation en chauffage peut être possible grâce au chauffe-eau solaire. Cependant, installer un système d’appoint est fortement recommandé. En effet, les besoins en chauffage sont plus importants en hiver alors que l’ensoleillement est moindre. Le système d’appoint prend alors le relais sur votre système solaire dont le rendement diminue à cette période de l’année.

L’orientation et l’inclinaison

Les panneaux solaires thermiques doivent, autant que faire se peut, être dirigés plein sud pour capter un maximum de rayons solaires tout au long de la journée. Une orientation sud-est ou sud-ouest peut toutefois s’avérer suffisante.

Concernant l’inclinaison, un angle de 30 à 35° permettrait aux capteurs d’être perpendiculaires aux rayons solaires. Cependant, le soleil n’est pas à la même hauteur en toutes saisons :
- L’hiver, lorsqu’il est au plus bas, les panneaux devraient respecter un angle de 60°.
- L’été, les rayons seront perpendiculaires aux panneaux lorsque ces derniers ont une inclinaison de 10 à 20°.

Il est donc recommandé de respecter un angle allant de 15 à 45° avec le sol afin d'obtenir un rendement suffisant été comme hiver. Cette inclinaison correspond d’ailleurs à celle de la plupart des toitures en France, là où les panneaux sont installés.

Comment estimer le rendement des panneaux photovoltaïques thermiques ?

Le rendement des panneaux photovoltaïques thermiques s’exprime en pourcentage. Il se calcule à l’aide d’une formule :

rendement = puissance électrique produite par le panneau solaire / puissance solaire reçue par le panneau.
Autrement dit : rendement = énergie sortante/énergie entrante.

Le rendement annuel moyen des panneaux solaires thermiques est estimé de 30 à 40 %. Il représente 300 à 600 kilowattheure par mètre carré de capteurs thermiques.

Le rendement varie cependant en fonction des installations :

Des capteurs solaires à plans vitrés affichent un rendement de 80 % qui diminue lorsque la température extérieure baisse et/ou lorsque l’eau est chauffée à haute température ;
Des capteurs non vitrés ont un rendement pouvant atteindre 90 %, mais la baisse est conséquente en hiver ;
Des capteurs à tubes sous vide ont un rendement de 55 % environ.

Le rendement varie aussi en fonction de :

l’ensoleillement ;
la chauffe (plus le capteur chauffe, moins le rendement est important) ;
l’orientation ;
la présence d’éléments bloquant le passage de la lumière (bâtiment voisin, arbres, etc.) ;
sources de déperdition diminuant la productivité (dissipation de la chaleur lorsque la température est basse ou que l’eau est à haute température).

Quel est le coût total moyen d’une installation de panneaux thermiques ?

Le prix du chauffe-eau solaire varie en fonction de la surface du panneau solaire thermique et du type de capteur. Il est donc totalement dépendant de l’ensoleillement de votre région, de vos besoins et du type de ballon de stockage.

C’est pourquoi le coût moyen d’une installation de panneaux thermiques peut aller du simple au double. L‘Agence de la transition écologique, l’ADEME, a mené une étude dont les résultats indiquent que le prix total hors taxe de l’installation d’un chauffe-eau solaire (fourniture et pose) est compris entre 3 800 et 5 500 € HT. Pour une famille de quatre personnes nécessitant d’un ballon d’une capacité de 200 à 300 litres et environ 5 m² de capteurs, le prix moyen est de 4 300 €.

Pour alléger la facture, vous pouvez bénéficier d’aides financières comme MaPrimeRénov’ remplaçant le crédit d’impôt. Vous pouvez vérifier votre éligibilité sur le site officiel maprimerenov.gouv.fr.

Quelles sont les principales étapes à suivre lors de l’installation de panneaux photovoltaïques thermiques ?

Suivez ces trois étapes principales pour l’installation de vos panneaux thermiques.

L’étude du projet

La première étape consiste à étudier la faisabilité de votre projet. Pour cela, vous devez prendre en compte le taux d’ensoleillement de votre région, l’orientation de votre maison et la surface de panneaux photovoltaïques thermiques nécessaire à un bon rendement.

Les démarches administratives

Vous aurez ensuite des démarches administratives à effectuer. En effet, la pose de panneaux solaires thermiques sur le toit modifie l’aspect extérieur de votre maison. Vous devrez donc effectuer en amont une déclaration préalable de travaux. Ces démarches s’effectuent auprès de votre mairie.

La pose des panneaux

Pour la pose de votre kit de panneaux thermiques, il est conseillé de faire appel à un professionnel certifié Reconnu Garant de l’Environnement (RGE). Cette certification est notamment indispensable lorsque vous percevez des aides de l’État pour financer vos travaux.