Le solaire thermique

Mis à jour le 28/02/2022

Le solaire thermique est une énergie renouvelable de production de chaleur à partir du rayonnement solaire.

Les principales applications sont la production d’eau chaude sanitaire, le chauffage et le rafraîchissement de bâtiments d’habitation et tertiaires, ainsi que la production de chaleur pour l’industrie et les réseaux de chaleur. Elle se distingue du solaire photovoltaïque qui produit de l’électricité.

La technologie solaire thermique

Le solaire thermique regroupe les technologies de conversion du rayonnement solaire en chaleur utilisable. La chaleur est collectée au travers des capteurs solaires puis transportée par un fluide caloporteur dans un circuit hydraulique, comportant généralement un ou plusieurs ballons de stockage permettant de délivrer la chaleur à tout moment de la journée. La circulation du fluide dans le circuit est commandée par un système de régulation, qui donne la priorité à l'énergie solaire chaque fois que celle-ci est disponible. En cas de besoin, lorsque l'ensoleillement est insuffisant et la température trop basse dans les ballons de stockage, la chaleur demandée doit être générée par un système d'appoint via un circuit indépendant.

Plusieurs types de capteurs sont disponibles en fonction du niveau de température visé :

• les capteurs non vitrés sont les plus simples. Capteurs souples ou « moquettes », ils sont peu coûteux et produisent de l’eau jusqu’à 30 ℃ environ. En revanche, ils ne peuvent servir pour l’eau sanitaire que dans les pays chauds ;
• les capteurs plans vitrés sont les plus répandus. Particulièrement adaptés à un usage courant, ils produisent de l’eau entre 50 et 90 ℃ pour les capteurs à double vitrage ;
• les capteurs sous vide sont les plus efficaces mais aussi les plus chers et les plus fragiles. Ils sont composés de tubes sous vide d’air, ce qui améliore l’isolation et réduit les pertes de chaleur, ce qui leur permet d’atteindre jusqu’à 120 ℃ dans certains cas). S’ils s’usent ou perdent leur étanchéité, leur rendement chute considérablement.

Le solaire thermique s’adresse ainsi à toutes les applications à basse et moyenne températures, c’est-à-dire inférieures à 100 ℃, généralement dans le but de produire de l'eau chaude dans les secteurs du bâtiment, des réseaux de chaleur et de l’industrie, ainsi qu’aux applications haute température, au-delà de 100 ℃, obtenue après concentration des rayons du soleil, permettant la création de vapeur pour l’industrie et la production d’électricité.

L’énergie solaire est disponible partout, gratuite à l’usage, renouvelable et non polluante. Grâce à des équipements robustes et fiables, elle permet ainsi de fournir une part importante des besoins d’eau chaude pendant de nombreuses années avec des prix stables. En effet, bien conçus, bien utilisés et régulièrement entretenus, les éléments d’une installation solaire ont des durées de vie :

• de 20 à 30 ans pour des capteurs plans de qualité ;
• plus de 20 ans pour les ballons ;
• d’environ 10 ans pour les éléments du circuit hydraulique (circulateur, les sondes de température et la régulation).

Le solaire thermique pour les besoins d’eau chaude et de chauffage

Le chauffe-eau solaire est une solution simple à mettre en œuvre pour disposer de chaleur solaire au sein de son bâtiment. Grâce à un principe éprouvé, il permet de chauffer une partie de l’eau sanitaire de la maison. Selon la région et la taille de l’installation, le chauffe-eau solaire peut couvrir :

• de 40 à 80 % des besoins moyens annuels d’eau chaude sanitaire ;
• la totalité des besoins estivaux, ce qui permet d’éteindre complètement la chaudière en été.

La connaissance des besoins en eau chaude est une donnée cruciale à prendre en compte au moment de dimensionner son installation solaire (et la solution d’appoint devant couvrir le reste de la consommation non couverte par l’énergie solaire). Plusieurs « schémas » d’installation existent ainsi et sont reconnus par les concepteurs solaires pour correspondre à toutes les tailles de bâtiment et tous les profils d’utilisation de l’eau chaude sanitaire. Les maisons individuelles trouveront ainsi des schémas adaptés de Chauffe-eau solaire individuel (CESI), quand les bâtiments collectifs et tertiaires se tourneront vers le Chauffe-eau solaire collectif (CESC). Une fraction de l’énergie solaire peut également être utilisée pour le chauffage avec la technologie du Système solaire combiné (SSC).

Le site SOCOL regroupe tout un ensemble d’informations et de documents pour accompagner les porteurs de projet solaire, depuis les premières phases d’avant-projet et de conception jusqu’à l’exploitation et au suivi de l’installation. Le recours à des bureaux d’études Reconnus garant de l’environnement (RGE) ayant une expertise solaire, et des installateurs qualifiés est très fortement recommandé pour disposer d’installations fiables et performantes.

Le solaire thermique en industrie

Encore peu connu dans le secteur industriel, le solaire thermique est pourtant une solution de chaleur renouvelable adaptée pour s’intégrer à tout un nombre de procédés consommateurs de chaleur, principalement pour des opérations de préchauffage ou de séchage. Environ 30 % des besoins de chaleur de l’industrie portent en effet sur des températures inférieures à 140 ℃, et sont donc adressables par le solaire thermique. Les secteurs consommant de forts volumes d’eau chaude, comme les industries du lavage ou encore l’agro-alimentaire, sont ainsi des cibles privilégiées où le solaire peut intégrer les réflexions sur les trajectoires de décarbonation du mix énergétique.

Il est désormais possible de trouver diverses offres de financement liées à des projets solaires (investissement en propre, location-vente ou tiers-investissement), qui permettent aux industriels de trouver le modèle d’affaires qui leur conviendra. Une fois l’investissement initial réalisé, seuls les coûts de petites et grandes maintenances sont à assurer. Une telle stabilité du coût de l’énergie est un véritable atout envers la chaleur solaire.

Le solaire thermique sur réseaux de chaleur

Les installations solaires thermiques sur réseau de chaleur sont des solutions complémentaires aux solutions de récupération de chaleur et au bois énergie, notamment pour des réseaux dont la chaudière est arrêtée ou peu utilisée en période estivale. Elles peuvent également constituer une première mutation pour des réseaux au fort taux de couverture du gaz. Les installations se font avec des capteurs de grande dimension, où les dimensionnements les plus courants permettent de couvrir environ 80 % des besoins de chaleur en période estivale. Dans les pays où le solaire sur réseau est particulièrement développé, comme au Danemark ou aux Pays-Bas, des opérations avec stockage inter-saisonnier (stockage de très grands volumes permettant de récupérer en automne et hiver des calories solaires captées et stockées en été) permettent d’assurer plus de 90 % des besoins d’un réseau urbain.

La première centrale solaire sur réseau de chaleur en France s’est faite à Châteaubriant et a bénéficié d’un financement conjoint de la collectivité et du Fonds Chaleur. Depuis, de nouvelles installations solaires sur réseau ont vu le jour sur le territoire, notamment sur les communes de Pons et de Narbonne.

Le rafraîchissement solaire

Une installation de rafraîchissement solaire permet de produire du froid à partir de chaleur issue des capteurs solaires, le plus souvent à tubes sous vide ou capteurs plans double vitrage en zone suffisamment ensoleillée, par le biais d’une machine à absorption ou à adsorption. Il existe toutefois encore des freins importants à la diffusion de cette technologie, notamment la gestion des hautes températures et les contraintes mécaniques qui en découlent, ainsi que la forte consommation d’eau.
 

Les actions de l’ADEME

L’ADEME soutient le développement et la massification du solaire thermique collectif pour les collectivités, les associations et les entreprises (les mesures de soutien financier pour les particuliers sont à trouver via le dispositif MaPrimeRenov). Les actions menées concernent à la fois le financement de projets, la communication avec des partenaires tels qu’Enerplan, ainsi que le soutient aux démarches de qualité (certification et qualification des professionnels) et aux activités de R&D et d’innovation dans le cadre du Programme des Investissements d’Avenir.

L’aide aux opérations se fait par l’intermédiaire du Fonds Chaleur dont l’objectif est de massifier le recours aux technologies de production de chaleur renouvelable en France. Les conditions d’éligibilité sont la remise d’une étude de faisabilité par un bureau d’étude sachant (RGE 20.14), des capteurs certifiés et la mise en place d’un schéma hydraulique conforme par un installateur qualifié. Les conditions d’éligibilité et de financement sont décrites sur le site Agir pour la transition. Les études de faisabilité peuvent également bénéficier d’un soutien financier de l’ADEME pour les porteurs de projets potentiels souhaitant explorer la faisabilité d’une installation solaire.

De plus, l’ADEME lance chaque année depuis 2015 un appel à projets dédié aux Grandes installations solaires thermiques (GIST) qui permet de sélectionner et de financer les projets de grande dimension les plus pertinents sur réseaux de chaleur (> 1500 m²) et en industrie (> 500 m²). Les projets candidats sont évalués selon des critères de performance techniques et économiques, afin de faire émerger des projets ambitieux, et compétitifs grâce à des effets d’échelle importants. Il est possible de vérifier si une session de l'Appel à projets (AAP) GIST est en cours sur le site du Fonds Chaleur.

Pour en savoir plus, consultez le guide grand public édité par l'ADEME sur la chaleur solaire chez soi.