Comment dimensionner son chauffe-eau solaire ?

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En termes de dimensionnement d’un système de chauffe-eau solaire, on ne peut pas énoncer de règles générales si ce n’est qu’une installation thermique solaire dépend :

  • Des conditions climatiques et de l’ensoleillement local.
  • Des températures moyennes ambiantes.
  • De la demande de chauffage de l’eau par rapport à la consommation.
  • De la fraction solaire souhaitée.
  • Du rendement thermique du système utilisé.

Dimensionnement des petites installations solaires

Ce sont les systèmes les plus fréquemment installés, ils correspondent à la demande des particuliers pour les logements individuels, premiers utilisateurs de chauffe-eau solaires.

On parle de petites installations solaires, quand la surface des capteurs ne dépasse pas 10 m2.

Ces installations sont souvent dimensionnées par les fabricants et les installateurs eux-mêmes, selon les règles locales et des calculs basés sur l’expérience (conditions climatiques locales, ensoleillement, températures moyennes).

On chiffre rarement les prévisions de consommation. Les installations sont souvent conçues pour de hautes fractions solaires, et sont moins orientées vers la rentabilité.

Dimensionnement des installations solaires de grande taille

Les installations de grande taille concernent presque toujours des bâtiments tertiaires (logements collectifs, usines, bureaux, hôpitaux) où la rentabilité repose sur leur capacité à fournir de l’eau chaude à des coûts avantageux mais aussi, sur leur valeur monétaire à la construction.

Une étude faite en Allemagne autour d’installations construites dans les années 1980, a montré que, sans exception, elles étaient toutes surdimensionnées.

Le surdimensionnement d’une installation est fréquentLe surdimensionnement d’une installation est fréquent

Comprendre la différence de dimensionnement par rapport aux installations conventionnelles

La fiabilité de l’approvisionnement est un paramètre central dans le dimensionnement d’un système de fourniture d’eau chaude conventionnel.

Pour cela on prend en considération :

  • Une demande de consommation d’énergie relativement élevée, plutôt dans les valeurs hautes de la consommation présumée.
  • Un calcul de la demande énergétique la plus élevée, généralement celle de l’hiver.
  • Des facteurs de sécurité d’approvisionnement (surdimensionnement).
  • Une éventuelle consommation supplémentaire (agrandissement de la famille).

Le contraste avec les conditions requises par la technologie solaire est évident : même lorsque plus aucune énergie ne peut être transférée dans le stockage thermique qui a atteint sa température maximale, les capteurs captent encore la chaleur dispersée par le soleil, tant que celui-ci brille.

Cette chaleur est alors dispersée dans l’environnement sans être utilisée, mais plus grave, on risque une stagnation avec des températures considérablement plus élevées dans le champ de capteurs et une possible réduction de leur durée de vie.

Des installations de panneaux solaires surdimensionnées avec des périodes fréquentes de stagnation sont :

  • Inutilement chères.
  • D’un rendement annuel faible.
  • Des installations à la technologie trop coûteuse.
  • Soumises à des températures trop élevées dans les périodes de stagnation.

Les bons objectifs pour un dimensionnement solaire thermique

Alors que dans un système d’énergie conventionnel, on vise à une complète satisfaction de la demande énergétique, avec le solaire on doit atteindre d’autres objectifs et dimensionner le système, soit :

  • Pour une fraction solaire requise.
  • Pour une production maximale par mètre carré de surface de capteur.

La surface de toit disponible n’est jamais un paramètre variable dans le dimensionnement d’une installation solaire thermique.

Cette surface peut seulement représenter une valeur limite maximale.

Pour être sûr d’éviter le surdimensionnement d’une installation solaire pour le chauffage de l’eau sanitaire, il faut au préalable mesurer la consommation d’eau chaude exacte du logement concerné.

Cette mesure se fera en périodes de basse consommation, l’été, parce que l’ensoleillement et la température extérieure de l’eau sont au plus chaud.

Pour un chiffrage pertinent on mesurera les paramètres suivants :

  • Le débit en volume traversant le chauffe-eau.
  • La température à la sortie du ballon.
  • La température de l’eau froide entrant dans le chauffe-eau.
  • Le nombre d’utilisateurs.
  • Les déperditions de circulation.

En conclusion

Le surdimensionnement est le défaut principal que l’on relève souvent dans les installations solaires thermiques.


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