Séance 2
La production d’eau chaude sanitaire (ECS) grâce à l’énergie solaire thermique
Situation
Documents
doc. 1 Solaire thermique ou photovoltaïque ?
doc. 2 Comment ça marche ?
doc. 3 La recette d’une installation réussie
doc. 4 Étude pratique
Questions
Réponds aux questions sur la fiche élève.
1. Introduction
Q.1.1 – Quelle est la différence entre des panneaux solaires photovoltaïques et des panneaux solaires thermiques. (doc1)
Q.1.2 – Pourquoi le soleil « chauffe » ?
2. Fonctionnement d’un chauffe-eau solaire individuel (CESI)
À partir du schéma et du texte p. 6–7 du guide ADEME, donner la fonction technique des 6 composants représentés, puis répondre aux questions.
Q.2.1 – Quel est le rôle du fluide caloporteur dans le circuit du CESI ?
Q.2.2 – Pourquoi y a-t-il un régulateur dans le système ?
Q.2.3 – Que se passe-t-il quand l’ensoleillement est insuffisant (nuit, nuages) ?
Q.2.4 – Pourquoi ne peut-on pas réutiliser son ancien ballon d’eau chaude avec un CESI ?
Q.2.5 – Quel type de capteur est le plus adapté pour une maison en France métropolitaine ? Justifiez à partir du texte du guide.
3. Orientation et performances
À partir du diagramme d’efficacité des capteurs selon leur orientation et inclinaison (source INES, guide ADEME p. 11-12) répondre aux questions qui suivantes.
Q.3.1 – Quelle combinaison orientation/inclinaison donne le meilleur rendement ? Donnez la valeur.
Q.3.1 – Une maison a son toit orienté plein ouest avec une inclinaison de 45°. Quel rendement peut-on espérer ? Est-ce intéressant d’installer un CESI ?
Q.3.3 – Un toit plat (0° d’inclinaison) peut-il accueillir des capteurs solaires ? À quelle condition ?
Q.3.4 – Selon le guide ADEME (p. 12), pour une famille de 4 personnes dans le Nord de la France, quelle surface de capteurs est recommandée ? Et dans le Sud ?
4. Analyse technique, économique et environnementale
À partir des données de la famille Durant à Nantes présenté dans le doc.3 répondre aux questions suivantes.
Q.4.1 – Calculez l’économie annuelle réalisée grâce au CESI par rapport au chauffe-eau électrique.
Q.4.2 – Calculez le surcoût à l’achat du CESI par rapport au chauffe-eau électrique.
Q.4.3 – En combien d’années le CESI devient-il moins coûteux que le chauffe-eau électrique ? (temps de retour sur investissement — ROI)
Q.4.4 – Sur 20 ans (durée de vie des capteurs selon ADEME), quel est le coût total de chaque solution ? Quelle est la solution la plus économique ?
Bilan de séance
Le chauffe-eau solaire individuel (CESI) utilise l’énergie solaire thermique pour produire l’eau chaude sanitaire. Des capteurs plans vitrés installés en toiture captent le rayonnement solaire et chauffent un fluide caloporteur (eau + antigel). Ce fluide transfère sa chaleur à l’eau sanitaire dans un ballon de stockage via un échangeur thermique. Un régulateur pilote la circulation du fluide et donne la priorité à l’énergie solaire. Un système d’appoint (électrique ou gaz) prend le relais par temps couvert.
Un CESI couvre 40 à 70 % des besoins annuels en ECS selon la région. Il réduit les consommations d’énergie de 40 à 70 % et peut diviser la facture ECS par 2 à 3. Les capteurs doivent idéalement être orientés plein sud avec une inclinaison de 30 à 45°. La durée de vie des capteurs est de 20 à 30 ans.