Chauffe-eaux solaires

Un chauffe-eau solaire est installé sur plusieurs toits en Afrique du Sud. Photo: AFP

Un chauffe-eau solaire est un système qui utilise l’énergie thermique du soleil pour chauffer de l’eau. Il tend généralement à chauffer de l’eau à une température suffisamment chaude pour laver les vêtements, faire la vaisselle et pour l’hygiène personnelle, mais pas trop chaude afin de cuisiner avec directement. Cependant, du moment que l’eau est propre, elle peut être utilisée en cuisine pour économiser du temps et de l’énergie.

Le principe du chauffe-eau solaire est le suivant : un tuyau noir rempli d’eau est mis au soleil pour que l’eau chauffe. Il suffit d’augmenter le nombre de tuyaux pour former un « collecteur » et ajouter un réservoir pour conserver l’eau chauffée si l’on souhaite chauffer davantage d’eau. Le système complet est isolé afin de minimaliser la perte de chaleur. L’eau circule dans le collecteur à plusieurs reprises pour faire grimper la température. Certains systèmes utilisent des pompes électriques pour injecter de l’eau dans le système, mais ils engendrent des coûts plus importants. Autrement, l’eau peut circuler dans les tuyaux sans pompe au moyen de l’effet thermosiphon.

L’effet thermosiphon exploite le fait que l’eau chaude s’élève au-dessus de l’eau froide. Dans un système thermosiphon passif, le réservoir est toujours placé au-dessus du collecteur. Lorsque l’eau dans les tuyaux chauffe, elle se déplace dans le haut du réservoir, ce qui conduit l’eau froide dans le cas du réservoir à s’écouler dans le collecteur. L’écoulement se poursuit jusqu’à ce que l’eau dans les tuyaux et celle dans le réservoir soient à la même température. Les valves unidirectionnelles permettent d’empêcher l’eau de revenir en arrière quand la température baisse la nuit.

Conditions appropriées

Un chauffe-eau solaire peut être installé sur n’importe quel type de toit. Photo: Sustainablog.org

On compte 165 fournisseurs agréés de chauffe-eaux solaires en Inde (au 1er août 2011) et plus de 1 000 sociétés capables de les installer. Ces chiffres grandissent chaque année, en particulier dans les régions de Bangalore, Pune, Delhi, Hyderabad, Mumbai et Chebbai¹

Avantages

Le chauffage de l’eau solaire coûte moins cher. Une fois le dispositif acheté, les frais de chauffage de l’eau sont nuls.
Un chauffe-eau solaire ne peut pas provoquer de secousses ou déclencher d’incendie dans les ménages, comme peuvent le faire des chauffe-eaux électriques ou au gaz.
Les chauffe-eaux solaires n’engendrent pas de fumée, ne répandent pas d’odeurs dans le ménage et ne salissent rien.
Contrairement à un chauffe-eau au gaz ou à l’électricité générés par les énergies fossiles, un chauffe-eau solaire aide à réduire la quantité de dioxyde de carbone produite par un ménage et participe à la lutte contre le réchauffement climatique.

Construction, mise en fonctionnement et maintenance

Le fonctionnement d’un chauffe-eau solaire. Dessin: PACE.

Astuces pour entretenir votre chauffe-eau

La taille du réservoir de stockage : plus le réservoir sera grand, plus l’eau restera chaude longtemps. Les réservoirs réalisés soi-même coûtent moins cher que ceux achetés dans le commerce.
La surface des capteurs solaires : plus la surface des capteurs solaires est grande, plus la quantité d’eau chauffée sera importante. Dans les régions chaudes, le stockage grimpe à 7,5 litres pour 0,09 m2. Si vous n’obtenez pas ce ratio, il est possible que le système surchauffe en été ou ne chauffe pas assez l’eau en hiver.
Les collecteurs utilisés : en général, les collecteurs solaires (du commerce) possèdent un tube en cuivre attaché à une ailette en cuivre absorbant la chaleur. Ce système procure la meilleure performance thermique, mais son prix est plus élevé. Les collecteurs des chauffe-eaux réalisés soi-même peuvent être créés à moindre frais au moyen de tubes en cuivre associés à des ailette en aluminium et offrent presque la même performance. Le tube en Pex/les ailettes en aluminium coûtent environ 1/6 du prix des éléments achetés dans le commerce pour une perte de performance de près de 15%.
L’angle d’inclinaison et orientation des collecteurs : les collecteurs des chauffe-eaux réalisés soi-même dans l’hémisphère sud doivent faire face au nord, et l’inverse dans l’hémisphère nord. L’angle d’inclinaison optimal des collecteurs doit être égal à la latitude de votre emplacement, mais la différence de performance n’est perceptible uniquement si l’angle dépasse les 10% d’écart.
Le serpentin de l’échangeur de chaleur et ses dimensions : les échangeurs de chaleur en cuivre sont les meilleurs, mais les plus onéreux. Pour réduire les coûts, il est possible d’utiliser un échangeur de chaleur en cuivre et Pex ou uniquement en Pex, mais celui-ci sera moins efficace que celui en cuivre. Plus le serpentin est long, plus le volume d’eau chauffée à la fois est important. Ainsi, un serpentin d’un diamètre de 2,54 cm et d’une longueur de 91,44 mètres peut contenir 45,42 litres d’eau.
L’isolation du réservoir et des tuyaux : il est important d’isoler le matériel de manière appropriée car plus la perte de chaleur de réserve est faible, plus l’eau restera chaude longtemps et moins le chauffe-eau solaire réalisé soi-même devra fonctionner pour chauffer l’eau de nouveau. L’isolation permet aussi d’augmenter le temps durant lequel l’eau chaude sera disponible lors d’un temps nuageux.
La demande d’eau chaude : plus vous utilisez de l’eau chaude, moins votre système sera performant étant donné qu’il devra chauffer un plus gros volume d’eau froide pour obtenir la température désirée.
Les obstacles : votre chauffe-eau solaire doit être installé de manière à bénéficier de la meilleure exposition solaire possible. Tenez compte d’obstacles tels que des arbres avant de décider de l’endroit où placer le dispositif.
La situation géographique : plus vous serez prêt de l’équateur, plus l’énergie solaire sera importante pour chauffer l’eau car la surface de la terre fait directement face au soleil à cet endroit-là.
Le climat : vous ne pouvez pas agir sur le climat et ne pouvez que déménager ailleurs pour en changer. Le temps entraîne des effets majeurs sur la performance d’un chauffe-eau du commerce ou réaliser soi-même en raison des variations de température et des nuages. La NASA estime qu’en moyenne seulement 57% de la lumière solaire qui frappe la partie haute de l’atmosphère atteint la surface de la terre du fait de la couverture nuageuse et de la pollution.

Coûts

Les coûts varient largement en Afrique, selon la taille du système et si le matériel utilisé doit être importé. Les taxes à l’importation et les taxes sur les entreprises augmentent parfois les frais. Les gouvernements pourraient contribuer à la promotion des chauffe-eaux solaires en réduisant les taxes imposées aux entreprises vendant des chauffe-eaux solaires. En Afrique du Sud en 2005, un chauffe-eau solaire de 70 litre coûtait 455 dollars. Les systèmes plus importants à assistance électrique atteignaient 1 520 dollars.

Expériences de terrain

Inde

Le ministre des Énergies nouvelles et renouvelables est responsable du maintien des normes en matière de chauffe-eaux solaires en Inde et donne son accord à de nombreux centres de test d’efficacité dans le pays, tels que l’École des études énergétiques à l’Université de Pune. Ces centres mènent des tests sur des chauffe-eaux solaires à intervalles réguliers, conformément aux exigences du Bureau indien des normes (BIS).

Afrique du Sud

Eskom a lancé un programme de réduction pour les chauffe-eaux solaires en 2008. Afin de bénéficier d’une réduction, tous les systèmes ont dû passer des tests conduits par le Bureau sud-africain des normes (SABS). Chaque dispositif testé par le SABS a reçu une note (facteur Q), qui indiquait le nombre de kilowattheures d’électricité censé être économisé sur une journée typique ainsi que la capacité des chauffe-eaux à produire de l’eau chaude.

Manuels, vidéos et liensManuels, vidéos et liens

MANUAL: WATER FOR EVERYBODY: A Selection of Appropriate Technologies to be used for Drinkable Water, EMAS. La section sur les chauffe-eaux solaires se trouve à la toute fin du document sous deux titres : EMAS pattern solar heater with no tank and Two ways for changing a drum into a tank for hot water in a water heater. Par Wolfgang Buchner, 5e édition, 2006.