L’une des principales utilisations de l’énergie solaire thermique est la production d’eau chaude sanitaire (ECS). Grâce aux capteurs solaires, le rayonnement solaire est transformé en chaleur, augmentant la température d'un fluide qui est ensuite utilisé dans divers systèmes de distribution d'eau chaude.
Cette technologie permet d’exploiter une source d’énergie renouvelable pour réduire la consommation d’électricité ou de combustibles fossiles pour le chauffage de l’eau.
Qu'est-ce que l'eau chaude sanitaire (ECS) ?
L'eau chaude sanitaire (ECS) est une eau destinée à la consommation humaine qui a été préalablement chauffée. Il est utilisé dans divers domaines, tels que :
- Usages sanitaires (bains, douches, etc.).
- Utilisations de nettoyage (laver la vaisselle, le linge, etc.).
- Systèmes de chauffage.
En termes énergétiques, l’ECS représente entre 25 et 40 % de la consommation énergétique des ménages. L’obtention de cette énergie par l’énergie solaire thermique élimine le besoin de chauffe-eau électriques et offre une alternative efficace aux pompes à chaleur dans les systèmes de chauffage.
Fonctionnement : obtenir de l'eau chaude grâce à l'énergie solaire
Le moyen le plus simple d’obtenir de l’eau chaude pour un usage domestique est l’énergie solaire.
L'eau chaude peut être transportée, elle permet donc de transporter de l'énergie. L'eau chauffée peut être stockée dans un réservoir bien isolé ou circuler dans un circuit de chauffage pour chauffer une maison.
Les éléments de base qui composent une installation ECS sont :
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Chauffe-eau
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Pompe de circulation
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tuyaux
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Débitmètres
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Vannes pour la distribution d'eau chaude aux points de consommation.
L’obtention d’eau chaude à usage domestique est l’une des applications les plus répandues de l’énergie solaire thermique. C'est une bonne option pour les maisons unifamiliales et également pour les communautés résidentielles.
Performance d'un système ECS
La performance solaire est déterminée par l’angle que forment les rayons du soleil par rapport au sol. En été, le soleil est plus perpendiculaire au sol qu'en hiver, nous recevons donc plus de rayonnement solaire en été.
L’énergie nécessaire pour chauffer l’eau chaude sanitaire à une certaine température dépend de la température initiale de l’eau ; avant de parcourir le circuit. Ainsi, en hiver, lorsque l’eau provenant du réseau est généralement plus froide, il faudra plus d’énergie thermique qu’en été.
Les installations d'eau chaude solaire nécessitent un réservoir d'eau afin que l'eau chauffée soit stockée dans un réservoir bien isolé jusqu'au moment où elle sera prête à être utilisée.
Cela est essentiellement dû à deux raisons :
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En raison de la différence de rayonnement solaire reçu pendant les différentes heures de la journée, sans parler du rayonnement solaire nul reçu la nuit et,
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Parce que nous n'allons pas utiliser de l'eau chaude en permanence, c'est-à-dire que la plupart du temps, nous n'utiliserons pas d'eau, mais lorsque nous voudrons prendre une douche, nous utiliserons beaucoup d'eau chaude en très peu de temps.
Dimensionnement d'un système ECS
D’un point de vue économique, il n’est pas possible de faire évoluer une installation d’énergie solaire thermique pour fournir toute l’eau chaude dont nous avons besoin toute l’année. Dans ce cas, il faudrait envisager une installation beaucoup plus grande pour pouvoir obtenir une grande quantité d’énergie thermique en hiver.
Une solution serait de jeter l’eau chaude et d’ajouter de l’eau froide, mais cela serait déraisonnable en termes de coût et d’impact environnemental.
Il existe de nombreuses réglementations dans différents pays qui régissent la taille des installations d’énergie solaire thermique pour l’ECS. L'objectif est de les construire pour une consommation estivale raisonnable et d'avoir un système de secours lorsque le système ne peut pas atteindre la température d'eau souhaitée.
Types d'installations de systèmes ECS
Il existe deux types d’installations d’eau chaude (ou chauffe-eau) :
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Installations d'eau chaude sanitaire en circuit ouvert. L’eau potable passe directement à travers les capteurs solaires. Ce système réduit les coûts et est plus efficace. Cependant, cela pose des problèmes dans les zones où les températures sont très basses ou où les concentrations de sel sont élevées.
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Installations d'eau chaude sanitaire en circuit fermé. On distingue deux systèmes : le flux thermosiphon et le flux forcé.
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Systèmes instantanés. Ces systèmes chauffent l'eau lorsque cela est nécessaire.
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Systèmes d'accumulateurs. C'est le système le plus courant ; L'eau chaude est stockée dans des accumulateurs thermiques pour être fournie en cas de besoin.