Les systèmes solaires combinés (SSC) représentent une avancée significative dans le domaine des énergies renouvelables, offrant une solution intégrée pour répondre aux besoins énergétiques des bâtiments. Contrairement aux installations solaires traditionnelles qui se concentrent soit sur la production d’électricité, soit sur le chauffage de l’eau, les SSC combinent plusieurs fonctions pour maximiser l’efficacité énergétique. Dans un contexte où la transition énergétique devient une priorité, ces systèmes innovants s’imposent comme une alternative durable et économique aux méthodes de chauffage conventionnelles.
- 1. Qu’est-ce qu’un système solaire combiné (SSC) ?
- 2. Principes de fonctionnement des systèmes solaires combinés
- 3. Applications des SSC dans la production d’énergie
- 4. Avantages et inconvénients des systèmes solaires combinés
- 5. Technologies utilisées dans les systèmes solaires combinés
- 6. Impact environnemental des systèmes solaires combinés
- 7. Études de cas d’installations réussies
- 8. Comparaison avec d’autres systèmes énergétiques renouvelables
- 9. Perspectives d’avenir pour les systèmes solaires combinés
- 10. Réglementations et politiques favorisant l’adoption des SSC
Qu’est-ce qu’un système solaire combiné (SSC) ?
Un système solaire combiné, ou SSC, est une installation qui utilise l’énergie solaire pour produire simultanément de l’eau chaude sanitaire et assurer le chauffage d’un bâtiment. Cette technologie représente une évolution majeure dans l’exploitation de l’énergie solaire thermique, permettant d’optimiser l’utilisation de cette ressource naturelle.
Les composants principaux d’un SSC
Pour fonctionner efficacement, un système solaire combiné s’appuie sur plusieurs éléments essentiels :
- Des capteurs solaires thermiques, généralement installés sur le toit
- Un ballon de stockage pour l’eau chaude
- Un système d’appoint (chaudière à gaz, pompe à chaleur, etc.)
- Un dispositif de régulation électronique
- Un réseau de distribution (radiateurs, plancher chauffant)
Le dimensionnement d’un SSC est crucial pour garantir son efficacité. En règle générale, on compte entre 0,8 et 1,2 m² de capteurs par personne pour l’eau chaude sanitaire, auxquels s’ajoutent environ 10% de la surface habitable à chauffer pour la partie chauffage.
Principes de fonctionnement des systèmes solaires combinés
Les systèmes solaires combinés reposent sur un principe simple mais ingénieux : capter, stocker et distribuer l’énergie solaire de manière optimale pour répondre aux besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire d’un bâtiment.
La captation de l’énergie solaire
Les capteurs solaires thermiques convertissent le rayonnement solaire en chaleur. Un fluide caloporteur (généralement un mélange d’eau et d’antigel) circule dans ces capteurs et se réchauffe au contact des absorbeurs qui transforment les rayons du soleil en chaleur. Cette chaleur est ensuite transportée vers le ballon de stockage.
Le stockage de l’énergie
L’énergie thermique récupérée est stockée dans un ou plusieurs ballons isolés. Ce stockage permet de conserver la chaleur et de la redistribuer selon les besoins, même en l’absence d’ensoleillement. C’est un élément clé du système qui assure la continuité de l’approvisionnement énergétique.
L’appoint énergétique
Pour garantir un confort thermique constant, notamment pendant les périodes peu ensoleillées, les SSC intègrent un système d’appoint : chaudière à gaz, à bois, pompe à chaleur ou résistance électrique. Ce système complémentaire s’active automatiquement lorsque l’énergie solaire est insuffisante pour couvrir les besoins.
La gestion intelligente de l’énergie
Un système de régulation électronique sophistiqué orchestre l’ensemble du dispositif. Il analyse en permanence les données de température, d’ensoleillement et de consommation pour optimiser la production et la distribution d’énergie, maximisant ainsi les économies d’énergie.
| Période | Couverture solaire pour l’eau chaude | Couverture solaire pour le chauffage | Appoint nécessaire |
|---|---|---|---|
| Été (juin-août) | 80-100% | Non applicable | 0-20% |
| Mi-saison (avril-mai, sept-oct) | 60-80% | 30-50% | 20-40% |
| Hiver (nov-mars) | 20-40% | 10-25% | 60-80% |
Applications des SSC dans la production d’énergie
Les systèmes solaires combinés trouvent leur place dans différents contextes, tant résidentiels qu’industriels, offrant des solutions adaptées à diverses configurations et besoins énergétiques.
Applications résidentielles
Dans le secteur résidentiel, les SSC sont particulièrement adaptés aux maisons individuelles disposant d’une surface de toit suffisante et bien orientée. Ils peuvent couvrir jusqu’à 50% des besoins annuels en chauffage et eau chaude sanitaire d’une habitation bien isolée, représentant ainsi une solution énergétique économique et écologique.
Applications dans le petit collectif
Les petits immeubles collectifs peuvent également bénéficier de l’installation d’un SSC. Ces systèmes centralisés alimentent plusieurs logements en eau chaude et chauffage, permettant de mutualiser les coûts d’installation et de maintenance tout en optimisant le rendement global.
Applications dans le secteur tertiaire
Hôtels, centres sportifs, établissements scolaires ou maisons de retraite constituent d’excellents candidats pour l’installation de SSC. Ces bâtiments présentent des besoins importants et réguliers en eau chaude sanitaire, idéaux pour valoriser l’énergie solaire.
Intégration dans les réseaux de chaleur
À plus grande échelle, les SSC peuvent être intégrés aux réseaux de chaleur urbains, contribuant à l’apport d’énergie renouvelable dans ces infrastructures collectives. Cette application permet de réduire significativement l’empreinte carbone du chauffage urbain.
Avantages et inconvénients des systèmes solaires combinés
Les avantages majeurs
- Économies d’énergie substantielles (jusqu’à 50% des besoins en chauffage et eau chaude)
- Réduction significative des émissions de gaz à effet de serre
- Valorisation immobilière du bien équipé
- Baisse des factures énergétiques
- Indépendance partielle vis-à-vis des fluctuations des prix de l’énergie
- Durabilité de l’installation (20-30 ans pour les capteurs)
Exemple concret : Une maison de 120 m² habitée par 4 personnes en région Rhône-Alpes peut économiser entre 500 et 800€ par an sur ses factures d’énergie grâce à un SSC bien dimensionné, avec un retour sur investissement atteint en 8 à 12 ans selon les aides disponibles.
Les inconvénients à considérer
- Investissement initial conséquent (entre 10 000 et 20 000€ selon les configurations)
- Nécessité d’une bonne exposition et d’une surface suffisante pour les capteurs
- Complexité technique nécessitant une installation professionnelle
- Performance variable selon les conditions météorologiques
- Maintenance régulière indispensable
- Rendement optimal uniquement dans des bâtiments bien isolés
Attention : Un système solaire combiné mal dimensionné peut entraîner des performances décevantes et un retour sur investissement beaucoup plus long que prévu. Une étude thermique préalable est vivement recommandée pour déterminer la configuration optimale.
Technologies utilisées dans les systèmes solaires combinés
Types de capteurs solaires thermiques
Plusieurs technologies de capteurs peuvent être utilisées dans les SSC, chacune ayant ses caractéristiques propres :
Capteurs plans vitrés
Les plus répandus, ils offrent un bon rapport qualité-prix et une intégration architecturale facilitée. Ils se composent d’un absorbeur métallique protégé par une vitre et isolé à l’arrière.
Capteurs à tubes sous vide
Plus performants, notamment par temps froid ou nuageux, mais aussi plus coûteux. Ils sont constitués de tubes en verre sous vide contenant des absorbeurs métalliques.
Capteurs plans non vitrés
Moins efficaces mais économiques, ils sont principalement utilisés pour des applications à basse température comme le chauffage de piscine.
Systèmes de stockage thermique
Le stockage de l’énergie est un élément crucial des SSC. Plusieurs solutions existent :
Ballons de stockage à stratification
Ces ballons exploitent la stratification naturelle de l’eau (l’eau chaude monte, l’eau froide descend) pour optimiser le stockage et la disponibilité de l’énergie. Ils peuvent atteindre des volumes de 500 à 2000 litres selon les besoins.
Stockage à matériaux à changement de phase (MCP)
Technologies innovantes permettant de stocker davantage d’énergie dans un volume plus réduit, grâce à des matériaux qui absorbent ou libèrent de la chaleur lors de leur changement d’état (solide/liquide).
Systèmes d’appoint
Pour garantir le confort en toute saison, différentes technologies d’appoint peuvent être couplées au SSC :
| Type d’appoint | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|
| Chaudière à gaz à condensation | Haut rendement, réactivité | Dépendance aux énergies fossiles |
| Chaudière à bois/granulés | Énergie renouvelable, bilan carbone favorable | Espace de stockage, manutention |
| Pompe à chaleur | Très bon rendement, faible consommation | Coût initial plus élevé |
| Résistance électrique | Simplicité, coût d’installation réduit | Consommation électrique élevée |
Systèmes de régulation et contrôle
Les régulateurs différentiels modernes permettent d’optimiser le fonctionnement du SSC en tenant compte de multiples paramètres : ensoleillement, températures à différents points du circuit, besoins des occupants, prévisions météorologiques… Certains systèmes intègrent même des fonctionnalités connectées pour un pilotage à distance via smartphone.
Impact environnemental des systèmes solaires combinés
L’un des principaux atouts des systèmes solaires combinés réside dans leur contribution significative à la réduction de l’empreinte écologique des bâtiments.
Réduction des émissions de gaz à effet de serre
En substituant partiellement les énergies fossiles par l’énergie solaire, les SSC permettent de réduire considérablement les émissions de CO₂. Selon l’ADEME, un système solaire combiné bien dimensionné peut éviter l’émission de 1,5 à 3 tonnes de CO₂ par an pour une maison individuelle.
Analyse du cycle de vie
L’impact environnemental d’un SSC doit être évalué sur l’ensemble de son cycle de vie :
- Fabrication des composants (capteurs, ballons, régulation)
- Transport et installation du système
- Phase d’utilisation (20-30 ans)
- Fin de vie et recyclage des matériaux
Les études montrent que l’énergie utilisée pour fabriquer un SSC est généralement « remboursée » en 2 à 3 ans de fonctionnement, laissant ensuite place à un bilan énergétique largement positif.
Économie de ressources naturelles
Outre la réduction des émissions polluantes, les SSC contribuent à préserver les ressources fossiles limitées comme le gaz naturel ou le fioul. Cette préservation des ressources s’inscrit dans une logique de développement durable et de transition énergétique.
Un système solaire combiné peut économiser l’équivalent de 300 à 600 litres de fioul par an pour une maison individuelle de taille moyenne, selon son dimensionnement et l’ensoleillement de la région.
Études de cas d’installations réussies
Maison individuelle en Rhône-Alpes
Une famille de quatre personnes habitant une maison de 140 m² près de Grenoble a fait installer un SSC comprenant 12 m² de capteurs plans orientés plein sud. Le système couvre 70% des besoins en eau chaude sanitaire et 45% des besoins en chauffage sur l’année, permettant une économie annuelle de 900€ sur les factures d’énergie.
Petit collectif en région parisienne
Un immeuble de 8 appartements à Massy a été équipé d’un système solaire combiné de 40 m² de capteurs. Intégré lors d’une rénovation énergétique globale incluant une isolation renforcée, le SSC assure 60% de la production d’eau chaude sanitaire et 25% du chauffage annuel, générant une réduction de 40% des charges énergétiques pour les résidents.
Application industrielle en Occitanie
Une laiterie près de Toulouse utilise un SSC de grande dimension (200 m² de capteurs) pour préchauffer l’eau utilisée dans ses processus industriels et chauffer partiellement ses locaux. Le système permet d’économiser 15 000 litres de fioul par an, avec un retour sur investissement estimé à 7 ans grâce aux aides financières obtenues.
Centre sportif en Normandie
Un complexe sportif comprenant une piscine à Caen a intégré un SSC de 120 m² couplé à une pompe à chaleur. Cette installation hybride couvre 40% des besoins énergétiques du bâtiment malgré un ensoleillement modéré, démontrant la pertinence de ces systèmes même dans des régions moins ensoleillées.
Ces exemples illustrent la polyvalence des systèmes solaires combinés et leur capacité à s’adapter à différents contextes. Les retours d’expérience montrent que les performances réelles sont généralement conformes aux prévisions lorsque le dimensionnement a été correctement réalisé et que l’installation est régulièrement entretenue.
Comparaison avec d’autres systèmes énergétiques renouvelables
Pour évaluer l’intérêt d’un système solaire combiné, il est pertinent de le comparer à d’autres solutions d’énergie renouvelable disponibles sur le marché.
SSC vs Chauffe-eau solaire individuel (CESI)
Contrairement au SSC, le CESI se limite à la production d’eau chaude sanitaire, sans intervenir sur le chauffage. Plus simple et moins coûteux à l’installation (3000-5000€), il représente souvent une première étape vers le solaire thermique, mais son impact sur la consommation énergétique globale reste limité.
SSC vs Système photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques produisent de l’électricité et non de la chaleur directement. Leur rendement énergétique global est généralement inférieur aux systèmes thermiques (15-20% contre 60-80% pour les capteurs thermiques). Cependant, l’électricité produite peut être utilisée pour tous les usages ou revendue, offrant une plus grande flexibilité.
SSC vs Pompe à chaleur (PAC)
Les pompes à chaleur offrent une excellente efficacité énergétique, avec des COP (coefficient de performance) de 3 à 5. Elles nécessitent toutefois un apport d’électricité pour fonctionner. Un couplage PAC-SSC représente souvent la solution optimale, combinant deux technologies complémentaires.
SSC vs Chauffage biomasse
Les systèmes au bois (bûches, granulés) présentent un excellent bilan carbone et utilisent une ressource renouvelable. Ils requièrent cependant une manutention régulière et un espace de stockage. Un SSC peut avantageusement compléter une chaudière biomasse, cette dernière prenant le relais en hiver.
Système solaire combiné
+ Excellent rendement énergétique
+ Double fonction (ECS et chauffage)
– Dépendant de l’ensoleillement
– Investissement initial élevé
Photovoltaïque + PAC
+ Production d’électricité pour tous usages
+ Fonctionnement même par temps couvert
– Rendement global inférieur
– Complexité de l’installation
Le choix entre ces différentes technologies dépend de nombreux facteurs : budget disponible, configuration du bâtiment, exposition, besoins énergétiques spécifiques et objectifs environnementaux. Une étude personnalisée reste indispensable pour déterminer la solution la plus adaptée à chaque projet.
Perspectives d’avenir pour les systèmes solaires combinés
Le marché des systèmes solaires combinés évolue rapidement, porté par les innovations technologiques et les préoccupations environnementales croissantes.
Innovations technologiques
Plusieurs avancées promettent d’améliorer encore les performances des SSC dans les années à venir :
- Nouveaux matériaux pour les capteurs, offrant de meilleurs rendements et une durabilité accrue
- Systèmes de stockage plus compacts et plus performants, notamment grâce aux matériaux à changement de phase
- Régulations intelligentes intégrant l’intelligence artificielle pour optimiser la gestion énergétique
- Hybridation avec d’autres technologies renouvelables (photovoltaïque, éolien domestique, etc.)
Tendances du marché
Selon l’Agence Internationale de l’Énergie, le marché mondial du solaire thermique devrait connaître une croissance soutenue dans les prochaines décennies, stimulé par la baisse des coûts et les politiques climatiques. Les systèmes solaires combinés devraient particulièrement bénéficier de cette dynamique, notamment dans les régions tempérées où les besoins en chauffage sont significatifs.
Intégration aux réseaux intelligents
L’avenir des SSC passe également par leur intégration dans les « smart grids » ou réseaux intelligents. Connectés et communicants, ces systèmes pourront s’adapter en temps réel aux besoins des occupants, aux conditions météorologiques et même aux signaux du réseau électrique, participant ainsi à l’équilibrage global du système énergétique.
Les systèmes solaires combinés de nouvelle génération intègrent des fonctionnalités de prédiction météorologique pour anticiper les périodes d’ensoleillement et optimiser le stockage et l’utilisation de l’énergie solaire.
Réglementations et politiques favorisant l’adoption des SSC
Le développement des systèmes solaires combinés bénéficie d’un cadre réglementaire et incitatif favorable, tant au niveau européen que national.
Réglementation environnementale RE2020
La nouvelle réglementation environnementale française, entrée en vigueur en 2022, favorise indirectement les SSC en imposant des seuils de consommation d’énergie primaire très bas et un recours minimal aux énergies renouvelables pour les constructions neuves. Dans ce contexte, les systèmes solaires combinés constituent une solution pertinente pour les constructeurs et promoteurs.
Aides financières disponibles
Plusieurs dispositifs d’aide facilitent l’investissement dans un SSC :
- MaPrimeRénov’ : jusqu’à 8000€ d’aide selon les revenus du foyer
- TVA à taux réduit (5,5%) pour l’achat et l’installation du système
- Éco-prêt à taux zéro pour financer les travaux
- Certificats d’économie d’énergie (CEE) générant une prime supplémentaire
- Aides locales proposées par certaines collectivités territoriales
Normes et certifications
Pour garantir la qualité des installations et rassurer les consommateurs, plusieurs certifications existent :
- La certification CSTBat ou Solar Keymark pour les capteurs solaires
- La qualification RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) obligatoire pour les installateurs
- Les normes européennes EN 12975, EN 12976 et EN 12977 établissant les exigences techniques
Ces dispositifs contribuent à structurer la filière et à garantir aux utilisateurs des performances conformes aux promesses, éléments essentiels pour le développement durable du marché.
Conclusion
Les systèmes solaires combinés représentent une solution d’avenir pour la transition énergétique des bâtiments. Alliant production d’eau chaude sanitaire et chauffage, ils permettent de réduire significativement les consommations d’énergie fossile tout en améliorant le confort des occupants. Si l’investissement initial reste conséquent, les aides financières disponibles et les économies générées sur le long terme rendent ces systèmes économiquement attractifs.
L’efficacité d’un SSC dépend toutefois fortement de son dimensionnement et de la qualité de son installation. Un accompagnement par des professionnels qualifiés est donc essentiel pour garantir des performances optimales. Dans un contexte où la sobriété énergétique devient une nécessité, les systèmes solaires combinés s’imposent comme une technologie mature et efficace, capable de contribuer significativement à nos objectifs climatiques collectifs.
