Schéma du système solaire combiné fonctionnement efficace

Les systèmes solaires combinés représentent une solution de plus en plus plébiscitée pour optimiser l’efficacité énergétique des habitations et réduire leur empreinte carbone. Combinant production d’eau chaude sanitaire et chauffage, ces dispositifs tirent parti de l’énergie gratuite et inépuisable du soleil. Alors que les préoccupations environnementales et l’augmentation des coûts énergétiques poussent de nombreux foyers à envisager des alternatives durables, comprendre le fonctionnement d’un système solaire combiné devient essentiel pour faire un choix éclairé. Dans cet article, nous explorerons en détail le schéma de fonctionnement de ces systèmes, leurs composants principaux, leurs avantages économiques et écologiques, ainsi que les dernières innovations dans ce domaine en pleine expansion.

Qu’est-ce qu’un système solaire combiné ?

Un système solaire combiné (SSC) est une installation qui utilise l’énergie solaire pour répondre à deux besoins énergétiques essentiels d’un bâtiment : le chauffage des espaces et la production d’eau chaude sanitaire (ECS). Contrairement aux systèmes solaires thermiques classiques qui se concentrent uniquement sur la production d’eau chaude, les systèmes combinés optimisent l’utilisation de l’énergie solaire en la répartissant selon les besoins.

Ces systèmes sont particulièrement adaptés aux climats tempérés comme celui de la France, où les besoins en chauffage sont significatifs pendant plusieurs mois de l’année. Selon les dernières études, un système solaire combiné bien dimensionné peut couvrir jusqu’à 60% des besoins annuels en chauffage et eau chaude d’une habitation, avec des variations selon l’ensoleillement régional.

Principes de fonctionnement d’un système solaire combiné

Le fonctionnement d’un système solaire combiné repose sur un principe relativement simple : capter l’énergie solaire, la transformer en chaleur, et la distribuer efficacement entre les différents usages du bâtiment. Examinons les étapes clés de ce processus.

Captation de l’énergie solaire

La première étape consiste à capter l’énergie du soleil à l’aide de capteurs solaires thermiques installés généralement sur le toit du bâtiment. Ces capteurs sont composés d’absorbeurs qui transforment le rayonnement solaire en chaleur. Cette chaleur est ensuite transmise à un fluide caloporteur (souvent un mélange d’eau et d’antigel) qui circule dans un circuit fermé.

Transfert et stockage de la chaleur

Une fois chauffé, le fluide caloporteur circule jusqu’à un ballon de stockage où, via un échangeur thermique, il transmet sa chaleur à l’eau contenue dans le ballon. Ce ballon, aussi appelé « ballon tampon » ou « hydro-accumulateur », joue un rôle central dans le système puisqu’il permet de stocker l’énergie thermique pour une utilisation ultérieure. Ce stockage est essentiel pour pallier le décalage entre la production d’énergie solaire (journée) et les besoins en chauffage (souvent plus importants le soir et la nuit).

Distribution de la chaleur

L’eau chaude stockée dans le ballon est ensuite distribuée selon deux circuits distincts :

• Un circuit pour l’eau chaude sanitaire, destinée aux usages quotidiens (douches, vaisselle, etc.)
• Un circuit pour le chauffage, qui alimente les émetteurs de chaleur du logement (radiateurs, plancher chauffant, etc.)

Un système de régulation intelligent orchestre cette distribution en fonction des besoins et des priorités définies.

Tableau 1 : Composants principaux d’un système solaire combiné et leurs caractéristiques

Système d’appoint

Pour assurer un confort constant, même pendant les périodes peu ensoleillées, les systèmes solaires combinés intègrent toujours un système d’appoint. Celui-ci peut être une chaudière traditionnelle, une pompe à chaleur, une chaudière biomasse ou une résistance électrique. Selon une actualité de février 2025 de CNews, le dispositif « Coup de pouce chauffage 2025 » offre des conditions avantageuses pour l’installation de systèmes d’appoint économes en énergie, compatibles avec les installations solaires combinées.

Distinction entre énergie solaire thermique et photovoltaïque

Il est essentiel de comprendre la différence entre les deux principales technologies solaires pour saisir pleinement le fonctionnement des systèmes solaires combinés.

Énergie solaire thermique

L’énergie solaire thermique, utilisée dans les systèmes solaires combinés, transforme directement le rayonnement solaire en chaleur. Les capteurs solaires thermiques absorbent les rayons du soleil pour chauffer un fluide caloporteur qui transporte cette chaleur vers un système de stockage. Cette technologie est particulièrement efficace pour les applications de chauffage et d’eau chaude sanitaire, avec un rendement pouvant atteindre 70 à 80% dans des conditions optimales.

Énergie solaire photovoltaïque

En revanche, l’énergie solaire photovoltaïque convertit le rayonnement solaire directement en électricité grâce à des cellules photovoltaïques fabriquées principalement en silicium. Cette électricité peut ensuite être utilisée pour alimenter divers appareils électriques, stockée dans des batteries, ou injectée dans le réseau électrique. Le rendement des panneaux photovoltaïques standards se situe généralement entre 15 et 22%.

Dans certains cas, ces deux technologies peuvent être combinées dans des systèmes hybrides pour maximiser l’utilisation de l’énergie solaire. Une actualité de février 2025 de pv magazine France mentionne un projet suisse innovant qui connecte un système solaire vertical à un système de stockage, démontrant l’évolution constante de ces technologies.

Composants d’un système solaire combiné

Pour fonctionner efficacement, un système solaire combiné s’appuie sur plusieurs composants clés, chacun jouant un rôle spécifique dans la captation, le transfert et la distribution de l’énergie solaire.

Capteurs solaires thermiques

Les capteurs solaires constituent le cœur du système. Plusieurs types sont disponibles :

Capteurs plans vitrés

Les plus courants, ils se composent d’un absorbeur métallique noir placé sous une vitre et isolé à l’arrière. Ils offrent un bon rapport qualité-prix et sont adaptés à la plupart des installations résidentielles. Leur rendement moyen se situe entre 60 et 75%.

Capteurs à tubes sous vide

Plus performants, notamment par temps froid ou nuageux, ces capteurs se composent de tubes de verre sous vide contenant chacun un absorbeur. Leur rendement peut atteindre 80% mais leur coût est plus élevé.

Le dimensionnement des capteurs est crucial : pour un système solaire combiné, on compte généralement entre 0,8 et 1,2 m² de capteurs par kW de puissance de chauffage nécessaire, avec des variations selon l’ensoleillement local et l’isolation du bâtiment.

Systèmes de stockage d’énergie

Le ballon de stockage, élément central du système, se décline en plusieurs configurations :

Ballon unique multifonction

Il combine le stockage pour l’eau chaude sanitaire et pour le chauffage dans un seul volume, avec une stratification thermique naturelle (l’eau chaude remonte en haut du ballon). Cette solution est compacte mais moins flexible.

Système à deux ballons

Un ballon est dédié à l’eau chaude sanitaire, l’autre au chauffage. Cette configuration permet une meilleure gestion des priorités mais nécessite plus d’espace.

D’après une actualité d’août 2024 de NeozOne, le système SUNPAD propose un chauffe-eau solaire prêt à l’emploi capable de fournir jusqu’à 350 litres d’eau chaude par jour, illustrant les avancées récentes dans ce domaine.

Régulateurs et systèmes de contrôle

La régulation électronique est essentielle pour optimiser le fonctionnement du système solaire combiné. Elle gère :

• Le démarrage et l’arrêt des pompes de circulation
• La priorisation entre eau chaude sanitaire et chauffage
• Le déclenchement du système d’appoint si nécessaire
• La protection contre la surchauffe et le gel

Les régulateurs modernes sont souvent équipés de fonctionnalités connectées permettant un suivi à distance et une optimisation continue du système.

Système d’appoint et intégration

Le système d’appoint peut être intégré de différentes manières :

Intégration en série

L’appoint intervient après le ballon solaire pour compléter le chauffage si nécessaire. Cette configuration maximise l’utilisation de l’énergie solaire.

Intégration en parallèle

L’appoint peut fonctionner indépendamment du système solaire, offrant plus de sécurité mais une utilisation moins optimale de l’énergie solaire.

Selon l’actualité de GÉNIE CLIMATIQUE MAGAZINE d’octobre 2024, les nouveaux systèmes solaires combinés sont désormais compatibles avec les pompes à chaleur ou les chaudières biomasse, offrant ainsi une flexibilité accrue et une meilleure intégration avec les technologies de chauffage existantes. Cette évolution permet de maximiser l’efficacité des systèmes solaires combinés tout en réduisant l’empreinte carbone globale du système de chauffage.

Avantages des systèmes solaires combinés

Efficacité énergétique

Les systèmes solaires combinés présentent une efficacité énergétique remarquable. Ils permettent de valoriser jusqu’à 80% du rayonnement solaire reçu par les capteurs, contre environ 20% pour les systèmes photovoltaïques standards. Cette efficacité se traduit par un taux de couverture solaire (part des besoins énergétiques couverte par l’énergie solaire) pouvant atteindre :

• 20 à 40% pour le chauffage selon la région et le dimensionnement
• 50 à 70% pour l’eau chaude sanitaire

Économies financières

L’investissement dans un système solaire combiné représente un coût initial significatif, généralement entre 10 000 € et 20 000 € pour une installation résidentielle. Cependant, les économies réalisées sur les factures énergétiques permettent un retour sur investissement intéressant :

Tableau 2 : Économies potentielles selon le type d’installation (estimations pour une maison de 120 m²)

Ce temps de retour sur investissement peut être significativement réduit grâce aux diverses aides financières disponibles. Selon une actualité de janvier 2025 de Quelle Energie, MaPrimeRénov’ offre des subventions pour l’installation de panneaux solaires en 2025, avec des montants variant selon les revenus du foyer et la performance du système installé. Vous pouvez réaliser une simulation MaPrimeRénov’ pour évaluer votre éligibilité et le montant potentiel de l’aide.

Applications des systèmes solaires combinés

Les systèmes solaires combinés se déclinent en différentes applications selon les besoins spécifiques des bâtiments et de leurs occupants.

Chauffage des espaces de vie

Pour le chauffage, les systèmes solaires combinés peuvent alimenter différents types d’émetteurs :

Plancher chauffant

C’est l’émetteur idéal pour un système solaire combiné car il fonctionne à basse température (30-35°C), ce qui maximise l’efficacité des capteurs solaires et prolonge la saison de chauffage solaire.

Radiateurs basse température

Également compatibles, ces radiateurs nécessitent une température d’eau un peu plus élevée (40-50°C) mais restent efficaces avec l’énergie solaire.

Radiateurs classiques

Ils peuvent être utilisés mais nécessitent des températures plus élevées (60-70°C), ce qui réduit l’efficacité solaire et implique un recours plus fréquent au système d’appoint.

Production d’eau chaude sanitaire

La production d’eau chaude sanitaire est généralement prioritaire dans un système solaire combiné, pour plusieurs raisons :

• Besoins constants tout au long de l’année
• Température requise compatible avec les performances solaires (45-60°C)
• Volume prévisible et relativement stable

Selon l’actualité d’août 2024 de NeozOne, le système SUNPAD mentionné précédemment illustre parfaitement cette application, avec sa capacité à fournir jusqu’à 350 litres d’eau chaude par jour grâce à l’énergie solaire.

Applications spécifiques

Au-delà des usages résidentiels classiques, les systèmes solaires combinés trouvent des applications dans divers contextes :

Chauffage de piscine

L’excédent d’énergie solaire en intersaison peut être valorisé pour chauffer une piscine, offrant ainsi une utilisation optimale de cette ressource.

Secteur tertiaire et collectif

Des installations de plus grande envergure équipent des hôtels, établissements de santé ou immeubles collectifs, avec des capteurs pouvant atteindre plusieurs dizaines voire centaines de mètres carrés.

Gestion et contrôle de l’énergie

La gestion intelligente de l’énergie est fondamentale pour maximiser les performances d’un système solaire combiné. Elle repose sur plusieurs stratégies et technologies.

Stratification thermique

La stratification consiste à maintenir différentes couches de température dans le ballon de stockage, avec l’eau la plus chaude en haut et la plus froide en bas. Cette stratégie permet :

• D’avoir de l’eau très chaude disponible pour l’ECS (en haut)
• D’améliorer l’efficacité des capteurs solaires (en utilisant l’eau la plus froide en bas)
• D’optimiser l’utilisation de l’énergie stockée

Des dispositifs spécifiques comme les déflecteurs ou les échangeurs stratifiés favorisent cette organisation thermique dans le ballon.

Régulation intelligente

Les régulateurs modernes intègrent des algorithmes sophistiqués qui permettent :

Gestion prédictive

En intégrant les prévisions météorologiques et les habitudes de consommation, le système peut anticiper les besoins et ajuster son fonctionnement en conséquence.

Optimisation des flux

Le système adapte les débits de circulation et les températures pour maximiser le rendement des capteurs et l’efficacité globale de l’installation.

Monitoring et analyse

Les données de fonctionnement sont collectées et analysées pour identifier les axes d’amélioration et détecter d’éventuelles anomalies.

L’actualité de février 2025 de pv magazine France concernant le projet suisse qui connecte un système solaire vertical à un système de stockage illustre les avancées récentes dans la gestion intelligente de l’énergie solaire, avec des algorithmes optimisant la production et le stockage selon les conditions météorologiques et les besoins énergétiques.

Protection et sécurité

Plusieurs dispositifs assurent la sécurité et la pérennité de l’installation :

• Protection antigel : activation de la circulation lorsque la température des capteurs approche du point de gel
• Protection contre la surchauffe : dissipation de l’excès de chaleur ou mise en veille du système
• Vase d’expansion : absorption des variations de volume du fluide caloporteur
• Groupe de sécurité : limitation de la pression et purge d’air

Impact environnemental des systèmes solaires combinés

L’impact environnemental des systèmes solaires combinés doit être évalué sur l’ensemble de leur cycle de vie, de la fabrication au recyclage.

Bilan carbone

Un système solaire combiné permet de réduire significativement les émissions de CO2 liées au chauffage et à la production d’eau chaude :

Tableau 3 : Impact environnemental d’un système solaire combiné standard pour une maison de 120 m²

Le temps de retour énergétique (durée nécessaire pour que le système produise autant d’énergie qu’il en a fallu pour sa fabrication) est généralement de 1,5 à 3 ans selon les technologies utilisées et l’ensoleillement local, ce qui est très favorable comparé à la durée de vie du système (20 à 30 ans).

Durabilité et recyclage

La question de la fin de vie des installations solaires est de plus en plus prise en compte :

• Les capteurs solaires thermiques sont recyclables à plus de 90% (verre, aluminium, cuivre)
• Le fluide caloporteur doit être collecté et traité spécifiquement en fin de vie
• Les isolants et composants électroniques suivent les filières de recyclage dédiées

La plupart des fabricants proposent désormais des programmes de reprise et de recyclage des installations en fin de vie, s’inscrivant dans une démarche d’économie circulaire.

Études de cas : systèmes solaires combinés en fonctionnement

Pour illustrer concrètement les performances des systèmes solaires combinés, voici quelques exemples d’installations réussies :

Maison individuelle en Occitanie

Une maison de 150 m² occupée par une famille de 4 personnes a été équipée en 2022 d’un système solaire combiné comprenant :

• 14 m² de capteurs plans orientés sud, inclinés à 45°
• Un ballon de stockage de 1000 litres
• Un plancher chauffant basse température
• Une chaudière à granulés en appoint

Résultats après deux ans de fonctionnement :

• Taux de couverture solaire : 68% pour l’ECS, 42% pour le chauffage
• Économie de 1,2 tonne de granulés par an
• Réduction de la facture énergétique de 950 € annuels

Petit collectif en région parisienne

Un immeuble de 6 appartements rénové en 2023 a intégré :

• 40 m² de capteurs à tubes sous vide
• Un système de stockage réparti de 3000 litres
• Des radiateurs basse température
• Une pompe à chaleur en relève

Performances observées :

• Taux de couverture solaire : 65% pour l’ECS, 35% pour le chauffage
• Réduction de 70% de la consommation électrique pour le chauffage
• Retour sur investissement estimé à 9 ans avec les aides

Ces exemples concrets confirment le potentiel des systèmes solaires combinés lorsqu’ils sont correctement dimensionnés et adaptés aux besoins spécifiques des bâtiments.

Perspectives d’avenir et innovations

Le domaine des systèmes solaires combinés connaît une évolution constante, portée par plusieurs innovations technologiques et tendances émergentes.

Intégration avec les smart grids

L’intégration des systèmes solaires combinés dans les réseaux intelligents permet d’optimiser la production et la consommation d’énergie à l’échelle d’un quartier ou d’une ville. Cette approche favorise le partage d’énergie entre bâtiments et l’équilibrage global du réseau.

L’actualité de février 2025 de pv magazine France concernant l’unité d’habitation autonome alimentée par l’énergie solaire illustre cette tendance vers des systèmes énergétiques plus intégrés et intelligents.

Nouveaux matériaux et technologies

La recherche sur les matériaux avance rapidement dans le domaine solaire :

• Capteurs solaires à concentration pour atteindre des températures plus élevées
• Matériaux à changement de phase pour améliorer le stockage thermique
• Revêtements sélectifs de nouvelle génération augmentant le rendement des capteurs
• Systèmes hybrides PVT combinant production d’électricité et de chaleur

Accessibilité et démocratisation

Plusieurs facteurs contribuent à rendre les systèmes solaires combinés plus accessibles :

• Baisse des coûts de production grâce aux économies d’échelle
• Simplification des installations avec des systèmes préfabriqués
• Renforcement des politiques de soutien (aides, subventions)
• Sensibilisation croissante aux enjeux environnementaux

Selon une actualité de février 2025 d’Habitatpresto, les aides pour les panneaux solaires en 2025 ont été significativement augmentées, ce qui devrait accélérer le déploiement de ces technologies dans tous les types d’habitations.