Comment dimensionner un chauffe-eau solaire pour votre toit

Dimensionner un chauffe-eau solaire n'est pas le même problème que dimensionner un chauffe-eau conventionnel. Avec un chauffe-eau électrique, vous adaptez la cuve à la demande et c'est terminé. Avec le solaire, vous devez adapter deux choses à la fois : la cuve à votre demande, et la surface de capteurs à l'énergie que votre toit reçoit réellement.

Réussissez la cuve et ratez les capteurs, et la cuve ne chauffe jamais complètement. Réussissez les capteurs et ratez la cuve, et soit vous manquez d'eau chaude, soit vous payez pour stocker de l'eau que vous n'utilisez jamais. Ce guide traite le côté toit de cette équation, la moitié que la plupart des acheteurs ne voient jamais expliquée.

Commencez par la cuve, puis dimensionnez le toit en conséquence

Travaillez dans cet ordre. La capacité de la cuve découle de la demande de votre foyer, exactement comme pour tout système à accumulation, et notre guide de dimensionnement des chauffe-eau traite ce calcul en détail.

Une règle de travail courante est d'environ un mètre carré de capteur pour 50 à 75 litres de stockage en climat ensoleillé. Considérez-la comme un chiffre d'orientation, pas une spécification : le bon rapport varie avec votre latitude, votre saison d'usage le plus intense et la part de la charge que vous voulez confier au solaire.

Orientation : dans quelle direction tournent les capteurs

Les capteurs doivent faire face à l'équateur. Dans l'hémisphère nord, cela signifie pointer vers le sud ; dans l'hémisphère sud, vers le nord.

Un alignement parfait n'est pas nécessaire. Dévier modérément vers l'est ou l'ouest coûte relativement peu de rendement, et il existe un compromis pratique à connaître : un léger biais vers l'ouest décale la production plus tard dans l'après-midi, ce qui convient aux foyers dont l'usage principal est le soir. Un biais vers l'est favorise la production du matin.

Ce qui nuit vraiment, c'est de tourner le dos à l'équateur. Si le seul pan de toit disponible pointe dans la mauvaise direction, un châssis de fixation qui réoriente les capteurs vaut généralement son coût, et sur un toit plat vous pouvez orienter librement, ce qui explique pourquoi les toits plats sont souvent les sites solaires les plus faciles.

Angle d'inclinaison

La règle empirique standard est de régler l'inclinaison à peu près égale à votre latitude pour une performance équilibrée toute l'année. Plus raide que la latitude favorise l'hiver, quand le soleil est plus bas ; plus faible favorise l'été.

Pour la plupart des foyers, l'équilibre annuel est le bon objectif, car la demande d'eau chaude ne disparaît pas en hiver. En pratique, le facteur décisif est souvent la pente de toit existante, car réorienter sur un toit incliné ajoute du coût et une prise au vent. Sur un toit plat, le châssis fixe l'angle ; utilisez-le donc délibérément plutôt que d'accepter une valeur par défaut.

L'ombrage coûte plus cher qu'on ne le pense

L'ombrage est le facteur le plus sous-estimé du dimensionnement solaire, et il n'est pas proportionnel. Un capteur partiellement ombragé ne perd pas une part proportionnelle de rendement ; la portion ombragée cesse de contribuer tandis que le système continue de perdre de la chaleur vers l'air environnant.

Vérifiez l'ombre sur toute la journée et sur toute l'année :

• Le matin et l'après-midi, pas seulement à midi, quand presque rien ne projette d'ombre sur un toit.
• En hiver comme en été. Le soleil est plus bas en hiver ; les ombres sont donc plus longues exactement quand vous avez le plus besoin de rendement.
• Les structures voisines , y compris réservoirs d'eau, cages d'escalier, unités de climatisation, murs d'acrotère et bâtiments voisins.
• Les arbres qui vont pousser. Un jeune arbre qui passe sous le toit aujourd'hui ne le fera peut-être plus dans cinq ans.

Si une partie du toit est inévitablement ombragée pendant des heures, dimensionnez les capteurs sur la surface réellement dégagée plutôt que sur la surface totale. Installer des capteurs à l'ombre, c'est acheter un équipement qui ne peut pas fonctionner.

Mesurer votre surface de toit disponible

La surface utilisable est toujours plus petite que la surface totale. Avant de supposer que vous avez de la place, soustrayez :

• L'espace d'accès et d'entretien autour du champ. Les capteurs ont besoin d'un nettoyage périodique, qui en climat poussiéreux est un vrai facteur de performance.
• L'espacement des rangées. Sur un toit plat, les rangées inclinées ombragent celle qui les suit si elles ne sont pas suffisamment espacées, et cet espacement augmente avec l'angle d'inclinaison.
• Les équipements de toiture existants, les réservoirs d'eau et les zones d'exclusion autour d'eux.
• Les retraits de bordure exigés pour la sécurité et la prise au vent.

Confirmez aussi que le toit peut porter la charge. Les capteurs, le châssis de fixation et, dans les systèmes à thermosiphon, une cuve pleine posée sur le toit représentent ensemble une charge structurelle significative, concentrée aux points de fixation. Sur tout bâtiment existant, cela mérite une vérification plutôt qu'une supposition.

Quelle part de la charge le solaire doit-il porter ?

C'est un choix de conception, pas une réponse fixe, et c'est là que le surdimensionnement gaspille discrètement de l'argent.

Dimensionner les capteurs pour couvrir votre pire semaine d'hiver signifie que, la majeure partie de l'année, vous produisez bien plus de chaleur que la cuve ne peut en absorber. Le surplus n'a nulle part où aller ; la surface de capteurs supplémentaire que vous avez payée ne rapporte donc rien pendant neuf mois.

L'approche économiquement sensée consiste à dimensionner le solaire pour porter l'essentiel de la demande annuelle et à laisser l' appoint couvrir le déficit dans les pires conditions. L'appoint est peu coûteux comparé à une surface de capteurs excédentaire, et c'est pourquoi toute installation solaire doit en inclure un. La fraction que vous choisissez ici est aussi la donnée qu'un fournisseur peut le plus facilement gonfler en vous citant un chiffre d' amortissement d'un chauffe-eau solaire ; décidez-la donc délibérément. Une résistance électrique dans la cuve est l'option la plus simple ; une pompe à chaleur offre des coûts d'exploitation bien plus bas là où les déficits sont fréquents.

Le type de capteur change la surface nécessaire

Les tubes sous vide et les capteurs plans ne sont pas interchangeables mètre carré pour mètre carré.

Un capteur à tubes sous vide utilise une couche de vide pour empêcher la chaleur absorbée de s'échapper vers l'air extérieur ; il conserve donc davantage de ce qu'il capte, en particulier par temps frais ou partiellement nuageux. Les capteurs plans sont plus simples et moins chers et fonctionnent bien dans des conditions constamment chaudes, mais ils perdent davantage de leur gain lorsque la température ambiante baisse.

En pratique, cela signifie qu'une surface donnée de tubes sous vide fournit généralement plus de chaleur utile sur une année complète que la même surface de capteurs plans ; un toit à court d'espace peut donc atteindre son objectif avec des tubes sous vide là où des capteurs plans ne tiendraient pas. Voir notre gamme de chauffe-eau solaires.

Dimensionnement commercial et villas

À plus grande échelle, les mêmes principes s'appliquent, mais deux facteurs supplémentaires dominent. La surface de toit devient la contrainte limitante bien plus tôt par rapport à la demande, et les profils de demande sont plus aigus ; le stockage doit donc combler un écart plus grand entre le moment où le soleil brille et celui où le bâtiment soutire.

Les grandes villas, les compounds, les hôtels et les logements de main-d'œuvre sont généralement spécifiés avec le solaire portant la charge de base et un appoint conventionnel ou à pompe à chaleur garantissant l'approvisionnement. Nos chauffe-eau solaires pour villas commencent à 500 litres, les systèmes commerciaux allant jusqu'à 15 000 litres.

Erreurs de dimensionnement courantes

• Dimensionner la cuve mais pas les capteurs. Une grande cuve avec une surface de capteurs insuffisante n'atteint jamais la température.
• Ignorer l'ombrage hivernal. Un toit dégagé en juin peut être ombragé pendant des heures en décembre.
• Utiliser la surface totale du toit au lieu de la surface utilisable. Accès, espacement et retraits la réduisent tous.
• Surdimensionner pour supprimer l'appoint. La surface de capteurs excédentaire reste inactive la majeure partie de l'année ; l'appoint est moins cher.
• Supposer qu'un système non pressurisé suffira. Le solaire alimenté par gravité donne un débit faible aux robinets des étages, ce qui est la source de plaintes la plus fréquente dans les maisons à deux et trois niveaux.

Questions fréquemment posées

De combien de surface de toit ai-je besoin pour un chauffe-eau solaire ?

À titre indicatif, environ un mètre carré de capteur pour 50 à 75 litres de stockage en climat ensoleillé ; un système domestique de 200 litres a donc typiquement besoin d'environ 3 mètres carrés de surface réellement non ombragée, plus l'espace d'accès.

Quelle taille de chauffe-eau solaire pour une famille de quatre ?

Couramment une cuve de 150 à 200 litres avec une surface de capteurs assortie, ajustée selon la concentration de votre usage et la part de la charge annuelle que vous voulez confier au solaire.

Mon toit doit-il être orienté exactement au sud ?

Non. Faire face à l'équateur est idéal, mais une déviation modérée vers l'est ou l'ouest coûte relativement peu. Un biais vers l'ouest peut même convenir aux foyers à forte demande le soir.

Puis-je installer du solaire sur un toit plat ?

Oui, et les toits plats sont souvent plus faciles, car le châssis de fixation fixe librement l'orientation et l'inclinaison. Prévoyez un espacement suffisant entre les rangées inclinées pour qu'elles ne s'ombragent pas mutuellement.

Ai-je encore besoin d'un chauffe-eau d'appoint ?

Oui. La météo varie et la demande dépasse parfois ce que la cuve a collecté. L'appoint est bien moins cher que la surface de capteurs excédentaire qu'il faudrait pour s'en passer.

Laissez-nous le dimensionner d'après votre toit

Envoyez-nous les dimensions de votre toit, son orientation, son inclinaison, tout ombrage, et la taille de votre foyer ou l'occupation, et nos ingénieurs spécifieront ensemble la surface de capteurs et la capacité de cuve, ainsi que l'appoint approprié.

Courriel sales@eauchauffage.com ou appeler +1 (905) 299-3382. À lire aussi : comment fonctionnent les chauffe-eau solaires.

Vous hésitez entre les types de capteurs ? Voir tubes sous vide ou capteurs solaires plans pour savoir comment chacun se comporte dans votre climat.