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Les chauffe-eau solaires au Sénégal

 

Le chauffe-eau solaire produit de l’eau chaude sanitaire (ECS) pour tous les besoins domestiques à partir de la chaleur du soleil. Cet un appareil très simple, fiable, bien adapté à l’Afrique et dont le fonctionnement est totalement gratuit, contrairement au chauffe-eau à gaz et à électricité. 

 

 

Fonctionnement

 

Le principe du chauffe-eau solaire est très simple. Un capteur est placé à l’exterieur, face au soleil, pour chauffer l’eau. L’eau entre froide et ressort chaude, elle est mise en circulation naturellement (thermosyphon) ou de manière forcée (circulateur + régulation). L’eau chaude est conservée dans un ballon de stockage isolé (réservoir) pour une utilisation ultérieure, la nuit par exemple. 

 

 

Le capteur est composé :

  • d’un absorbeur (2) de couleur noire qui convertit les rayons du soleil (s’étendant des infra-rouges aux ultra-violets) presque intégralement en infra-rouge, c’est à dire en chaleur
  • d’un échangeur (4) dans lequel circule l’eau, qui se réchauffe au contact de l’absorbeur
  • le tout est contenu dans un caisson fermé et isolé (3) équipé d’une vitre (1) pour laisser entrer les rayons solaires tout en piégeant la chaleur à l’intérieur (effet de serre)
  • une entrée et une sortie permettent de raccorder le capteur aux arrivées d’eau froide et chaude

 

 

Deux configurations existent pour le chauffage de l’eau :

  • 1ere configuration : l’eau consommée passe directement dans le capteur
  • 2eme configuration : l’eau consommée ne passe pas dans le capteur, elle reste en permanence dans le ballon où elle est réchauffée par un serpentin (ou échangeur). Un liquide caloporteur composé d’eau et de glicol, tourne en circuit fermé entre le capteur (où il se réchauffe) et le serpentin dans le ballon (où il se refroidie). Ce système plus compliqué est utile dans les régions froides soumises au gel. L’eau glicolée reste liquide jusqu’à -20°C.

 

 

 

serpentin en cuivre ou échangeur de chaleur, installé dans un ballon

 

 

Technologies de capteur

 

Il existe différentes technologies de capteurs solaires thermiques, qui sont plus ou moins bien adaptées pour le Sénégal. On distingue principalement les capteurs plans des capteurs à tubes sous vide.

 

Les capteurs plans, dont le fonctionnement a été expliqué plus haut, sont plus simples à fabriquer et donc moins chers que les capteurs à tubes sous vide. Ils sont bien adaptés aux conditions d’utilisation au Sénégal.

 

Les capteurs à tubes sous vide sont plus complexes à fabriquer. Chaque élément comprend au centre l’échangeur dans lequel circule l’eau à chauffer, recouvert de l’absorbeur. L’ensemble est placé dans un tube en verre transparent sous vide. L’absence d’air permet une isolation optimale de l’échangeur et donc d’obtenir des températures élevées. Ce genre de capteur est bien adapté pour les régions froides, où l’écart de température entre l’eau chaude et l’air extérieur est grand. Les capteurs à tubes sous vide ont donc un intérêt limité en Afrique. Ils sont en outre plus chers que les capteurs plans classiques.

 

capteur solaire à tubes sous vide

 

 

 

Comment installer un chauffe-eau solaire

 

Le capteur doit évidemment être orienté vers le soleil en évitant le plus possible les obstacles qui provoquent de l’ombre : arbres, constructions, etc. Le capteur doit être dirigé vers le sud avec une inclinaison de 40° qui est optimale pour avoir le maximum d’eau chaude durant la période froide au Sénégal (+15% d’énergie de novembre à mars, par rapport à une inclinaison de 15°).

 

Les chauffe-eau solaires monoblocs sont les plus simples à installer car le ballon, le capteur et les tuyaux sont déjà assemblés en un seul bloc. Ils fonctionnent en thermosyphon, c’est à dire sans pompe ni régulation électronique, ils sont donc :

  • moins chers à l’achat
  • autonomes (pas besoin de raccordement électrique)
  • plus fiables

 

 

 

chauffe-eau solaire monobloc avec circulation d’eau gravitaire (thermosyphon)

 

Les chauffe-eau solaires monoblocs sont un peu moins efficaces que les systèmes dissociés (ou chauffe-eau solaires split) avec circulation forcée pilotée par une régulation. Avec la très bonne ressource solaire du Sénégal, le rendement un peu plus faible n’est pas un point très pénalisant.

 

Le chauffe-eau solaire monobloc doit tout de même être raccordé à une arrivée d’eau froide sous pression (réseau CSE) et à une sortie de soutirage d’eau chaude (utilisation à la maison). Il est fixé au sol pour des raisons de sécurité contre les vents violents et les vols, au moyen de boulons d’ancrage (béton), ou de tirfonds (bois).

 

La taille du ballon de stockage d’eau chaude dépend de deux facteurs :

  • le besoin en eau (nombre de personnes vivant dans le foyer et type d’utilisation)
  • l’autonomie souhaitée en cas de manque de soleil

 

A titre indicatif, une personne au Sénégal utilise entre 20L et 40L d’eau chaude à 45°C par jour. Une famille de 6 personnes doit donc opter pour une réserve d’eau chaude de 150 à 200 litres pour une capacité de stockage de 24h environ.

 

Rendement

 

Le rendement d’un capteur solaire thermique dépend :

  • de sa capacité à transformer la lumière en chaleur, définie par la transparence du verre et l’efficacité de l’absorbeur. Ce rendement, appelé η0, est mesuré quand la températurre de l’eau est égale à la température de l’air, c’est à dire quand il n’y a pas de pertes thermiques
  • des pertes fixes par convection et conduction essentiellement
  • des pertes variables, par rayonnement infrarouge essentiellement. Plus le capteur est chaud et plus le rayonnement infrarouge est fort (donc les pertes).

 

Plus l’écart de température est grand entre l’eau à chauffer et l’air, et plus le rendement est faible.

 

Le rendement dépend aussi de la puissance des rayons solaires et de leur type (rayonnement direct ou diffus). On retiendra surtout que les capteurs solaires thermiques à tubes sous vide marchent mieux par rayonnement solaire faible et/ou diffus.

 

Au Sénégal, la température ambiante est relativement haute en journée, entre 20 et 35°C, donc les chauffe-eau solaires fonctionnent avec un bon rendement, de 40 à 60% suivant les conditions. Nous le redisons encore une fois, les capteurs à tubes sous vides ne sont pas plus performants dans les climats chauds et tropicaux que les capteurs plans classiques.

 

Les pertes de stockage dans le ballon doivent aussi être prises en compte. Elles varient suivant :

  • la température ambiante
  • la température de l’eau dans le ballon
  • la durée de stockage (si l’eau chaude est consommée le soir ou le matin)
  • la quantité et la qualité de l’isolant, etc

 

Les pertes, dans les conditions au Sénégal, peuvent être estimée entre 20 et 30%.

 

 

Solutions bon marchés

 

Dans le cas où l’eau chaude n’est pas utilisée pour la cuisine ou la boisson (seulement pour se laver), des solutions simples et pas chères existent.

 

Un bidon d’eau peint en noir et placé au soleil le matin fournit de l’eau chaude pour la douche le midi et le soir.

 

 

 

De même, un long tuyau noir rempli d’eau, enroulé à plat sur lui-même et exposé au soleil fait office de chauffe-eau rudimentaire. Le tuyau chauffe plus vite l’eau que le bidon, car la surface d’échange avec le soleil est plus grande. Avec ce système, vous aurez de l’eau chaude plus tôt dans la journée.

 

 

 

Faites attention à choisir un tube resistant aux UV sinon il va se dégrader en quelques mois et se mettre à fuire.

 

Ces deux chauffe-eau solaires rudimentaires demandent l’intervention humaine (pour mettre et récupérer l’eau) mais présentent l’avantage d’être très simple à fabriquer et surtout très économiques.

 

Analyse économique

 

Le calcul de l’énergie pour produire de l’eau chaude dans la page cuisson et eau chaude nous a montré que chauffer 15L d’eau à 35°C demande 0,35 kWh. Cela coûte avec le gaz 35 Fcfa et avec l’électricité 50 Fcfa.

 

Partant de ce constat, combien coûte la même quantité d’eau chaude chauffée avec un système solaire thermique ?

 

Un chauffe-eau solaire avec un capteur de 1m² reçoit par an environ 2250 kWh/m² (potentiel solaire de Dakar). Il fonctionne en moyenne avec un rendement de 50%, et peut donc récupérer 1125 kWh d’énergie thermique ensuite transmise au ballon. Le ballon a des pertes estimées à 25%, l’énergie utile delivrée aux utilisateurs en tenant compte de ces pertes est 840 kWh / an.

 

Les prix des chauffe-eau solaires monoblocs au Sénégal se situent entre 300 000 Fcfa et 500 000 Fcfa/m² (prenons dans l’exemple 400 000 Fcfa/m²), pour une durée de vie de 10 ans et plus (suivant l’entretien). Cela donne un coût de possession annuel de 40 000 Fcfa pour une production de 840 kWh.

 

On arrive finalement à un coût de l’énergie produite par chauffe-eau solaire de 47 Fcfa/kWh.

 

Soit, pour chauffer un seau d’eau, un prix de revient de 17 Fcfa, imbattable !

 

 

 

 

 

 

 

Commentaires   

 
0 #4 laclasse 10-04-2015 17:54
Great idea. I hope this is actually being implemented in Senegal. Let's do something for ourselves with our abundance of sun.
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-1 #3 Ibou Badiane 12-11-2014 11:54
Bonjour tout le monde,
Nous sommes une société spécialisée dans la vente, installation et suivi de systémes salaires (panneaux photvoltaiques, chauffe-eau solaire, et autres) et des onduleurs de secours automatique.
Vous pouvez me contacter 77 038 62 16 ou
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-1 #2 Melva 25-05-2014 11:04
Bonjour à tous . Je vous fait un court post pour vous montrer mon inédit programme qui vous permet de télécharger gracieusement de la chanson sur le site internet youtube.

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N'hésitez pas à donner des avis et des éclaircissement .
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0 #1 Irma 25-05-2014 11:03
Bonjour à tous . Je vous fait un court post pour vous exposer mon inédit programme qui vous favorise de
télécharger gratuitement de la musique sur le site internet youtube.
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youtube pour le format audio de son choix.
Le désignation de mon logiciel se nomme : youtube
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