Technologie

La technologie d'une installation solaire thermique est très simple. Le capteur transforme l'énergie du soleil en chaleur qui est amenée à un absorbeur à travers des tubes par des liquides caloporteurs.

Composants

Eléments d'une installation solaire thermique : 

 

 

 

A. Capteur solaire
B. Conduite de circulation
C. Accumulateur
D. Pompe
E. Installation de chauffage d’appoint
F. Branchement au réseau d’eau chaude 

  • Le capteur solaire

    Elément central d’une installation solaire, l’absorbeur est un corps métallique à revêtement noir traversé de tubes. Comme son nom l’indique, il absorbe l’énergie du rayonnement solaire et la convertit en chaleur. Une plaque de verre et une isolation thermique empêchent les pertes de chaleur. L’eau contenue dans les tubes du capteur circule à l’aide d’une pompe. Elle amène la chaleur vers un accumulateur qui permet de stocker le liquide. L’échangeur sert à récupérer cette chaleur, qui est ensuite redistribuée dans le réseau habituel pour le (pré)chauffage de l’eau sanitaire ou pour le chauffage central. Au besoin, pour assurer le confort pendant les périodes peu ensoleillées, un chauffage d’appoint se met en marche automatiquement. 

  • Puisque l’offre en énergie solaire et la demande en chaleur ne coïncident que très rarement, il est nécessaire de stocker la chaleur du soleil. Dans les installations destinées au chauffage de l’eau chaude sanitaire, c’est en lieu et place du chauffe-eau traditionnel (boiler) qu’un accumulateur sera installé, plus grand et équipé des raccordements et équipements nécessaires. Pour une installation destinée à une maison familiale, il contiendra 300 à 500 litres. Un accumulateur légèrement plus grand sera employé dans les installations de chauffage d’appoint. 

  • Le réglage d’une installation solaire est aisé. Le système de régulation compare la température du capteur à celle de l’accumulateur. Si elle est supérieure dans le capteur, la pompe se met en marche et la chaleur est amenée dans la maison. Dans le cas contraire, la pompe se déclenche. La température de l’accumulateur est mesurée dans le bas, à l’endroit le plus froid. Ceci permet de longues durées d’utilisation de l’installation solaire. Des fonctions de sécurité spécifiques protègent l’accumulateur contre les surchauffes. La commande enclenche automatiquement le chauffage d’appoint lorsque l’apport de chaleur solaire est insuffisant. 

Types de capteurs

Choix du capteur : Outre l’exposition du bâtiment et la surface de toiture, les principaux critères de choix pour l’acquisition d’une installation solaire sont :

 L’utilisation faite de la chaleur

  1. Les températures nécessaires 

Principe essentiel : Une fourniture en énergie et des besoins de chaleur qui coïncident, plus une distribution de chaleur qui s’effectue à de faibles températures, feront d’un objet une installation appropriée. Le rendement dépend donc du choix correct du type de capteur.

  • Capteurs plans vitrés

    • Idéal pour le chauffage de l’eau entre 30 °C et 60 °C.
    • Indiqué aussi bien pour le chauffage de l’eau que pour le chauffage d’appoint.
    • Les capteurs plans vitrés sont très répandus dans les bâtiments d’habitation, industriels et de services.
    • Ils peuvent être intégrés à des toits inclinés et des façades ou encore érigés sur des toits plats ou au sol.
    • La durée de vie est de plus de 20 ans.
    • Apport énergétique annuel moyen par m2 de capteur en fonction du type d’installation et de  l’emplacement (kWh/an): 
    Type d'installation  Plateau Alpes 
    Installation solaire compacte pour le chauffage de l'eau 330 kWh à 540 kWh      440 kWh à 720 kWh 
    Préchauffage de l'eau (immeuble locatif)  420 kWh à 590 kWh 550 kWh à 740 kWh 
    Chauffage de l'eau et chauffage d'appoint 250 kWh à 310 kWh 380 kWh à 530 kWh 
    • Absorbeur métallique (avec revêtement sélectif) ou absorbeur en plastique.
    • Idéal pour le chauffage de l’eau entre 10 °C et 40 °C au-dessus de la température extérieure.
    • Indiqué pour le chauffage de piscine et le préchauffage de l’eau.
    • L’utilisation des capteurs non vitrés se limite à des températures relativement faibles. On observe des déperditions thermiques importantes et une diminution du rendement lors de l’utilisation à des températures plus élevées, car il n’y a pas de vitrage et d’isolation thermique.
    • La recharge de sondes géothermiques représente un nouveau domaine d’utilisation.
    • Le montage se fait sur des toits plats ou inclinés. Une protection contre le vent augmente l’efficacité.
    • La durée de vie avoisine les 30 ans.  
    • Les installations solaires à capteurs non vitrés fournissent annuellement de 250 kWh/m2 à 700 kWh/m2 selon les conditions.
    • Idéal pour la préparation de l’eau chaude jusqu’à 100 °C.
    • Indiqué aussi bien pour des procédés techniques que pour le chauffage de l’eau et le chauffage d’appoint.
    • L’absorbeur est placé sous vide dans un tube de verre. Le vide constitue un puissant isolant thermique, aussi on n’observe que peu de déperditions thermiques aux températures élevées.
    • Les capteurs à tubes sous vide fournissent les rendements annuels les plus élevés.
    • Idéal si les capteurs ne sont pas orientés de façon optimale (par ex. en façade), car les absorbeurs peuvent être orientés en direction du soleil à l’intérieur même des tubes.
    • Il faut prêter attention à la résistance du verre dans les zones exposées à la grêle.
    • Durée de vie : 20 ans.
    • Des installations de chauffage de l’eau et d’appoint de chauffage équipées de capteurs à tubes sous vide fournissent un rendement 1,2 à 1,4x plus élevé qu’avec des capteurs plans.

Particularité

Rendement en fonction de l'angle d'inclinaison et de l'orientation sud

Si l’on s’écarte de l’orientation optimale de 30° par rapport au sud, on obtiendra des rendements légèrement amoindris, qui peuvent toutefois s’avérer satisfaisants en dépit d’une orientation moins idéale. La figure à gauche montre que des capteurs posés horizontalement sur un toit ou verticalement sur une façade produisent eux aussi un bon rendement (en pourcent de l’exposition optimale).

Selon le type d'utilisation, une exposition légèrement différente sera optimale.

Les installations pour la préparation d'eau chaude devraient pouvoir pleinement tirer profit du soleil d'été plus haut dans le ciel et donnent donc de bons rendements si elles sont installées plus à l'horizontale.

Des installations pour le chauffage d'appoint seront idéalement orientées vers le soleil plus bas durant les périodes de transition. Elles seront donc installées plus à la verticale et fourniront même de bons rendements sur une façade.