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LES CAPTEURS SOLAIRES

GENERALITES

Généralités

Le rayonnement solaire réchauffe un fluide caloporteur avec un antigel) qui circule dans les capteurs.

Les calories sont transmises à un ballon d'eau chaude sanitaire via un échangeur. Une autre

énergie apporte le complément si l'ensoleillement n'est pas suffisant.

 

Orientation

Plein sud dans l'idéal

•Une orientation sud est, sud ouest fonctionne également.

•Sans trop diminuer le rendement de l'appareil.

-Une inclinaison de 45°C à 50°C par rapport à l'horizontal est optimale

•Elle permet une bonne réception des rayons du soleil quelle que soit sa position dans la journée et dans la saison.

•Si cela n'est pas possible, d'un point de vue architectural notamment, une inclinaison de 25-30° ou 50-55° est possible et suffisante

Les coûts d’investissement

 

Le coût de l’installation d’un chauffe-eau solaire varie en fonction de la technologie choisie et de la situation géographique.

Les prix du marché européen des systèmes installés à capteurs plans, avec une surface de capteur d’environ 4 à 5 m2, se situent entre 800 et 1 300 euros le mètre carré.

Ce prix inclut le ballon de stockage, le montage, l’installation et la TVA.

Le coût dépend aussi de la qualité des composants, des conditions de montage (installation lors de la construction d’un logement neuf, ou lors de la rénovation d’un bâtiment ancien).

Les prix du marché pour des systèmes de capteur à tubes sous vide avec une surface de capteur d’environ 4 à 5 m2, se situent entre 1 000 et 2 000 euros par mètre carré.

LE CAPTEUR PLAN VITRE

LE CAPTEUR PLAN NON VITRE

C’est le modèle le plus répandu.

 

Il est constitué d’une caisse isolée couverte par un vitrage.

A l’intérieur est placé l’absorbeur, un serpentin contenant le fluide à réchauffer.

Pour que le serpentin absorbe mieux la chaleur, il est bordé par des ailettes noires, la couleur noire transformant mieux la chaleur absorbée.

Dans ce genre de modèle, l’absorbeur est protégé contre les déperditions thermiques par un matériau isolant (la plupart du temps, de la laine de roche).

La vitre est quant à elle faite de verre trempé très résistant (intempéries, grêle), très transparente (faible teneur en fer) et spécialement conçue pour présenter un faible niveau de réflexion afin d’emmagasiner un maximum de chaleur.

 

Si ces capteurs sont les modèles les plus choisis, c’est qu’ils sont :

•Robustes et d’une structure simple.

•Techniquement perfectionnés (qualité de la vitre, isolation).

•D’un rapport prix/performances sans égal.

•Faciles à intégrer grâce à leur surface plane.

•Discrets en montage sur le toit.

 

Les détails qui vont faire la différence, se trouvent dans la qualité de fabrication du caisson (aluminium, acier inoxydable), la qualité et l’épaisseur de l’isolation autour de l’absorbeur, le vitrage et son traitement anti-réflexion, les joints et l’assemblage.

 

Nettement moins répandu que le capteur vitré, il est constitué d’un absorbeur sans caisse ni vitrage, ce qui simplifie la fabrication et le coût de fabrication.

C’est un capteur qui par contre, est très dépendant de la température de l’air.

Performant l’été, il présente une grande sensibilité au vent froid l’hiver par son absence de vitrage.

Il faut prévoir en général, une fois et demi plus de surface de capteurs pour égaler la production de capteurs plans vitrés.

On arrive finalement à un prix unitaire de l’installation équivalent avec le capteur vitré

LE CAPTEUR A TUBES SOUS VIDE

Encore pas trop développé en Europe, il commence à faire une percée.

Il est constitué d’une série de tubes transparents sous vide qui isolent l’absorbeur.

On fait le vide dans ces tubes, comme dans les bouteilles isothermes afin de réduire les déperditions de chaleur par convection et par conduction thermique.

L’intensité du vide est d’une importance décisive pour l’interruption du mécanisme de transfert de chaleur.

Il peut être rempli de gaz inerte, et certains de xénon, afin de réaliser une réduction significative du coefficient de déperdition.

Ce type de capteurs réagit avec moins d’inertie que les capteurs conventionnels.

Ils s’échauffent plus rapidement, ils permettent de mieux tirer partie des petites périodes d’ensoleillement, ils permettent de mieux profiter de l’éclairement du soleil du matin et du soir.

Comme les capteurs à tubes sous vide peuvent atteindre des températures extrêmes de plus de 150° C, le fluide caloporteur est spécialement développé pour ce genre d’installation.

La tuyauterie du circuit voyant passer le fluide à plus de 150° C, les tubes en cuivre ne doivent pas être soudés à l’étain.

Les déperditions étant réduites par rapport à celles d’un capteur plan vitré, le rendement est nettement supérieur.

Les capteurs à tubes sous vide sont vraiment la nouvelle génération du solaire thermique.

Fonctionnant comme pour les bouteilles isothermes, on a fait le vide dans ces tubes afin de réduire les déperditions de chaleur par convection et par conduction thermique.

L’intensité du vide est d’une importance décisive pour l’interruption du mécanisme de transfert de chaleur à l’enveloppe extérieure du tube et donc, la dispersion de la chaleur.

La pression doit être réduite très en dessous de la pression atmosphérique si l’on veut réaliser une réduction significative des coefficients de déperdition du capteur et ainsi garder un maximum de chaleur pour le chauffe-eau solaire.

Les tubes sous vide à flux direct

Encore pas trop développé en Europe, il commence à faire une percée.

Il est constitué d’une série de tubes transparents sous vide qui isolent l’absorbeur.

On fait le vide dans ces tubes, comme dans les bouteilles isothermes afin de réduire les déperditions de chaleur par convection et par conduction thermique.

L’intensité du vide est d’une importance décisive pour l’interruption du mécanisme de transfert de chaleur.

Il peut être rempli de gaz inerte, et certains de xénon, afin de réaliser une réduction significative du coefficient de déperdition.

Ce type de capteurs réagit avec moins d’inertie que les capteurs conventionnels.

Ils s’échauffent plus rapidement, ils permettent de mieux tirer partie des petites périodes d’ensoleillement, ils permettent de mieux profiter de l’éclairement du soleil du matin et du soir.

Comme les capteurs à tubes sous vide peuvent atteindre des températures extrêmes de plus de 150° C, le fluide caloporteur est spécialement développé pour ce genre d’installation.

La tuyauterie du circuit voyant passer le fluide à plus de 150° C, les tubes en cuivre ne doivent pas être soudés à l’étain.

Les déperditions étant réduites par rapport à celles d’un capteur plan vitré, le rendement est nettement supérieur.

Les tubes sous vide à caloduc

 

Dans les tubes sous vide à caloduc, le tube de l’absorbeur contient une petite quantité d’eau (ou un liquide antigel selon les consignes de température).

Ce liquide est vaporisé sous vide partiel et cette vapeur s’élève dans le conduit de l’absorbeur, condense dans le condenseur et retourne sous forme liquide dans l’absorbeur.

Le condenseur transfère la chaleur au fluide de transfert thermique.

Ce principe exige une inclinaison minimale du tube absorbeur, contrairement aux tubes à flux direct.

Les fabricants préconisent une pente de 20 à 30° pour l'installation des panneaux solaires, ce qui convient à beaucoup de toitures françaises.

Si le condenseur a une température supérieure à la température d’évaporation du fluide absorbeur, il y a vaporisation complète.

Cela peut se produire à la stagnation, quand le soutirage est insuffisant.

Dans ce cas, aucune chaleur n’est transportée au condenseur par le fluide caloporteur.

Cette limitation peut avoir un effet positif dans les systèmes qui sont exposés à des phases de stagnation fréquentes mais courtes.

La température potentielle de fonctionnement de ces capteurs est inférieure à celle des tubes à flux direct en raison du transfert thermique supplémentaire entre le condenseur et le fluide caloporteur.

Les tubes sous vide de type Sydney/CPC

 

Le tube « Sydney » est tout simplement un tube de verre à double paroi pour éviter une possible perte du vide par la jonction métal/verre qui caractérisent les autres types de capteur à tube.

Contrairement aux autres tubes sous vide, la surface absorbante des tubes « Sydney » est directement placée sur le tube en verre intérieur.

Un réflecteur est nécessaire pour utiliser la totalité de la surface de l’absorbeur, à cause de l’arrondi du tube.

Ces réflecteurs sont aussi utilisés comme concentrateurs, et l’ensemble est commercialisé sous l’appellation CPC (Concentrateur Parabolique Composé).

Ces réflecteurs extérieurs ont l’inconvénient de se salir par les intempéries.

Il convient donc de faire un entretien régulier.

Une variante a été développée par la société Schott-Rohrglas, qui inclut le réflecteur dans le tube « Sydney » et le protège ainsi des intempéries.

Les capteurs avec des tubes sous vide de type « Sydney » ont un coût relativement moins cher que les autres, mais un rendement inférieur à cause de leur absorbeur arrondi et relativement petit.