• Solaire thermique

    Le solaire thermique

    Qu'est-ce que le solaire thermique ?

    C'est la transformation du rayonnement solaire en énergie thermique. La production de cette énergie peut être utilisée :

    - directement : pour chauffer un bâtiment par exemple;

    - indirectement : production de vapeur d'eau pour entraîner des alternateurs et ainsi obtenir une énergie électrique.

    Où ?

    Selon le climat de la région où l'on se trouve, la superficie du  capteur sera plus ou moins grande. Ainsi Dans toute les régions françaises il est possible de produire de l'eau chaude. Cependant si par exemple nous nous trouvons dans le Midi et comme le rayonnement solaire est entre 35 et 50% plus important que dans le Nord de la France, la surface des capteurs sera moins importante pour la même quantité d'eau chaude.

    Quelles sont les applications ?

    Ils existent trois applications principales :

                              - la production d'eau chaude,

                              - le chauffage des bâtiments,

                              - le chauffage de l'eau des piscines.

    Le chauffage-eau solaire

     C'est un dispositif de captation de l'énergie solaire qui permet d'avoir de l'eau chaude pour différents usages : sanitaire, appoint chauffage, piscine, ...

    Ce type de chauffage permet habituellement de compléter les types de chauffage de l'eau exploitant d'autres sources énergétiques comme l'électricité mais dans certaines conditions il permet de les remplacer totalement. L'énergie solaire étant parfaitement renouvelable, ce remplacement permet de limiter efficacement les émissions de gaz à effet de serre ou la production de déchets nucléaires, raison pour laquelle l'installation de tels dispositifs est fortement encouragée par de nombreux états et collectivités.

     

    *Principe de fonctionnement :

    Un capteur est exposé au rayonnement solaire et chauffe l'eau qui est mélangé avec de l'anti-gel dans un circuit primaire. Ce circuit va donner ses calories à l'eau sanitaire qui est contenu dans un ballon.

    Pour que l'utilisation sont au maximum de sa puissance, les capteurs sont généralement orientés vers le sud avec un angle d'environ 45 °. Cependant ils peuvent aussi être orientés au Sud-est et Sud-Ouest et la pente peut varier entre 30 et 60°.

    *Constitution du chauffe-eau solaire : 

    Il est composé :

    - de panneaux solaires ou capteurs solaires thermiques qui captent le rayonnement solaire en chauffant le fluide calporteur : eau ou antigel du circuit primaire, chargé d'acheminer les calories récupérées jusqu'au circuit secondaire ;

    - d'un réservoir d'eau chaude solaire dont l'eau est chauffée par le liquide caloporteur du circuit primaire, qui forme un serpentin de cuivre à l'intérieur du ballon ;

    - d'un dispositif de chauffage d'appoint intégré au réservoir, sous forme d'une résistance électrique ou de liaison à une chaudière à gaz/fioul/bois. L'énergie solaire ne suffit généralement pas aux besoins. On peut éviter l'appoint avec une plus grande installation pour pallier les creux ou en adaptant la façon dont on utilise l'eau chaude.

    - d'un vase d'expansion sur le circuit primaire qui assure la sécurité du matériel et permet de compenser la dilatation du fluide. Il prend la forme d'un petit réservoir métallique généralement peint en rouge; une soupape de sécurité est impérative dans le cas ou elle ne serait pas intégrée à celui-ci. Un vase d'expansion à l'air libre (simple bidon en plastique) placé en point haut résout les problèmes de dilatation et de sécurité en cas de surchauffe (pas de vidange de fluide caloporteur).

    On adjoint un circulateur sur le circuit primaire, une pompe mue par un moteur électrique, lorsqu'il s'agit de matériel en « circulation forcée ». Autrement, si le réservoir est placé plus haut que le panneau il n'y a pas besoin de pompe, régulateur etc. La circulation du fluide caloporteur se fait par thermosiphon si sa température en sortie de capteur est supérieure à celle de l'eau du ballon; elle s'arrête en cas d'égalité et infériorité.

    *Les différents installations :

    A thermosiphon : La circulation de la chaleur passe des capteurs au ballon de stockage naturellement sans pompe ou autre dispositif, grâce aux différences de température. En effet, lorsque l'eau ou un autre fluide caloporteur est chauffé par le soleil dans les capteurs, elle se dilate et étant plus légère que l'eau froide à volume égal, elle monte. Ainsi, elle crée un mouvement dans le circuit hydraulique reliant les capteurs au ballon de stockage. 


    L'eau chauffée dans les capteurs va circuler à travers un échangeur dans le ballon et la température de l'eau dans le ballon va augmenter progressivement.

    Monobloc : Il est constitué d'une seule partie, un châssis rigide sur lequel sont groupés les capteurs et au dessus le ballon.

    Il est placé à l'extérieur, ce système est compact, simple et peu cher. Il convient au support légèrement inclinés et plats mais se pose plus difficilement sur les toitures en pente.

    A circulation forcée : C'est un système qui allie un meilleur rendement, une faisabilité plus commode et des critères esthétiques plus convenables; les panneaux étant apparents mais pas les réservoirs. Généralement le ballon est posé à l'emplacement du cumulus électrique ou à côté de la chaudière. Ce système est un peu plus cher mais il s'adapte plus facilement aux contraintes du bâtiment.

    img145/7453/chauffefs8.jpg

    source : ADEME

    *Les 3 types de panneaux solaires thermiques :

    • les capteurs plans non-vitrés : l'eau circule dans un tapis constitué de tubes noirs.
    • les capteurs plans vitrés : Un fluide caloporteur circule dans un serpentin a l'intérieur d'un panneau vitré sur l'une de ses faces et isolé sur les autres.
    • Les collecteurs à tubes sous vide : Un fluide caloporteur circule à travers plusieurs tubes sous vide leurs garantissant de fonctionner été comme hiver, le vide étant le meilleur isolant connu. Le tube a un revêtement interne permettant de capturer plus de 95% de l'énergie solaire.

    Le chauffage des bâtiments :

    *Principe de fonctionnement :

    Le principe est le même que pour l'eau chaude. En effet l'énergie solaire thermique est récupérée par des capteurs solaires généralement installés sur le toit au Sud. Un capteur se présente sous forme de coffre rigide et vitré au sein duquel une plaque et des tubes métalliques noirs (absorbeur) reçoivent le rayonnement solaire pour chauffer un liquide caloporteur.

    *Qu'est-ce que le Système solaire combiné ? 

    C'est l'association du chauffage de l'eau sanitaire et du chauffage de l'habitat. En effet en plus de réchauffer l'eau sanitaire, le caloporteur va transmette sa chaleur au réseau d'eau de chauffage également stockée dans un ballon et toujours par le biais d'un échangeur thermique. Ensuite l'eau de chauffage va circuler dans les radiateurs pour réchauffer l'air ambiant. On les appelle les combi-systèmes ou SSC (systèmes solaires combinés).

    * Les éléments du système solaire combiné :

                         - une chaudière, en l'ocurence des capteurs solaires thermiques,

                        - une distribution, grâce à un réseau de tuyaux,

                        - un ou plusieurs dispositifs de stockage de l'énergie thermique,

                       - des émetteurs de chaleur comme des radiateurs basse température,

                       - une régulation.

     

    *Les modes de diffusion :

                      - les PSD (Plancher Solaire Direct) : ils fonctionnent selon le même principe du Combi Solaire à la seule différence que le caloporteur passe directement dans un réseau de tubes intégrés au plancher. La dalle béton stocke et diffuse lentement de l'eau réchauffée grâce à l'inertie du béton. Ainsi même s'il n'y a pas de soleil le rayonnement continue. Cette technique de chauffage a été élaborée à l'école supérieure des ingénieurs de Marseille dans les années 70. Néanmoins le PSD ne permet de couvrir la totalité des besoins en chauffage d'où la nécessité d'avoir un système d'appoint. 

     

    img100/9628/101kd8.gif source ademe

     

      En vert : circuit avec antigel

                                               En jaune : circuit de chauffage (sans antigel)

      En rouge : circuit eau chaude sanitaire

     

                    - par ballon de stockage,

             - par plancher chauffant basse température,

             - par mur chauffant,

             - par radiateur.

     

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