Qu'est-ce qu'un capteur solaire thermique ?
Un capteur solaire photovoltaïque (PV) convertit le rayonnement solaire en électricité, mais un capteur solaire thermique est beaucoup plus simple que cela. Il s'agit d'un dispositif qui collecte la chaleur directement du rayonnement solaire. Cela peut être aussi simple et rudimentaire que de l'eau pompée à travers un tuyau noir exposé au soleil. On trouve d'innombrables conceptions de panneaux solaires à faire soi-même sur le web, mais il existe des panneaux solaires thermiques disponibles dans le commerce qui peuvent être utilisés pour le chauffage de l'eau et le chauffage des locaux.
Dans un climat chaud, un capteur solaire thermique peut faire circuler de l'eau dans ses panneaux, mais dans les climats froids, nous utilisons du glycol pour empêcher les panneaux de geler.
Les capteurs solaires thermiques sont-ils efficaces ?
Le rendement et l'efficacité d'un panneau sont déterminés en partie par son taux d'absorption, et en partie par son émissivité ; c'est-à-dire, non seulement la quantité de chaleur qu'il peut collecter, mais aussi la quantité qu'il émettra (ou perdra) avant qu'elle ne soit livrée à sa destination.
Les modèles précédents avaient des taux d'absorptivité élevés de l'ordre de 90-95 % (efficacité à absorber le rayonnement solaire), mais ils avaient aussi des taux d'émissivité de l'ordre de 55-95 % (émission d'énergie sous forme de rayonnement thermique), de sorte qu'une grande partie de la chaleur collectée était perdue avant même de quitter le panneau. Ces modèles utilisaient également de la peinture noire standard pour poêle, alors que les panneaux actuels ont des revêtements spécifiquement conçus pour absorber et retenir la chaleur.
Même si la génération moderne de capteurs thermiques sur le marché est maintenant très efficace, leur « concurrence » photovoltaïque (PV) dans l'industrie solaire dépasse les avancées du solaire thermique et affecte le retour sur investissement. Cela ne suggère pas que la qualité et l'efficacité des panneaux solaires thermiques sont en baisse, c'est simplement qu'une école de pensée soutient qu'il est plus judicieux d'investir ses dollars solaires dans l'achat de panneaux solaires photovoltaïques et d'utiliser l'énergie qu'ils génèrent pour chauffer l'eau avec un chauffe-eau traditionnel.
Cela est dû aux avancées technologiques continues et à la baisse des coûts dans l'industrie photovoltaïque, tandis que la technologie et le coût de la collecte solaire thermique sont restés assez stagnants sur la même période. Ils sont toujours bons, le problème est que la concurrence ne cesse de s'améliorer (un excellent exemple est que Tesla propose désormais des panneaux solaires en location, rendant les systèmes solaires PV beaucoup plus accessibles aux propriétaires).
La prémisse derrière cette philosophie est que lorsque l'eau chaude n'est pas nécessaire, un panneau ne reste pas stagnant sans offrir de valeur. Si votre installation solaire était PV au lieu de thermique, le rayonnement solaire serait toujours absorbé pour un usage ou un autre ; pour alimenter d'autres appareils, être stocké dans des batteries ou être réinjecté dans le réseau pour un crédit. Il est difficile de nier la logique derrière cela ; cependant, il y a des situations où le solaire thermique est utile, nous allons donc présenter les options.
Capteurs solaires thermiques à tubes sous vide :
C'est le type de capteur solaire thermique le plus courant que vous verrez probablement sur le toit d'une maison. Le panneau capteur lui-même est le plus souvent composé de tubes de verre contenant des tuyaux de cuivre en leur cœur, avec une plaque noircie recouvrant le tuyau pour absorber la chaleur. Les tubes de verre sont scellés hermétiquement avec juste un raccord en cuivre exposé, et chaque tube est installé séparément dans le collecteur.
Cela facilite le remplacement d'un tube si le joint sous vide est brisé ; cela peut aussi offrir un avantage pour l'installation. Plutôt que d'avoir à transporter une seule unité lourde sur un toit, étant un système modulaire, il peut être monté en pièces.
L'air scellé hermétiquement offre une excellente isolation et rend le capteur pratiquement insensible aux températures de l'air extérieur en hiver. Même en pleine chaleur de l'été, vous pourriez toucher les tubes à main nue bien que le tuyau à l'intérieur vous brûlerait instantanément.
Capteurs solaires plans :
Les conceptions varient bien sûr, mais un capteur plan typique n'est guère plus qu'une boîte peu profonde avec un serpentin de cuivre qui la traverse, recouverte d'une plaque absorbante métallique et d'un couvercle transparent. Du liquide frais est pompé à travers le tube de cuivre sous la plaque collectrice et est chauffé au passage. Les capteurs plans et à tubes sous vide utilisent tous deux un mélange de glycol, ils nécessitent donc tous deux des réservoirs de stockage spécifiques avec des serpentins de transfert de chaleur.
Capteurs solaires plans vs à tubes sous vide
Chaque type de capteur solaire a ses avantages et ses inconvénients. L'air à l'intérieur des tubes de verre scellés hermétiquement des capteurs à tubes sous vide offre une bien meilleure isolation que les capteurs plans, mais une partie de votre récolte solaire potentielle est perdue en passant par les espaces entre les tubes.
Un capteur plan perdra plus de chaleur qu'un panneau à tubes sous vide, mais il est capable de collecter plus d'énergie car toute sa surface est un collecteur noir. Ainsi, en l'absence d'autres facteurs, un capteur plan produira plus d'énergie qu'un modèle à tubes sous vide en été, car il a une plus grande surface de collecte et la température de l'air ambiant est moins problématique.
Inversement, en hiver, les températures de l'air causent une perte d'énergie beaucoup plus importante avec un capteur plan qu'avec un panneau à tubes sous vide, donc le modèle à tubes sous vide sera plus efficace.
Choisir le modèle qui vous sera le plus bénéfique dépend de votre utilisation. Si vous cherchez à réduire les coûts de chauffage domestique toute l'année, vous bénéficierez probablement d'un capteur plan. Si votre intention est de l'utiliser en conjonction avec une chaudière pour le chauffage des locaux en hiver, alors vous bénéficierez davantage d'un modèle à tubes sous vide car ils sont plus performants en hiver que les capteurs plans.
Transfert de chaleur :
Avec les systèmes au glycol, vous avez besoin d'un échangeur de chaleur pour chauffer l'eau à des fins domestiques, pour le chauffage des locaux, ou les deux. Le fluide chauffé provenant des panneaux solaires réchauffe l'eau en passant à travers un serpentin dans le réservoir de stockage. Un serpentin supplémentaire alimenté au gaz ou à l'électricité dans le réservoir chauffera l'eau si le panneau solaire ne peut pas maintenir la température désirée ou répondre à la demande.
Entretien et durabilité :
Encore une fois, un autre point négatif pour le solaire thermique dans les climats froids est le glycol. Bien que nécessaire pour l'hiver, en été, un capteur plan peut atteindre des températures allant jusqu'à 200°C (395°F), et les capteurs à tubes peuvent atteindre des températures allant jusqu'à 295°C (563°F).
Le glycol se dégradera et deviendra acide à ces températures, ce qui peut laisser des dépôts et corroder les composants du système. Il est donc important que les panneaux intègrent une sorte de composant de refroidissement dans leur conception, qu'il soit manuel ou automatisé.
Aussi judicieux que soit de profiter du soleil pour chauffer l'eau directement, l'exigence du glycol comme fluide caloporteur et les problèmes qu'il entraîne sont une grande partie de la raison pour laquelle on ne voit pas plus de tels systèmes au Canada.
Approfondissez votre expertise en construction durable
Maîtriser une technique comme les capteurs solaires thermiques est une étape. L'adapter aux différents climats et normes de construction, que ce soit en Europe ou en Amérique du Nord, en est une autre. Explorez ces guides essentiels pour des projets réussis, peu importe votre région :
- Chauffage solaire à air : Apprenez à construire votre propre capteur solaire à air.
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