Panneau solaire thermique – le guide complet

Photo d'un panneau solaire thermique
Tout comprendre sur le panneau solaire thermique

Le panneau solaire thermique est un terme qui déroute la plupart des gens. Non seulement parce que les panneaux solaires thermiques semblent complexes, mais aussi parce qu’ils ne sont pas aussi populaires que les panneaux solaires photovoltaïques.

Les panneaux solaires thermiques peuvent constituer un excellent complément à votre installation solaire, mais il y a quelques points importants à connaître à leur sujet.

La première est qu’il existe différents types de panneaux solaires thermiques conçus pour différentes utilisations.

La deuxième est que certains systèmes nécessitent l’intervention d’un professionnel.

La troisième est que ces systèmes entraînent généralement des coûts supplémentaires et peuvent même vous obliger à modifier la structure de votre maison ou de votre entreprise.

Dans l’ensemble, cependant, les panneaux solaires thermiques présentent de nombreux avantages et peuvent être utilisés pour compléter facilement d’autres systèmes de panneaux solaires.

Dans cet article, vous trouverez tout ce que vous devez savoir pour décider si un système de panneau solaire thermique convient ou non à votre application.

Comment fonctionne un panneau solaire thermique ?

Un panneau solaire thermique est un dispositif très simple. Il s’agit généralement d’une boîte noire d’où sortent deux tuyaux, un en haut et un en bas. Le tuyau du haut transporte l’eau froide et le tuyau du bas transporte l’eau chaude.

Le panneau lui-même n’est rien de plus qu’une boîte contenant un groupe de tubes métalliques (généralement en cuivre) qui la traversent. Lorsque la lumière du soleil frappe la boîte noire, elle réchauffe les tubes métalliques à l’intérieur. Lorsque l’eau froide est pompée dans ces tubes chauffés, elle se réchauffe également.

Un panneau solaire thermique absorbe la lumière du soleil et la convertit en chaleur. Cette opération s’effectue généralement dans le cadre d’un système de chauffage central, mais peut également être utilisée pour chauffer de l’eau à usage domestique.

Les panneaux solaires thermiques peuvent être installés sur une grande variété de surfaces, y compris les toits et les murs. Ils n’ont pas besoin de la lumière directe du soleil pour fonctionner. Lorsque la lumière du soleil est absorbée par un panneau solaire thermique, l’air environnant est chauffé. Cela permet de transférer la chaleur au reste de la propriété via le système de chauffage.

Les panneaux solaires thermiques sont également appelés capteurs solaires et sont l’un des deux types de dispositifs pouvant être utilisés pour chauffer l’eau de votre maison.

Les capteurs solaires se composent généralement d’un absorbeur plat de rayonnement solaire, intégré dans un boîtier isolé avec un couvercle en verre ou en polycarbonate (pour laisser entrer la lumière du soleil, mais réduire les pertes de chaleur) et un fluide caloporteur pour évacuer la chaleur de l’absorbeur. Ce fluide peut être de l’eau, une solution antigel ou de l’air.

Les composants de base sont les suivants :

Absorbeur : L’absorbeur est constitué d’un matériau de couleur sombre qui absorbe l’énergie thermique du soleil. Les matériaux les plus couramment utilisés dans les capteurs plats sont le cuivre et le polymère (plastique).

Le couvercle : Le couvercle laisse passer la lumière du soleil tout en réduisant les pertes de chaleur. Il protège l’absorbeur des conditions météorologiques telles que la pluie et la neige. Deux couches de verre trempé sont généralement utilisées, avec une ou plusieurs couches d’un revêtement sélectif appliqué pour augmenter l’absorption et réduire la perte de chaleur radiative. Le verre est aussi souvent recouvert d’un revêtement antireflet pour réduire les pertes par réflexion.

En bref, un panneau solaire thermique fonctionne en exploitant un principe physique : le changement d’état d’un liquide à une vapeur crée de l’énergie. Cette énergie peut être utilisée pour alimenter votre maison ou votre bureau, ou être stockée pour une utilisation ultérieure.

Les différents types de capteurs

Capteurs thermiques

Exemple d'un capteur Thermique
Exemple d’un capteur Thermique

Les capteurs thermiques sont utilisés dans les systèmes solaires thermiques pour contrôler le débit d’eau dans les capteurs. Les capteurs sont généralement constitués de deux fils ayant des coefficients de dilatation différents, soudés ensemble de manière à ce qu’ils se courbent lorsqu’ils sont chauffés. Il est également possible d’utiliser une bande bimétallique.

Les capteurs thermiques sont utilisés pour mesurer la température. Cela peut se faire à l’aide d’un thermomètre ou d’une bande bimétallique. Les thermomètres sont généralement utilisés pour mesurer la température de l’air ou des liquides. Les bilames sont généralement utilisés dans les applications où une déviation mécanique est nécessaire (par exemple, les thermostats).

L’utilisation la plus courante des capteurs thermiques est associée à des dispositifs de contrôle thermique. Un exemple typique est une vanne de radiateur sur un système de chauffage central. La vanne ouvre et ferme le débit d’eau dans le radiateur en fonction de la température de la pièce. Le capteur de la vanne peut se trouver à l’intérieur du radiateur lui-même ou dans une sonde séparée reliée à celui-ci par un tube capillaire.

Capteurs plans vitrés

Exemple d'un capteur plan vitré
Exemple d’un capteur plan vitré

Les panneaux solaires thermiques sont un moyen efficace d’exploiter la chaleur gratuite du soleil. Ils peuvent être utilisés pour chauffer l’eau dans de nombreux contextes, y compris dans les habitations et les locaux commerciaux, comme les restaurants ou les hôtels.

Les capteurs plans sont le type de capteur le plus couramment utilisé. Il s’agit d’un ensemble de plaques absorbantes contenues dans une boîte isolée avec un couvercle transparent. Le couvercle permet à la lumière du soleil de pénétrer dans le boîtier mais empêche la chaleur de s’échapper. Les plaques absorbantes s’échauffent et transfèrent leur chaleur à un liquide qui circule dans les tuyaux qui y sont fixés.

Ce liquide est généralement de l’eau ou une solution antigel. Le liquide est ainsi chauffé et peut être utilisé comme eau chaude ou détourné vers un système de chauffage pour fournir de la chaleur en hiver. Les pertes de chaleur des capteurs plats sont réduites en isolant l’arrière et les côtés du capteur, et en recouvrant l’avant d’un verre à faible teneur en fer pour laisser passer davantage de lumière solaire (le verre normal absorbe une partie de la lumière infrarouge).

Les capteurs plats ne fonctionnent que lorsque les températures sont supérieures au point de congélation et doivent donc être protégés du gel par temps froid. Par exemple à l’aide d’un chauffage électrique ou en vidant le système lorsqu’il n’est pas utilisé.

Inconvénients des capteurs plats

Le type de capteur solaire thermique le plus courant est le capteur plat, dans lequel le panneau est généralement constitué d’une fine plaque de verre entourée d’une sorte d’isolation. Bien que ce type de capteur soit moins cher à produire que les tubes sous vide, nous constatons qu’il n’est pas aussi efficace pour les raisons suivantes :

  • Le verre peut se salir et devenir poussiéreux et absorber la chaleur (au lieu de la réfléchir).
  • Le verre peut être facilement endommagé par des vents violents ou des tempêtes.
  • Ils sont lourds et encombrants, ce qui les rend moins pratiques à installer sur les toits.

Capteurs plans non vitrés

Les capteurs solaires sont un élément clé des systèmes solaires thermiques. Ils absorbent la chaleur du soleil et la transfèrent à un fluide (liquide ou air). Ce fluide est ensuite utilisé pour le chauffage des locaux ou la production d’eau chaude sanitaire.

Le type de capteur solaire le plus simple est le capteur plat non vitré. Il fonctionne de la même manière que le radiateur de votre voiture. Une plaque métallique peinte en noir absorbe la chaleur des rayons du soleil. Cette chaleur peut ensuite être transférée à l’eau qui circule dans des tuyaux derrière la plaque. L’eau chaude peut ensuite être utilisée pour se laver ou se baigner, ou être stockée dans un réservoir.

Capteurs tubulaires

Exemple de Capteurs Tubulaires
Exemple de Capteurs Tubulaires

Les capteurs tubulaires sont la solution la plus efficace et la plus innovante pour les collecteurs. En effet, ils sont fabriqués dans des matériaux plus efficaces que les plaques plates, comme le cuivre. Ils sont également dotés d’un revêtement antireflet qui les empêche de perdre de la chaleur à travers le verre.

Les collecteurs à tubes sous vide contiennent plusieurs tubes. Chacun contient une plaque absorbante reliée à des tubes collecteurs, qui transportent le liquide d’un tube à l’autre. La chaleur des plaques d’absorption est transférée directement dans un liquide (généralement de l’eau) qui passe dans le collecteur.

Les capteurs tubulaires (ou tubes sous vide) sont de loin le type le plus courant de capteur solaire thermique. Ils sont constitués d’un tube en verre avec un absorbeur capable de capter la chaleur du Soleil. Afin d’éviter toute perte de chaleur, l’ensemble du système est placé sous vide. Cela permet de réduire les pertes de chaleur par conduction et convection. Cependant, le rayonnement infrarouge est toujours perdu à travers le verre.

Le tube peut être fabriqué en verre borosilicate ou en verre de quartz, en fonction des exigences de température. L’absorbeur est généralement fabriqué en cuivre, avec un revêtement sélectif qui absorbe bien la lumière. Il émet peu ou pas de rayonnement infrarouge. Les absorbeurs sont généralement fabriqués à partir de tubes en cuivre ou en acier.

Le rendement des capteurs tubulaires peut atteindre 70 %, mais ce facteur est affecté par leur orientation et leur nettoyage.

Capteurs monoblocs

Exemple de capteurs monoblocs
Exemple de capteurs monoblocs

Les capteurs monoblocs sont constitués d’un ou plusieurs absorbeurs solaires. Ces derniers sont reliés à un échangeur de chaleur et contenus dans un tube en verre sous vide. Ils constituent le type de capteur solaire thermique le plus utilisé en Europe, notamment pour la production d’eau chaude sanitaire.

Les capteurs monoblocs sont généralement montés sur un toit ou un mur incliné, orienté à 90° du vrai sud et incliné d’un angle égal à la latitude moins 15°.

Étant donné que les capteurs monoblocs nécessitent un échangeur de chaleur pour transférer à l’eau la chaleur reçue par l’absorbeur, ils peuvent facilement être couplés aux systèmes de chauffage domestique existants. Ils peuvent également être reliés à un réservoir de stockage thermique. Ce qui permet au système de chauffer l’eau même lorsque le soleil ne brille pas.

Par rapport aux capteurs plats (l’autre principal type de capteur solaire thermique), les capteurs monoblocs sont plus performants dans les climats froids. Leurs tubes scellés sous vide réduisent les pertes de chaleur. Ils sont également plus efficaces que les capteurs plats lorsqu’ils sont intégrés dans une conception solaire passive pour le chauffage des locaux.

Par ailleurs, les capteurs thermiques sont largement utilisés dans différentes applications, comme la mesure de la température ambiante, du débit d’air, de la température des liquides et bien d’autres encore. Ils peuvent être utilisés pour mesurer l’intrusion dans un bâtiment ou dans des applications de surveillance de l’énergie solaire. Ils sont également utilisés comme protection contre l’entrée de personnes indésirables dans les locaux ou pour enregistrer l’ouverture d’une porte ou d’une fenêtre en évaluant le taux de changement de température.

Quelles sont les caractéristiques d’un liquide caloporteur solaire ?

Les fluides caloporteurs solaires thermiques sont similaires à l’antigel automobile. Mais ils ont été formulés spécifiquement pour être utilisés dans les systèmes solaires thermiques. Les fluides caloporteurs (HTF) ont un point d’ébullition supérieur à 200°C et un point de congélation de -20°C ou moins. Les HTF à base d’éthylène glycol sont les plus courants, mais le propylène glycol est également utilisé. Les deux types de fluide ne sont pas interchangeables et ne doivent pas être mélangés.

FTH solaires thermiques

La plupart des FTH solaires thermiques contiennent des inhibiteurs de corrosion. Ces derniers protègent le système contre la dégradation par le fluide. Les inhibiteurs sont conçus pour être stables à des températures plus élevées que le fluide lui-même, de sorte qu’ils restent efficaces malgré la chaleur du capteur. L’ensemble des inhibiteurs est conçu pour prévenir la corrosion du cuivre, du laiton, de l’aluminium, de l’acier au carbone et de l’acier inoxydable. Ils protègent également de l’encrassement dû aux dépôts minéraux et à la croissance microbienne. Le fluide peut également contenir des colorants ou des pigments qui rendent les fuites plus visibles.

Fluides caloporteurs solaires (HTF)

Certains fluides présentent des caractéristiques spéciales, telles qu’une protection contre le « dessèchement ». Les fluides caloporteurs solaires (HTF) sont le fluide de travail des capteurs solaires thermiques. Le fluide circule dans le capteur solaire, où il absorbe la chaleur de la lumière du soleil. Il est ensuite utilisé comme source de chaleur pour le chauffage des locaux, les processus industriels ou la production d’électricité.

Le choix d’un FTH approprié est essentiel pour assurer le fonctionnement efficace d’un système solaire thermique.

Les caractéristiques suivantes doivent être prises en compte lors de la sélection d’un FTH :

1. Point de congélation bas :

Le fluide ne doit pas geler, même aux basses températures enregistrées pendant la nuit ou les jours nuageux.

2. Point d’ébullition élevé :

Le fluide doit avoir un point d’ébullition élevé afin qu’il ne devienne pas gazeux dans les collecteurs à des températures élevées.

3. Stabilité :

Le fluide doit être stable contre la corrosion, l’oxydation et d’autres processus de dégradation pendant une longue période pour éviter un remplacement fréquent.

4. Capacité thermique :

La chaleur spécifique du fluide doit être élevée pour assurer une collecte maximale de l’énergie par les collecteurs.

5. Faible viscosité :

La viscosité du fluide doit être aussi faible que possible pour réduire les besoins en puissance de pompage et augmenter l’efficacité thermique du système.

Comme vous pouvez le constater, il y a beaucoup de choses à prendre en compte pour choisir le bon fluide caloporteur solaire. Mais l’évaluation des principaux composants du fluide caloporteur solaire et de la façon dont ils doivent fonctionner ensemble est la meilleure première étape pour prendre une décision éclairée. En fin de compte, vous voulez choisir un fluide caloporteur solaire qui permettra à votre système de recevoir la quantité maximale d’énergie solaire pour votre maison.

Utilisation du panneau solaire thermique

Utilisation du panneau solaire thermique
Utilisation du panneau solaire thermique

Le panneau solaire thermique est une surface à chauffage actif, c’est-à-dire qu’il capte en permanence les rayons du soleil. Ainsi, il produira de la chaleur dès les premiers rayons du soleil et même lorsqu’il y a de légers nuages dans le ciel.

Le panneau solaire thermique est une solution économique pour produire de l’eau chaude dans votre maison. Il ne nécessite qu’un investissement pour son achat et son installation. Ensuite, vous n’aurez à payer qu’une petite somme pour la consommation électrique. L’économie annuelle sur votre facture d’eau chaude peut atteindre plusieurs centaines d’euros chaque année !

Le panneau solaire thermique contribue également à la protection de l’environnement et à la réduction des émissions de CO2. En utilisant cette source d’énergie renouvelable à la place du gaz ou de l’électricité, vous contribuerez à préserver notre planète.

Toute personne qui envisage de s’équiper d’un panneau solaire thermique doit d’abord analyser ses besoins en énergie, ainsi que la zone dans laquelle elle compte installer ces panneaux.

La deuxième chose à prendre en compte est la quantité d’énergie nécessaire pour tout alimenter pendant les mois d’hiver. Veillez donc à faire vos devoirs avant d’acheter un panneau solaire thermique.

Comment choisir votre liquide thermique ?

Les systèmes solaires thermiques sont utilisés pour chauffer l’eau sanitaire ou pour chauffer des locaux. Ils peuvent également être utilisés pour chauffer des piscines, pour des processus industriels et pour produire de l’électricité.

Sur le marché, vous pouvez trouver différents types de fluides thermiques. Pour choisir le fluide qui s’adapte le mieux à votre installation, il est important de considérer à la fois les caractéristiques de votre installation solaire thermique et les performances que vous souhaitez.

Le fluide thermique est un élément essentiel au fonctionnement des chauffe-eau solaires. Il permet à la chaleur captée par les panneaux solaires d’atteindre le ballon de stockage. Il assure également une régulation optimale de la température.

Pour choisir le bon fluide lors de l’achat, il faut se replonger dans le cahier des charges du fabricant. Toutes les indications à prendre en compte sont inscrites à l’intérieur.

Si votre chauffe-eau solaire fonctionne avec une pompe de circulation, il vous faut un liquide à faible viscosité. Cela permettra à votre pompe de fournir moins d’efforts.

Les caractéristiques les plus importantes à prendre en compte sont les suivantes :

La température :

La plage de température de travail d’un fluide varie en fonction de sa composition. Par exemple, dans notre cas, si votre installation solaire thermique a une température maximale supérieure à 150ºC, nous vous recommandons d’utiliser Suntherm HP ou Suntherm HT et en dessous de 150ºC, vous pouvez utiliser Suntherm HP ou Suntherm HX.

Viscosité :

Il est habituel que la viscosité augmente avec la température. Dans notre cas, vous pouvez choisir entre deux types de produits en fonction de la variation de viscosité que vous souhaitez avoir dans votre installation.

Suntherm HP offre une plus grande résistance aux variations de viscosité. Il présente donc une meilleure efficacité de circulation à haute température. D’autre part, Suntherm HX offre moins de résistance aux variations de viscosité. Celui-ci a une meilleure efficacité de circulation à basse température mais sa capacité thermique est inférieure à la première.

Pression :

Les fluides sont conçus pour fonctionner avec des pressions allant de 0,1 bar (absolu) à 6 bar (jauge).

Le fluide approprié pour votre système de chauffage solaire dépend de la température de votre eau, de la conception de l’installation et du coût. Comme le prix du pétrole continue d’augmenter, nous sommes convaincus que de plus en plus de maisons et de bâtiments seront convertis en systèmes solaires thermiques dans un avenir proche. Votre fluide thermique est le cœur de votre installation. C’est le fluide qui transporte la chaleur du capteur au réservoir ou à l’échangeur de chaleur, il est donc crucial !

Liquide de capteur solaire thermique : Ce qu’il faut retenir

Le soleil est une source d’énergie inépuisable. Si vous envisagez de l’utiliser pour chauffer de l’eau, il vous faut un capteur solaire thermique efficace et adapté à vos besoins. Pour cela, le fluide caloporteur de votre capteur est crucial. Il doit pouvoir fonctionner à des températures élevées et conserver ses propriétés pendant des années.

Les capteurs solaires thermiques sont les panneaux noirs que l’on voit sur les toits et les murs de nombreux bâtiments modernes. L’intérieur de ces panneaux est peint d’une couleur absorbant la chaleur, généralement le noir. Le capteur est rempli d’un fluide – généralement de l’eau ou de l’antigel – pour transférer cette énergie thermique vers un ballon d’eau chaude.

Le fluide absorbe la chaleur du soleil, qui passe ensuite à travers le panneau et dans le ballon de stockage. Si un système de chauffage solaire n’est pas utilisé pendant plusieurs jours, le fluide peut perdre sa chaleur. Il est donc préférable d’installer un thermoplongeur comme solution de secours.

Cependant, comme la plupart des capteurs solaires sont placés en plein soleil, ils absorbent la chaleur même par temps froid.

Comment fonctionne le chauffage solaire ?

Lorsque le soleil frappe votre toit et chauffe le liquide à l’intérieur de vos capteurs solaires thermiques, ce n’est pas seulement votre toit qui se réchauffe, mais aussi votre approvisionnement en eau. Les systèmes de chauffage solaire utilisent les rayons du soleil pour chauffer l’eau de votre maison de la même manière que les ballons d’eau chaude sanitaire.

La plupart des systèmes se composent de deux parties : des capteurs solaires thermiques et un ballon d’eau chaude isolé. Dans certains systèmes, ils sont reliés par des tuyaux transportant un fluide spécial (généralement de l’eau avec de l’antigel).

En résumé, les capteurs solaires thermiques sont constitués de tubes ou de tuyaux remplis d’un fluide qui absorbe le rayonnement du soleil. Le fluide est ensuite mis en circulation (par des pompes ou par gravité) pour transférer la chaleur vers d’autres panneaux ou des réservoirs de stockage où elle peut être stockée jusqu’à ce qu’elle soit nécessaire. Il s’agit d’une méthode populaire pour chauffer l’eau, mais elle peut également être utilisée pour chauffer l’air.

Les panneaux solaires thermiques ne sont pas vraiment des méthodes viables de production d’énergie, alors que les panneaux solaires photovoltaïques concentrés le sont. D’ailleurs, l’un des meilleurs est le panneau solaire Perc.

Quoi qu’il en soit, ils sont tous deux prometteurs en tant que sources d’énergie renouvelables alternatives. Ils pourraient contribuer à compenser notre dépendance aux combustibles fossiles tout en émettant moins de dioxyde de carbone dans l’atmosphère que les moyens conventionnels de production d’électricité.

 
Nous espérons que ce guide vous a aidé à dissiper certains mythes courants sur le solaire thermique. La technologie solaire est souvent entourée de mystères, de rumeurs et d’informations inexactes, mais une fois que vous aurez fait le tour de la question, vous découvrirez qu’elle est très efficace pour produire de l’énergie renouvelable pour votre maison.

Marie A

Militante pour la transition écologique depuis plus de 20 ans, j'ai rejoint l'équipe d'Action France Énergie en Octobre 2017 pour promouvoir l'ensemble des aides disponibles sur le territoire français, et aider nos ménages à créer un environnement plus responsable de notre belle planète.

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