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Solaire thermique

Il existe différentes technologies de capteurs solaires thermiques de la plus rudimentaire à la plus avancée, chacune adaptée à des usages spécifiques. Parmi les grandes familles de capteurs, on trouve : les capteurs plans vitrés, les capteurs sous vide, les capteurs moquette, et les capteurs à air.

Le capteur vitré

Eau Chaude Sanitaire et chauffage dans les pays froids et tempérés

Fonctionnement

Capteur plan solaire thermique  - clipsol
Capteur plan solaire thermique
clipsol

La composition d’un capteur solaire est très simple, il est uniquement constitué :

  • d’un corps noir qui absorbe le rayonnement   solaire (ex : un panneau en aluminium teinté)
  • d’un fluide caloporteur   (principalement de l’eau mélangée à un antigel type gyclol alimentaire)
  • d’un isolant thermique (laine minérale)
  • d’une couverture transparente qui assure l’effet de serre (vitre)
  • d’un cadre (en aluminium)

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Effet de serre dans capteur plan vitré
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Ce capteur absorbe le rayonnement solaire et le transforme en chaleur transmise à un fluide caloporteur (eau glycolée  ). La chaleur ainsi captée est ensuite transférée vers un réservoir de stockage. Il se présente sous forme de caissons de différentes dimensions, ou sous forme d’éléments séparés à intégrer directement dans l’architecture des bâtiments. Ses dimensions peuvent varier de quelques mètres carrés (individuel) à plusieurs centaines de mètres carrés (installations collectives). Ce système peut atteindre une efficacité de 90%.


Mode d’utilisation :

Le capteur plan vitré permet du produire du chauffage et de l’eau chaude sanitaire (ECS) pour les bâtiments en pays tempérés ou froids. Idéal pour les températures de 50-60 °C, au cœur de l’été sa température peut monter jusqu’à des températures dépassant les 100 °C. C’est le capteur le plus répandu et le mieux adapté pour répondre à ces besoins par le biais de l’énergie solaire.

Le capteur sous-vide

Eau chaude et chauffage en zone froide, surfaces réduites ou orientation imparfaite, applications à haute température

Fonctionnement

Il est le même que celui du capteur plan à liquide vitré, mais le vide créé à l’intérieur des tubes permet de réduire conséquemment les déperditions en chaleur. Ce capteur atteint ainsi des températures plus élevées.

Mode d’utilisation :

Capteur sous vide
Capteur sous vide

Le choix de ce capteur est intéressant pour répondre à des besoins en chaleur qui ne peuvent être satisfaits par le capteur plan vitré. Il peut, par exemple, être installé sur des procédés de climatisation par absorption où des températures de plus de 80°C sont nécessaires, ou encore être utilisé pour la distillation. Ce système étant un peu plus onéreux, et ne favorisant pas une parfaite intégration en toiture est la plupart du temps déconseillé pour les projets individuels.



Le capteur non vitré, dit " capteur moquette "

Piscine, douche solaire, ECS dans les pays chauds

Fonctionnement

Ce capteur consiste en un réseau de tubes noirs en matière plastique, accolés les uns aux autres. Pour chauffer l’eau d’une piscine, les capteurs peuvent être insérés dans le circuit de filtration. Ils sont ainsi directement parcourus par l’eau retournant au bassin

Utilisations

Le rendement du capteur moquette est très bon pour produire des températures proches de la température de l’air ambiant (20 à 30 °C). Les quelques degrés supplémentaires apportés à l’eau de la piscine permettent d’en allonger le confort et la durée d’utilisation de plusieurs semaines. Le dimensionnement recommandé est de 1m2 de capteur pour 2m2 à 3 m2 de plan d’eau. Une couverture nocturne du bassin permet par ailleurs de réduire les besoins en chaleur de la piscine. Pour chauffer des piscines d’été individuelles ou collectives, ces capteurs représentent un investissement idéal en Rhône Alpes car à moindre coût, ils répondent parfaitement à des besoins spécifiques saisonniers.

Pour un fonctionnement sur des périodes plus longues, y compris en hiver il est également envisageable de coupler les capteurs moquettes à une Pompe à Chaleur. Les capteurs servent alors de source d’énergie pour la pompe à chaleur, lui permettant d’accroitre sensiblement ses performances (COéfficient de Performance/COP réel moyen>3,5).

Le capteur à air

Chauffage d’air chaud dans les bâtiments, séchage de produits agricoles

Fonctionnement

Le principe est d’augmenter la température de l’air de 5 à 10°c. Une élévation de 4°c double déjà la capacité de séchage de l’air et divise le temps de séchage par 2. L’air ventilé est réchauffé dans le capteur à air ; entre la couverture du toit et un isolant hydrofuge cloué sous les pannes de la charpente du bâtiment. Le ventilateur met en pression l’air chauffé sous le faux-fond du séchoir ; l’air traverse le produit à sécher et se charge de son humidité avant d’être évacué. Le capteur solaire à air est constitué d’une surface foncée absorbant la chaleur et d’une surface isolante. La couverture peut être achetée teintée ou être teintée par la suite au sulfate de manganèse.


Capteur solaire thermique à air
Capteur solaire thermique à air

Le séchoir solaire à air comporte :

  • le capteur, à travers lequel passe l’air à réchauffer,
  • la gaine de collecte et de ventilation, contenant le ventilateur,
  • l’aire de séchage traversée par l’air réchauffé.
  • Deux grandes catégories de capteurs à air se distinguent :
  • les capteurs ’ simple effet ’
  • les capteurs ’ à effet de serre ’.
  • L’utilisation de ces-derniers, plus efficaces mais plus coûteux, doit se justifier par la nécessité.


Solaire thermique séchage grange
Solaire thermique séchage grange

Le système de séchage peut être augmenté d’une énergie d’appoint intégrée au circuit d’air : un échangeur raccordé à une chaudière gaz, bois ou fioul, complète le chauffage. Cet appoint est à réserver à certains cas précis : surface de toiture réduite ou mal orientée, récolte tardive, produit difficile à sécher, augmentation de la production. Le dimensionnement du séchoir solaire dépend de la gamme principale de produits à sécher.

Les principales utilisations sont le séchoir de produits agricoles et le chauffage d’étables.