Les panneaux solaires thermiques

Le panneau solaire thermique, histoire et définition

Pour continuer notre série d’articles sur les moyens de productions d’énergies renouvelables, nous allons parler des panneaux solaires thermiques.

Précédemment nous vous présentions les panneaux photovoltaïques qui permettent de produire de l’électricité à partir des rayons du soleil, les panneaux solaires thermiques eux sont capables de produire de la chaleur.

La première utilisation de la chaleur du soleil de manière non-passive semble remonter à deux siècles avant J-C, Archimède aurait utilisé des miroirs pour concentrer la lumière du soleil et enflammer les bateaux ennemis.

Mais l’utilisation de cette chaleur afin de produire de l’eau chaude sanitaire nous vient de Californie aux alentours des années 1900.

Plus tard avec le choc pétrolier, la dynamique de l'énergie solaire est relancé et la recherche de solution alternative explose et de nombreuses innovations émergent.

Comment ça marche ?

Le principe est simple, capitaliser l'énergie thermique des rayons lumineux du soleil grâce à des capteurs solaires et transmettre cette chaleur jusqu’au chauffe-eau via un circuit contenant un liquide caloporteur. Le fluide caloporteur étant dans un circuit indépendant du circuit d’eau potable, il va y avoir un échange thermique dans le cumulus via conduction.

En France, le solaire thermique peine à se développer en comparaisons à d’autres pays. La surface installée de capteur thermique n'est que de 3,225 Mm2 en 2018 produisant 2 258 MWh.

La principale utilisation du panneau solaire thermique est la production d’eau chaude sanitaire grâce au chauffe-eau solaire. Certains particuliers s’en servent aussi pour le chauffage dans des radiateurs ou même plancher chauffant bien que la présence d’une chaudière reste souvent indispensable pour obtenir un confort thermique optimal. Ce système ne permet pas une indépendance totale pour vous chauffer, il faut donc un système d’appoint, chaudière ou résistance électrique, pour assurer le relais, notamment les jours où le soleil n’est pas au rendez-vous.

L’installation solaire thermique

Grâce à une pompe appelé “circulateur” qui fait circuler un fluide dit caloporteur (porteur de calorie - en réalité c'est bien souvent de l’eau avec un liquide évitant le gel) dans les panneaux ou les tubes. Le liquide chauffe en passant dans les panneaux et vient par la suite dans un échangeur présent dans le chauffe-eau. Le système de l’échangeur est encore une fois très simple. Dans le chauffe-eau, un serpentin connecté au circuit du fluide caloporteur transmet la chaleur des panneaux à l’eau chaude sanitaire.

Les trois principaux éléments qui constituent un chauffe-eau solaire sont le capteur solaire, le ballon de stockage et le circuit les reliant et permettant le transfert de chaleur grâce le fluide caloporteur.

Le soleil chauffe les panneaux

→ les panneaux chauffe le fluide caloporteur

→ le liquide caloporteur chauffe l’eau contenue dans le chauffe-eau.

Un chauffe-eau solaire individuel utilise donc le rayonnement solaire pour répondre à vos besoins d’Eau Chaude Sanitaire (E.C.S). 70% de vos besoins d’E.C.S. peuvent être comblés grâce à ce procéder. Il existe différent types de chauffe-eaux solaire :

• Le chauffe-eau à circulateur électrique : c’est l’installation la plus simple, le liquide caloporteur est transmis grâce à la pompe électrique jusqu’au ballon. Cette solution permet de couper le fonctionnement de la pompe en fonction de vos besoins. C’est une installation plus coûteuse.

• Le chauffe-eau à thermosiphon : même principe que le précédent sauf qu’il fonctionne sans installation électrique, de manière totalement autonome avec la dilatation des fluides à la chaleur et l'apesanteur. Le ballon d’eau chaude doit toujours être placé au-dessus des panneaux solaires.

• Le chauffe-eau solaire monobloc : le capteur solaire et le ballon sont regroupés sur le toit. L’eau se refroidit vite puisque le ballon de stockage est directement exposé à l’air extérieur. C’est une solution moins performante mais un équipement de la sorte coûte moins chère.

Astuce : pour réchauffer votre piscine par exemple, prenez un tuyau de jardin noir (ou peignez-le en noir) et disposez le dans votre jardin puis avec une pompe de jardin faite un circuit fermé avec l’eau de votre piscine. L’eau en passant dans le tuyau va chauffer et transmettre les calories à la piscine.

Les capteurs solaires

Les capteurs solaires sont les éléments qui vont récupérer l’énergie thermique solaire. Une surface absorbante (de couleur noir) va capter les rayons du soleil. Le contact avec le circuit fermé de tube contenant le fluide caloporteur va ainsi pouvoir chauffé.

Plusieurs modèles existent :

Les capteurs plans vitrés :

Afin d’accentuer la chaleur dans le caisson, un vitrage permet de créer un effet de serre. L’isolant est placé en dessous de l’ensemble des éléments afin d’éviter que la chaleur ne s’échappe pas par le bas ou par les bords. Cet isolant doit bien sûr résister à de fortes températures pour éviter qu’il ne brûle. Tout est donc fait pour que la chaleur transmise au fluide caloporteur soit maximale. Les capteurs plans vitrés sont aujourd’hui les plus plébiscitées sur le marché des particuliers.

Les capteurs solaires thermiques sous vide :

Le fonctionnement est à peu près similaire aux capteurs plans vitrés, cependant la différence réside dans le fait que les tubes soient sous vides. Cette différence permet de réduire encore plus les pertes thermiques ce qui le rend plus performant. Ce type de capteur thermique peut s’avérer utile lorsque les conditions sont plus difficiles.

Les capteurs solaires thermiques non vitrés :

On retrouve les tubes ainsi que l’absorbeur mais comme son nom l’indique, ce capteur n’est pas vitré. Il est plus fragile, moins performant et moins cher. Il peut être utile pour le chauffage des piscines ou bien pour le préchauffage de l’eau chaude sanitaire.

Les capteurs solaires thermiques à concentration :

Les capteurs solaires thermiques à concentration font partie des modèles les plus performants. L’objectif de ces capteurs est de maximiser la chaleur transmise au fluide caloporteur grâce à un système de réflexion des rayons du soleil pour les concentrer sur l’absorbeur.

Optimisation de l’installation

Afin que votre installation soit la plus performante possible, il faut prendre en compte quelques facteurs. Tout d’abord, le facteur majeur va être l’ensoleillement, il faut optimiser l’exposition en allant pourquoi pas jusqu’à mettre des moteurs pour rester perpendiculaire au rayon du soleil en fonction de son emplacement dans la journée voire l’année.

Si vous installez des panneaux solaires il faut bien dimensionner le ballon de stockage ainsi que le nombre de panneaux solaires thermiques en fonction de l’usage.

En ce qui concerne la tuyauterie, il est intéressant de correctement isoler les tuyaux du panneau jusqu’au chauffe-eau pour limiter les pertes de chaleurs du fluide caloporteur.

Les dernières innovations

Dual Sun

Dualsun est un fabricant de panneaux solaires innovant. Implanté à Marseille depuis 2010, Dualsun mise sur une technologie hybride, capable de transformer l’énergie solaire en électricité grâce à l’effet photovoltaïque et en chaleur grâce à un système de récupération thermique placé à l’arrière des panneaux. L'étendue de l’énergie solaire donne la possibilité de pouvoir améliorer le rendement énergétique de ses installations. Ayant les mêmes dimensions et le même aspect extérieur qu’un panneau photovoltaïque standard, cette innovation technologique permet de répondre à l’ensemble des besoins énergétiques des bâtiments en minimisant la surface occupée en toiture.

SySTHEff et ses systèmes solaires

De nouveaux systèmes solaires thermiques (chauffage et eau chaude sanitaire) se développent à Faulquemont, avec pour objectif de réduire les coûts des installations tout en augmentant les performances, spécialement pour les logements individuels.

eCARE et son démonstrateur de centrale

Pour créer la première centrale commerciale solaire thermodynamique en France, le projet eCare est né à La Seyne-sur-Mer. Il s’agit d’un démonstrateur pré-industriel qui estime la production d’électricité et la prédiction de ressource solaire de futures centrales.

RESIST et son réseau de suivi

Pour atteindre des objectifs de qualité, de respect de l’environnement et de rendement, le projet Resist entreprend à Perpignan de créer un service inter-opérateurs des installations solaires thermiques.