Le Solaire Thermique

En dehors du Photovoltaïque, qui sert à produire de l'électricité à partir du soleil, le "thermique" est l'autre grand domaine de l'Energie Solaire.

Il s'agit ici de produire de la chaleur, que nous transporterons grâce à un fluide caloporteur (de l'eau additionnée d'un antigel, tel le glycol). De cette chaleur, on peut ensuite faire de nombreuses choses :
- chauffer de l'Eau-Chaude Sanitaire (ECS),
- chauffer une maison, grâce à un Système Solaire Combiné (SSC), qui réalisera conjointement la fonction de chauffage central et de production d'Eau-Chaude Sanitaire),
- chauffer une piscine,
-de nombreuses autres applications...

Nous vous présentons ci-dessous le principe de base, ainsi que les différents types de capteurs, correspondant à différentes applications.

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Le principe de base

Le principe de base du solaire thermique est très simple : les rayons du soleil viennent frapper un tube noir dans lequel circule de l'eau. Cette eau est réchauffée par l'énergie du soleil absorbée par le tube noir.

Nous connaissons tous les rudimentaires douches solaires utilisées par les campeurs, et dans les pays du sud : de l'eau contenue dans un récipient (en général peint en couleur sombre pour absorber plus d'énergie) est réchauffée et permet de prendre des douches agréables en été.

Les capteurs solaires utilisent ce principe, l'optimisent pour capter le moindre rayon de soleil, et permettent donc une utilisation en toute saison.

Le schéma ci-dessous résume quelles sont ces optimisations :
- un verre à faible coefficient de réflexion sur sa partie externe,
- un matériau très absorbant (plus de 95% de taux d'absorption) et très peu émissif (moins de 5% de taux d'émission),
- une isolation thermique parfaite pour limiter les pertes par conduction,
- et surtout, une utilisation de l'effet de serre, où les rayons du soleil, une fois captés, "rebondissent" à l'intérieur du capteur.

Pour ceci, voici quels sont les composantes d'un capteur classique :

Ces caractéristiques permettent en général de capter autour de 80% de l'énergie du soleil frappant le capteur.

Le fluide caloporteur (l'eau glycolée) circule dans une structure en échelons ou en serpentin :

Les capteurs plans vitrés

Les capteurs les plus courants sont les capteurs plans vitrés, comme celui montré ci-dessus.

Ils peuvent être de deux types :
- soit être constitués d'un caisson, qui est en général posé sur toiture, fixé sur la charpente en passant sous les tuiles comme ceci :

Le caisson peut également être posé sur toit-terrasse, ou directement au sol si le terrain le permet.

- soit être directement intégrés en toiture, en reconstituant les éléments du caisson sous la toiture. On utilise notamment comme isolation arrière l'isolation de la toiture, permettant une moins grosse épaisseur, comme dans le schéma ci-dessous :

Voici une réalisation avec un capteur intégré en toiture :

- Enfin, on peut combiner les deux principes ci-dessus, et intégrer directement un caisson en toiture, comme sur la photo ci-dessous :

Les capteurs plans vitrés sont utilisés très largement pour toutes les applications à "haute température" (entre 45°C et 60°C). Par exemple, ce sont les capteurs les plus utilisés pour les applications d'Eau-Chaude Sanitaire (ECS) ou de Système Solaire Combiné (ECS et chauffage), individuels ou collectifs.

Bon à savoir : le température de l'eau dans les capteurs peut parfois atteindre plus de 120°C (l'été, ou si le système de régulation tombe en panne, ou par exemple lors d'une coupure de courant). Dans ce cas, le système est protégé car il est doté d'un vase d'expansion, et de valves sensibles à la pression.

Les capteurs non vitrés

D'autres types de capteurs existent, qui correspondent à des applications et surtout, à des mises en oeuvre spécifiques.

Les capteurs non vitrés reprennent le même principe que les capteurs vitrés, mais sans profiter de l'effet de serre permis par le vitrage. En revanche, ils ne subissent aucune perte dues à la réflexion des rayons du soleil sur le vitrage.

Ils sont un peu moins efficaces en réception de l'énergie solaire, mais permettent des intégrations plus faciles et plus variées, parce ces capteurs peuvent être assujettis à une forme arrondie, comme dans l'exemple ci-dessous :

Les capteurs non vitrés sont plutôt destinés à des applications à "basse température" (entre 30°C et 35°C), donc conviennent parfaitement à du chauffage piscine ou du chauffage central par plancher chauffant ou panneaux radiants.

Ils peuvent cependant être mis en série, ce qui leur permet d'atteindre des températures supérieures, et d'être ainsi équivalents aux capteurs vitrés en terme d'application.

Les capteurs tubulaires sous vide

Un autre type de capteur est le capteur tubulaire sous vide.

Chacun des tube contient ainsi une conduite d'eau glycolée, et est pourvu en interne d'une couche noire absorbante sur la moitié du cylindre.

Ce capteur présente deux propriétés très intéressantes :
- le fait qu'il soit sous-vide d'air est un facteur d'efficacité énergétique, car le vide est à la fois le meilleur isolant thermique conductif, tout en laissant passer les rayons solaires sans entraves.
- le fait qu'il soit tubulaire permet, en pouvant tourner chaque tube, de lui donner l'inclinaison parfaite face au soleil, et d'être ainsi encore plus efficace.

Ce capteur convient à tout type de réalisations, mais il permet en particulier des applications "très haute température" (entre 75°C et 95°C) telles la climatisation ou le rafraîchissement solaire, en le combinant à une machine à absorption.

Les capteurs plans sous vide

Les capteurs plans sous vides sont aujourd'hui assez peu utilisés. Ils offrent l'avantage par rapport aux capteurs tubulaires sous vide de présenter une plus grande surface utile, mais sont plus délicats à mettre en place.