Panneau solaire thermique fonctionnement : ce qu’il faut savoir

Qu’est-ce qu’un capteur solaire thermique ?

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Un panneau solaire thermique sert à chauffer l’eau sanitaire d’une habitation. Le panneau capte l’énergie solaire qui réchauffe un fluide caloporteur. Ce liquide circule jusqu’au ballon d’eau chaude sanitaire pour transmettre la chaleur accumulée. Quand cette installation solaire sert également de chauffage, on parle alors d’un système solaire combiné.

Plutôt simple.

Le chauffage solaire combiné (SSC) cumule 2 fonctions pour chauffer à la fois l’eau et la maison. Je prendrai le temps de revenir là-dessus plus en détail un peu plus tard.

Peut-être avez-vous entendu parler de chauffe-eau solaire individuel (CESI) ? 

Il s’agit en réalité du même système que les panneaux solaires thermiques. Ce sont 2 noms différents pour parler de la même installation. Leur fonction principale est de capter les calories présentes dans le rayonnement solaire.

Attention à ne pas confondre ce dispositif avec le module solaire photovoltaïque qui convertit l’énergie solaire en électricité. 

Vous allez voir que son fonctionnement le différencie complètement des capteurs photovoltaïques.

Comment fonctionne un panneau solaire pour chauffer l’eau ?

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Pour obtenir de l’eau chaude, l’installation capte dans un 1er temps les calories solaires. Ensuite, elle doit les faire circuler pour chauffer l’eau de la maison.

Je tiens à préciser qu’on ne se douche évidemment pas avec l’eau qui circule dans les panneaux thermiques. Le fluide qui est contenu par vos capteurs reste à l’intérieur. Il ne sert qu’à chauffer votre ballon de stockage.

On regarde tout ça de plus près.

Le circuit du capteur solaire thermique

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C’est à l’intérieur du module solaire que tout se passe. 

Dans les panneaux solaires thermiques, on retrouve toujours un système tubulaire. Ce sont des tubes ou des tuyaux en serpentin remplis de fluide. Cette solution caloporteuse emmagasine les calories pour pouvoir les redistribuer ensuite dans l’habitation. 

Pour obtenir un meilleur rendement, on installe jamais ce panneau à plat.
C’est pourquoi vous pouvez les voir sur la pente des toits des maisons, ou sur des systèmes escamotables, mais c’est plus rare.
L’installation doit être inclinée entre 40° et 45°. De cette façon, le rayonnement solaire atteint mieux les panneaux. 

Une fois la solution caloporteuse réchauffée, elle se dirige vers le ballon d’eau chaude. On l’appelle aussi le ballon solaire de stockage.

Le circuit d’eau chaude sanitaire

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L’eau chaude qui provient de l’installation solaire est pompée vers un échangeur thermique situé dans le ballon d’eau chaude.
Cet échangeur ressemble à une résistance, à la différence que ce n’est pas de l'électricité qui fait chauffer le ballon. C’est bien la solution caloporteuse. 

Grâce au principe de convection, la chaleur du fluide qui circule est transmise à l’eau du ballon. 

La convection c’est un transfert de calories entre un liquide en mouvement est une surface. Pour que ce transfert se fasse il faut que les deux éléments soient de températures différentes.

À la sortie du ballon de stockage, le fluide a perdu ses calories. Il retourne alors vers le panneau pour entamer un nouveau cycle.  Pour conserver la température de l’eau du ballon solaire, 2 éléments importants sont intégrés à l’installation.

Le circulateur

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Il permet de faire circuler le fluide caloporteur dans les tuyaux. 

Lorsque l’eau chaude sanitaire du ballon est plus chaude que le fluide du module solaire, le circulateur s’arrête. 

Les clapets anti-retour

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Ils empêchent les calories de s'échapper du ballon. 

En effet, comme l’eau chaude est moins dense que l'eau froide, elle a toujours tendance à remonter vers la surface.
Un clapet anti-retour évite donc que l’eau chaude ne remonte une canalisation. 

Sachez que pendant les mois d’hiver, le soleil peut parfois manquer pour fournir assez d’eau chaude.

Pour éviter de prendre une douche froide, les dispositifs thermiques sont couplés avec un chauffage d’appoint. Une chaudière ou un système électrique prend alors le relais. 

Grâce à l’énergie solaire, on estime qu’un chauffage solaire peut fournir jusqu’à 75 % de l’eau chaude sanitaire pour une habitation. 

Maintenant que vous avez une vision d’ensemble, on peut se concentrer sur le capteur.

Comment le capteur thermique marche-t-il ?

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Il est constitué de différentes parties selon le type de module. Ceci dit, le principe reste toujours le même pour tous les modèles.

Un module solaire est toujours fabriqué avec des éléments de couleur foncée (noire ou bleu foncé) pour mieux absorber le rayonnement solaire.
Les matériaux utilisés sont différents en fonction des modèles. Par exemple, certains utilisent du PVC noir (le capteur plan non-vitré), d’autres un vitrage teinté (le capteur plan vitré).

À l’intérieur des panneaux, on trouve soit un dispositif de tubes placés côte à côte, soit un serpentin.
Ces systèmes contiennent le fluide caloporteur qui transporte la chaleur. Il est fait à partir de glycol (ou propylène glycol), ou parfois, simplement avec de l’eau et de l’antigel.

Dans un capteur thermique plan vitré, on trouve une plaque d’absorbeur. Comme son nom l’indique, elle va absorber les calories. Alors que dans un système tubulaire, chaque tube est tapissé d’un revêtement intérieur qui capte la chaleur. 

Ces tubes absorbeurs sont constitués de 2 épaisseurs de verre séparées par un vide d’air. De cette façon, les tuyaux sous-vide sont isolés. Ils évitent à la chaleur accumulée de s’échapper. 

En fait le modèle que vous installez dépend de vos besoins. Je vous ai fait un petit récapitulatif des différents modèles juste en dessous. 

Quels sont les différents types de panneaux thermiques ?

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Le principe de production de chaleur est le même pour toutes les installations solaires thermiques. Ceci dit, leur composition varie selon le modèle de module solaire. 

Le capteur plan non-vitré

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Il est fabriqué en PVC noir et souple, sans cadre ni vitrage. Il est sensible à la température de l’air extérieur. Il est donc très performant en été, mais a un faible rendement en hiver. 

Il est également moins résistant dans le temps que les autres capteurs, puisqu’il n’est pas protégé par un revêtement en verre.

En pratique, les capteurs plan non-vitrés sont utilisés principalement pour chauffer l'eau des piscines extérieures. 

Le capteur plan vitré

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C’est un panneau avec une vitre teintée sur la surface. Ce vitrage protège le capteur contre les intempéries. Il a un second intérêt puisqu’il génère un effet de serre à l’intérieur du panneau, il accumule encore plus de calories. 

Sous le vitrage, on trouve la plaque d’absorbeur qui est l’élément qui convertit l’énergie solaire en chaleur.
L’absorbeur transmet ensuite sa chaleur aux tubes placés juste en dessous pour réchauffer le fluide caloporteur qu’ils contiennent.

Le capteur plan vitré est efficace presque toute l’année et il possède un bon rendement. 

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Le capteur tubulaire sous-vide

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Comme son nom l’indique, ce panneau est constitué de plusieurs tubes sous-vide disposés les uns à côté des autres. 

Le capteur tubulaire sous-vide est celui qui fonctionne le plus efficacement par temps ombragé. Il capte plus facilement les rayons indirects du soleil grâce à la forme sphérique de ses tubes. 

Pour ceux qui connaissent des hivers rigoureux, prévoyez d’investir dans un système auto-vidangeable.
Vous pouvez aussi choisir de remplir les tuyaux avec un fluide antigel prévu pour les basses températures.

L'important bien sûr, c’est que le liquide ne se transforme pas en glace et endommage le verre.

Le capteur monobloc

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Le chauffage monobloc possède un ballon de stockage indissociable du reste de l’installation.

Du coup le ballon doit être mis dehors puisqu’il est rattaché aux modules solaires.
À cause de la météo changeante, le ballon est soumis à des pertes de chaleur importantes. Une température plus basse que la réserve d’eau occasionne la perte de calories.
Le système peut aussi surchauffer et ainsi perdre de l’énergie à cause de températures trop hautes.

Pour pallier ce problème, il existe un modèle de module monobloc avec le ballon de stockage séparé.
Celui-ci s'installe dans l’habitation, comme ça, le ballon est isolé et garde les calories.

Le chauffe-eau solaire monobloc est disponible avec différents capteurs solaires (plan vitré ou tubulaire sous-vide).

Notez que les rendements seront différents selon le type de capteur. Le rendement correspond au rapport entre l’énergie solaire reçue et la chaleur utilisée. 

Je vous ai préparé un tableau avec les rendements des panneaux solaires thermiques en fonction de leurs types de capteurs.

Comme vous pouvez le constater, le rendement moyen est de 80 %, toutes installations confondues. Ce qui explique que l’investissement pour l’équipement et l’installation se rentabilise rapidement. 

Le coût des équipements thermiques varie en fonction de la technologie choisie. Il faut aussi prendre en compte vos besoins pour calculer le prix d’une installation de panneaux solaires thermiques.

Nous avons un dernier élément à voir ensemble et les installations thermiques n’auront plus de secret pour vous. 

Le liquide pour panneau solaire thermique

C’est grâce au liquide de vos panneaux solaires thermiques que tout est possible. 

Pour augmenter la performance de votre chauffage vous devez choisir le meilleur fluide pour vos capteurs.

Il faut contrôler les principales caractéristiques de chaque produit : Viscosité, résistance au gel, corrosif ou non, capacité de transport de la chaleur, etc.

Par exemple, si votre chauffe-eau solaire fonctionne avec une pompe de circulation, il faut un fluide avec une faible viscosité. Ça permettra à votre pompe de faire moins d’effort.

Il faut surtout que la conductivité thermique soit assez élevée pour vous garantir une température minimum. Plus elle est élevée, plus votre fluide transporte efficacement les calories.

Maintenant on peut dire que vous avez vu tous les aspects d’un module solaire thermique.

Je vous ai préparé un petit résumé pour retenir les points le plus importants. 

Les points à retenir sur le fonctionnement d’un panneau solaire thermique

Le fluide réchauffé par vos capteurs circule jusqu’à votre ballon de stockage. Une fois qu’il a déchargé ses calories il repart vers les capteurs. 

Certaines installations permettent au fluide de remonter naturellement. D’autres utilisent une pompe électrique. 

Il faut bien faire attention à la solution caloporteuse que vous utilisez ainsi qu’à son entretien. 

Pour vidanger et reremplir un module il faut toujours faire appel à un professionnel certifié.

On a fait le tour de la question, si certains points ne sont pas assez clairs pour vous, laissez-moi un commentaire.