• Qu’est ce que l’énergie solaire thermique ?
• Dans quelle application utilise t-on l’énergie solaire thermique ?
• Comment fonctionne un système solaire thermique ?
• Comment fonctionne un chauffe eau solaire ?
• De quoi est composé un système de chauffe eau solaire ?
• Peut-on manquer d’eau chaude avec un chauffe eau solaire ?
• Que faut-il savoir avant de se procurer un chauffe eau solaire ?

1. Période d'utilisation
2. Emplacement
3. Capacité

Qu’est ce que l’énergie solaire thermique ?

L'énergie solaire thermique est la transformation de l’énergie contenue dans le rayonnement solaire en chaleur. Cette transformation en chaleur et donc en énergie thermique permet de chauffer de l'eau ou de l'air dans différents cas d'applications solaires.

Dans quelle application utilise t-on l’énergie solaire thermique ?

Dans une habitation standard, le chauffage traditionnel de l’eau et de l’air sont les applications qui consomment le plus d’énergie électrique et par conséquent qui coûtent les plus chères.
L’utilisation de l’énergie solaire thermique pour remplacer le système conventionnel de chauffe eau domestique, de chauffage de piscine résidentielle et de chauffage d’air de ventilation, représente un avantage certain pour une économie d’énergie et de coût. En effet, le système solaire thermique peut diminuer les coûts de consommation d’énergie de plus de 50%.

Comment fonctionne un système solaire thermique ?

Le système solaire thermique dans son ensemble va grâce à ses capteurs solaires, capter dans un premier temps le rayonnement solaire puis le transformer en chaleur (énergie thermique).
Dans un deuxième temps, il va transférer cette chaleur par l’intermédiaire d’un dispositif de transport de chaleur jusqu'à l’endroit désiré : une pièce, un réservoir d'eau ou autres.

Comment fonctionne un chauffe eau solaire ?

Dans le cas classique, les rayons du soleil viennent frapper le capteur solaire dont la surface est conçue pour emmagasiner une quantité suffisante de rayons.
À l'intérieur du capteur se trouve un matériau absorbant (l’absorbeur), dans lequel circule un fluide caloporteur ou fluide thermique. L'absorbeur va donc transformer le rayonnement solaire qu'il a absorbé en chaleur puis transmettre cette chaleur au fluide caloporteur avec lequel il est en contact.
Le fluide va circuler jusqu'à un échangeur thermique où il cède sa chaleur, pour revenir ensuite par circuit fermé au capteur solaire grâce à une pompe alimentée par un petit panneau PV.
Notons que ce type de système de chauffage est un système à boucle fermée ; il existe aussi des systèmes à boucle ouverte où l'eau sanitaire sous pression est chauffé directement dans le capteur solaire. Également des systèmes à thermosiphon, dans lequel aucune pompe n'est nécessaire pour faire circuler le fluide caloporteur qui sélève tout naturellement lorsqu'il est chauffé.

Source: Ressources Canada

De quoi est composé un système de chauffe eau solaire ?

Selon son type, un système de chauffage solaire est généralement composé des éléments suivants :

A. Capteurs :

Il existe plusieurs types de capteurs dont le choix se fait en fonction des conditions climatiques et de la température souhaitée de l’eau chaude.

1. Capteurs plans à liquide avec vitrage :

C’est un boîtier rectangulaire à surface vitrée dont l’arrière est protégé par un panneau isolant. A l’intérieur de ce boîtier se trouve un matériau absorbant placé entre l’isolant et la surface en plaque de verre. Cette fabrication a pour effet d’emprisonner le maximum d’énergie captée (Effet de serre) et d'engendrer peu de pertes thermiques. Ainsi ces capteurs à vitrage procurent un maximum de performance même par temps froid. Par contre, ils sont plus coûteux que les capteurs sans vitrage et difficilement manipulables.
On utilisera les capteurs solaires avec vitrage, lorsque l'application exige une température d'eau assez élevée en hiver et une certaine performance.

 

Source: Ressources Naturelles Canada-RETScreen

 

 

2. Capteurs plans à liquide sans vitrage

Ce sont des capteurs solaires à usage saisonnier. Ils sont d'un moindre coût car bien qu’ils captent efficacement l’énergie solaire, ils engendrent beaucoup de pertes thermiques lorsque leur température augmente. Ils sont recouverts d'un plastique polymère noir, formé de multiples canaux à travers lesquels de l'eau circule.
On utilisera les capteurs solaires sans vitrage lorsque l'application fonctionne de façon saisonnière (à température douce) et exige une température d'eau chaude peu élevée comme dans le cas du chauffage pour piscine.

 

Source: Ressources Naturelles Canada-RETScreen

 

 

3. Capteurs à tubes sous vide

C'est l'une des technologies les plus performantes en matière de captage solaire, mais aussi la plus coûteuse. Ce type de capteur est constitué d'une série de tubes alignées parallèlement, dans lesquels on a créé le vide. À l'intérieur de ces tubes sous vide se trouve une plaque sombre (l'absorbeur) de même longueur que le tube, qui est traversée sur toute sa longueur par un conduit (le caloduc ou évaporateur) renfermant un liquide. Lorsque le capteur est exposé au rayons solaires, l'absorbeur transforme l'énergie solaire incidente en chaleur. La chaleur est récupérée par le caloduc ou évaporateur; le liquide qu'il renferme devient gazeux en absorbant la chaleur, s'évapore en remontant le tube sous vide jusqu'à un condenseur situé à la partie supérieur du tube. le liquide cède alors sa chaleur à un fluide caloporteur qui lui, transmet cette chaleur à un échangeur thermique placé dans le réservoir de stockage. Ce procédé de captage d'énergie thermique où les capteurs sont sous vide offre légereté et résistance, une durée de vie d'environ 20 ans, et une excellente performance même sous rayonnement faible.
On utilisera les capteurs solaires à tubes sous vide lorsque l'application fonctionne toute l'année, ou exige une température d'eau assez élevée sous climat froid pour rester performante.

 

Source: Ressources Naturelles Canada-RETScreen

 

 

B. Réservoir d’eau chaude  :

Comme son nom l'indique, il sert à stocker l’eau chauffée et à la réutiliser au besoin. Il est habituellement placé à côté du chauffe eau conventionel.

C. Unité de pompage  :

Une pompe va permettre la circulation du fluide caloporteur du capteur solaire au réservoir de stockage. Cette unité n’est pas nécessaire dans un système à thermosiphon où le transport se fait naturellement.

D. Contrôleur (selon les cas)  :

C’est une commande qui actionne la fermeture ou l’ouverture de la pompe quand cela est nécessaire. Elle n’a pas lieu d’être lorsqu’il existe un petit module photovoltaïque pour actionner la pompe.

E. Protection contre le gel  :

Le mélange antigel est nécessaire dans le fluide caloporteur pour les systèmes installés dans les régions froides ou tempérées, pour empêcher le fluide de geler à très basse température.

F. Dispositifs de protection :

Ce sont les protections contre la surchauffe des circuits du système, thermostat par exemple et divers éléments de plomberie comme les vannes de vidanges, clapets anti-retour et autres dispositifs de sécurité.

Peut-on manquer d’eau chaude avec un chauffe eau solaire ?

Un système de chauffe eau solaire sera toujours conçu pour faire face au besoin de l’utilisateur. On choisira la capacité nécessaire du chauffe eau solaire en fonction du nombre d’occupants et des appareils utilisant de l’eau chaude, comme le lave vaisselle et la machine à laver. Le système tiendra compte d’éventuels besoins supplémentaires. Aussi, faire fonctionner la machine à laver ou le lave vaisselle entre 9h et 15h au moment de la journée où il y a le plus de soleil, permet d'éviter de manquer d’eau chaude durant le reste de la journée.

Que faut-il faire avant de se procurer un chauffe eau solaire ?

1. Déterminer la période d’utilisation du chauffe eau solaire

Savoir si le chauffe eau sera utilisé dans la résidence pendant la période estivale ou toute l’année, car les chauffes eaux solaires se distinguent par ceux qu’on utilise de façon permanente et ceux utilisés de façon saisonnière.

Chauffe eau solaire saisonnier :

Vous résidez dans votre habitat que pendant l’été (exemple : chalet). Le chauffe eau saisonnier convient à ce genre d’habitat, car il n’a pas besoin d’être pourvu d’un liquide antigel nécessaire en période de froid. Il convient aussi aux régions chaudes.
Il fonctionne suivant une température minimale d’exploitation, en dessous de laquelle, il doit être vidangé. Il est en général sans réservoir.

Chauffe eau solaire permanent:

Il est plus robuste que le saisonnier car adapté aux conditions climatiques rudes. Il a une plus grande capacité de réserve d’eau chaude, ce qui permet de convenir pour une utilisation tout au long de l’année.

1. Étudier l’emplacement où installer le chauffe eau solaire

Composé de capteurs solaires, de tuyauterie et de réservoir de stockage, l’endroit choisit pour l’installation du chauffe eau solaire doit pouvoir accueillir ces différents composants.
Le capteur doit être, idéalement, placé sur le toit de votre maison ou sur un mur de 6 m² de surface (environ 2 capteurs), orienté entre le entre le Sud Ouest et le Sud Est avec une inclinaison du capteur de 15 à 50^o par rapport à l’horizontale.
L’utilisateur doit s’assurer qu’aucun obstacle environnant, arbre, immeuble, bâtisse ou autre ne produit de l’ombre sur le capteur entre 9h et 15h durant la période d’utilisation du chauffe eau (à titre indicatif, il est prouvé qu’un obstacle situé à 10m d’un capteur placé sur le toit ou sur un mur peut causer de l’ombrage considérable).
Le réservoir est généralement placé près du chauffe eau conventionnel et les tuyauteries doivent pouvoir être introduites dans le toit ou le mur et non loin du capteur. La tuyauterie d’intérieur doit pouvoir être logée dans les planchers, placards et murs ou dans l’espace dédié au tuyau d’eau chaude.

1. Déterminer la capacité du chauffe eau solaire.

On détermine la capacité du chauffe eau solaire en fonction du nombre d’occupants de la maison, de la consommation d’eau journalière, des éventuels besoins supplémentaires et des appareils qui consomment de l’eau chaude comme le lave vaisselle et le lave linge.

Trois capacités standard :

1. Petit réservoir pour 2 occupants = 150 litres / jour équivaut à peu près à 3 m² de capteurs solaires
2. Moyen réservoir 3 à 4 occupants = 225 litres / jour équivaut à peu près à 6 m² de capteurs solaires
3. Grand réservoir pour 4 à 6 occupants = 300 litres / jour équivaut à peu près à 10 m² de capteurs solaires
4. Très grand réservoir pour 6 occupants et plus = 450 litres / jour

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