¤ Un capteur solaire thermique convertit
l’énergie solaire en chaleur.
Un fluide caloporteur (eau glycolée en général)
s’échauffe en circulant dans un absorbeur placé
sous un vitrage. Outre son orientation, la performance du capteur
dépend de la qualité du revêtement de l’absorbeur
et du vitrage. Il est isolé thermiquement.
Ensuite, selon l’usage souhaité (chauffage ou eau chaude)
et la complexité de l’installation, ce fluide restitue
directement, ou via un échangeur, la chaleur emmagasinée.
Schéma de principe d’un capteur (source :TECSOL)
¤ Solaire et esthétique !
Les capteurs sont conçus pour s’intégrer aux
différents styles de construction. En effet, les fabricants
ont fait modifier leurs gammes de produits pour assurer l’intégration
architecturale des capteurs. Placés sur le toit, ils ressemblent
dans ce cas à des fenêtres de grande taille. Pour être
encore plus discrets, certains peuvent être incorporés
dans la toiture. Ils remplacent alors une partie de la couverture,
tuiles ou autres éléments.
Les capteurs peuvent aussi être fixés au sol, contre
l’habitat ou à proximité immédiate, ou
encore disposés en auvent en terrasse ou sur une véranda.
Le plein sud est bien sûr la meilleure des orientations, mais
un capteur exposé au sud-est ou au sud-ouest donnera quand
même des résultats satisfaisants.
La meilleure inclinaison, pour une utilisation sur une année
entière, est celle de la latitude de l’endroit où
sont installés les capteurs (donc environ 45°).
Elle sera plutôt de 60°
pour une consommation hivernale et de 30° pour une consommation
estivale. Toutefois, ce sont souvent les dispositions constructives
de l’habitation qui la détermine.
Une maintenance annuelle est recommandée pour veiller
au maintien d’une pression correcte du liquide caloporteur
et pour s’assurer de la bonne circulation du liquide.
La surface des capteurs doit également être régulièrement
nettoyé.
Installation de capteurs solaires
¤ Principes de base à respecter
:
. Identifier un emplacement bien exposé et sans masque par
rapport au soleil (ombre d’un bâtiment voisin, végétation…)
;
. Avoir si possible des besoins réguliers en eau chaude, pour
une meilleure efficacité ;
. Faire un diagnostic de l’état du système de
production et de distribution existant, pour éviter d’intégrer
un système performant à des installations en mauvais
état et risquer de nuire ainsi au bon fonctionnement du système
global ;
. Pour une installation collective, réaliser une étude
préalable permettant à la fois de faire un état
des lieux précis, un bon diagnostic des besoins et un dimensionnement
adapté ;
. Installer les capteurs au plus prêt de l’élément
à chauffer (chauffe-eau, plancher…), toute longueur de
canalisation entraînant des pertes de calories ;
. Prévoir la maintenance régulière de l’installation,
au même titre qu’une chaudière au gaz par exemple.
Production d’eau chaude sanitaire :
L’utilisation de la chaleur du soleil pour la production d’eau
chaude sanitaire est celle qui est la plus répandue et la plus
simple à mettre en œuvre, aussi bien en habitat neuf que
dans les logements existants. ¤ Le chauffe-eau solaire individuel :
Au cœur d’un capteur solaire exposé au soleil (quelques
mètres carrés), une plaque et des tubes métalliques
noirs absorbent l’énergie solaire. Réchauffé
dans les tubes qu’il parcourt, un liquide antigel véhicule
les calories jusqu’au ballon de stockage. En traversant l’échangeur
thermique, au sein du ballon de stockage, le liquide cède sa
chaleur à l’eau chaude sanitaire.
Schéma de fonctionnement d’un CESI
Tous les composants du capteur sont
placés sous un vitrage, dans un caisson rigide, isolé
thermiquement. L’échangeur est un serpentin généralement
intégré dans le ballon de stockage. Le dispositif
est complété par des éléments de
régulation et de sécurité, et par un circulateur,
pompe qui met le liquide primaire en mouvement.
En outre, l’énergie solaire ne pouvant être
utilisée par nature que si le soleil brille, une énergie
d’appoint est prévue pour prendre automatiquement
le relais, par temps de pluie ou la nuit par exemple.
¤ Les équipements collectifs :
Un équipement collectif est un peu plus complexe. Il nécessite
un échangeur externe, une pompe pour la circulation du fluide
caloporteur et le stockage séparé de l’eau chaude
solaire et de l’eau chaude d’appoint.
La garantie
de résultats solaires est un contrat qui lie les
entreprises intervenant à un moment donné dans
le processus d’installation (fabricants de capteurs, installateurs,
exploitant et bureau d’études techniques) ainsi
que le maître d’ouvrage au-delà de 20 m2
de capteurs installés.
Les entreprises s’engagent à produire une quantité
d’énergie solaire prédéterminée.
Un suivi particulier est alors mis en place (comptages, télésurveillance
au-delà de 40 m2…). Si l’installation solaire
ne permet pas d’atteindre 90% des objectifs fixés,
les entreprises dédommagent le maître d’ouvrage
ou remettent à niveau l’installation à leur
frais. Cet engagement est pris sur 5 ans.
Gîte d’étape de Mayregne (31)
Pour avoir un bon rendement d’installation, on dimensionne la
surface des capteurs de manière à couvrir 60 à
70 % des besoins annuels en eau chaude.
¤ Un geste citoyen :
Le chauffe-eau solaire n’entraîne ni émission polluante,
ni formation de déchets dangereux. Installer ce matériel
revient à participer à la réduction des émissions
de gaz à effet de serre, responsables du réchauffement
de la planète et des changements climatiques. En effet, l'aggravation
du phénomène naturel « d’effet de serre
» résulte principalement de l’accumulation dans
l’atmosphère du gaz carbonique (CO2) que produit tout
combustible fossile (fioul, charbon, gaz…) en brûlant.
Ainsi, une famille de 4 personnes qui utilise un chauffe-eau solaire
individuel, c’est 1 tonne de CO2 en moins/ an dans l’atmosphère.
Par ailleurs, l’utilisation du « solaire » pour
la production d’eau chaude sanitaire permet de préserver
les énergies non renouvelables (pétrole, gaz, charbon…)
et de les réserver à des emplois spécifiques
pour lesquels il n’existe pas encore d’alternative.
¤ Un geste pour des économies
d’énergie :
Avec le « solaire », le particulier divise par deux ses
factures d’eau chaude sanitaire. En période de fort ensoleillement,
il accède à l’autonomie énergétique.
¤ Eléments de coûts :
Un chauffe-eau solaire pour un particulier coûte en moyenne
4 300 euros sur la région (4 à 5 m2 de capteurs, ballon
de 200 à 300 l, pour un foyer de 3 à 4 personnes), avant
déduction de prime, et TVA comprise. Cet investissement, plus
important qu’un système classique, est soutenu par des aides publiques qui représentent
de 30 à 50% du coût total et se trouve compensé,
à long terme, par la réduction de la facture de gaz,
de fioul ou d’électricité.
Le
chauffage de l’habitation
Le chauffage de l’habitation par l’énergie solaire
thermique peut se faire de deux façons :
¤ Par apport direct, on parle alors de
solaire passif.
Il s’agit de concevoir et d’orienter le bâtiment
de telle façon qu’il utilise au mieux les apports solaires.
On peut, par une combinaison de mesures, réduire d’une
part les besoins énergétiques du bâtiment et créer
d’autre part un climat de bien-être (températures
de surface agréables, humidité contrôlée,
éclairage naturel abondant). ¤ Par la mise en place de capteurs solaires
ils restitueront, à l’intérieur de l’habitation,
la chaleur captée, permettant de couvrir une partie des besoins
en eau chaude sanitaire et en chauffage.
On parle alors de système solaire combiné.
Il peut être installé dans les maisons neuves ou dans
les logements devant faire l’objet de lourdes rénovations
(dalle à refaire…).
Un chauffage d’appoint (gaz, bois, électricité…)
est nécessaire pour garantir les besoins tout au long d’une
saison de chauffe.
(source : Graphies)
Principe du
plancher solaire direct
Le fluide caloporteur, arrivant chaud des capteurs thermiques,
passe directement dans la dalle et repart vers les capteurs.
La dalle stocke la chaleur et la transmet à la pièce.
Un circuit de dérivation permet de produire l'eau chaude
sanitaire.
Principe des
autres systèmes combinés
Le fluide caloporteur chauffe l'eau du réservoir et repart
vers les capteurs. L'eau du réservoir sert pour alimenter
le système de chauffage. L'eau chaude sanitaire est produite
dans un ballon immergé ou par un échangeur de
chaleur.
La dalle stocke la chaleur injectée en intermittence selon
l’ensoleillement et la restitue de manière plus régulière
(une régulation électronique gère les apports
en solaire et les besoins énergétiques). Le chauffage
du plancher est dit ‘à basse température’
(27°C maximum). C’est le plus adapté aux besoins
physiologiques de l’homme.
Pour avoir un bon rendement d’installation, on dimensionne la
surface des capteurs de manière à couvrir environ 50
% des besoins annuels en chauffage et eau chaude.
Pour une maison classique de 120 m2, la surface de capteurs nécessaire
est de l’ordre de 15 m2 en moyenne.
Si l’investissement est de près de 50% plus cher qu’un
chauffage central classique, des aides
financières permettent
de réduire ce surcoût.
Les
autres usages particuliers
Les autres usages particuliers de l’énergie
solaire thermique peuvent être :
¤ Le chauffage de l’eau de piscine
:
Préchauffer l’eau d’un bassin ou simplement prolonger
la période d’utilisation d’une piscine de plein
air, c’est possible avec des capteurs simplifiés de type
‘moquette solaire’. Le niveau de température de
l’eau (inférieur à 30°C) étant plus
faible que pour l’eau chaude sanitaire, le système solaire
fonctionne avec un très bon rendement.
Une moquette solaire (réseau de tuyaux souples noirs) est posée
en terrasse ou au sol, à proximité du bassin ; une partie
de l’eau du bassin y circule pour être ainsi réchauffée.
La moquette solaire de la piscine de Castres (81)
Les piscines couvertes peuvent également
avoir un chauffage solaire. Il sera alors plutôt de type
vitré et permettra de chauffer également l’eau
des douches.
Une étude préalable doit être menée
pour prendre en compte la température extérieure,
le vent à la surface de l’eau, les contraintes
de fonctionnement propres à l’équipement.
En plus de la moquette solaire, une couverture isotherme mise
en place chaque soir est systématiquement préconisée
pour limiter les déperditions nocturnes.
¤ Le séchage solaire de fourrages
:
La ration de base des animaux repose essentiellement sur l’herbe
pâturée et le foin. La ventilation du foin, permettant
l’amélioration de sa qualité nutritive et un gain
de place substantiel, est assez répandue dans notre région.
Elle permet de s’affranchir partiellement des conditions météorologiques
et de planifier plus facilement les récoltes.
Un tiers des séchoirs de foin de la région utilise l’énergie
solaire, soit une centaine d’installations. Les capteurs sont
constitués de 2 parois (en toiture) entre lesquelles circule
l’air de séchage aspiré par le ventilateur. Au
contact de la toiture sombre et mate, l’air se réchauffe
de 4 à 6 °C. Le séchage s’en trouve accéléré
(de 40% en moyenne).
La conception du capteur solaire est à étudier si possible
dès le projet de séchoir, pour en faciliter sa mise
en oeuvre.
Séchoir solaire des fourrages (Source : ARPE)
¤ La climatisation :
La climatisation se généralise en Europe, et plus particulièrement
dans notre région. L’utilisation de l’énergie
solaire pour la production de froid est encore très peu répandue
en France, la première installation datant pourtant de 1992
(caves de Banyuls, près de Perpignan).
Une dizaine de réalisations sont en cours.
Un système solaire couplé à un climatiseur à
adsorption peut assurer le rafraîchissement de locaux. Il doit
être associé à une source d’énergie
complémentaire pour assurer la totalité des besoins
en climatisation.
La quasi-totalité des nuisances d’une climatisation conventionnelle
sont supprimées : . Rejets
limités de gaz à effet de serre dans l’atmosphère
(énergie d’appoint uniquement) .
Consommation électrique des auxiliaires réduite . Fluides frigorigènes inoffensifs . Sources de nuisances sonores supprimées
(pas de compresseur)
