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Introduction au panneaux solaires thermiques


Plus communément appelé capteur solaire thermique, le panneau solaire thermique permet de produire de l’eau chaude sanitaire grâce à l’énergie solaire. Il absorbe en effet le rayonnement solaire pour le transformer, grâce à un liquide caloporteur, en énergie thermique.


Pour cela, il utilise 3 grands principes physiques :

  • L’effet du corps noir : un corps noir absorbe la chaleur du soleil.

  • L’effet de serre : une vitre permet de piéger les infrarouges, ce qui empêche la chaleur de s’échapper.

  • L’effet isolant : la chaleur est conservée dans le panneau thermique lorsqu’il est bien isolé.

Il existe 3 grands types de capteurs solaires thermiques.

Les trois grands types de capteurs solaires thermiques

1.  Le capteur solaire thermique à plan vitré

capteur solaire thermique à plan vitré

C’est le modèle de capteur solaire thermique le plus répandu. Il est constitué d’une caisse isolée couverte par un vitrage. A l’intérieur est placé l’absorbeur, un serpentin contenant le fluide à réchauffer. Pour que le serpentin absorbe mieux la chaleur, il est bordé par des ailettes noires, la couleur noire transformant mieux la chaleur absorbée.

Dans ce genre de modèle, l’absorbeur est protégé contre les déperditions thermiques par un matériau isolant (la plupart du temps, de la laine de roche). La vitre est quant à elle faite de verre trempé très résistant (intempéries, grêle), très transparente (faible teneur en fer) et spécialement conçue pour présenter un faible niveau de réflexion afin d’emmagasiner un maximum de chaleur.

Si ces capteurs sont les modèles les plus choisis, c’est qu’ils sont :

  1. Robustes et d’une structure simple.

  2. Techniquement perfectionnés (qualité de la vitre, isolation).

  3. D’un rapport prix/performances sans égal.

  4. Faciles à intégrer grâce à leur surface plane.

  5. Discrets en montage sur le toit.



2.  Le capteur solaire thermique à plan non vitré

capteur solaire thermique à plan non vitré

Nettement moins répandu que le capteur solaire thermique vitré, il est constitué d’un absorbeur sans caisse ni vitrage, ce qui simplifie la fabrication et le coût de fabrication.

C’est un capteur solaire thermique qui est très dépendant de la température de l’air. Performant l’été, il présente une grande sensibilité au vent froid l’hiver par son absence de vitrage. Il faut prévoir en général, une fois et demi plus de surface de capteurs pour égaler la production de capteurs plans vitrés.

On arrive finalement à un prix unitaire de l’installation équivalent avec le capteur vitré.



3.  Le capteur solaire thermique à tube sous vide

capteur solaire thermique à tube sous vide
C’est le type de panneaux High-Tech. Il est constitué d’une série de tubes transparents sous vide qui isolent l’absorbeur. On fait le vide dans ces tubes, comme dans les bouteilles isothermes afin de réduire les déperditions de chaleur par convection et par conduction thermique.

L’intensité du vide est d’une importance décisive pour l’interruption du mécanisme de transfert de chaleur.Il peut être rempli de gaz inerte, et certains de xénon, afin de réaliser une réduction significative du coefficient de déperdition.

Ce type de capteur solaire thermique réagit avec moins d’inertie que les capteurs conventionnels. Ils s’échauffent plus rapidement, ils permettent de mieux tirer partie des petites périodes d’ensoleillement, ils permettent de mieux profiter de l’éclairement du soleil du matin et du soir.

Comme les capteurs à tubes sous vide peuvent atteindre des températures extrêmes de plus de 150° C, le fluide caloporteur est spécialement développé pour ce genre d’installation.La tuyauterie du circuit voyant passer le fluide à plus de 150° C, les tubes en cuivre ne doivent pas être soudés à l’étain. Les déperditions étant réduites par rapport à celles d’un capteur plan vitré, le rendement est nettement supérieur.

Le couplage des capteurs solaires thermiques


Pour répondre parfaitement aux besoins attendus, la température ainsi que le débit doivent être adaptés pour rendre le système assez performant. Une mauvaise adaptation de départ peut générer une évaporation ou encore une mauvaise récupération de calories par le fluide caloporteur. On constate alors une baisse de température au niveau de l’accumulateur.

En fonction des besoins et de l’ensoleillement du site, plusieurs capteurs peuvent être assemblé afin d’augmenter la surface de captage. Ils peuvent être montés aussi bien en série qu’en parallèle. Dans tous les cas, la disposition des capteurs solaires entre eux doit permettre de favoriser la circulation du fluide caloporteur par convection naturelle (effet thermosiphon). 

Il existe 2 types de montages.



Raccordement en série


Le montage en série des panneaux solaires est sans conteste le type de montage le plus utilisé. Et ce, surtout lorsqu’on souhaite produire de l’électricité en 230 volts, que ce soit pour la revendre sur le réseau, ou l’auto-consommer chez soi.


Pour réaliser ce montage, rien de plus simple : il suffit de brancher les panneaux les uns à la suite des autres, c’est à dire la sortie de l’un sur l’entrée de l’autre (autrement dit : le câble « + » d’un panneau sera à brancher sur le câble « – » du panneau suivant, et ainsi de suite). Ils seront donc au final branchés à la chaîne. 

Raccordement en sérieL’intérêt premier du montage série est en fait de pouvoir monter assez haut en tension (pour pouvoir par exemple produire du 230 V, alors qu’un panneau tout seul fait moins de 30 volts). D’ailleurs, au passage, il faut savoir qu’une tension EDF à 230 VAC (alternatif) est en fait une tension qui oscille en permanence entre -325 et +325 volts environs, « crête à crête » (325 V étant égal à 230 * √2). Du coup, vous l’aurez compris, il faut brancher les panneaux solaires ensemble, de telle manière que leurs tensions s’additionnent, pour dépasser ces fameux 325 volts, et ainsi, pouvoir injecter du courant sur le réseau électrique 230 volts.



Raccordement en parallèle

Pour ce montage on relie toutes les bornes « + » des panneaux solaires entre elles, et de même pour toutes les bornes « – ».

Raccordement en parallèle

Le premier avantage de ce montage est de pouvoir rester en basse tension. En effet, lorsque tous les modules photovoltaïques sont branchés en parallèle, la tension résultante de cet ensemble de panneau est égal à la tension d’un seul panneau. Par contre, le courant total est quant à lui égal à la somme des courants fournis par chacun des panneaux. 

En restant en basse tension, on peut alimenter une maison en basse tension, en autonomie totale (sans besoin d’avoir EDF).