CAPTEUR SOUS VIDE OU CAPTEUR PLAN?

LES DIFFÉRENTS CAPTEURS SOLAIRES THERMIQUES

Un ciel bleu sans nuages, un temps brumeux ou très couvert? Dans tous ces cas, la lumière du soleil fournit de l’énergie utilisable. Les capteurs solaires fonctionnent avec une lumière diffuse comme avec une lumière du soleil directe, mais le rendement est bien sûr plus élevé en cas de rayonnement direct. On distingue en gros deux types de capteurs solaires thermiques: le capteur plan et le capteur sous vide. La principale différence entre les deux est la manière dont l’énergie du soleil est captée. Les deux types peuvent être utilisés dans des installations solaires à pression ou à vidange automatique.

CAPTEUR PLAN

Ce bac peu profond (env. 10 cm de profondeur) est monté sur le toit ou intégré dans celui-ci. Sur un toit en pente, le capteur plan ressemble alors à une fenêtre de toit.

Un capteur plan se compose de:

• L’absorbeur est le cœur du capteur plan. La lumière du soleil tombe sur l’absorbeur et le chauffe jusqu’à des températures très élevées (jusqu’à 200 °C). L’absorbeur est un panneau en cuivre ou en aluminium à absorption thermique, doté d’un revêtement en titane (bleu) ou en brome (noir). Une absorption optimale est ainsi garantie (les surfaces foncées chauffent mieux). Dans l’absorbeur se trouvent des tuyaux par lesquels passe le liquide de transport circulant vers le ballon accumulateur. L’absorbeur transmet sa chaleur au fluide de transport dans les tuyaux.
• Une plaque de verre transparente et non réfléchissante recouvre l’absorbeur. Le verre doit bien laisser passer la lumière du soleil et retenir la chaleur dans le panneau en limitant la perte par convection (le refroidissement p.ex. par le vent). Du verre pauvre en fer avec une grande perméabilité est donc privilégié. Pour que le verre résiste aux chocs mécaniques et thermiques (vent, poids de la neige, …), on utilise du verre trempé. Une couche d’air (de quelques cm) entre le verre et l’absorbeur crée un 'effet de serre'.
• Un matériau d’isolation résistant à la chaleur (p.ex. laine de verre sans résine de liaison) est prévu à l’arrière de l’absorbeur afin de limiter les pertes de chaleur.

CAPTEUR SOUS VIDE

Pour une même superficie, les systèmes sous vide sont généralement plus coûteux, mais ont un rendement plus élevé (surtout s’il y a une importante différence entre la température du liquide de transport et la température extérieure, ou si l’orientation des capteurs ne peut pas être optimale). Un vide est créé entre l’absorbeur et le verre. Le vide isole encore mieux que des matériaux comme la laine de verre. Les pertes pendant le transfert de chaleur sont donc minimales.

Capteur plan sous vide

La technique du vide connaît différentes applications. L’une d’entre elles est le capteur plan sous vide. Le fonctionnement de ces capteurs est proche de celui des capteurs plans ordinaires. La différence réside dans la con­struction du capteur. Grâce à une étanchéité parfaite entre le panneau de couverture et l’arrière, un vide est créé. L’espace est généralement rempli de krypton ou argon, car cela améliore encore les performances. Attention, un capteur plan sous vide est très peu utilisé en Belgique. Même en Europe, les cas dans lesquels de tels capteurs sont utilisés, sont très rares. On ne mise aussi que peu, voire pas dessus – sur le plan commercial.

Capteur tubulaire sous vide

Une deuxième variante est le capteur tubulaire sous vide, constitué d’un certain nombre de tubes sous vide en verre placés les uns à côté des autres. Outre l’isolation du vide, la forme ronde des tubes constitue aussi un avantage. Le soleil tombe pendant une plus longue période du jour droit sur la surface du capteur, même lorsque le capteur n’est plus orienté au sud.

Les tubes sous vide sont à simple ou double paroi:

• Le tube en verre à simple paroi est complètement vide. Le plan d’absorption se trouve dans le vide. Ces tubes à paroi simple sont, de ce fait, très performants. Alors qu’avant, le tube sous vide à simple paroi était assez fragile à cause des assemblages verre-métal, cela n’est plus le cas, ou en tout cas bien moins. Certains fournisseurs de ce type de capteurs offrent jusqu’à vingt ans de garantie sur les assemblages verre-métal. Cela laisse tout de même supposer que la qualité de ces assemblages s’est améliorée.

• Le tube en verre à double paroi moins fragile fonctionne comme une 'bouteille thermos' et est composé de deux tubes en verre, dont le tube intérieur est doté d’un revêtement sélectif absorbant. L’espace entre les tubes est vide, mais le tube intérieur ne l’est pas. L’efficacité est par conséquent un peu moins bonne que celle des tubes sous vide à simple paroi.

Des miroirs derrière les tubes font en sorte que l’arrière du tube reçoive aussi suffisamment de chaleur. Dans le tube (intérieur), il y a de fins plateaux en aluminium transférant la chaleur du tube vers un système de tuyaux dans lequel circule un liquide. Ce liquide de transport chauffé est pompé vers l’échangeur thermique dans le ballon accumulateur et y dégage la chaleur solaire.

La chaleur produite est évacuée du tube sous vide via le principe du tube en U ou du heat pipe. Les deux principes peuvent être appliqués dans les tubes sous vide à simple comme à double paroi.

• Dans le tube en U (un tube en forme de U), du liquide de transport circule, sous l’effet d’une pompe (ou circulation directe). La chaleur absorbée est transmise directement et presque sans perte au liquide de transport dans le tube en U. Ensuite, le liquide chauffé est pompé vers le ballon accumulateur, où la chaleur est transmise à l’eau.
• Le principe du heat pipe fonctionne avec des tubes sous vide où se trouve un heat pipe en métal. Celui-ci est un tube vide fermé en cuivre (ou un alliage de cuivre), relié à un absorbeur étroit. Dans le heat pipe se trouve un liquide qui chauffe et s’évapore sous l’effet de la chaleur du soleil que l’absorbeur a stockée. La vapeur se répand sur le heat pipe et monte vers le haut, où elle est en contact avec un liquide de refroidissement qui circule dans un deuxième circuit fermé et va ensuite vers le ballon accumulateur, où la chaleur est transmise à l’eau. Dès que la vapeur a dégagé sa chaleur dans le heat pipe, le liquide se condense et le processus peut recommencer.

INSTALLATION DES CAPTEURS SOLAIRES

• Les capteurs sont idéalement orientés au sud (ou entre le sud-est et le sud-ouest), avec un angle d’inclinaison entre 20 et 70° (comme le stipulent les conditions de la prime). C’est ainsi que le rendement des capteurs est le plus élevé. En cas d’orientation complètement à l’est ou à l’ouest, le rendement peut être nettement (jusqu’à 20%) plus faible. Cette perte peut éventuellement être compensée en plaçant un capteur supplémentaire.
• Les capteurs peuvent être posés sur des toits en pente comme plats. Sur les toitures en pente, une pose en saillie et encastrée (généralement plus chère) est possible. En cas d’encastrement dans le toit, les capteurs doivent absolument être encastrés de manière étanche. L’avantage d’une toiture plate, c’est que le capteur peut être orienté idéalement. Le cadre, le lest et l’isolation supplémentaire à l’arrière (utilisée par certains fabricants) coûtent un peu plus cher, mais leur montage est plus simple.

COMBIEN DE M² DE CAPTEURS TAUT-IL?

Un calcul simple permet de répondre à cette question. Une personne consomme en moyenne 50 litres d’eau chaude par jour. Un ménage de quatre personnes a donc besoin d’un ballon accumulateur de 200 litres.

Pour calculer le nombre de m² de capteurs plans nécessaires, le volume nécessaire du ballon est divisé par 50/60. Un ménage de quatre personnes a donc besoin d’environ 4 m² de cap­teurs plans.

Pour les capteurs tubulaires sous vide, le ballon accumulateur nécessaire est divisé par 60/ 75. Une famille de quatre a donc besoin de près de 3 à 4 m² de capteurs tubulaires sous vide.

Pour les chauffe-eau solaires alimentant l’habitation en eau sanitaire et chauffant, la superficie de capteurs et le volume du ballon accumulateur augmenteront. A titre d’illustration: une capacité de stockage de 500 à 1.000 l et une superficie de capteurs d’au moins 10 à 15 m² conviennent pour chauffer l’habitation et l’eau.