Fonctionnement et rendement d’une installation solaire thermique

Comment fonctionne une installation solaire thermique ?

Tous les systèmes utilisant l’énergie thermique du soleil fonctionnent selon le même principe, mais utilisent différents types de capteurs. Le panneau solaire thermique est un capteur conçu pour recueillir la chaleur en absorbant les rayons du soleil.

énergie-verteIl convertit l’énergie contenue dans la lumière du soleil dans une forme plus facilement stockable ou utilisable. La lumière passe au travers d’une boîte vitrée isolante et frappe le capteur, qui se réchauffe et change l’énergie solaire en énergie thermique, puis cette chaleur est transférée au liquide passant à travers les tuyaux, qui sont fixés sur la plaque nommée « absorbeur ». L’absorbeur est une plaque recouverte d’un « revêtement sélectif », qui retient mieux la chaleur que la peinture noire ordinaire afin de fournir de meilleures performances.

Le liquide caloporteur circule dans les panneaux et transporte la chaleur en circuit fermé vers le ballon solaire, en utilisant une liaison fortement calorifugée (isolée contre les pertes de calories). Le liquide chaud entre dans le ballon et perd ses calories en réchauffant l’eau froide, puis il continue son circuit en repartant vers les panneaux, où il récupère à nouveau de la chaleur.

Votre eau chaude avec les panneaux solaires thermiques

Les chauffe-eau solaires sont composés de deux éléments principaux : les panneaux solaires thermiques et le ballon solaire.

Le ballon solaire a la particularité d’être très isolé, puisque son isolation comporte une épaisseur de 10 cm de calorifuge. Cependant, tous les ballons solaires n’ont pas les mêmes performances, et votre choix doit se faire principalement en fonction de votre situation géographique.

Si le chauffe-eau solaire est couplé à un système traditionnel déjà présent, le système de chauffage de l’eau prend le relais, lorsque les capteurs solaires ne peuvent pas fournir une eau à 60 °C (en hiver pour un jour sans soleil). Le système de chauffe-eau thermique peut se coupler à tout type d’installation.
Cependant, en fonction de l’ancienneté de votre installation et du type de système existant, certaines combinaisons ne seront pas intéressantes ou possibles. Il est également possible de combiner une installation solaire thermique à une pompe à chaleur.

Les deux principaux types de chauffe-eau solaires

eauLes deux types d’installation fonctionnent sur le même principe : des capteurs reçoivent l’énergie solaire et la transforment en énergie thermique.

Avec le système monobloc, le ballon de stockage est installé horizontalement, directement au-dessus des capteurs solaires se trouvant sur le toit. Dans ce type d’installation, aucun système de pompage n’est nécessaire, car l’eau chaude monte naturellement dans le réservoir avec le système de flux de type thermosiphon.

Pour le système avec pompe, le ballon de stockage se trouve au sol, au-dessous du niveau des capteurs solaires. La pompe sert à faire circuler l’eau ou le fluide caloporteur entre le réservoir et les capteurs.

La productivité thermique d’une installation solaire

Une installation solaire thermique produit environ 300 à 500 kWh/m2 d’énergie par an, en fonction de l’ensoleillement annuel de la région où se trouve l’installation. Ainsi pour le nord de la France, la production moyenne varie de 2.4 à 3.4 kWh/m², alors que pour le sud de la France, la production varie de 3,4 à 4,4 kWh/m².

Le coût de l’énergie produite est d’environ 0,2 à 0,7 € /kWh (sans subvention).

Pour que votre installation solaire thermique soit performante, la surface de capteurs nécessaire pour les besoins d’eau chaude sanitaire doit être d’environ 1 m²/personne et pour le ballon de stockage, il faut compter 50 à 60 litres d’eau par personne. Cependant, ces chiffres ne sont que des estimations, car il faut également prendre en compte la zone géographique, dans le sud de la France le soleil rayonne de 30 à 50 % plus que dans le nord de la France. La surface de capteurs nécessaire sera donc très différente selon les cas, pour obtenir la même quantité d’énergie solaire.

Il faut donc en moyenne, en fonction de l’ensoleillement et pour une famille de 4 personnes :

  • un panneau thermique de 2 à 5 m² pour un chauffe-eau solaire,
  • 10 à 30 m² de panneaux thermiques pour un chauffage central (couvrant 60 % de vos besoins),
  • 10 à 20 m² de panneaux thermiques pour une installation combinée chauffage et eau chaude.
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