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Technique Installations CESI & SSC, Capteurs solaires thermiques, plans non vitres, plans vitres, tubluaire a caloduc; besoin d'energie

Les Capteurs solaires thermiques

Il existe 3 types de capteurs solaires thermiques, (plans non vitrés, plans vitrés, et tubulaires à caloduc). Chacun répondant chacun à un besoin d’énergie différent (chauffer de la maison, chauffer l’eau chaude sanitaire, chauffer la piscine).
Capteurs plans non vitres, capteurs moquette, chauffage eau piscine

Capteurs plans non vitrés ou capteurs moquette

Principe : ce type de capteur est constitué d’un un réseau de tubes noirs en matière plastique, accolés les uns aux autres. De l'eau circule dans un absorbeur, généralement noir, et ouvert à l'air.
Puissance : 350 à 400 Watt au m2.
Réception : ils n'absorbent que les rayons directs, lorsqu'ils se situent à la verticale des capteurs (du matin 10h à 16h l'après midi) .
Particularités : ils sont utilisés principalement pour chauffer l’eau de la piscine. Le rendement de ce type de capteur permet de produire des températures proches de la température de l’air ambiant.
En revanche ils ne sont pas adaptés à la production d’eau chaude sanitaire (ECS), excepté dans les pays chauds.

A noter que les performances énergétiques s’atténuent avec le temps et l’influence des perturbations extérieures (poussières, vents, polluants dans l'air).
Capteurs plans vitres, chauffage de l'eau chade et chauffage

Capteurs plans Vitrés

Principe :Un fluide caloporteur (généralement de l’eau mélangé à un antigel) circule dans un absorbeur, à l'intérieur d'un panneau vitré sur l'une de ses faces et isolé sur les autres
Puissance : entre 600 et 650 W au m2
Réception : Ils absorbent les mêmes rayons que les capteurs tubulaires à caloduc mais requièrent plus de temps pour monter en température.
Particularités : les capteurs plans vitrés sont principalement utilisés pour le chauffage et le chauffage de l’eau chaude sanitaire (ECS) pour les maisons en pays tempérés ou froids. Ce type de capteur est le plus répandu et produit un rendement pouvant aller jusqu’à 90%.
Capteurs tubulaires à caloduc,haute performance,

Capteurs tubulaires à caloduc

Principe : Ils sont formés d’un tube de verre comprenant deux parois, entre lesquelles on a fait le vide. Une couche de cuivre recouvre l’intérieur du tube. Sous cette couche, un tube en cuivre contenant un peu d'eau. Lorsque les rayons du soleil sont captés, l'eau chauffe et se transforme en vapeur. La vapeur parcourt le conduit hydraulique jusqu'à un accumulateur de chaleur, le caloduc. Le rôle du caloduc est de faire monter la température jusqu'à environ 130° en 2 minutes environ, et ce quelle que soit l'intensité des rayons. Simultanément, un liquide caloporteur, récupère les calories produites par le caloduc pour les transmettre au ballon de stockage.
Puissance : jusqu’à 800 Watt au m2
Réception : Absorbe les rayons directs, réfléchis et diffus quelle que soit l'orientation du soleil (du matin de bonne heure, au soir tard) Ne s'altère pas avec le temps, le verre est autonettoyant
Particularités : La double paroi isolant le tube limite la déperdition de chaleur.
Le rendement est de 30% à 50% supérieur à celui des capteurs plans.
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L’orientation des capteurs solaires

Afin de bénéficier d’un ensoleillement optimal, il est conseillé d’installer les panneaux solaires thermiques plein sud, avec une inclinaison de 45°. Mais il est à noter que suivant la latitude, l’orientation, l’inclinaison est susceptible de varier selon une fourchette comprise entre 30° et 60°.
Utilisation du chauffage solaire, Chauffe-Eau Solaire Individuel, Systemes Solaires Combines, equipement solaire thermique

Utilisation du chauffage solaire

Selon l’ENERPLAN (Association des Professionnels de l'Energie Solaire), ce sont plus de 42.000 Chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI) et 5 800 Systèmes Solaires Combinés (SSC) qui ont été installés en France en 2008.
En comparaison avec les chiffres de 2007, 39.000 pour les CESI et 54000 pour les SSC, c’est une progression de plus de 20% du taux d’équipement solaire thermique.

Les pages suivantes vous présente pour chacune des trois utilisations possibles du chauffage eau solaire, une partie technique (présentation du dispositif) et une partie pratique (information sur les avantages du dispositif).
Chauffer l'eau chaude sanitaire, capteurs solaires et ballon de stockage,restitution chaleur,chauffe eau appoint

Chauffer l’eau chaude sanitaire

Un système de chauffage simple.

Un chauffe-eau solaire est composé de 2 éléments essentiels : les "capteurs" solaires et le "ballon" de stockage. Les capteurs sont placés à l’extérieur du bâtiment. Ils permettent de capter la chaleur du rayonnement solaire afin de chauffer l'eau du ballon de stockage. A noter que les capteurs solaires, ne doivent pas être confondus avec les panneaux "photovoltaïques" qui transforment le rayonnement solaire en électricité, susceptible d’être revendu à un fournisseur d’énergie. Le "ballon" est quant à lui installé à l'intérieur de la maison. Son rôle est de stocker l'eau chauffée par les capteurs et de la restituer vers les différents appareils sanitaires et de chauffage de la maison. Capteurs solaires et ballon de stockage sont reliés entre eux via un circuit hydraulique. Il ne faut pas oublier qu'un chauffe-eau solaire n'est pas entièrement autonome. Pour les jours sans soleil, il faut un chauffe-eau conventionnel comme appoint.

Un système de chauffage plus rentable :

L’utilisation d’un chauffage-eau solaire requiert entre 0,7 et 1,5m2 de capteurs solaires thermiques par habitant. Le volume de stockage est d’environ 50 litres par m2 de capteurs. La productivité des capteurs pouvant atteindre 650kWh/an/m2, en énergie utile, cela permet de couvrir 50% à 80% des besoins annuels d’eau chaude sanitaire.
Chauffer l'habitation, chauffage appoint integre, chauffage appoint separe, complement energetique

Chauffer l’habitation

Un système de chauffage simple.

Le système solaire combiné (SSC) permet de couvrir une partie des besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire.
Il est conseillé de disposer d’un chauffage d’appoint pour assurer le complément énergétique. Celui-ci peut être soit relié à l’installation solaire, on parle alors de chauffage d’appoint intégré, soit être indépendant, il s’agit alors d’un chauffage d’appoint séparé.

Le chauffage d’appoint ingéré est en relation direct avec un système de chauffage solaire. Son rôle est d’assurer le relais en cas du solaire. La chaleur produite par le chauffage d’appoint sera directement stockée dans le ballon tampon ou dans la dalle (PSD). Le coût initial pour l’installation de ce système est élevé mais il garantit un plus grand confort pendant son utilisation en raison de son automaticité.

Le chauffage d’appoint séparé n’est pas en relation avec le système de chauffage solaire. La chaleur produite par le système de chauffage d’appoint sera diffusée « localement » dans la maison. Le coût initial pour l’installation de ce système est élevé est moins élevé mais il peut s’avérer être plus contraignant que l’appoint intégré en raison de son caractère non automatique et d’une production de chaleur décentralisée.
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Un système de chauffage plus rentable :

Les systèmes solaires représentent une économie de 30 à 60% des besoins annuels d’énergie pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire.
En complément du chauffage solaire, l’intégration d’un autre dispositif écologique tel que l’isolation augmente de façon de significative la performance énergétique globale de l’habitat.

A noter que le chauffage solaire est en principe plus approprié pour l’habitat individuel tandis que le chauffe-eau solaire fonctionne aussi bien dans l’habitat individuel que dans le collectif.

Chauffer la piscine

Un système de chauffage simple.

Pour chauffer la piscine, il faut un capteur solaire (panneau solaire thermique), une pompe et un circuit hydraulique. Le capteur solaire est posé par terre à coté du bassin. Lorsque l’ensoleillement est suffisant, la pompe aspire l’eau du bassin et la fait circuler à travers les capteurs. Chauffée par le rayonnement solaire emmagasiné par les capteurs, l’eau est redirigée vers la piscine.

La mise en route du système de chauffage solaire pour la piscine peut se faire de trois façons :
- par régulation manuelle dès que le soleil est présent.
- via un détecteur de soleil actionnant la pompe de circulation dès que l’ensoleillement est suffisant.
- via une régulation solaire digitale permettant de maximiser la récupération d’énergie solaire et d’éviter les variations excessives en température de la piscine

Le raccordement au capteur solaire peut se faire de trois façons
- Régulation automatique et raccordement sur circuit de filtration
- Régulation manuelle et raccordement sur circuit de filtration
- Régulation automatique et raccordement direct sur le bassin

Un système de chauffage plus rentable :

En période estivale, sans chauffage, la température de l’eau n’est acceptable, que pendant 3 ou 4 semaines. Cela représente une utilisation minime compte tenu de l’investissement et du coût de fonctionnement.
Par ailleurs, chauffer une piscine en recourant à une énergie traditionnelle constitue un coût très élevé pour le portefeuille et pour l’environnement. L’exploitation de l’énergie solaire (gratuite et inépuisable) pour le chauffer la piscine est se présente donc comme une solution optimale.

Pour une température ambiante de 15°C, les capteurs solaires peuvent augmenter la température de l'eau d’environ dix degrés. La différence de température étant faible, on constate ainsi de très faibles déperditions thermiques.

Zoom sur les capteurs solaires pour piscine :

Pour le chauffage des piscines, les capteurs solaires (capteurs moquette) sont principalement formés d’un réseau de tube plastique noir, souple ou rigide. Posés directement sur le sol ou sur un toit à proximité du bassin, ils sont sans vitrage ou isolation thermique.
La dimension des capteurs solaires dépend deux facteurs : la surface de la piscine et sa localisation.

Investissement intial: les capteurs solaires pour piscine coûtent entre 80 et 140 euro TTC le mètre carré.
Pour une piscine d’une surface moyenne de 12 m2, l’installation complète du système de chauffage solaire s’évalue entre 1 500 et 2 300 euro TTC.
L’investissement peut varier selon l'équipement et les différentes options choisies.

Lexique

Un mot ou une expression technique qui vous a échappé ?
Retrouvez rapidement et simplement dans notre lexique sa définition.

CESI (Chauffage Eau Solaire Individuel) :
Le chauffe-eau solaire individuel permet de produire l'eau chaude sanitaire d'un logement.
Le fluide caloporteur du panneau solaire transmet sa chaleur à l'eau sanitaire en passant dans l’échangeur thermique du ballon de stockage.
Pour les périodes de faible ensoleillement, une énergie d’appoint conventionnelle est nécessaire (gaz, fioul, électricité, bois ou pompe à chaleur).

Coefficient de Performance (ou COP) :
Principalement pour les pompes à chaleur, le COP exprime le ratio entre la quantité de chaleur produite et l’énergie consommée par le compresseur. Par exemple, un COP de 3 signifie que pour 1kWh électrique consommé, la pompe à chaleur produit l’équivalent de 3kWh de chaleur.

Haute Performance Energétique (ou HPE) :
HPE est un label concernant les appartements ou maisons individuelles présentant des performances énergétiques allant au delà de celles imposées par la réglementation thermique en vigueur.

Solaire photovoltaïque :
Technologie permettant de convertir l’énergie solaire (photons) en énergie électrique par l’intermédiaire de cellules solaires. A ne pas confondre avec le thermique.

Solaire thermique :
L’énergie solaire thermique peut être utilisée directement pour chauffer un fluide, servant à la production d’eau chaude sanitaire ou a la production combinée d’eau chaude sanitaire et de chauffage. Le solaire thermique requiert la pose de panneau solaire thermique différent de ceux utilisés pour le solaire photovoltaïque.

SSC (Système solaire combiné) :
Le système solaire combiné permet de couvrir une partie des besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire.
Il combine donc chauffage de l’habitation et chauffage de l’eau sanitaire.
A l’instar du CESI, le fluide caloporteur chauffe l’eau sanitaire, mais en plus, chauffe l’eau de chauffage, stockée elle aussi dans un ballon. Il est tout de même conseillé de conserver une chaudière classique pour l’appoint énergétique en cas de besoin. Parmi ces systèmes de chauffage solaire combiné on trouve les Planchers Solaires Directs (PSD). Ici, le fluide caloporteur circule directement dans un réseau de tubes intégrés au plancher.

Thermodynamique :
Principe utilisé par la pompe a chaleur et comparable a celui d’un réfrigérateur. Cela se traduit par un changement d’état d’un fluide frigorigène utilisé en circuit fermé :
- l’évaporation du fluide conduit à une production de froid par absorption de la chaleur,
- la condensation du fluide conduit à dégagement de la chaleur.

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