News : TUTORIEL - CONSTRUIRE UN PANNEAU THERMQIUE SOLAIRE

Le panneau solaire thermique a un rendement 3x supérieurs aux panneaux photovoltaïques pour chauffer l’eau (en sachant que 80% de l’électricité sert à chauffer l’eau), soit 400 à 500W/m²s.

En moyenne, le moteur thermique à un rendement de 30%, le panneau photovoltaïque 20% et le capteur solaire 60%.

Un radiateur en acier pour :

Un simple vitrage dans un châssis en bois pour :

Un ballon/boiler de récupération pour une chauffe directe :

Coût :

A titre indicatif, comptez 40€ à 90€ pour le radiateur et le vitrage en ressourcerie, 100€ à 120€ pour le ballon (+ 70€ pour un échangeur en cuivre si on y intègre un système de chauffe indirecte) et 30€ pour la quincaillerie et l’outillage divers (raccord de plomberie, visserie, peinture, huile, location d’outils etc.)

Il existe deux manières de concevoir son installation de chauffe-eau solaire sanitaire.

Soit la chauffe est dite « directe », c’est-à-dire que l’eau chaude sanitaire passe dans le capteur solaire et ne forme qu’un grand circuit jusqu’au point de puisage (ex. : une douche). C’est donc la même eau que l’on chauffe à l’aide du capteur solaire thermique et qui sert à prendre sa douche, par exemple.

Soit la chauffe est dite « indirecte », c’est-à-dire que le capteur solaire chauffe un liquide antigel (fluide caloriporteur) mis dans un circuit étanche en cuivre. Celui-ci ne rentre donc pas en contact avec l’eau chauffée puisqu’il s’agit de deux circuits différents. Le circuit du fluide caloriporteur traverse le ballon contenant l’eau sanitaire à chauffer, et par échange de calories, va ainsi la chauffer indirectement. Cette eau chaude va pouvoir circuler à son tour jusqu’au point de puisage.

Le système de chauffe indirect à l’avantage de ne pas craindre le gel et de ne pas devoir être vidangé en hiver. Le calorifugeage du circuit de cuivre est nécessaire pour minimiser les déperditions entre le capteur et le ballon où se produit l’échange de chaleur.

La chauffe peut également être conçue en combinant ces deux procédés différents. Le ballon doit être adapté et contenir à l’intérieur ces deux circuits indépendants. Cette solution permet de composer les jours de mauvais temps et de diminuer le risque de légionelle en permettant une chauffe importante par une autre source de chaleur.

La légionnelle est une bactérie qui se développe quand l’eau stagne dans des nœuds et bras mort du circuit et quand l’eau n’est pas assez chauffée pour la détruire. Au démarrage et pour une sécurité optimale, il est donc préférable de chauffer l’eau du ballon à une température supérieur à 55°C pour détruire toute potentielle prolifération de légionelle dans l’eau stagnante du circuit. Il est possible également de vinaigré une fois par an le circuit ou d’installer un pommeau curatif à changer tous les trois mois (coût : 30-40€ le pommeau curatif).

Si le ballon a un grand volume, on devra mettre plusieurs panneaux en parallèle. Le retour est assuré par un raccord en « T ». La mise en série est à éviter car cela peut provoquer une surchauffe des panneaux et leur dégradation.

On compte un besoin de 50L/jours par personne en moyenne en eau chaude sanitaire (40°C). Ce qui correspond à 1m² de capteur par personne (en comptant un rendement de 500W/m²s). Avec ce tutoriel, les panneaux fabriqués sont plutôt lourds dû aux choix des matériaux. On considère donc des panneaux de 1m² pour la facilité de transport et d’installation.

Un peu de théorie supplémentaire pour comprendre le fonctionnement du panneau …

Le but recherché par le thermosiphon est de faire circuler l’eau dans le circuit sans user d’une pompe (et donc d’énergie tiers) et en se basant sur des principes physiques. Dans un réservoir, l’eau chaude se dilate et remonte naturellement vers le haut tandis que l’eau plus froide se densifie et descend dans le fond du réservoir. Suivant ce principe, il est possible de faire circuler l’eau par aspiration ou siphon. En effet, si la différence de température de l’eau située en haut et en bas du ballon est assez grande, le mouvement de l’eau chaude remontante le circuit peut entrainer une circulation dans tout le circuit (par convexion).

C’est un siphon fonctionnant par différence de température, soit un thermosiphon !

En pratique, le thermosiphon demande quelques ajustements pour être fonctionnel. Il faudra veiller à reproduire l’effet d’un château d’eau en plaçant l’entrée d’eau en hauteur pour mettre le circuit sous pression et amorcer le siphon. Les coudes et les U seront à proscrire dans le dessin du circuit afin d’éviter un maximum de perte de charge (càd la chute de pression de l’eau). A cet effet, le panneau ne doit pas être placé trop loin du ballon pour ne pas avoir trop de longueur de circuit. (cdlr : Au-delà de 3 à 4m par m² de panneau, il faut envisager de mettre un circulateur.) Il faudra également penser à jouer sur la différence de hauteur entre le centre du capteur et le centre du ballon. Le capteur devant se trouver plus bas que le ballon pour que l’eau chaude circule de l’un à l’autre.

Ce système mécanique et low-tech de thermosiphon peut être remplacé par une petite pompe de circulation de 12V. Ce circulateur va mesurer la différence de température entre l’entrée et la sortie d’eau du panneau et va faire circuler l’eau une fois que cette différence atteint 40°C, par exemple.

Aussi, et ce dans tous les cas, il faudra prévoir un vase d’expansion car l’eau chaude se dilate, prend plus de place et peut faire exploser le circuit si on ne prévoit pas son expansion. Un vase d’expansion ouvert se place au plus haut du circuit pour éviter qu’il ne vide le circuit de son eau. Un vase d’expansion fermé peut se placer n’importe où dans le circuit, souvent à côté du ballon. Des purgeurs sont également nécessaires pour éviter que des bulles d’air ne se coincent dans le circuit.

Le groupe de sécurité présent normalement sur les ballons est souvent désuet ou dysfonctionnel sur des ballons de récupération. Il faudra penser à le remplacer ou du moins à le vérifier. Pensez au calorifugeage des gaines et tuyauterie qui permettra de diminuer la déperdition de chaleur dans le circuit.

Pour optimiser le panneau et son rendement, il y a deux phénomènes physiques à connaitre et sur lesquels jouer.

_ L’absorption :

_ L’effet de serre :

~> L’eau est chauffée à une température maximale de 65°C

L’idéal est d’avoir les rayons du soleil qui arrivent perpendiculairement au capteur pour avoir une distance minimale d’air et de matière à traverser. On placera donc son capteur de manière perpendiculaire au soleil. En fonction de la saison, l’angle que forme le soleil avec l’horizontal varie. Pour garder le capteur le plus perpendiculaire aux rayons du soleil, en évitant les angles compris entre 0° et 15°, on aura tendance à placer le panneau à 30° de l’horizontal.

En effet, les angles d’incidence entre 0° et 15° des rayons lumineux sont trop faible pour avoir une puissance de chauffe suffisante une fois arrivés au capteur. A ces angles, les rayons auront une grande distance d’air et de matière à traverser avant d’arriver au capteur, ce qui signifie plus de déperdition.

On peut également réaliser un système qui fait tourner le panneau au fil de la journée et de la saison, afin de toujours le garder perpendiculaire aux rayons, ou le faire manuellement plusieurs fois par jours, par mois, par an. Une autre manière d’optimiser l’apport des rayons est de placer une vitre convexe pour concentrer les rayons sur le capteur.