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Capter l’énergie solaire avec les capteurs solaires Viessmann

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En principe, les capteurs solaires constituent l’élément principal d’une installation solaire thermique. Comme leur nom l’indique, ils collectent les rayons solaires. La chaleur est ensuite transformée en chaleur exploitable que vous pouvez utiliser dans votre maison pour la production d’eau chaude ou comme chauffage d’appoint. Non seulement vous économisez des coûts énergétiques, mais vous contribuez aussi activement à la réduction des émissions de CO₂ dans l’atmosphère dues à la combustion de combustibles fossiles.

Principe de base et types

Hormis quelques solutions techniques spécifiques, on utilise principalement des capteurs dans lesquels circule un fluide caloporteur. Il s’agit généralement d’un mélange d’eau et d’antigel (glycol). Le fluide se trouve dans un tube. Selon la manière dont ils sont installés, il est possible de choisir entre des capteurs à tubes et des capteurs plats. Cependant, les deux ont en commun le fait qu’un absorbeur transforme le rayonnement solaire en chaleur. Un fluide caloporteur absorbe la chaleur et la transfère hors du capteur. Ce processus a lieu dans chaque capteur.

Capteurs à tubes sous vide - Le principe de la bouteille thermos

Dans le cas des capteurs à tubes, l’absorbeur est placé dans un tube en verre sous vide (évacué), comme dans un thermos. Le vide possède de très bonnes propriétés d’isolation thermique et permet de réduire les pertes de chaleur. Ceci est particulièrement avantageux en cas de températures élevées du capteur, notamment dans des conditions de fonctionnement telles que celles du chauffage solaire d’appoint.

Les capteurs à tubes se distinguent principalement par leur conception: Dans les capteurs à tubes sous vide à circulation directe, le fluide caloporteur circule dans des tubes absorbants à l’intérieur des tubes. Dans le principe du caloduc, le fluide caloporteur ne circule pas directement dans les tubes. Au lieu de cela, un fluide (généralement de l’eau) s’évapore à l’intérieur du tube de cuivre situé sous l’absorbeur. Dans la partie supérieure des tubes, la vapeur se condense dans le condenseur et transfère la chaleur au fluide caloporteur dans le collecteur. Les capteurs à caloduc présentent l’avantage d’une absorption de chaleur fiable.

Viessmann propose les capteurs à tubes sous vide suivants, basés sur le principe du caloduc:

Vitosol 300-TM

Capteurs plats - tubes en forme de méandres

Dans le cas des capteurs plats, l’absorbeur est généralement protégé durablement des intempéries par un boîtier en tôle d’acier doté d’un revêtement, en aluminium ou en acier inoxydable et un couvercle frontal en verre de sécurité solaire à faible teneur en fer. En outre, un revêtement antireflet (AR) sur le verre peut réduire la réflexion. L’isolation thermique du boîtier du capteur réduit les déperditions de chaleur.

Le tube de l’absorbeur est conçu en forme de méandres, ce qui garantit un écoulement sûr à travers le capteur. Le tube absorbeur est entièrement soudé, même dans les coudes, et assure ainsi un transfert de chaleur optimal – même sur les bords. La plaque de base est reliée au cadre du capteur sur tout son pourtour. Le joint d’étanchéité du verre est réalisé sans soudure avec un matériau d’étanchéité flexible, résistant aux intempéries et aux UV.

Viessmann propose les produits suivants:

Planification et installation correctes 

En raison de leurs multiples formes de construction, les capteurs solaires sont installés sur le bâtiment ou à proximité de celui-ci dans presque toutes les conceptions de bâtiments, qu’il s’agisse de nouvelles constructions ou de projets de rénovations. Ils peuvent être installés sur des toits inclinés, des toits plats et des façades ou être placés librement sur le terrain. Le capteur et la fixation forment alors une unité statique. Viessmann propose des systèmes complets testés statiquement pour tous les types de toitures courants et adaptés à tous les capteurs – ce qui se traduit par une sécurité maximale lors de la planification et de l’installation.

La pente et l’orientation des capteurs sont déterminantes

La quantité d’énergie utilisable pour la production de chaleur est la plus importante lorsque le rayonnement atteint la surface du capteur à angle droit. Sous nos latitudes, cela n’est pas réalisable sur une surface horizontale. Il est toutefois possible d’y remédier en inclinant la surface du capteur de manière appropriée. En outre, l’orientation est également décisive pour une exploitation optimale de l’énergie solaire. Dans l’hémisphère nord, une orientation vers le sud est idéale.

Coefficients de performance – Ce qui est important

Une valeur essentielle à prendre en compte avant l’achat d’un système solaire thermique, est le rendement du capteur. Elle décrit la part du rayonnement solaire qui est convertie en énergie thermique utilisable. Cette valeur est déterminée selon la norme européenne EN 12975 et figure dans les fiches techniques des appareils.

Pour le calcul du niveau d’efficacité des capteur d’énergie solaire, les flux d’énergie et donc les pertes thermiques sont pris en compte. Ainsi, toute la lumière qui atteint les surfaces ne peut pas être utilisée pour produire de la chaleur (pertes optiques). De plus, une petite partie de la chaleur produite par les capteurs est également perdue (pertes de chaleur thermique).

Flux d’énergie dans le capteurA Rayonnement sur le capteur E Réchauffement de l’absorbeur par la puissance de rayonnement

Pertes optiques: B Réflexion sur la vitre C Absorption sur la vitre D Réflexion sur l’absorbeur

Pertes thermiques: F Conduction thermique du matériau du capteur  G Rayonnement thermique de l’absorbeur Convection

Protection contre la surchauffe grâce au système de coupure thermique ThermProtect

Si aucune chaleur n’est extraite du capteur (parce que la pompe est arrêtée et que le liquide caloporteur ne circule plus), le capteur s’échauffe jusqu’à la température dite de stagnation. Plus la différence de température avec l’environnement est importante, plus le risque de surchauffe augmente. Des températures à l’arrêt de 200 degrés Celsius ou plus produisent des effets indésirables. Le fluide solaire s’évapore et se dilate rapidement et largement dans le circuit solaire. La charge thermique élevée des composants et du fluide caloporteur lui-même entraîne des dommages.

ThermProtect et principe du caloduc pour éviter la surchauffe

Viessmann répond à ce phénomène par un revêtement absorbant spécial – ThermProtect. L’absorbeur émet alors de plus en plus de chaleur au fur et à mesure qu’il s’échauffe. Cela augmente certes les déperditions de chaleur du capteur, mais en même temps, la température du capteur n’augmente que très peu et la température à l’arrêt est nettement inférieure aux valeurs habituelles. Mais comment cela fonctionne-t-il exactement?

ThermProtect modifie la structure cristalline des capteurs plats. Les propriétés optiques sont donc également modifiées, et ce dès 75°C. Ainsi, les températures intérieures des capteurs ne dépassent pas 145°C. Dès que les températures baissent à nouveau, la structure cristalline revient à son état initial.

En revanche, les capteurs à tubes sous vide utilisent le principe du caloduc pour protéger l’installation contre la surchauffe. Lorsque le rayonnement solaire est trop important et que la chaleur diminue, la coupure de température par phase se met en place. Cela bloque la condensation au niveau de l’échangeur de chaleur. Le fluide caloporteur ne peut plus se liquéfier et la chaleur n’est plus transportée. Le processus ne reprend que lorsque la température à l’intérieur du circuit solaire a baissé.