Capteurs pour installations solaires – modèles, différences et avantages & inconvénients

Les capteurs solaires sont l’élément le plus important d’une installation solaire. L’énergie solaire est captée et mise à disposition dans les capteurs afin de chauffer l’eau et de la libérer pour le ménage. Les capteurs solaires se divisent en deux modèles différents, chacun présentant des avantages et des inconvénients. Les capteurs présentent en outre des valeurs d’efficacité et des catégories de prix différentes, ce qui les distingue.

Les capteurs solaires – le cœur de l’installation solaire

Sans le capteur, une installation solaire ne pourrait pas convertir l’énergie solaire en chaleur utilisable. Le capteur est donc le cœur de l’installation solaire, qui permet d’utiliser l’énergie renouvelable dans le foyer. Vous voulez en savoir plus sur les installations solaires et les coûts ? Calculez les coûts de votre installation solaire individuelle avec notre calculateur d’installation solaire! Mais quels sont les différents modèles de capteurs et lequel est le plus adapté à mon installation solaire ?

Capteur plat – le modèle éprouvé

Les capteurs plats ont été les premiers capteurs utilisés pour exploiter l’énergie solaire. Ils sont donc aujourd’hui encore le modèle le plus répandu et représentent une part de marché respectable de 70%. Leur réputation n’y est sans doute pas étrangère, car les capteurs plans sont considérés comme très bon marché, fiables et, surtout, ils offrent une technologie qui a fait ses preuves au fil des ans.

Structure d’un capteur solaire plan – l’absorbeur, le boîtier et le liquide caloporteur

Un capteur plat se compose de deux éléments simples. Un boîtier et une tôle métallique noircie qui se trouve à l’intérieur du boîtier. Cette tôle métallique est également appelée « absorbeur », car le revêtement foncé assure une bonne absorption du rayonnement solaire incident. L’absorbeur transforme en outre efficacement l’énergie solaire en chaleur. Pour que la chaleur puisse être transportée, des tuyaux dans lesquels circule un liquide caloporteur sont placés à l’arrière de l’absorbeur. Celui-ci entre froid dans le capteur et en ressort chaud. Pour que le capteur soit protégé des conditions extérieures, comme les intempéries, il est recouvert d’un verre de sécurité. Ce verre est à la fois très solide et très transparent, de sorte que le moins de rayonnement possible rebondit dessus. Il est donc garanti que la plus grande quantité possible d’énergie solaire atteigne l’absorbeur pour y être transformée en chaleur. Pour que le boîtier contribue lui aussi efficacement à la production de chaleur, il est particulièrement bien isolé et ne perd donc pratiquement pas d’énergie thermique. L’efficacité de l’installation solaire est ainsi augmentée.

Différences entre les capteurs plans – structure, forme & tuyauterie

Même si les capteurs plans sont regroupés en un seul modèle, il existe des différences. Les différents capteurs plans se distinguent par le matériau de leur boîtier, les différents raccords des tubes et d’autres caractéristiques encore. Selon l’application, les différents modèles ont leurs avantages et leurs inconvénients.

• Forme de l’absorbeur – L’absorbeur peut être composé de différents matériaux. Il existe ainsi des absorbeurs en tôle d’acier, d’acier inoxydable ou d’aluminium. Ces matériaux peuvent être assemblés de différentes manières, par exemple par soudage par points ou par collage. Il existe également des différences au niveau des tubes en cuivre dans lesquels le liquide est acheminé. Ils peuvent être pressés mais aussi brasés.
• Revêtement de l’absorbeur – La couche d’absorption a évolué au cours des dernières années. La couche doit finalement pouvoir absorber le plus d’énergie solaire possible. La technique actuelle prévoit à cet effet des couches hautement sélectives qui présentent un degré d’absorption particulièrement élevé. Elle présente en outre un faible degré d’émission du rayonnement thermique de grande longueur d’onde.
• Pose des tubes caloporteurs – Les tubes peuvent soit être posés dans un registre de tubes, auquel cas ils sont parallèles les uns aux autres et reliés en haut et en bas, soit être posés en méandres, ce qui signifie en serpentin d’un seul tenant.
• Matériau du boîtier – Le matériau du boîtier peut également varier en fonction du modèle. Les matériaux les plus courants sont l’aluminium, l’acier inoxydable, mais aussi le plastique. Même le bois est une option pour le boîtier d’un capteur solaire.

Capteur à tubes – la meilleure isolation thermique assure une meilleure efficacité

Le capteur à tubes est arrivé après le capteur plat et constitue une alternative à ce dernier. Malgré une technique différente et une part de marché moins importante, ce modèle a également ses avantages.

Structure d’un capteur à tubes – le vide, le caloduc et les tubes de verre

Le modèle de capteur à tubes se distingue du capteur plat sur un point en particulier, à savoir l’isolation. Alors que seul le boîtier du capteur plat est isolé, chaque absorbeur du capteur à tubes est isolé d’une manière particulière. L’absorbeur est entouré d’un tube en verre sous vide, car le vide présente des propriétés d’isolation thermique particulièrement bonnes et ne permet pas de pertes par convection ou par conduction thermique. Plusieurs de ces tubes sont reliés à un collecteur et forment ainsi un capteur à tubes. Comme cette méthode d’isolation est nettement plus efficace que celle d’un capteur plat, l’efficacité est ici nettement plus élevée, car moins d’énergie est perdue. En raison de la technique utilisée, ce modèle est également appelé capteur à tubes sous vide.

Différents types de capteurs à tubes – Heat-Pipe, CPC & flux direct

Les modèles de capteurs tubulaires se distinguent en outre par différents types de construction. D’une part, les capteurs à tubes à circulation directe et non directe, également appelés caloducs. Une autre forme est celle des capteurs à tubes sous vide (CPC).

• Capteurs à tubes à circulation directe – Dans ce type de construction, le liquide caloporteur circule directement à travers des tubes en cuivre dans les tubes en verre. Il y est réchauffé et, à sa sortie, il rejoint les autres tubes dans le collecteur. Ils sont ensuite transportés vers l’échangeur de chaleur via le circuit solaire. En cas de vide défectueux, il n’est pas difficile de remplacer l’un des tubes indépendamment des autres.
• Caloduc (non traversé directement) – Le caloduc utilise, pour le transfert de chaleur, un processus thermodynamique dans lequel un caloduc (« head-pipe ») traverse le tube en verre et contient un liquide qui s’évapore facilement, comme l’eau ou l’alcool. Lorsqu’il est chauffé, ce liquide s’évapore et monte vers la tête du tube en verre, où la chaleur est transférée par condensation de la vapeur sur le liquide caloporteur qui passe à l’extérieur de la tête. Le reste du liquide retourne au fond des tubes et répète le processus dès que la température ambiante est atteinte. Celle-ci est suffisante pour que le liquide se condense, car il règne une dépression dans les tubes – le vide.
• Capteur à tubes sous vide CPC – Ce type de construction est une modification des capteurs à tubes à circulation directe. Ici aussi, les tubes de cuivre traversent les tubes de verre, mais la particularité est que deux tubes de verre sont disposés de manière concentrique et se trouvent devant un miroir parabolique. Le revêtement absorbant est placé à l’intérieur des tubes de verre. Le miroir parabolique contribue à rendre le capteur encore plus efficace, surtout en cas de faible rayonnement. Les rendements sont donc comparativement plus élevés et le capteur fonctionne plus efficacement.

Le liquide caloporteur – ce dont il faut tenir compte

Le fluide caloporteur emmagasine la chaleur et la transporte à travers le circuit solaire jusqu’au réservoir solaire. La chaleur est ensuite transmise par le liquide et utilisée pour chauffer l’eau du robinet ou du chauffage. Le liquide refroidi reflue ensuite et recommence son voyage. La question qui se pose est toutefois de savoir ce qui convient comme liquide caloporteur. Ici, la réponse est relativement simple, car l’eau normale convient déjà parfaitement à cette tâche. Mais comme il y a un risque de gel, surtout pendant les mois froids, et que cela pourrait causer des dommages irréparables au capteur ou au tube absorbeur, l’eau doit être additionnée d’un antigel. Mais le liquide caloporteur doit également pouvoir résister à des températures élevées. Dans les collecteurs à tubes sous vide CPC notamment, les températures peuvent atteindre 350 °C. Pour que l’antigel et des températures aussi élevées ne nuisent pas à la viscosité et ne réduisent donc pas la capacité thermique, on vise généralement un rapport de mélange de 40% de propylène glycol et de 60% d’eau. Ce mélange résiste non seulement à des froids allant jusqu’à -25°C, mais il est également adapté aux températures élevées. Lors de l’achat du liquide caloporteur, veillez tout particulièrement à ce qu’il soit stable à haute température, qu’il offre une bonne protection contre la corrosion, qu’il ait une viscosité aussi faible que possible, qu’il soit respectueux de l’environnement et qu’il ait une capacité thermique élevée.