Le chauffage solaire

Le chauffage solaire








Le soleil peut être comparé à une centrale nucléaire, 1m3 de soleil produit 65000 kW. Les rayons solaires arrivent en direct et se diffusent notamment en infra-rouge. En France, dans les meilleures conditions un sol horizontal reçoit au maximum un rayonnement de 1kw par m2. La durée d’ensoleillement / an varie entre 1750 et 3000h. L’énergie globale reçue se partage en rayonnement direct et en rayonnement diffus.



A- énergie solaire



I- avantages



Chauffer et éclairer

· Disponible sur le site d’utilisation ( pas de transport)

· Renouvelable. Aucun risque d’épuisement

· Totalement indépendante de la conjoncture économique ou politique

· Énergie gratuite

· Énergie non polluante et écologique

· Sans risques, ni danger.



II- Inconvénient



· Nombreux facteurs de perte

· Fiabilité et rentabilité parfois douteuse des matériels

· Coût d’installation élevé

· L’ensoleillement a par nature un caractère aléatoire, discontinu et variable suivant la saison.





B- les capteurs solaires



I- principe



Le principe est l’effet de serre. Ce sont les objets noirs qui absorbent le plus d’énergie rayonnante mais ce sont eux qui en émettent le plus. Pour que l’absorption de chaleur soit efficace, l’objet doit être placé dans une enceinte. Cette enceinte doit avoir 3 caractéristiques:

Très transparente au rayonnement solaire absorbé par l’objet

Assez opaque au rayonnement réémis par l’objet

Assez importante pour limiter les pertes par convection et par conduction en direction de l’enveloppe extérieur



Le verre est transparent au rayonnement visible (40% du rayonnement solaire) et aux infra-rouge (57% du rayonnement solaire). Le verre est opaque au infra-rouge de longueur d’onde supérieur à 4µm. Un objet dont la température se situe entre 60° et 70° émet un rayonnement infra-rouge de longueur d’onde 4µm < <60µm. Une vitre de verre laisse donc passer l’essentiel de l’énergie solaire mais arrête et absorbe le rayonnement émis par un rayonnement chauffé au soleil à travers cette vitre. Cette vitre remet ensuite ce rayonnement infra-rouge environ pour moitié vers l’objet et pour moitié vers l’extérieur dans un enceinte vitrée l’énergie est en partie piégée c’est l’effet de serre. C’est ainsi que l’on peut capter l’énergie solaire en la transformant en chaleur.



II- constitution et fonctionnement



Voir schéma.

L’absorbeur est une plaque en métal bon conducteur de la chaleur recouverte d’une peinture noire et mate, mince et de grande surface. Il est recouvert à une distance environ de 4cm d’une plaque de verre de 3 4 mm d’épaisseur. Le verre présente un coefficient de transmission plus grand que la plupart des matériaux transparents, importante durée de vie, insensible à la corrosion.

L’absorbeur communique sa chaleur a un fluide caloporteur qui circule dans une tuyauterie solidaire ou intégré à l’absorbeur. Les faces arrière et latérales du capteur sont isolées (5 à 10 cm d’épaisseur de laine de verre). L’essentiel des pertes thermiques se fait par la face avant, à cause du rayonnement vers l’extérieur émis par le vitrage et surtout de son refroidissement par convection en particulier si il y a du vent.







III- rendement



Le rendement d’un capteur solaire plan est le rapport entre l’énergie calorifique extraite et utilisable et l’énergie solaire qui lui parvient.

Les paramètres maîtrisables dont dépend le rendement d’un capteur sont la différence entre la température extérieur et température moyenne du fluide, l’orientation du capteur.







IV- Positionnement du capteur



Emplacement

Le capteur doit être placé suffisamment en hauteur de façon à ne pas être masqué quand le soleil décline à l’horizon.



Orientation

Plein sud, sud est, sud ouest.



Inclinaison

Pour être le plus efficace possible, le capteur doit être perpendiculaire au soleil quand celui ci est à son zénith.







V- l’entretien



Un capteur doit être entretenu régulièrement sous peine de voir son efficacité diminuée rapidement de façon importante et sa dureté de vie de 5 ans. Sinon avec entretien 15 à 20 ans. Il faut dépoussiérer et nettoyer les vitres (arrosage a jet d’eau), vérifier les surfaces noires de l’absorbeur, éliminer les causes de condensation dans le capteur, supprimer les algues qui pourraient proliférer, nettoyer rénover, remplir les surfaces réflectives, vérifier les fixations, les joints qui peuvent sécher et se détériorer, vérifier l’état des tuyauteries de l’ensemble de l’ensemble de l’installation, utiliser une eau adoucie et additionnée d’un anti-gel changé tous les ans.





C- le stockage de l’énergie



L’énergie solaire captée doit être stockée pour palier à la discontinuité et à l’irrégularité de l’ensoleillement. Ce stockage ne peut être que de courte durée et se fait par accumulation de chaleur soit dans une cuve d’eau isolée, soit sur un lit de caillou ou de pierre ou de gravier.





D- le chauffage des locaux



I- le système solaire passif



Ce sont les parois du bâtiment lui même qui se comportent comme des capteurs solaires. Un des procédés utilisé est le mur trombe. C’est un mur épais, peint en noir, sert de capteur. Il assure le stockage. Il est recouvert d’un vitrage et l’air entre le mur et la vitre est réchauffée par le soleil et circule par convection mais des ouvertures hautes et basses sont prévues dans le mur.



II- le système solaire actif



Le système actif utilise un fluide thermique: eau ou l’air (ce qui permet de transporter la chaleur). Cette installation comprend des capteurs, un stockage, un distributeur et un chauffage d’appoint. Ce système peut être installé en association avec une chaudière au fioul ou gaz ou avec un chauffage central à eau chaude.



2ème schéma:

Dispositif de vanne 3 voies qui permet de distribuer un fluide caloporteur:

· Soit chauffer uniquement dans le stockage solaire

· Soit chauffer uniquement dans la chaudière

· Soit chauffer dans la chaudière après préchauffage solaire

· Soit résultant d’un mélange dosé de fluide provenant de la chaudière et de fluide venant du stockage solaire.



On peut faire grâce à cette installation 40 à 50% d’économies avec un surcoût d’installation et d’entretien assez élevé.