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L’énergie solaire thermique | Chauffe-eau solaire thermique

Découvrez l’énergie solaire thermique

Qu’est-ce qu’un chauffe-eau solaire ?

Les capteurs solaires d’un  chauffe-eau captent et retiennent la chaleur du soleil pour la tranférer à un liquide dit fluide calo-porteur. La chaleur solaire thermique est retenue en utilisant «l’effet de serre», dans ce cas, la capacité d’une surface réfléchissante à transmettre un rayonnement à ondes courtes et à réfléchir le rayonnement à ondes longues. La chaleur et le rayonnement infrarouge (IR) sont produits lorsque la lumière de rayonnement à ondes courtes heurte un absorbeur de collecteur qui est ensuite piégé à l’intérieur du collecteur. Le fluide, généralement de l’eau, en contact avec l‘absorbeur recueille la chaleur emprisonnée pour la transférer au stockage.

Deux principes régissent les capteurs solaires thermiques : 

  • Tout d’abord, tout objet chaud finit par perdre sa chaleur dans l’environnement. L’efficacité d’un capteur solaire thermique est directement liée à la perte de chaleur, principalement par convection et rayonnement. L’isolation thermique est utilisée pour ralentir la perte de chaleur d’un objet chaud à son environnement.
  • Deuxièmement, la perte de chaleur est plus rapide si la différence de température entre un objet chaud et son environnement est plus grande, dans le  cas du chauffe-eau il s’agit de la différence entre la température de la surface du collecteur et la température ambiante. (Mais il en va de même pour le transfert de la chaleur du collecteur au fluide, une plus grande différence entre le collecteur et le liquide, plus la chaleur est transférée.)

L’approche la plus élémentaire du chauffe-eau solaire  consiste simplement à mettre un réservoir rempli d’eau au soleil. La chaleur du soleil réchaufferait le réservoir métallique et l’eau à l’intérieur. C’est ainsi que les tout premiers systèmes SWH ont fonctionné il y a plus d’un siècle. Cependant, cette configuration est  inefficace car difficile de maintenir la chaleur du réservoir.  L’ ajout d’une boîte isolée autour du réservoir, et l’ajout de verre au-dessus du sommet où le soleil arrive aide grandement à retenir la chaleur.

Un collecteur plus commun est appelé un collecteur plat. Il a une grande surface plane (absorbeur) pour maximiser l’exposition au soleil, et a de petits tubes collés à lui. Le liquide traverse les tubes, recueillant la chaleur de l’absorbeur. Les côtés et le fond du collecteur sont bien isolés et le verre sur le dessus complète l’isolation.

C’est assez simple, mais il y a des facteurs très techniques pour rendre le collecteur aussi efficace que possible. L’un est l’enduit sur l’absorbeur, qui est spécialement formulé pour à la fois absorber autant de chaleur que possible, et rayonner aussi peu de chaleur que possible. Un autre est le verre à haute teneur en fer et spécialement revêtu pour laisser passer autant d‘énergie lumineuse que possible et aussi pour empêcher autant de perte de chaleur que possible.

Un autre type populaire de collecteur est appelé tube sous vide, qui a un long, absorbant maigre qui est à l’intérieur d’un tube de verre. Le tube a l’air évacué, ce qui le rend très isolé – pas trop différent d’un thermos utilisé pour garder les boissons chaudes.

Le dernier type de collecteur est une parabole ou plateau, qui augmente le potentiel de chaleur en concentrant la lumière du soleil sur un petit absorbeur. Ceux-ci sont très rares dans les systèmes de chauffage à eau domestique, et plus couramment utilisés dans les systèmes à l’échelle industrielle pour créer de la vapeur qui fait fonctionner des turbines pour produire de l’électricité.

Les composants de base dans les systèmes de chauffage solaire à domicile comprennent:

  • Les collecteurs qui absorbent la chaleur du soleil et la transmettent à un fluide
  • Le fluide caloporteur qui prélève la chaleur du collecteur pour l’utiliser
  • Les échangeurs de chaleur pour transférer la chaleur du fluide vers l’eau domestique d’une maison.
  • Les pompes pour déplacer le fluide à travers le collecteur et / ou l’échangeur, et parfois pour déplacer l’eau domestique de l’autre côté de l’échangeur.
  • Les contrôleurs pour faire fonctionner les pompes quand la chaleur du collecteur est disponible.

Pourquoi utiliser le chauffage solaire de l’eau?

Chauffer votre eau avec de l‘énergie solaire est intéressant sur plusieurs points. Voici donc les principaux avantages :

  1. Indépendance énergétique. L’utilisation de l’énergie solaire peut réduire votre dépendance face aux énergies fossiles. Cela aide à réduire la dépendance de la nation à l’égard des sources d’énergie étrangères. Le soleil est une source  fiable. Tant que le soleil brille, vous avez de l’énergie.
  2. Impact environnemental. C’est un fait que la plus grande partie de notre énergie provient de combustibles fossiles. Ce qui amène de graves problèmes de pollutions, y compris le changement climatique causé par l’homme, les pluies acides, l’enlèvement au sommet des montagnes pour le charbon et les sables bitumineux, et les effets sur la santé autour des centrales électriques. L’utilisation de l’énergie nucléaire et de ses sous-produits toxiques et à vie longue est un problème important pour beaucoup.Mais pourquoi risquer l’environnement, quand on peut profiter du soleil qui tombe librement sur Terre, prêt à être utilisé pour nos propres besoins énergétiques? À la légère exception d’avoir à fabriquer l’équipement nécessaire pour capturer la chaleur du soleil, il n’y a pas d’impact environnemental de la production d’énergie solaire chez nous.
  3. Avantages financiers. Lorsque vous choisissez d’utiliser l’énergie solaire pour remplacer tout ou partie de ce pour quoi vous utilisiez l’utilitaire, cela entraîne des économies financières sur votre facture d’électricité. Le solaire électrique, aussi populaire soit-il, n’a pas autant d’énergie et d’économies d’argent par montant dépensé que le chauffage solaire de l’eau. Il est facile de voir des économies de 50% à 100% sur votre facture, vous récupérerez donc votre investissement dans les 3 à 5 ans. Le temps dépend en grande partie de votre ressource solaire locale.

Comme pour les autres technologies énergétiques, il existe souvent des incitations financières pour rendre l’investissement initial encore plus attrayant comme les subventions de l’ANAH, ou encore des crédits d’impots aux alentours de 30 à 40% selon les années, dans les années 2000 -2010 il y avait même 50% de crédit d’impôt.

Comment utiliser le chauffage solaire de l’eau

L’utilisation de l’eau chaude solaire est facilement intégrée dans le mode de vie de la plupart des gens. Une fois qu’un système est installé et mis en service, il reste juste l’entretien à faire par une entreprise. Les trois principales utilisations   sont:

L’eau chaude sanitaire est peut-être la plus connue des applications de chauffage solaire de l’eau. Presque chaque maison utilise de l’eau chaude tous les jours, avec un ménage américain typique d’environ 30 gallons par personne et par jour. Cela couvre les douches, la vaisselle et le lavage des vêtements. L’eau chaude est stockée dans un réservoir pour quand il est nécessaire. Un ménage éconergétique pourrait utiliser moins de la moitié de ce montant.

Le chauffage des locaux est une application moins utilisée pour l’eau chaude solaire. Semblable au chauffage d’eau chaude solaire domestique, sauf que l’eau chaude non potable est pompée dans les tuyaux hydroniques dans le plancher, pour chauffer les registres ou les radiateurs sur les murs ou les plinthes ou dans un échangeur de chaleur à l’intérieur d’un chauffage à air pulsé.

Le chauffage de piscine est une utilisation très facile de la technologie de chauffe-eau solaire, et parce que son équipement est minime et moins cher, est pratiquement une évidence, si vous avez une piscine chauffée.

Systèmes

Il existe plusieurs types de systèmes pour transformer l’énergie solaire en eau chaude, et chacun a son but ou ses avantages et ses inconvénients:

Les chauffages discontinus sont les réservoirs les plus basiques au soleil, bien que généralement dans une boîte isolée avec un couvercle en verre ou en plastique. Ils sont branchés en ligne avec le système d’eau domestique qu’ils desservent, aucune pompe ou contrôle n’est nécessaire. Ils font de grands projets de bricolage qui peuvent être faits à partir de n’importe quel vieux réservoir de chauffe-eau conventionnel. Mais ils ne font pas bien dans des températures glaciales – la plupart des gens acheminent l’eau autour d’eux et les vident en hiver.

Thermosyphon est le prochain système le plus simple. Ces systèmes entièrement passifs (c’est-à-dire sans pompes) reposent sur le fait que le collecteur se trouve en dessous du réservoir, de sorte que la convection naturelle déplace l’eau chaude du collecteur et vers le réservoir pour un usage domestique. Ces systèmes sont également inappropriés pour les climats de congélation.

La circulation forcée directe est similaire au système de thermosiphon, mais ajoute une pompe et un contrôleur. La pompe permet d’extraire plus de chaleur du collecteur. Le contrôleur mesure quand le collecteur est plus chaud que le réservoir et allume ou éteint la pompe selon le cas. Ces systèmes n’ont pas non plus de protection contre le gel.

Les systèmes de drainage ajoutent un réservoir et un échangeur de chaleur. Le réservoir de vidange est dimensionné pour que toute l’eau du collecteur et des conduites puisse s’écouler vers l’intérieur lorsque la pompe s’éteint. De cette façon, il n’y a plus d’eau dans le collecteur à des moments où il pourrait geler. L’eau dans le système est séparée de l’eau domestique, il a donc besoin d’un échangeur de chaleur pour transférer la chaleur de l’eau du collecteur à l’eau domestique.

Les systèmes antigel sont les types les plus courants dans les climats qui gèlent régulièrement. Il n’y a pas de réservoir de drainage, de sorte que le liquide dans le collecteur ne peut pas s’écouler hors de la plomberie extérieure. La protection contre le gel provient de l’antigel au polypropylène glycol, de sorte qu’il peut rester dans le collecteur après que le contrôleur a fermé la pompe.

Les chauffe-piscines constituent le système final et ne sont pas utilisés pour chauffer l’eau domestique. Les collecteurs de piscine sont généralement constitués de plusieurs tuyaux poly parallèles assis sur un toit près de la piscine. L’eau de la piscine circule à travers les tuyaux à l’aide de la pompe de circulation de la piscine, qui fonctionne de toute façon. Le contrôleur actionne une soupape pour détourner une partie de l’eau de la pompe de piscine à travers le collecteur. Lorsqu’il ne fonctionne pas, l’eau du capteur retourne dans la piscine.

Débuter avec le chauffage solaire de l’eau

L‘eau chaude solaire convient à presque tous les ménages, que ce soit pour les nordiste ou sudiste. Bien sûr, l’accès à une bonne lumière du soleil est nécessaire, mais la plupart des gens en ont assez. La première étape est de s’assurer. Si vous avez un toit dont vous êtes sûr qu’il reçoit la lumière du soleil pendant quelques heures par jour, même en hiver, l’étape suivante consiste à inspecter le site avec un outil tel que le Solar Pathfinder. La plupart des entreprises solaires professionnelles disposent d’un outil de localisation, ou elles peuvent parfois être empruntées à une agence locale de l’énergie. Mais si vous avez de l’aube au crépuscule la lumière du soleil sur votre toit, vous êtes dans!

En général , nous les européens gaspillont beaucoup et gaspiller de l’eau chaude signifie que vous gaspillez de l’énergie, alors votre prochaine tâche consiste à réduire votre consommation à ce que vous considérez comme le minimum. Les pommes de douche à faible débit, les économiseurs d’eau au robinet, les laveuses plus efficaces (vêtements et vaisselle) et les tuyaux isolants sont le point de départ. Le comportement est également important, les adolescents prenant des douches d’une demi-heure est au-delà du gaspillage.

Donc, si votre accès solaire semble très bien, et vous avez fait ce que vous pouvez pour réduire l’utilisation, la prochaine étape est de trouver un professionnel avec une bonne réputation. Recherchez une personne ayant une expérience significative, qui peut fournir des références professionnelles et des références client, et vous devez ensuite les vérifier. Ils devraient être disposés à venir à votre domicile et à tracer votre utilisation, de sorte que vous vous retrouvez avec le bon système et la bonne taille pour vos besoins.

Mais peut-être que vous êtes un type de bricolage, avec des compétences qui comprennent la mécanique, la plomberie et un peu d’électricité. Si oui, et après de sérieuses recherches, vous pourrez peut-être concevoir et installer vous-même un système. Certes, tous les composants sont disponibles pour tous ceux qui prennent le temps de les rechercher. Mais la capacité est la grande question que vous seul pouvez répondre par vous-même.

Le dimensionnement d’un système peut être assez simple. Pour un ménage soucieux de la conservation et de l’efficacité énergétique, vous pouvez compter environ 15 gallons d’eau chaude par personne et par jour. De là, vous pouvez déterminer combien de pieds carrés de collecteur vous aurez besoin. Si vous obtenez 5 heures de soleil par jour, et avez besoin de 80 gallons. d’eau chaude, deux collecteurs de 4 par 8 pieds feront probablement l’affaire. Vous pouvez être beaucoup plus précis que cela, mais même si vous êtes dans le stade, vous devriez quand même vous retrouver avec un système qui réduira considérablement votre chauffage conventionnel. Pour le dimensionnement du réservoir de stockage solaire, il doit être égal ou supérieur à l’utilisation quotidienne.

Vous aurez certainement besoin de sauvegarder votre système Solaire avec un chauffe-eau conventionnel de sorte que vous aurez assez d’eau chaude même pendant de longues périodes sans soleil, pour couvrir les déficits à cause du soleil d’hiver, ou pour les moments où les clients restent avec vous. Les choix sont sans réservoir et de type réservoir, et les deux sont disponibles en gaz ou électrique. Si vous choisissez sans réservoir, vous aurez besoin du type qui peut accepter de l’eau préchauffée. Ensuite, vous raccordez le chauffage d’appoint à votre système d’eau chaude solaire.