Comment fonctionne un collecteur solaire ? Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

✅ Qu'est-ce qu'un collecteur solaire et comment fonctionne-t-il ?

Les collecteurs solaires sont des dispositifs qui captent l'énergie thermique du soleil. Bien que leur popularité ait peut-être atteint son apogée par le passé, l'intérêt semble aujourd'hui se tourner davantage vers les panneaux photovoltaïques. Cependant, il apparaît que l'énergie photovoltaïque se rentabilise désormais plus lentement (en raison du nouveau système de compensation de l'énergie électrique injectée dans le réseau), ce qui fait que les collecteurs solaires, communément appelés "solaires", suscitent de nouveau de l'intérêt. D'ailleurs, posséder des "solaires" n'est pas une alternative aux panneaux photovoltaïques, et les deux systèmes peuvent parfaitement se compléter. Nous allons aborder ces points, ainsi que d'autres aspects relatifs aux collecteurs solaires, leur fonctionnement et leur rentabilité, dans cet article.

Collecteurs solaires et panneaux photovoltaïques (PV)

Tout d'abord, il est important de noter que de nombreuses personnes non spécialisées confondent les collecteurs solaires avec les panneaux photovoltaïques (PV). Les deux dispositifs captent l'énergie solaire, mais leur conception, leur mode de fonctionnement et leur objectif sont totalement différents.

Un collecteur solaire est installé pour capter l'énergie solaire et la transférer à l'eau, en la chauffant. Par conséquent, les collecteurs solaires, ou "solaires", sont utilisés pour chauffer l'eau chaude sanitaire (ECS). Ils sont parfois utilisés pour chauffer l'eau du chauffage central, mais généralement en tant que solution complémentaire.

En revanche, les panneaux photovoltaïques sont des dispositifs électriques. Ce sont des panneaux contenant des cellules photovoltaïques qui, sous l'effet des rayons du soleil, produisent de l'électricité. L'énergie électrique ainsi produite est ensuite ajustée à la tension domestique (220-240V) grâce à des dispositifs appelés onduleurs. Cette énergie peut ensuite être utilisée pour n'importe quel usage.

En résumé - Les collecteurs solaires servent à chauffer l'eau, tandis que les panneaux photovoltaïques produisent de l'énergie électrique.

Qu'est-ce qui est meilleur : le photovoltaïque ou les collecteurs solaires ?

✅ Que choisir : photovoltaïque ou collecteurs solaires ? Ou peut-être les deux ?

Pendant un certain temps, la majorité des gens préférait opter pour les panneaux photovoltaïques (PV). En effet, les cellules photovoltaïques produisent de l'électricité, une énergie polyvalente qui peut être utilisée pour presque tout : alimenter une pompe à chaleur, une cuisinière, une bouilloire, une machine à laver, ou même un climatiseur. En dernier recours, elle peut également servir à chauffer de l'eau, par exemple à l'aide d'une résistance électrique. Alors, pourquoi opter pour des collecteurs solaires si les panneaux PV sont beaucoup plus polyvalents ?

Cependant, depuis le changement du système de compensation, la rentabilité des systèmes PV a considérablement diminué, sauf pour ceux qui ont installé leurs panneaux avant cette modification et qui bénéficient toujours de l'ancien système de compensation.

Il y a aussi une question moins discutée, mais qui mérite d'être prise en compte : le risque potentiel de surcharge du réseau national. Ce risque est réel et a été confirmé par des experts du secteur énergétique. Notre système énergétique vieillissant n'était pas préparé à l'expansion rapide du photovoltaïque au cours des dernières années. La puissance des petites centrales électriques installées uniquement sur les toits des particuliers était déjà énorme il y a plusieurs années (sans compter les installations PV des entreprises et les fermes solaires). Nous nous dirigeons donc vers le même problème à l'échelle nationale que celui rencontré par des pays comme l'Allemagne. L'abondance de petites installations dans diverses localités nécessite une modernisation et une expansion continues de l'infrastructure énergétique à l'échelle nationale, une tâche qui a été négligée dans presque toute l'UE.

Dans ce contexte, un collecteur solaire traditionnel pour l'eau chaude semble être un complément judicieux. Cela semble particulièrement pertinent en tant que solution supplémentaire aux panneaux PV, plutôt qu'une alternative.

Construction d'un collecteur solaire - Comment c'est construit?

✅ Comment sont construits les collecteurs solaires ?

La construction d'un collecteur solaire peut varier en fonction du modèle, mais tous fonctionnent selon le même principe, donc leur structure est similaire. Les éléments principaux que doit contenir chaque "solar" sont : l'absorbeur et les tubes.

Qu'est-ce qu'un absorbeur dans les collecteurs solaires ?

L'absorbeur est l'élément principal des collecteurs solaires, responsable de la captation de la chaleur solaire. Les absorbeurs sont le plus souvent en cuivre ou en aluminium.

En réalité, l'absorbeur est une surface recouverte d'un revêtement spécial qui augmente sa capacité à absorber la chaleur. Lorsque les rayons du soleil frappent l'absorbeur, celui-ci chauffe, et cette chaleur est ensuite transférée au liquide qui circule à travers le collecteur. Ce liquide est principalement de l'eau, qui est ainsi chauffée. Pour être complet, il est utile de préciser qu'il ne s'agit généralement pas uniquement d'eau, mais d'un mélange d'eau et d'un liquide antigel (appelé glycol) afin d'éviter le gel du collecteur en hiver. Ce liquide est ensuite transporté pour transférer cette chaleur à l'eau chaude sanitaire (ECS).

Les tubes du collecteur solaire

Les tubes des collecteurs solaires ont pour rôle de capter la chaleur de l'absorbeur et de la transporter vers le système, généralement vers le réservoir d'eau chaude sanitaire, afin de la chauffer.

Enveloppe des collecteurs

En plus de ces deux éléments, les collecteurs solaires possèdent encore quelques composants moins caractéristiques. Bien sûr, chaque collecteur solaire dispose également d'une enveloppe, dont le rôle est de protéger le collecteur contre les pertes de chaleur vers l'extérieur (car plus de chaleur sera alors transférée à l'eau chaude sanitaire). Cette enveloppe est généralement bien isolée.

L'ensemble est recouvert d'une vitre en verre trempé, un matériau choisi pour sa résistance aux conditions météorologiques, y compris les conditions extrêmes comme la grêle, tout en permettant une bonne absorption de la chaleur.

Comment fonctionne un collecteur solaire ? Principe de fonctionnement

✅ Quel est le principe de fonctionnement d'un collecteur solaire ?

En comprenant la construction d'un collecteur solaire, on peut facilement en déduire le principe de fonctionnement. Le fonctionnement des "solaires" est extrêmement simple. Le liquide présent dans les tubes, chauffé par l'exposition au soleil, atteint des températures très élevées. Ce liquide chauffé est ensuite acheminé vers le réservoir d'eau chaude sanitaire (ECS), où il transmet sa chaleur à l'eau stockée dans le réservoir, eau qui est ensuite utilisée par les occupants de la maison.

Étant donné que le liquide dans les tubes est un mélange d'eau et d'un antigel, cette solution ne peut pas être directement introduite dans le réservoir. Elle circule à travers un serpentin à l'intérieur du réservoir, chauffant l'eau sans se mélanger à elle. Tout ce processus fonctionne de manière cyclique, et la circulation de l'eau chaude des "solaires" est assurée par une pompe de circulation.

Que faire si le réservoir n'a pas de serpentin ? Échangeur à plaques pour solaires

Il arrive parfois que le réservoir d'eau chaude n'ait pas de serpentin disponible auquel on pourrait connecter le circuit des collecteurs solaires. Les anciens réservoirs ont souvent un seul serpentin, généralement déjà utilisé pour la source de chaleur principale (dans cet exemple, supposons qu'il s'agisse d'une chaudière de chauffage central). Que faire dans ce cas ? Faut-il remplacer le réservoir ?

Une solution consiste à remplacer le réservoir par un nouveau, équipé de deux serpentins. Cependant, cela n'est rentable que si votre réservoir actuel est déjà en fin de vie et que vous envisagiez de le remplacer de toute façon. Si, en revanche, votre réservoir d'eau chaude est encore en bon état, il n'est pas judicieux de le changer. Au lieu de dépenser une somme importante pour un nouveau réservoir, il est plus avantageux d'acheter un échangeur à plaques pour solaires. Cet échangeur permet d'ajouter un circuit supplémentaire au système ECS (eau chaude sanitaire) existant, relié à la chaudière.

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Installation sur le toit - Où installer les collecteurs solaires ?

Comme pour les panneaux photovoltaïques, l'orientation et l'angle d'inclinaison des collecteurs solaires jouent un rôle crucial dans leur efficacité. Il est essentiel de les placer dans un endroit bénéficiant d'un ensoleillement maximal, c'est pourquoi il est recommandé de les installer sur un toit orienté vers le sud. Si la configuration de votre toit ne permet pas une orientation strictement vers le sud, vous pouvez envisager une orientation sud-ouest ou sud-est, qui fonctionne également bien dans notre climat.

Angle d'inclinaison des collecteurs sur le toit

L'angle d'inclinaison des collecteurs, tout comme celui des panneaux PV, influence la capacité d'absorption de la chaleur. Dans le cas des collecteurs solaires, il y a une complication supplémentaire, car de nombreux experts recommandent des angles différents pour l'été et l'hiver. À titre de curiosité, il existe dans le monde des systèmes qui ajustent automatiquement l'angle d'inclinaison en fonction de la saison, mais pour une maison individuelle, un tel système ne serait pas rentable.

☑️ En été, l'angle optimal d'inclinaison des collecteurs solaires est d'environ 30°.

☑️ En hiver, l'angle optimal est d'environ 60°. Cet angle favorise également l'évacuation naturelle de la neige, en cas d'hiver neigeux.

✅ Par conséquent, un angle d'inclinaison autour de 40° semble être un bon compromis. Dans la plupart des cas, il n'est pas nécessaire d'ajuster l'angle spécifiquement pour les conditions hivernales, car l'eau chaude sanitaire (ECS) sera de toute façon chauffée par la source de chaleur principale (chaudière, pompe à chaleur, etc.). Dans certaines situations, un angle intermédiaire, tel que 45°, peut également être une bonne option.