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Résumé Principe du capteur solaire thermique Technique de l'absorbeur Bilan |
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Mais revenons aux capteurs à eau. J'avais déjà mentionné dans l'éditorial qu'il me semblait étrange qu'il y a quarante ans, on pouvait déjà produire facilement des températures très élevées sur le toit, jusqu'à 130 degrés, et les rendements devaient déjà être de 50% ou 60% à l'époque, je m'en souviens bien. (Les valeurs pour les installations réelles viendront plus tard).
Et puis on n'en a plus entendu parler pendant très longtemps. Au lieu de cela, on a préféré les capteurs électriques au silicium, qui devraient avoir un rendement d'à peine 10 % au quotidien en Europe centrale. L'électricité est la forme d'énergie la plus flexible, c'est donc compréhensible.
D'autre part, en Europe, le facteur de coût le plus important dans une maison est le chauffage, le plus gros consommateur d'énergie ! Cela vaut même pour l'énergie thermique en général :
Statistisches Bundesamt für Energie (Office fédéral de la statistique Allemagne) :
Part de l'électricité dans l'énergie finale utilisable 20% des besoins totaux.
80% doivent être disponibles sous forme de chaleur.
Tiré de Sigwart Zeidler : Energierevolution. A trouver ici sur la page "Energie"
Et l'eau peut être directement injectée dans le chauffage ! Pourquoi cela n'est-il pas devenu très vite un standard, alors que les installations simples commencent à 300 euros et peuvent être gérées par un artisan local ?
En outre, il n'est pas nécessaire de monter sur le toit, un mur suffit et on peut même le décorer, par exemple avec des tubes d'argile ! On peut imaginer bien d'autres matériaux, du verre, du cuivre, c'est tellement simple !
Mais résumons brièvement, puis passons à Wikipedia et voyons ce qui s'ensuit.
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Résumé (texte tiré de wikipedia) :l
"Capteur solaire thermique
Le type de construction le plus simple est un récipient sombre rempli d'eau. Lorsque le soleil brille, les récipients appropriés se réchauffent en quelques heures jusqu'à atteindre presque la température d'ébullition, ce qui est utilisé depuis des siècles dans le sud. Même en Europe centrale, un tuyau d'arrosage ordinaire peut atteindre des températures d'eau de plus de 60 °C en été".
Nous connaissons tous cela dans le jardin. De la chaleur facilement disponible.
"Ces capteurs absorbent le rayonnement de manière quasi uniforme dans toutes les directions, ils n'ont pas besoin de suivre le soleil et fournissent encore une certaine puissance même par temps nuageux".
Et cela est décisif. Contrairement aux capteurs au silicium, il est intéressant de constater qu'ils fournissent de l'énergie même par temps nuageux. Ils captent le rayonnement existant - le rayonnement est là, sinon il ferait nuit - et le transmettent. Avec des systèmes fermés, c'est-à-dire avec des tubes derrière du verre par exemple, on peut exploiter l'effet de serre et il suffit de capter la chaleur et de la transmettre.
Mais les capteurs thermiques peuvent aller beaucoup plus loin :
"Les collecteurs cylindro-paraboliques des centrales solaires thermiques atteignent des températures de l'ordre de 400 °C, qui permettent d'alimenter une centrale à vapeur".
Nous avons ici des installations pour de grandes centrales électriques : des parois réfléchissantes dans les gouttières paraboliques collectent le rayonnement et le concentrent sur un tuyau dans lequel coule de l'eau et la chauffent.
On trouve de telles centrales dans les pays du sud. Selon la concentration, on peut atteindre des températures encore bien plus élevées.
Mais de telles installations existent aussi depuis longtemps pour tout le monde, si l'on a plus de besoins ou moins de place.
"Le capteur solaire est l'élément central d'une installation solaire thermique et, jusqu'au début des années 90, il n'était généralement utilisé que pour la production d'eau chaude, mais on trouve de plus en plus souvent une utilisation de l'énergie dans le chauffage des locaux. En combinaison avec une maison à basse énergie et un accumulateur de chaleur saisonnier, le chauffage des locaux peut même être entièrement assuré par des capteurs solaires".
Étonnant que l'on y ait pensé si tard ! Et absurde qu'avec cette quantité d'énergie, on ait tout juste produit un peu d'eau chaude. Un chauffage central devrait consommer dix fois plus d'énergie que l'approvisionnement domestique en eau chaude, qui est pourtant disponible !
Le point culminant du développement devrait être une installation qui, avec les plus de cent degrés qu'il est possible d'obtenir, produit de l'électricité par le biais de vapeur d'eau et de micro-turbines sur le toit ! Si l'on se base sur un rendement pouvant atteindre 90%, les capteurs en silicium sont loin derrière avec un maximum de 20%. Cela n'était pas possible auparavant, car la technique à haut rendement en petit format n'était pas disponible en raison du manque de matériaux et de la technologie pas encore développée.
C'est mon idée depuis longtemps et je vais faire un rapport à ce sujet.
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Principe du capteur solaire thermique
Les capteurs solaires thermiques atteignent des rendements relativement élevés lors de l'exploitation du rayonnement solaire - typiquement entre 60 et 75 %. En Europe, le rayonnement solaire varie entre 200 et 1000 W/m² selon la saison et la position du soleil (voir également la constante solaire).
L'élément central du capteur est l'absorbeur solaire, qui transforme l'énergie de rayonnement du soleil en chaleur et la transmet à un caloporteur qui le traverse. La chaleur est évacuée du capteur à l'aide de ce caloporteur (par exemple via des échangeurs de chaleur), puis utilisée ou stockée directement.
Fluide : eau/glycol, saumure, huile, liquide solaire ou gaz.
Pour réduire les pertes de chaleur inévitables, une bonne isolation thermique de l'absorbeur par rapport à l'environnement est nécessaire. Selon la technique d'isolation, on distingue
Les capteurs plats, qui utilisent des matériaux isolants traditionnels ;
les capteurs à tubes sous vide, qui réalisent l'isolation grâce à un vide, mais qui sont plus chers à l'achat ; et
les capteurs plats sous vide, c'est-à-dire de forme plate, avec un bon rapport brut/net de surface et une isolation sous vide.
Absorbeurs simples utilisés comme capteurs basse température pour chauffer les piscines : Ils sont généralement en plastique et ne sont généralement pas du tout isolés.
Le type de construction le plus simple est un réservoir sombre rempli d'eau. Lorsque le soleil brille, les récipients appropriés se réchauffent en quelques heures jusqu'à atteindre une température proche de l'ébullition, ce qui est utilisé depuis des siècles dans le sud. Même en Europe centrale, un tuyau d'arrosage ordinaire peut atteindre des températures d'eau de plus de 60 °C en été. Pour des raisons d'hygiène, cette technique ne devrait pas être utilisée pour l'eau potable.
Ces capteurs absorbent le rayonnement de manière presque uniforme dans toutes les directions, ils ne doivent pas suivre le soleil et fournissent encore une certaine puissance même par temps nuageux.
Il existe en outre des capteurs à concentration qui fonctionnent selon le principe du miroir focal et atteignent des températures nettement plus élevées. Les collecteurs cylindro-paraboliques des centrales solaires thermiques atteignent des températures de l'ordre de 400 °C, ce qui permet d'alimenter une centrale à vapeur. De tels procédés ne sont rentables qu'en cas de fort ensoleillement direct (sans nuages). Alors qu'auparavant, on utilisait exclusivement des capteurs fixes ou ancrés, il existe désormais des systèmes qui suivent la direction du soleil.
Le capteur solaire est l'élément central d'une installation solaire thermique et, jusqu'au début des années 1990, il n'était généralement utilisé que pour la production d'eau chaude, mais de plus en plus, l'énergie est également utilisée pour le chauffage des locaux. En combinaison avec une maison à faible consommation d'énergie et un accumulateur de chaleur saisonnier, le chauffage des locaux peut même être entièrement assuré par des capteurs solaires.
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Technique de l'absorbeur
L'absorbeur solaire est l'un des principaux composants d'un capteur solaire thermique. Il sert à absorber le rayonnement solaire.
Les absorbeurs solaires sont placés sur des tôles d'aluminium ou de cuivre. Soutenu par un revêtement sélectif, cet absorbeur se réchauffe sous l'effet de la lumière du soleil ; cette chaleur est absorbée par un fluide (liquide solaire ou air) circulant dans des tubes au niveau de l'absorbeur et transportée vers l'utilisation ou un accumulateur de chaleur.
Il existe ici de nombreuses formes différentes, que l'on peut étudier au cas par cas. Wikipedia en énumère toute une série. ("Capteur solaire")
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Bilan
Wikipedia n'est guère optimiste, car je pars de plus loin.
"En théorie, la chaleur solaire peut également couvrir les besoins d'un ménage tout au long de l'année, mais dans ce cas, soit l'installation est beaucoup plus grande et fournit beaucoup plus de chaleur en été que ce qui peut être utilisé, soit il faut un accumulateur de chaleur saisonnier. (voir ci-dessous)
Les installations efficaces peuvent également compléter les sources de chaleur conventionnelles pendant le semestre d'hiver. Sur l'année, la part d'une installation solaire dans la fourniture d'eau chaude se situe entre 50 et 60 %[8], ce qui correspond à environ 14 % des besoins en énergie de chauffage.
Les grandes installations de capteurs sont utiles pour le chauffage des locaux. Dans le cas des chauffages traditionnels, elle peut tout à fait contribuer à un pourcentage à deux chiffres de l'énergie de chauffage en moyenne annuelle et donc réduire sensiblement les coûts de chauffage. Si l'on utilise également un accumulateur de chaleur saisonnier, il est même possible de stocker suffisamment de chaleur pendant le semestre d'été pour couvrir les besoins en énergie de chauffage tout au long de l'année. Les seules restrictions concernent les capteurs dont la surface est trop faible par rapport aux besoins annuels en énergie de chauffage, par exemple dans les maisons à plusieurs étages. Les accumulateurs de chaleur saisonniers utilisent la capacité thermique de l'eau, du gravier ou du béton ou la chaleur latente de la saumure ou de la paraffine.
Souvent, le stockage saisonnier intermédiaire de la chaleur, relativement simple d'un point de vue technique, permet d'atteindre des coûts globaux faibles, par exemple avec des accumulateurs thermochimiques sans pertes, des accumulateurs tampons de grande taille ou du moins bien isolés, ou des accumulateurs de chaleur latente avec des pertes également faibles. Un éventuel suivi des capteurs, ou une modification de l'angle d'installation vers l'hiver, peut également influencer le rapport qualité/prix".
À voir aussi "Accumulateur de chaleur thermochimique"
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