Tout savoir sur les capteurs solaires thermiques

Qu'est ce qu'un capteur thermique ?

Un capteur solaire thermique, également connu sous le nom de capteur héliothermique, est un dispositif conçu pour capter l'énergie solaire et la convertir en chaleur, qui est ensuite utilisée pour produire de l'eau chaude sanitaire ou contribuer au chauffage d'un bâtiment.

Un capteur solaire thermique est généralement composé des éléments suivants :

• Tubes absorbeurs : des tubes métalliques, souvent en cuivre, qui contiennent un fluide caloporteur (antigel). Ces tubes captent et absorbent l'énergie solaire, chauffant ainsi le fluide à l'intérieur.
• Plaque absorbeuse : située sous les tubes absorbeurs, cette plaque est généralement peinte en noir pour maximiser l'absorption de la chaleur solaire. Elle contribue à transférer la chaleur captée par les tubes au fluide caloporteur.
• Plaque de verre : le capteur est recouvert d'une plaque de verre qui laisse passer les rayons solaires tout en réduisant les pertes de chaleur par convection. Cela crée un effet de serre qui améliore l'efficacité du capteur.
• Coffre isolant : le capteur est entouré d'un coffre isolant pour minimiser les pertes de chaleur. Ce coffre est souvent fabriqué à partir de matériaux isolants tels que la laine de roche ou le polyuréthane.
• Fluide caloporteur : le fluide caloporteur circule à travers les tubes absorbeurs. Il peut être constitué d’eau, d’un mélange d'eau et d'antigel, ou d’un autre liquide spécialement conçu pour transporter la chaleur.

Comment fonctionnent les capteurs thermiques solaires ?

Le fonctionnement d'un capteur solaire thermique repose sur plusieurs principes physiques :

• Effet du corps noir : les matériaux sombres absorbent l'énergie solaire et la convertissent en chaleur. À l’intérieur, la plaque absorbeuse et les tubes, en étant noirs, maximisent l'absorption de la lumière solaire et minimisent la réflexion, ce qui augmente l'efficacité du capteur.
• Effet de serre : la plaque de verre qui recouvre le capteur joue un rôle similaire à celui de l'atmosphère terrestre dans l'effet de serre naturel. Elle laisse passer la lumière solaire mais emprisonne la chaleur à l'intérieur du capteur, empêchant sa dissipation dans l'air ambiant. Cela permet de maintenir une température élevée à l'intérieur du capteur.
• Effet isolant : le coffre isolant autour des tubes absorbeurs minimise les pertes de chaleur par conduction. En empêchant la chaleur de s'échapper, l'isolation assure que la chaleur captée est efficacement transférée au fluide caloporteur sans pertes significatives.

Quels sont les différents types de capteurs thermiques ?

Les capteurs solaires thermiques se déclinent en plusieurs types. Chaque type de capteur solaire thermique présente des avantages et des inconvénients qui le rendent plus ou moins adapté selon les applications spécifiques, les conditions climatiques et les objectifs énergétiques.

Voici une présentation des principaux types de capteurs thermiques :

• Le capteur solaire plan est le type le plus commun pour le chauffage de l'eau sanitaire et le soutien au chauffage des bâtiments. Il se compose d'une plaque absorbante, généralement en métal, peinte en noir pour maximiser l'absorption de la chaleur solaire, et de tubes à travers lesquels circule le fluide caloporteur. Le tout est enfermé dans un cadre isolé et couvert par une vitre transparente qui laisse passer l'énergie solaire tout en minimisant les pertes de chaleur.
• Les capteurs solaires à tubes sous vide offrent une isolation supérieure, ce qui les rend particulièrement efficaces dans les régions au climat plus froid ou pour les applications nécessitant des températures plus élevées. Ils se composent de tubes en verre sous vide dans lesquels se trouvent les absorbeurs.
• Les capteurs solaires à air chauffent directement l'air qui circule à travers ou autour de l'absorbeur. Ces systèmes sont souvent utilisés pour le chauffage de l'espace ou pour le séchage agricole, car ils sont moins coûteux à installer et à maintenir que les systèmes à liquide.
• Les capteurs solaires non vitrés ou collecteurs pour piscines, sont principalement utilisés pour chauffer l'eau des piscines extérieures. Ils ne possèdent pas de couverture en verre et sont généralement faits de matériaux polymères résistants aux UV. Leur conception simple et leur coût réduit les rendent idéaux pour les applications où les températures élevées ne sont pas nécessaires.
• Les capteurs hybrides (PVT) combinent des capteurs photovoltaïques et thermiques. Ces systèmes produisent à la fois de l'électricité et de la chaleur à partir du même dispositif, optimisant ainsi l'utilisation de l'énergie solaire captée.
• Les capteurs à concentration utilisent des miroirs ou des lentilles pour concentrer la lumière solaire sur un petit absorbeur, augmentant significativement la température et permettant des applications industrielles ou la production d'électricité via des cycles thermodynamiques.

Pourquoi installer des capteurs solaires thermiques ?

L'installation de capteurs solaires thermiques offre une multitude d'avantages, tant sur le plan environnemental qu'économique :

• Réduction des coûts énergétiques : en exploitant l'énergie solaire, gratuite et abondante, pour le chauffage de l'eau et des espaces, les utilisateurs peuvent diminuer leur dépendance aux combustibles fossiles et aux sources d'énergie conventionnelles, souvent sujettes à des fluctuations de prix.
• Impact environnemental minime : en remplaçant les systèmes de chauffage traditionnels par des solutions solaires, les émissions de CO2 et d'autres polluants atmosphériques sont significativement diminuées.
• Autonomie énergétique : en produisant localement de la chaleur pour les besoins en eau chaude et en chauffage, les bâtiments deviennent moins dépendants des réseaux énergétiques externes, renforçant ainsi leur résilience face aux pannes de réseau et aux crises énergétiques.
• Valorisation du bien immobilier : les acheteurs potentiels sont souvent attirés par les économies d'énergie à long terme et par l'aspect écologique des propriétés équipées de technologies solaires.
• Durabilité et faible entretien : les systèmes solaires thermiques sont conçus pour être durables et nécessitent généralement peu d'entretien une fois installés. Leur longévité et leur fiabilité en font un investissement rentable sur le long terme.

Où et comment installer un capteur thermique ?

Mettre en place un capteur solaire thermique demande réflexion et précision, afin d'en tirer le meilleur parti. Voici les principaux aspects à considérer pour le placement et le mode d'installation de ces systèmes :

L’emplacement du capteur thermique

• Sur le toit : l'option la plus courante, qui permet de maximiser l'exposition au soleil tout en minimisant l'empreinte au sol. Il est crucial de s'assurer que le toit est suffisamment solide pour supporter le poids du système et qu'il est orienté de manière à capter un maximum de rayonnement solaire, idéalement vers le sud.
• Au sol : cette option est envisageable lorsque l'espace au sol est abondant ou que l'installation sur le toit n'est pas possible. L'installation au sol nécessite un espace dégagé, sans ombre, et une orientation sud pour une efficacité optimale.
• En façade : bien que moins courante, l'installation en façade peut être une solution adaptée pour les bâtiments urbains disposant d'une exposition sud limitée. Cette méthode peut également contribuer à l'esthétique du bâtiment, tout en fournissant une source de chaleur.

Le mode d'installation

• Installation en circulation forcée : ce système utilise une pompe pour faire circuler le fluide caloporteur à travers les capteurs et le reste du système. L'avantage de cette méthode est sa flexibilité en termes d'emplacement des capteurs et du réservoir de stockage, permettant une installation adaptée à la configuration spécifique du site. Elle nécessite cependant une source d'énergie pour la pompe, ce qui peut légèrement réduire l'efficacité globale du système.
• Installation en thermosiphon : basée sur le principe de la convection naturelle, cette méthode permet au fluide chauffé de monter naturellement du capteur vers le réservoir de stockage situé plus haut, sans nécessiter de pompe. Ce système est plus simple et souvent moins coûteux à installer, mais il impose que le réservoir soit placé au-dessus des capteurs, ce qui peut limiter les options d'installation.

Les autres facteurs à prendre en compte

• Orientation et inclinaison : les capteurs doivent être orientés et inclinés de manière à maximiser l'exposition au soleil tout au long de l'année.
• Ombrage : éviter tout ombrage provenant de bâtiments, d'arbres ou d'autres structures, qui pourrait réduire l'efficacité des capteurs.
• Isolation : assurer une bonne isolation des tuyaux et du réservoir pour minimiser les pertes de chaleur.

Un installateur qualifié pourra évaluer les spécificités de chaque site, choisir le système le plus adapté et s'assurer que l'installation est réalisée conformément aux normes en vigueur, garantissant ainsi la performance et la durabilité du système.

Comment entretenir ses capteurs solaires thermiques ?

Entretenir ses capteurs solaires thermiques est essentiel pour assurer leur longévité et leur efficacité optimale au fil des années. Heureusement, ces systèmes nécessitent généralement peu d'entretien, mais quelques gestes simples et réguliers peuvent faire toute la différence :

• Inspection visuelle : vérifiez régulièrement l'état des capteurs pour vous assurer qu'ils ne sont pas obstrués par des feuilles, de la poussière, de la neige ou d'autres débris. Une surface propre permet une absorption optimale de l'énergie solaire.
• Nettoyage des vitres : si nécessaire, nettoyez la vitre des capteurs avec de l'eau et un détergent doux pour enlever la saleté accumulée.
• Intervention professionnelle annuelle : bien que l'entretien quotidien soit relativement simple, il est conseillé de faire appel à un professionnel au moins une fois par an pour un contrôle plus approfondi (vérification du système et maintenance préventive).
• Vérification du fluide caloporteur : le fluide caloporteur doit être vérifié pour s'assurer qu'il n'est pas dégradé et qu'il circule correctement. Dans certains cas, il peut nécessiter un remplacement ou un complément.
• Isolation des tuyauteries : assurez-vous que l'isolation des tuyauteries est en bon état pour éviter les pertes de chaleur entre les capteurs et le réservoir de stockage.

Un entretien régulier et professionnel garantit que votre système solaire thermique reste un investissement rentable et durable.

Quel est le prix des capteurs solaires thermiques ?

Les capteurs solaires thermiques représentent un investissement conséquent pour les propriétaires. Le coût de ces systèmes peut varier considérablement en fonction de plusieurs facteurs, tels que le type de capteur, la complexité de l'installation, et les besoins spécifiques en termes de chauffage de l'eau ou de l'espace.

En général, le prix d'un système de capteurs solaires thermiques pour un foyer moyen peut se situer entre 4 000 et 10 000 euros. Cette fourchette inclut le coût des capteurs eux-mêmes, ainsi que l'installation et les composants nécessaires au fonctionnement du système.

En France, pour encourager la transition énergétique et l'utilisation d'énergies renouvelables, le gouvernement et diverses entités proposent un éventail d'aides financières et de subventions destinées à réduire le coût d'installation des capteurs solaires thermiques.