Guide solaire

Panneaux solaires sous vide

Panneaux solaires sous vide

Description de la photo : L’utilisation de l’énergie solaire comme source de chaleur est aujourd’hui très efficace et parfaitement adaptée à l’habitat individuel et collectif. Les panneaux solaire sous vide (photo ci-dessus) offrent des rendements exceptionnels même par temps couvert !

 

Tout le monde parle avec espoir de l’énergie solaire, source inépuisable et écologique. Par ailleurs, se pose la question de rentabilité d’une installation solaire pour les maisons individuelles. Vaut-il mieux attendre encore quelques années pour être certain d’investir dans des systèmes aboutis ?

Le soleil, bien que distant de plus de 150 millions de kilomètres de nous, demeure notre plus grande source d’énergie et est porteur de grands espoirs. Même si l’énergie solaire est intermittente, son utilisation comme source de chaleur pour les maisons individuelles est un investissement rentable (sous certaine condition que nous arborerons un peu plus loin), et ce même dans les latitudes plus froides. L’énergie solaire dont nous pouvons tous jouir gratuitement ne nécessite ni extraction, ni transport contrairement aux énergies fossiles. Son utilisation ne génère par ailleurs, ni gaz de combustion, ni rejets polluants dans l’atmosphère. Cette ressource constitue une alternative plus qu’intéressante aux sources d’énergie traditionnelles qui posent de nombreux problèmes. Leurs stocks sont limités or la consommation de ces énergies ne cesse de croître ; les rendant de plus en plus difficiles et coûteuses à exploiter ce qui en augmente les prix. Par ailleurs, la croissance importante de la demande de pays comme la Chine et les tensions géopolitiques (conflits dans les pays du golfe, …) augmente la tension sur le prix et une insécurité sur l’approvisionnement. Sans compter la crainte de l’énergie nucléaire, de ses déchets ou encore les risques de catastrophes naturelles présentés par les sources conventionnelles (marées noires, fuites radioactives,…). Ces principales constations ont conduit au développement des énergies dites renouvelables qui utilisent des flux inépuisables d’origine naturelle, dont l’énergie solaire. L’efficacité de cette source d’énergie ne fait aucun doute.

Il est clair que le soleil est notre avenir. Pour preuve, la puissance économique en devenir qu’est la Chine s’est récemment engagé à satisfaire d’ici 2020 un quart de ses besoins énergétiques à partir de l’énergie solaire. La Suisse connaît depuis une dizaine d’années une tendance à la hausse des installations de solaire thermique. Cette tendance se poursuit aujourd’hui. Le parc installé à ce jour dépasse le million de mètres carrés.

Une installation solaire permet de couvrir les besoins en eau chaude sanitaire, mais peut également intervenir en appoint au chauffage. En Europe centrale en moyenne annuelle, l’énergie solaire permet de couvrir jusqu’à 60% des besoins en ECS. Si l’installation est prévue comme appoint en chauffage, l’énergie solaire y participera à hauteur de 20 à 40 %. Le soleil est donc un fournisseur d’énergie rentable, même par temps nuageux.

Pour atteindre de telles performances, la technique doit être aboutie. En optant pour des capteurs solaires de grandes marques réputées, vous pouvez être sûr de votre bon choix. Des matériaux hautement performants ainsi qu’une application soignée sont les garants d’une utilisation à long terme. Leur conception fait fi des agressions en tous genres (chaleur, vent, froid, grêle…). Le vitrage solaire spécifique est efficacement protégé contre toute intrusion d’humidité pour garantir une exploitation optimale de l’énergie solaire. La performance des absorbeurs garanti une récupération optimale de l’énergie solaire même par temps couvert.

Energielibre.ch saura vous conseiller et faire une étude précise de vos besoins. Nous proposons des solutions adaptées à toutes les variantes d’exposition, répondant aux contraintes architecturales les plus exigeantes. Le confort des installations solaires modernes est très élevé, l’utilisation extrêmement simple, l’entretien quasi inexistant et la garantie de longévité dépasse les 20 ans (pour preuve, des installations mises en place il y a une vingtaine d’années fonctionnent encore de manière optimale aujourd’hui). Il n’y a donc aucune raison d’attendre pour bénéficier de cette formidable source d’énergie gratuite.

Allez à la rencontre du soleil sans plus attendre.

L’énergie solaire : une richesse qui nous tombe du ciel !

Rayonnement global

Rayonnement global

Le soleil constitue notre plus grande source d’énergie. Elle ne nécessite ni extraction, ni transport contrairement aux énergies fossiles. Son utilisation ne génère pas par ailleurs ni gaz de combustion, ni rejets polluants dans l’atmosphère, ce qui rend l’énergie solaire particulièrement avantageuse. Bien que nous ne puissions pas uniquement nous contenter du soleil comme source d’énergie, l’énergie solaire est un complément idéal pour la production d’eau chaude sanitaire ou l’appoint au chauffage.

30 minutes de soleil suffisent à satisfaire les besoins énergétiques annuelles du monde entier (en théorie !)

La nécessité de préserver notre environnement aussi bien que nos énergies fossiles s’est imposée dans l’esprit des consommateurs. Cette prise de conscience, accentué par le coût croissant des sources d’énergies traditionnelles, explique l’intérêt marqué par le développement d’énergies alternatives.

Savez-vous qu’une demi-heure d’énergie solaire, utilisée dans sa totalité, suffirait à satisfaire les besoins énergétiques du monde entier sur une année ? Théoriquement en tout cas ! Et en pratique ? Pour utiliser de manière optimale cet énorme potentiel énergétique, l’orientation du capteur solaire devrait être constamment perpendiculaire au rayonnement. Ceci n’est guère possible, la position du soleil changeant en permanence. Il n’est donc pas aussi simple de capter l’énergie solaire.

Quelques explications sur le rayonnement. Le rayonnement solaire qui touche la Terre est appelée rayonnement global. Ce rayonnement global se compose du rayonnement direct (rayonnement par ciel claire et lumière directe du soleil) et du rayonnement diffus, dispersé en particulier par les nuages. En Europe, les valeurs moyennes de rayonnement global dépassent les 1400 kWh/m²/an (variable en fonction de la situation géographique). En comparaison, le rayonnement global le plus élevé est atteint au Sahara avec 2200 kWh/m²/an.

Une orientation Sud des capteurs solaires permet de capter le maximum d’énergie. Une orientation vers l’Est utilisera principalement le soleil du matin et de la demi-journée, tandis qu’une orientation Ouest utilisera essentiellement le soleil de la journée et du soir. Le rendement côté Est est à peu près équivalent à celui du côté Ouest, bien qu’il puisse être réduit par les brumes matinales.

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L’énergie solaire pour la préparation de l’eau chaude sanitaire, c’est bien pratique

Une installation solaire destinée à la préparation d’eau chaude sanitaire est conçue de sorte à couvrir l’intégralité des besoins ECS, sans appoint de chauffage, pendant les mois d’été. Pendant les mois de transition et d’hiver, l’apport solaire permettra de préchauffer l’eau. Le rapport entre l’énergie solaire utilisée et l’énergie totale est appelé taux de couverture. Pour les installations solaires destinées à la préparation ECS, le taux de couverture moyen se situe approximativement à 60%. C’est-à-dire que 60% de l’énergie nécessaire pour la production ECS annuelle provient gratuitement du soleil.

L’énergie solaire en appoint au chauffage

Dès lors qu’en complément à la préparation d’ECS, un appoint au chauffage est réalisé grâce à l’énergie solaire, le taux de couverture est calculé par rapport à la consommation globale de combustible. Il est généralement compris entre 20 et 30 %, ce qui signifie qu’il est possible d’économiser une part importante d’énergie pour la fourniture de chaleur grâce à une installation solaire. Une surface de capteurs plus importante est requise pour l’exploitation de l’énergie solaire à des fins de chauffage. Il est nécessaire d’étudier l’ensemble de l’installation solaire au préalable, afin de s’assurer que chaque composant apporte un rendement optimale, été comme hiver.

Composants et fonctionnement

Le capteur solaire a pour fonction de convertir l’énergie solaire collectée en chaleur. Le préparateur exploite l’énergie récupérée par les capteurs solaires pour le réchauffage de l’eau chaude sanitaire. Pour éviter tout gel, le fluide caloporteur utilisé est un mélange eau/glycol. Si le capteur solaire est plus chaud que la température de l’eau à l’intérieur du préparateur, la régulation solaire enclenche une pompe à vitesse variable. Le fluide caloporteur réchauffe l’eau dans le préparateur d’ECS. Par jours ensoleillées, l’énergie solaire suffit à réchauffer l’ensemble du ballon à la température souhaitée. Lorsque, par jours couverts, l’énergie solaire ne suffit pas, le préparateur emmagasine en complément la chaleur issue d’un générateur conventionnel. Ainsi, l’eau chaude sera toujours disponible en quantité suffisante.

Le capteur solaire

Le capteur plan est le capteur le plus couramment utilisé. Cette construction permet un rayonnement de pénétrer par le vitrage solaire. Grâce à la structure très fine du vitrage solaire, la quasi-totalité des rayons solaires atteint l’absorbeur, une infime partie seulement étant réfléchie par la vitre. En outre, un revêtement sombre spécifique de l’absorbeur assure une conversion maximale du rayonnement en énergie calorifique.

Si une faible partie se réfléchie sur le vitrage solaire, elle est aussitôt ramenée vers l’absorbeur par la face arrière de la vitre. Pour permettre une récupération thermique optimale, le capteur est doté d’une épaisse isolation destinée à le protéger contre les pertes par refroidissement. Le cadre du capteur veille à un montage stable et offre plusieurs variantes d’installation. Il est ainsi possible de trouver la solution adaptée à chaque type de toiture.

Pour parvenir à un degré élevé de récupération solaire, le capteur est protégé efficacement contre toute intrusion d’humidité. En effet, le vitrage solaire à montage flottant est doté d’un joint périphérique en EPDM résistant aux conditions météorologiques extrêmes. Le cadre profilé intègre un dispositif d’évacuation d’eau breveté qui constitue une double sécurité contre l’intrusion d’humidité. Un système de ventilation judicieux assure les meilleures conditions d’ambiance dans le capteur. La pose flottante du vitrage solaire permet de le remplacer aisément. La construction innovante de l’absorbeur lié à une mise en œuvre minutieuse concourent à maximiser la récupération énergétique solaire. Le tube cuivre composant les méandres ordonnancés à pas serrées est étroitement épousé par la plaque aluminium de l’absorbeur grâce à un cordon double de soudures au laser.

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composants_d'un_capteur_solaire

Les systèmes d’accumulation

Pour optimiser le rendement énergétique d’une installation solaire, il ne suffit pas de capter un maximum de rayonnement solaire. Il importe également d’accumuler l’énergie efficacement. Des préparateurs à double échangeur (ou bivalents) sont de coutume pour la préparation d’ECS.

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L’échangeur du haut est relié à une chaudière bois ou à une PAC tandis que l’échangeur du bas est relié aux capteurs solaires. Ce dernier descend jusqu’au fond du réservoir, là où la température du préparateur est la plus basse. La température de retour du circuit solaire est ainsi très basse, d’où une amélioration du rendement des capteurs solaires. L’échangeur supérieur se charge d’apporter le complément de chaleur nécessaire pour garantir un confort en ECS constant, même les jours sans soleil. La taille du préparateur bivalent est choisie de manière à couvrir une fois & demi, voire deux fois le besoin quotidien d’une famille. En moyenne, 50 litres d’eau à 40°C suffisent quotidiennement pour une personne. Le préparateur contient en général suffisamment d’eau chaude, même lorsque le soleil ne brille pas durant une journée.

La mise en œuvre d’un accumulateur d’énergie s’avère indispensable lorsque l’énergie solaire doit servir pour un appoint au chauffage en complément de la préparation d’ECS. L’eau froide est réchauffée dans un serpentin en inox posé en spirales dans l’accumulateur. Pour augmenter le rendement solaire & pouvoir disposer plus rapidement d’eau chauffée par le soleil ; une colonne de stratification est placée au centre de l’accumulateur. L’eau froide arrive par le bas dans la colonne, y est chauffée par un échangeur intégré, et monte tout en haut de la colonne. L’accumulateur est réchauffé de haut en bas par des orifices d’évacuation. Il en résulte plusieurs couches à des températures différentes. La partie supérieure étant chauffée en premier, elle permet d’alimenter immédiatement cuisine, douche et bain.

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L’eau froide est réchauffée dans un serpentin en inox posé en spirales dans l’accumulateur. Pour une meilleure efficacité, la densité des spires dans la partie haute de l’accumulateur est augmentée. La circulation de l’eau en régime turbulent assure un échange optimal d’énergie du fait du faible volume et de son remplacement fréquent dans le serpentin, évitant également toute stagnation et garantissant une hygiène parfaite de l’ECS. Les circuits radiateurs ou planchers chauffants prélèvent directement l’eau de chauffage dans l’accumulateur d’énergie par des raccords de départ/retour judicieusement positionnés. Pour maintenir une bonne température dans l’accumulateur d’énergie, toutes les arrivées sont pourvues de déflecteurs spécialement étudiés dans le but de diriger l’eau dès son entrée. D’autres sources d’énergies comme les chaudières à combustible solide ; les pompes à chaleur, ou réchauffeurs électriques peuvent être raccordés à un tel accumulateur. Son application est donc très variée.

La régulation solaire

Elle constitue l’élément de liaison indispensable entre les capteurs et le préparateur d’eau chaude sanitaire ou l’accumulateur d’énergie. La régulation permet de gérer la récupération d’énergie solaire de façon à obtenir un fonctionnement optimal en toute sécurité, même les jours de très fort ensoleillement.

Lorsque le capteur solaire est plus chaud que l’eau du préparateur d’eau chaude sanitaire, la régulation enclenche le circuit solaire. L’eau glycolée circule dans le système. En cas de rayonnement solaire faible, la régulation solaire fait fonctionner la pompe solaire à vitesse réduite. La température de sortie du capteur solaire augmente. Si par contre le rayonnement solaire croît, la régulation augmente la vitesse de rotation de la pompe solaire et la capacité de récupération de l’énergie augmente. La régulation solaire permet donc d’optimiser la récupération thermique et de garantir une sécurité de fonctionnement sans surchauffe.

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La régulation solaire est très simple d’utilisation, sans réglages manuels. L’afficheur indique également l’évaluation des kWh récupérés et offre donc à tout moment des informations concernant l’efficience de l’installation solaire. La communication automatique entre la régulation solaire et le système de chauffage conventionnel améliore la rentabilité de l’installation. La régulation solaire détecte d’elle-même une journée bien ensoleillée et fera à ce moment-là, le plein d’énergie. Si l’installation solaire est bien adaptée, elle permet de chauffer le préparateur d’eau chaude sanitaire dans sa totalité, et couvrir ainsi 1.5 à 2 fois le besoin en eau chaude sanitaire d’une famille. Si le lendemain l’ensoleillement est moindre, la régulation solaire bloquera l’appoint conventionnel car l’eau chaude disponible sera encore suffisante. Ceci permet non seulement d’économiser de l’énergie mais également d’éviter les émissions polluantes causées par un fonctionnement intermittent du brûleur, d’autant plus fréquent en été.

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Sécurité de fonctionnement et longue durée de vie

Le serpentin à l’intérieur du capteur solaire est ordonnancé en méandres de telle sorte que l’eau glycolée circule toujours de bas en haut. L’air ne peut en aucun cas s’accumuler dans le conduit.

Un tel système se purge très facilement lors de la mise en service et garantit une circulation uniforme du fluide caloporteur. Si l’installation solaire n’est pas utilisée pendant un certain temps, par exemple lors des vacances d’été, le capteur solaire se protège en se vidant par ce que l’on appelle une « purge physique ». Le vase d’expansion solaire de la chaufferie est conçu de manière à pouvoir contenir tout le liquide du capteur. Lorsque la température du capteur atteint à nouveau des valeurs normales, l’eau glycolée se condense et retourne dans le capteur solaire.

Grâce à la circulation en méandres, un tuyau unique passe dans le capteur solaire, ce qui garantit une circulation uniforme à chaque endroit. Le débit de la pompe solaire peut être réduit, d’où une réduction de la consommation de courant. En plus, le diamètre du tuyau nécessaire sera moindre, engendrant des avantages en termes de montage et de coût.

Installation pour la production d’eau chaude sanitaire

Pour obtenir un rendement solaire optimal, les capteurs doivent être orientés Sud avec une inclinaison de 45°. Mais ces deux paramètres ne peuvent que très rarement être satisfaits simultanément. La compensation éventuelle se fait donc sur la surface des capteurs. Si les différences sont minimes comme par exemple une orientation Sud-Ouest ou Sud-Est, ou une inclinaison comprise entre 20 et 60°, il est néanmoins possible d’obtenir un très bon taux de couverture sans surface de capteurs supplémentaire.

Pour les installations solaires uniquement destinées à la préparation d’eau chaude sanitaire, un taux de couverture moyen annuel de 60% des besoins par le soleil est tout à fait acceptable. Durant l’été, la chaleur solaire sera suffisante pour couvrir intégralement les besoins énergétiques nécessaires à la préparation ECS.

En hiver, elle préchauffera le préparateur d’eau chaude sanitaire. Une surface de capteurs surdimensionnée est à éviter. Certes le taux de couverture sera accru, mais toute l’énergie ne pourra pas être utilisée en été ; l’installation sera donc vite à l’arrêt. Une augmentation de la surface des capteurs n’est en fait judicieuse qu’en cas de divergences importantes avec les conditions optimales, par exemple une toiture orientée à l’Est ou à l’Ouest.

Pour effectuer une étude complète, il convient de prendre en compte le rayonnement global, qui dépend de la zone géographique, et les besoins en eau chaude sanitaire du foyer, en plus de l’orientation et de l’inclinaison des capteurs. En moyenne, on peut partir sur une base de 50 litres d’eau chaude à 45°C par personne et par jour. Tous ces paramètres sont intégrés dans des logiciels de planification qui permettent de déterminer le nombre de capteurs et la capacité du préparateur nécessaires pour chaque habitation.

Installation pour l’appoint au chauffage

Pour une installation destinée à l’appoint au chauffage en plus de la production d’eau chaude sanitaire, une étude séparée de la surface des capteurs et de la capacité du préparateur s’impose. Pour fournir l’énergie supplémentaire nécessaire à l’appoint au chauffage, la surface de capteurs tout comme le préparateur solaire seront plus importants.

Comme dans la configuration précédente, il s’agit tout d’abord de définir la zone géographique dans laquelle l’installation solaire sera mise en place. L’orientation des capteurs, soit Sud (S), Sud-Ouest Sud-Est (SO/SE) ou Est-Ouest (E/O) sera ensuite déterminante pour définir le champ de capteurs et la taille de l’accumulateur d’énergie. Tout comme la surface de l’habitation à chauffer et la quantité d’eau chaude sanitaire à produire par jour. Si l’on divise la capacité de production d’eau chaude sanitaire du préparateur par une moyenne de consommation de litres par personne et par jour, on obtient le nombre de personnes pour lequel l’accumulateur d’énergie est adapté. Le taux de couverture de l’énergie solaire pour la préparation ECS et l’appoint au chauffage s’échelonne entre 20 et 30%, ce qui signifie que vos coûts de chauffage vont diminuer d’autant.

A quoi d’autre faut-il veiller ?

L’installation solaire doit être assortie à la toiture. Différentes configurations sont possibles : en intégration de toiture, en superposition de toiture ou installation sur toit plat. Pour chacune des configurations, des kits complets de montage sont livrés, garantissant ainsi un montage facile et rapide. Les capteurs en intégration de toiture sont livrés avec un cadre-support qui assure une étanchéité parfaite du toit. Le cadre-support protège également les conduits de raccordement et la sonde du capteur. Exposée aux vents et à la neige, la solution en intégration de toiture présente des avantages certains par rapport aux autres configurations.