Faire chauffer de l’eau en utilisant la lumière du soleil : le principe du chauffe-eau solaire paraît pour le moins basique. Néanmoins, je ne crois pas qu’une présentation rapide de ses composants et de son fonctionnement soit inutile pour tous. Voici donc un rapide exposé du fonctionnement d'un chauffe-eau solaire, qui permet d’alimenter un foyer en eau chaude grâce à l’utilisation de la plus importante source d’énergie sur Terre : le soleil.
Au commencement est donc… la lumière du soleil, qu’il va d’abord s’agir de capter et transformer en chaleur. C’est le rôle du capteur solaire, situé dans la majorité des cas sur le toit de l’habitation concernée (ils peuvent également être situés sur les murs extérieurs de l’habitation, comme dans le cas des chauffe-eau hybrides de Tokyo Gas, cf. article du 29 septembre).
Le capteur se compose de 2 éléments :
- Un absorbeur, qui consiste en un ensemble de tubes métalliques. Ceux-ci sont noirs afin d’absorber davantage de lumière.
- L’absorbeur se situe dans un coffre. Sa face supérieure est vitrée, et il est isolé thermiquement de façon à fonctionner comme une serre, retenant 95% des rayons). Ainsi 4m2 de capteurs orientés au sud sur un toit incliné à 45° permettent de chauffer jusqu’à 300m3 d’eau chaude en été (bien entendu, ce chiffre varie avec l’ensoleillement de la région…).
La lumière du soleil fait chauffer les tubes de l’absorbeur : encore faut-il la transporter. Ce transport est assuré par la circulation d’un liquide caloporteur (également appelé liquide primaire) constitué d’eau et d’antigel dans le circuit primaire. Il s’agit d’un réseau de tubes isolés thermiquement pour éviter les pertes de chaleur et qui passe par l’absorbeur où le liquide se réchauffe.
Le circuit primaire passe également par le ballon d’eau chaude solaire, lui aussi isolé, où s’opère le transfert de la chaleur du liquide calorifique vers l’eau.
Ce transfert est réalisé au moyen d’un échangeur thermique : grossièrement, le tube du circuit primaire est enroulé en forme de serpentin à l’intérieur du ballon d’eau chaude, de manière à augmenter la surface de contact entre le tube et l’eau et, ainsi, transférer la chaleur du liquide primaire à l’eau du ballon, lieu de stockage de l’eau chaude.
Refroidi, le liquide primaire repart alors vers le capteur pour y être réchauffé à nouveau et recommencer le cycle… Pour cela, il est nécessaire de faire circuler le liquide primaire. La mise en mouvement du liquide est assurée par une pompe électrique appelée circulateur. Celle-ci est reliée à un régulateur qui l’active et la désactive. Ce régulateur est lui-même lié à deux sondes de température : l’une située au niveau du ballon, l’autre au niveau du capteur. Le régulateur met la pompe en fonction dès l’instant où la sonde située au niveau du ballon indique une température inférieure à celle située sur le capteur, et l’arrête dès que l’inverse se produit.
Toutefois, il est possible de ne pas utiliser de pompe : on parlera alors de système à circulation naturelle, par opposition à un système à circulation forcée, c’est-à-dire muni d’une pompe. Dans ce cas, il est impératif que le ballon soit situé plus haut que le capteur : tant que le liquide est plus chaud que l’eau du ballon, sa densité est moindre et il s’élève donc vers le ballon où il réchauffe l’eau (il s’agit du principe de thermocirculation). Dès l’instant où le liquide est plus froid que l’eau, la circulation s’arrête.
Tout cela n’irait pas sans un petit bémol : nous sommes en novembre, l’hiver approche et les jours raccourcissent… Sans compter le fait que chacun d’entre nous ne bénéficie pas nécessairement du degré d’ensoleillement de la région PACA… Le solaire thermique, pour toutes ses qualités, est une source d’énergie intermittente, défaut qu’il est nécessaire de pallier sous peine de nombreux désagréments. Dans ce but, plusieurs options sont envisageables :
- l’adjonction d’une résistance électrique au ballon d’eau chaude
- l’adjonction d’un second échangeur thermique relié à une chaudière traditionnelle (gaz, fioul…)
- ainsi, bien sûr, que l'installation d'n ballon d'appoint raccordé à une chaudière ou muni d'une résistance électrique.
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