Les panneaux solaires thermiques sont les capteurs les plus courants en France. Ils sont utilisés dans le cadre d’installation d’un chauffe-eau solaire individuel (CESI) ou d’un système solaire combiné (chauffage + eau chaude).

Les panneaux solaires thermiques sont des dispositifs permettant de capter le rayonnement solaire et de le transformer en chaleur. Ils se composent d’un coffre rigide et vitré à l’intérieur duquel est placée une plaque et des tubes métalliques noirs (absorbeur). Ces derniers reçoivent le rayonnement solaire et chauffent un liquide caloporteur (antigel ou eau) ou de l’air. Généralement les capteurs sont plats et s’installent sur le sol ou sur un toit selon une inclinaison de 15 à 30% pour mieux capter les rayons solaires. Des fabricants proposent également des capteurs pouvant remplir la fonction de toit couvrant. Ces capteurs s’intègrent plus facilement à l’architecture.

Deux grandes familles

Il existe deux grandes familles de panneaux solaires thermiques :

• Les capteurs à eau. Les tubes métalliques renferment de l’eau ou plus souvent un liquide caloporteur en circuit fermé (antigel). Ce liquide circule dans des tubes munis d’ailettes qui forment ce qu’on appelle l’absorbeur. Ces ailettes sont chauffées par le rayonnement solaire et transmettent leur chaleur à l’eau qui circule dans les tubes. Pour augmenter le rendement de chauffe, les tubes à ailettes sont enfermés dans une boite vitrée isolante pour provoquer par rayonnement infrarouge de l’absorbeur un effet de serre. Cette famille de capteurs est utilisée aussi bien pour le chauffage et/ou pour produire de l’eau chaude sanitaire (CESI). Très simple à produire, ces capteurs sont économiquement très rentables. Ils s’amortissent généralement sur 5 ans.
• Les capteurs à air. Les tubes métalliques renferment de l’air qui circule et qui s’échauffe au contact des absorbeurs. L’air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans le logement pour chauffer les pièces.

Quelle que soit la famille choisie, les performances de chauffe dépendent en grande partie de la qualité technique du revêtement de l’absorbeur. Plus il aura un coefficient d’absorption élevé et un coefficient d’émission faible et plus il sera performant. Pour améliorer cette performance, de nombreuses évolutions technologiques ont vu le jour. Quand les premiers absorbeurs étaient simplement peints en noir ce qui avait pour résultat un fort rayonnement et une surchauffe de la vitre provoquant des pertes de chaleur, aujourd’hui les technologies sont beaucoup plus efficaces. Les absorbeurs sont désormais traités au chrome pour un rendu noir mais à rayonnement plus faible donc sans effets de surchauffe et de perte de chaleur. Les matériaux qui présentent ces caractéristiques sont dits "sélectifs".

D’autres avancées technologiques récentes ajoutent à la performance. Ainsi , les vitres sont désormais traitées pour obtenir une faible teneur en oxyde de fer afin d’empêcher le rayonnement. Elles laissent aujourd’hui passer jusqu’à 95% de la lumière. Les tubes transparents "sous vide" ont également fait leur apparition pour éviter les déperditions thermiques convectives de l’absorbeur. Les assemblages tubes-ailettes sont également aujourd’hui parfaitement solidaires grâce à une soudure aux ultra-sons...

Le dimensionnement des panneaux thermiques

Pour calculer la surface de capteurs solaires nécessaire à un logement, le professionnel en charge du devis procède à un compromis entre les besoins d’été et d’hiver. L’installation doit en effet être suffisamment dimensionnée pour couvrir le principal des besoins en hiver sans être surdimensionnée pour couvrir les besoins en été. En général, les installations sont calculées pour couvrir 30 à 70 % des besoins annuels en chauffage et en eau chaude sanitaire soit une productivité de l’ordre de 350 à 400 kWh/an.m². La dimension moyenne est de 15 m² pour une maison disposant d’une plancher basse température de 100 m² et de 3 à 4 m² pour les installations simples de chauffe-eau solaire.

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