Capter l'énergie solaire avec les capteurs solaires Viessmann

Les capteurs solaires constituent le noyau d'une installation solaire thermique. Comme leur nom l'indique, ils captent les rayons du soleil. La chaleur est ensuite convertie en chaleur utilisable que vous pouvez utiliser dans la maison pour la préparation d’eau chaude ou le chauffage d'appoint. Cela vous permet non seulement de réduire les coûts énergétiques, mais aussi de contribuer activement à faire en sorte qu’une quantité moindre de CO₂ soit libérée dans l'atmosphère lors de la combustion des combustibles fossiles.


Principe de base et types

Hormis quelques solutions techniques spéciales, on utilise principalement en Allemagne des capteurs dans lesquels circule un fluide caloporteur. Il s'agit généralement d'un mélange d'eau et d'antigel glycol. Le fluide se trouve dans un tube. Selon la manière dont ils sont installés, on distingue les capteurs à tube et les capteurs plats. Ces deux types de capteurs ont en commun le fait qu'un absorbeur convertit le rayonnement solaire en chaleur. Un fluide caloporteur absorbe la chaleur et la conduit hors du capteur. Ce processus a lieu dans chaque capteur.


Capteurs à tube sous vide - Principe de la bouteille thermos

Dans un capteur à tubes, l'absorbeur est installé dans un tube de verre sous vide, comme pour une bouteille thermos. Le vide possède de très bonnes propriétés d'isolation thermique et permet de réduire les pertes de chaleur. Cela est particulièrement avantageux lorsque les températures des capteurs sont élevées, en particulier dans les conditions de fonctionnement habituelles du chauffage d'appoint solaire.

Coupe transversale du capteur à tube Vitosol 300-TM

En principe, les capteurs à tubes peuvent être différenciés en fonction de leur conception : Dans les capteurs à tube sous vide à flux direct, le fluide caloporteur circule à travers les tubes absorbeurs à l'intérieur des tubes. Selon le principe du caloduc, le fluide caloporteur ne circule pas directement dans les tubes. Au lieu de cela, un fluide (généralement de l'eau) s'évapore dans le tube en cuivre sous l'absorbeur. À l'extrémité supérieure des tubes, la vapeur se condense dans le condenseur - l'énergie y est ensuite transmise au fluide caloporteur dans le collecteur. Les capteurs à caloduc ont pour avantage d’émettre la chaleur de manière sécurisée.

Viessmann propose les capteurs à tubes sous vide suivants selon le principe du caloduc :

●  Vitosol 300-TM
●  Vitosol 200-TM


Capteurs plats - tubes en forme de méandre

Dans le cas des capteurs plats, l'absorbeur est généralement protégé durablement contre les intempéries par un boîtier en tôle d'acier revêtue, en aluminium ou en acier inoxydable et un couvercle avant constitué de verre de sécurité solaire à faible teneur en fer. Un revêtement anti-reflet (AR) du verre permet également de réduire la réflexion. Une isolation thermique du boîtier du capteur réduit les pertes de chaleur.

Coupe transversale du capteur plat Vitosol 200-FM

Le tube absorbeur est en forme de méandre afin de garantir un écoulement sûr à travers le capteur. Le tube absorbeur est entièrement soudé dans les coudes et assure ainsi un transfert de chaleur optimal, même sur les bords. La plaque de base est reliée sur son pourtour au cadre du capteur. L'étanchéité du verre est assurée par un matériau d'étanchéité flexible, résistant aux intempéries et aux UV.

Viessmann propose les produits suivants :

●  Vitosol 200-FM
●  Vitosol 100-FM
●  Vitosol 141-FM


Planification et installation correctes des capteurs solaires

La diversité des formes de construction des capteurs solaires permet de les installer dans presque toutes les conceptions de bâtiments, aussi bien lors d’une nouvelle construction que lors d’une rénovation, sur un bâtiment ou à proximité de celui-ci. Les capteurs peuvent être installés sur des toits inclinés, des toits plats et des façades, ou librement sur le terrain. Le capteur et le dispositif de fixation forment une unité statique. Dans sa gamme, Viessmann propose des systèmes complets testés statiquement pour tous les types de toits courants et tous les capteurs - ce qui garantit une sécurité maximale lors de la planification et de l’installation.


Options de montage des capteurs solaires Viessmann

Options de montage

A Toit incliné
B Façade/Balustrade de balcon
C Toit plat
D Installation horizontale sur toit plat (uniquement Vitosol 200-TM et Vitosol 300-TM)
E Montage sur des supports indépendants


L'inclinaison et l'orientation des capteurs sont décisives

La quantité d'énergie utilisable pour produire de la chaleur est maximale lorsque le rayonnement frappe la surface du capteur à angle droit. Cela est irréalisable sous nos latitudes sur une surface horizontale. L’inclinaison appropriée de la surface du capteur peut toutefois y remédier. De plus, l'orientation détermine également l'utilisation correcte de l'énergie solaire. Dans l'hémisphère nord, une orientation vers le sud est optimale.


Éviter d'ombrager les capteurs solaires

Lors du choix de la surface de montage, il faut veiller à ce que les bâtiments ou les arbres ne projettent pas d'ombres sur le capteur. Dans le cas d'un capteur orienté vers le sud, la zone située entre le sud-est et le sud-ouest doit donc être exempte d'ombres, avec un angle par rapport à l'horizon ne dépassant pas 20°. Important : l'ombrage ne peut être toléré que le matin et le soir

Photo : Vue de dessus et vue latérale de la situation d’ombrage
Vue de dessus et vue latérale de la situation d'ombrage

Intégration au toit (A) et montage sur toiture (B)

Installation des capteurs : montage sur toiture et intégration au toit

Qu'il s'agisse d'un montage sur toiture ou d'une intégration au toit, les capteurs doivent dans tous les cas être montés de manière statique et étanche à la pluie. Avec les systèmes de fixation Viessmann, tous les composants de montage sont parfaitement adaptés. Dans les montages sur toiture, le capteur et la charpente de toit sont reliés l'un à l'autre pour garantir une installation statique sûre. À chaque point de fixation, un composant pénètre dans le niveau d'écoulement d'eau sous le capteur. Dans l'intégration au toit, le capteur plat est installé à la place de la couverture du toit. Le capteur repose ainsi de manière statique sur l'ensemble des lattes et des chevrons. Un niveau d'étanchéité supplémentaire est prévu sous le capteur pour garantir une alimentation en eau sûre.

A Intégration au toit
B Montage sur toiture


Caractéristiques de performances - Qu'est-ce qui est important ?

Le rendement du capteur est une valeur centrale qui doit être prise en considération avant d’acheter un système solaire thermique. Il décrit la proportion du rayonnement solaire qui est convertie en énergie thermique utilisable. Cette valeur est déterminée selon la norme européenne EN 12975 et se trouve dans les fiches techniques des appareils.

Lorsque le rendement des capteurs solaires thermiques est déterminé, les flux d'énergie et donc les pertes de chaleur sont pris en considération. Toute la lumière qui atteint les surfaces ne peut pas être utilisée pour générer de la chaleur (pertes optiques). De plus, une petite partie de la chaleur produite par les capteurs est perdue (pertes thermiques).


Flux d'énergie dans le capteur

Flux d'énergie dans le capteur

A Rayonnement sur le capteur
E Chauffage de l'absorbeur par puissance rayonnante

Pertes optiques
B Réflexions sur la vitre
C Absorption au niveau de la vitre
D Réflexion sur l'absorbeur

Pertes thermiques
F Conduction thermique du matériau du capteur
G Rayonnement thermique de l'absorbeur
H Convection


Protection contre la surchauffe par coupure de la température ThermProtect

Lorsqu’aucune chaleur n'est extraite du capteur (parce que la pompe est arrêtée et que le fluide caloporteur ne circule plus), le capteur chauffe jusqu'à la température d’arrêt. Le risque de surchauffe est plus élevée lorsque la différence de température par rapport à l'environnement augmente. Des températures d'arrêt de 200 degrés Celsius et plus entraînent des effets indésirables. Le fluide solaire s'évapore et se dilate rapidement et largement dans le circuit solaire. La charge thermique élevée sur les composants et le fluide caloporteur lui-même provoque des dommages.


Rendements caractéristiques

Rendements caractéristiques

Les capteurs avec une protection contre la surchauffe offrent des avantages

 


ThermProtect et principe du caloduc en guise de protection contre la surchauffe

Viessmann lutte contre ce phénomène avec un revêtement absorbant spécial - ThermProtect. Au fur et à mesure que la température augmente, l'absorbeur dégage de plus en plus de chaleur. Cela augmente les pertes de chaleur du capteur, mais la température du capteur n'augmente que légèrement et la température d'arrêt est nettement inférieure aux valeurs habituelles. Mais comment cela fonctionne-t-il exactement ?

ThermProtect modifie la structure cristalline des capteurs plats. Cela modifie également les propriétés optiques, même à des températures aussi basses que 75 degrés Celsius. Autrement dit, la température interne des capteurs ne dépasse pas 145 degrés Celsius. Lorsque les températures redescendent, la structure cristalline revient à son état d'origine.

Les capteurs à tubes sous vide, quant à eux, utilisent le principe du caloduc pour protéger l’installation contre la surchauffe. Lorsque le rayonnement solaire est trop élevé et que la perte de chaleur diminue, la température est coupée par phases. Cela bloque la condensation sur l'échangeur de chaleur. Le fluide caloporteur ne peut plus se liquéfier et la chaleur n'est plus transportée. Cela ne redémarre pas tant que la température dans le circuit solaire n’a pas baissé.