Un capteur solaire thermique est un composant d'une installation solaire thermique chargée de capter le rayonnement solaire et de le transformer en énergie thermique. Ce type de panneau solaire est également appelé panneau solaire thermique.
Il existe de nombreux types d'installations d'énergie solaire thermique, en fonction de l'objectif pour lequel elles sont conçues. Certaines utilisations courantes des capteurs solaires sont :
Systèmes de chauffage.
Chauffage de l'eau de la piscine.
Production d'eau chaude sanitaire (ECS)
Production d' électricité dans les grandes centrales solaires thermiques.
On peut installer des capteurs thermiques dans un système solaire combiné. Il s'agit d'installer des panneaux solaires photovoltaïques avec des panneaux solaires thermiques. De cette manière, il est possible de profiter de la chaleur du soleil pour obtenir de l'énergie thermique et de l'électricité.
Quels sont les différents types de panneaux solaires ?
Il existe de nombreux types de panneaux solaires thermiques. Le panneau solaire utilisé dépendra de l'usage qui va lui être donné. La classification des capteurs solaires thermiques sur le marché de l'énergie solaire est la suivante :
1. capteurs à plaques plates
Les capteurs solaires plats captent le rayonnement solaire reçu sur une surface pour chauffer un fluide caloporteur. L'effet de serre est souvent utilisé pour réduire les pertes de chaleur.
Les tubes sont recouverts d'un couvercle en haut, généralement en verre double, et en bas par un matériau isolant. Il y a des capteurs plans vitrés et non vitrés.
Ce type de panneaux solaires est utilisé dans les installations à basse température (inférieures à 80 degrés Celsius), comme pour le chauffage des piscines ou pour produire de l'eau chaude sanitaire.
2. Capteurs à tubes sous vide
Un panneau solaire à tube sous vide est similaire à un panneau solaire à plaque plane, mais les tubes en verre remplacent les tubes métalliques. Ces tubes de verre sont encapsulés un à un dans un autre tube de verre entre lequel on fait le vide pour l'isolation.
Ce type de panneau solaire thermique est plus performant, mais son coût est plus élevé.
3. Capteurs à concentration
Ce type de capteur capte le rayonnement reçu sur une surface de capteurs relativement grande et le concentre à l'aide de miroirs plans ou d'auges paraboliques sur une surface plus petite.
Habituellement, ce type de panneau solaire est utilisé pour générer de la vapeur d'eau à très haute pression et de l'électricité comme dans une centrale thermique classique.
Composants d'un panneau solaire à plaque plane
Les capteurs solaires standards sont constitués des éléments suivants :
Le couvercle : Le couvercle d'un capteur solaire est transparent. Il peut être présent ou non. Il est généralement en verre, bien que le plastique soit également utilisé. Sa fonction est de minimiser les pertes de chaleur par convection et rayonnement thermique.
Canal d'air : C'est un espace pouvant être vide qui sépare la housse de la plaque absorbante. Son épaisseur est calculée en considérant le but d'équilibrer les pertes par convection et les températures élevées qui peuvent survenir si elle est trop étroite.
Plaque absorbante : c'est l'élément qui absorbe l'énergie solaire et la transmet au liquide qui circule dans les tuyaux. La principale caractéristique de la plaque est qu'elle doit avoir une absorption solaire élevée et une faible émission thermique.
Tubes ou gaines : ces éléments touchent (parfois soudés) la plaque absorbante afin que l'échange d'énergie soit le plus important possible. Le liquide en circulation jette les tuyaux qui seront chauffés et vont au réservoir d'accumulation.
Couche isolante : Le but de la couche isolante est de recouvrir le système pour éviter et minimiser les pertes.
Ballon de stockage : Le ballon de stockage est un élément optionnel. Parfois, il fait partie intégrante du panneau solaire et, dans ces cas, il est souvent visible immédiatement au-dessus ou à proximité immédiate.
Utilisation de panneaux solaires
Les capteurs solaires fournissent principalement de l'eau chaude pour l'ECS et le chauffage ou produisent de l'électricité.
Dans le cas des capteurs pour l'eau chaude sanitaire et le chauffage, le Stockage solaire emmagasine l'eau sanitaire qui entre en contact avec le fluide à l'aide d'un serpentin. Le serpentin permet au fluide de transférer l'énergie thermique stockée à l'eau sans contaminer l'eau.
Cette eau peut être utilisée comme eau chaude dans les habitations (80% d'intégration) ou pour compléter le chauffage au sol des pièces (10% d'intégration). Les panneaux solaires thermiques peuvent fournir de l'eau chaude en abondance mais ne peuvent pas complètement remplacer les modes de chauffage habituels en raison du manque d'énergie solaire.
Les capteurs solaires destinés à la production d'électricité nécessitent que l'échangeur de chaleur soit chauffé jusqu'à ébullition. Une fois que le liquide a terminé le changement de phase thermodynamique et est passé en phase gazeuse, il est envoyé vers une turbine thermoélectrique qui va convertir le mouvement de la vapeur en énergie électrique.
Ce type de système est appelé thermodynamique solaire et nécessite de grands espaces pour l'installation de panneaux solaires et une présence constante du soleil. Des exemples de ces plantes ont été installés dans les déserts.
Connexion de panneaux solaires thermiques
Lors de la définition et de l'installation d'une installation solaire thermique, il faut tenir compte du fait que la distribution des capteurs solaires doit être faite en groupes.
Ces groupes de panneaux solaires thermiques devraient toujours être formés par des unités du même modèle et avec une distribution aussi uniforme que possible.
Il existe deux options ou types de base permettant de regrouper deux ou plusieurs capteurs solaires: en série ou en parallèle. De plus, un champ de saisie peut être configuré en combinant les deux groupes, ce que nous appelons des groupes ou des circuits mixtes.
Raccordement de panneaux solaires en série
En connexion en série, la sortie du premier panneau solaire est connectée directement à l'entrée du suivant, et ainsi de suite. La température du fluide entrant dans chaque capteur est supérieure à celle du capteur précédent, de sorte qu'à la sortie d'un groupe de capteurs, nous pouvons obtenir des températures plus élevées que si nous travaillions avec le saut thermique d'un seul capteur.
Les performances des capteurs diminuent proportionnellement à l'augmentation de la température de travail; Par conséquent, ce type de connexion n'est utilisé que dans des applications très particulières.
Raccordement de panneaux solaires en parallèle
La sortie et l'entrée des capteurs sont reliées à des points d'entrée et de sortie communs au reste des capteurs.
Avec cette configuration, la température du fluide d'entrée est la même dans tous les capteurs et il en va de même avec les températures de sortie.
Par conséquent, tous les capteurs travaillent au même point sur la courbe de performance. Cette connexion est la plus courante.
Connexion mixte de panneaux solaires
Parfois, le volume des capteurs et / ou la nécessité de températures plus élevées se traduisent par des installations combinant la disposition en série et en parallèle. Nous appelons ce type de connexion de panneaux solaires mixtes.
