La plupart des systèmes d'eau chaude solaire utilisent des capteurs ou des panneaux solaires pour absorber l'énergie du soleil. L'eau est chauffée par le soleil lorsqu'elle passe à travers les capteurs. Il s'écoule ensuite dans un réservoir de stockage isolé pour une utilisation ultérieure. Dans les systèmes passifs, l'eau s'écoule sous l'effet d'un thermosiphon entre les capteurs et le réservoir. Systèmes inactifs, l'eau est pompée entre les collecteurs et le réservoir.
Le réservoir de stockage est généralement équipé d'un surpresseur électrique, à gaz ou à combustible solide qui chauffe l'eau lorsque la lumière du soleil est insuffisante. Certains chauffe-eau solaires sont également protégés contre le gel pour éviter les dommages dans les zones exposées au gel.
Capteurs solaires
Les capteurs solaires captent et utilisent la chaleur du soleil pour augmenter la température de l'eau. Il existe deux principaux types de capteurs solaires: les capteurs plats et les capteurs sous vide.
Capteurs solaires à plaque plate - Ce sont les types les plus courants. Ils sont composés de:
- Une boîte hermétique avec un couvercle transparent.
- Une plaque absorbante métallique de couleur foncée contenant des conduites d'eau. Isolation pour réduire les pertes de chaleur à l'arrière et sur les côtés de la plaque absorbante. Un léger inconvénient des collecteurs à plaque plate est qu'ils ne fonctionnent avec une efficacité maximale que lorsque les rayons du soleil frappent perpendiculairement à la plaque plate. Ils souffrent également d'une certaine perte de chaleur par temps froid.
Système d'eau chaude à tube sous vide solaire.
Capteurs solaires à tube sous vide - Ce type de capteur se compose de:
Une série de tubes en verre externes transparents qui permettent aux rayons lumineux de traverser avec une réflexion minimale.
Chaque tube contient une conduite d'eau intérieure recouverte d'une couche qui absorbe les rayons du soleil et génère de la chaleur.
L'eau traverse ce tube intérieur et est chauffée.
Un vide (donc «évacué») existe entre le tube extérieur et la conduite d'eau, qui agit comme une isolation, réduisant les pertes de chaleur.
Les systèmes à tubes sous vide sont plus efficaces que les systèmes à plaques plates, en particulier pendant les mois les plus froids et les jours nuageux. Cela est dû en partie à l'isolation sous vide (qui minimise les pertes de chaleur) et en partie au fait que la surface incurvée des tubes permet aux rayons du soleil de frapper perpendiculairement à l'eau pendant une plus grande partie de la journée. Les systèmes à tubes sous vide pèsent beaucoup moins que les systèmes à plaques plates mais coûtent beaucoup plus cher. Les tubes individuels peuvent être remplacés en cas de dommages, ce qui rend la maintenance à long terme potentiellement moins coûteuse. Dans les climats plus chauds, comme Darwin, le coût supplémentaire des tubes évacués n'est généralement pas garanti, car un capteur solaire à plaque plate fournira la plupart de l'énergie nécessaire au chauffage de l'eau. Des capteurs solaires thermiques correctement entretenus devraient durer plus longtemps que le réservoir de stockage. Quand le réservoir a besoin
en remplaçant, les collecteurs existants peuvent être connectés au nouveau réservoir.
Protection contre le gel
La protection contre le gel pour les capteurs solaires est essentielle dans les zones exposées au gel. Lors d'un gel, l'eau peut geler dans le soleil
collecteur et l'endommager sauf si des mesures préventives sont prises. Les types courants de protection contre le gel comprennent:
Vannes à cliquet (vannes mécaniques de vidange). Ces vannes peuvent être problématiques car elles se bloquent souvent et vidangent le réservoir, ou ne fonctionnent pas, causant de graves dommages.
Éléments chauffants électriques, vulnérables en cas de panne de courant.
Systèmes en circuit fermé, qui séparent le fluide caloporteur de l'eau (voir l'illustration ci-dessous). Les systèmes en circuit fermé sont généralement la meilleure option dans les zones sujettes au gel car ils garantissent que l'eau ne passe pas à travers les capteurs solaires et ne peut donc pas geler dans les capteurs.
Circuit ouvert vs circuit fermé
- Dans un système à circuit ouvert, l'eau s'écoule directement à travers les capteurs solaires, dans le réservoir de stockage, puis à travers les tuyaux dans votre maison.
- Dans un système en circuit fermé, un fluide autre que l'eau s'écoule à travers les collecteurs, capte la chaleur du soleil et transfère cette chaleur à l'eau dans le réservoir de stockage via un échangeur de chaleur. Les systèmes en circuit fermé sont les plus couramment utilisés pour la protection contre le gel (voir l'illustration ci-dessous). Un fluide avec un point de congélation inférieur à l'eau est utilisé pour éviter la formation de glace dans les capteurs solaires. Il est important de choisir le fluide avec soin car certains deviennent «gluggy» et réduisent l'efficacité.
Certains systèmes en circuit fermé pompent de l'eau chaude à travers les capteurs lorsque la température approche du point de congélation. Cela réduit considérablement l'efficacité. Évitez les systèmes dotés de cette fonction.
Systèmes passifs vs systèmes actifs
Systèmes passifs (ou thermosiphons)
Dans les systèmes passifs (ou systèmes à thermosiphon), le réservoir est placé au-dessus des capteurs solaires afin que l'eau froide
s'enfonce dans les collecteurs, où il est réchauffé par le soleil, et monte dans le réservoir. Un flux d'eau continu
à travers les collecteurs est créé sans avoir besoin de pompes.
Les systèmes passifs sont de deux types:
- alimentation par couplage fermé ou par gravité.
Dans un système à couplage étroit, le réservoir de stockage horizontal est monté directement au-dessus du collecteur sur le toit. L'eau chauffée est fournie à la pression du réseau. Cet agencement est le plus rentable à installer, mais son efficacité est réduite dans les climats frais et froids par la perte de chaleur du réservoir.
Une isolation supplémentaire des réservoirs est souhaitable dans ces climats. Alternativement, les réservoirs peuvent être détachés et déplacés à l'intérieur du toit, bien que cela augmente le coût. Dans un système d'alimentation par gravité, le réservoir de stockage est installé dans la cavité du toit. Ces systèmes sont les moins chers à acheter, mais la plomberie domestique doit être adaptée à l'alimentation par gravité, y compris les tuyaux de plus grand diamètre entre le chauffe-eau et les robinets. Une alternative courante consiste à utiliser un système d'alimentation par gravité en circuit fermé pour chauffer l'eau sous pression du réseau à l'aide d'un échangeur de chaleur.
Systèmes actifs (ou pompés)
Systèmes inactifs (également appelés systèmes de pompe ou systèmes fractionnés), des panneaux solaires sont installés sur le toit et le réservoir de stockage est situé au sol ou à un autre endroit pratique, qui ne doit pas être au-dessus des capteurs solaires. L'eau (ou un autre fluide) est pompée à travers les capteurs solaires à l'aide d'une petite pompe électrique. Parce que les systèmes actifs ne nécessitent pas de réservoir monté sur le toit, ils ont moins d'impact visuel, en particulier lorsque les capteurs solaires sont montés à fleur du toit. Cependant, les systèmes actifs sont généralement plus chers à l'achat et nécessitent plus de maintenance que les systèmes passifs.
Les systèmes actifs utilisent plus d'énergie que les systèmes passifs car de l'énergie supplémentaire est requise pour pomper le fluide autour du système. Il y a également des pertes de chaleur supplémentaires dans les tuyaux entre le réservoir et les capteurs solaires. Cependant, si l'énergie renouvelable est utilisée pour alimenter la pompe et qu'un niveau élevé d'isolation est utilisé pour les tuyaux et le réservoir, les systèmes actifs peuvent réduire les émissions de gaz à effet de serre autant qu'un système passif. Les systèmes actifs sont souvent utilisés pour les conversions solaires lorsque des capteurs solaires sont ajoutés à un système d'eau chaude existant. Ils peuvent également être utilisés lorsque le toit ne peut pas supporter un système passif.
Réservoirs de stockage
Les réservoirs sont fabriqués en acier inoxydable, en cuivre ou en acier doux recouvert d'émail vitrifié.
Les réservoirs recouverts de cuivre ne conviennent qu'aux systèmes à basse pression. Les autres réservoirs sont adaptés à la pression du réseau.
Les réservoirs en émail vitrifié sont équipés d'une «anode sacrificielle» qui doit être remplacée toutes les quelques années pour se protéger contre la corrosion (plus fréquemment lorsque la qualité de l'eau est mauvaise). D'autres réservoirs ne nécessitent pas cette protection. Les réservoirs de stockage extérieurs peuvent subir des dommages dus au gel et des pertes de chaleur importantes dans les climats frais. Dans de tels climats, ils doivent être placés à l'intérieur autant que possible, dans le cadre d'une armoire de séchage.
Systèmes de surpression
Les chauffe-eau solaires peuvent être des surpresseurs à gaz, électriques ou à combustible solide.
Les surpresseurs électriques utilisent un élément électrique à l'intérieur du réservoir de stockage pour chauffer l'eau. Les surpresseurs à gaz utilisent un brûleur à gaz naturel pour chauffer l'eau soit dans le réservoir de stockage, soit plus généralement séparément
unité en aval du réservoir de stockage. Les surpresseurs de gaz en ligne sont de plus en plus courants car ils garantissent que l'eau chaude sera fournie à la température souhaitée tout en maximisant l'apport solaire. Les surpresseurs à combustible solide chauffent l'eau à travers un échangeur de chaleur, communément appelé système à «retour humide».
Les systèmes à gaz et à combustible solide produisent moins d'émissions de gaz à effet de serre. Les surpresseurs peuvent être commandés manuellement ou contrôlés automatiquement par un thermostat qui se déclenche lorsque le réservoir
les températures tombent en dessous des niveaux souhaités. Si les surpresseurs ne sont pas conçus et exploités de manière appropriée, ils peuvent contrecarrer l'objectif d'avoir un chauffe-eau solaire en réduisant la contribution solaire.
Par exemple, les surpresseurs commandés par thermostat situés à l'intérieur du réservoir se déclenchent souvent la nuit, ce qui signifie que lorsque le soleil se lève, il y a peu de chauffage utile à faire.
Dans les chauffe-eau solaires bien conçus qui utilisent un surpresseur électrique à l'intérieur du réservoir, l'élément de surchauffage sera positionné pour maximiser l'apport solaire. L'eau chaude pénètre dans le réservoir par le bas, de sorte que l'élément doit être élevé dans le réservoir pour éviter toute interférence avec l'eau chaude entrant. Cependant, si elle est trop élevée dans le réservoir, elle ne pourra pas chauffer suffisamment d'eau les jours nuageux. .
Des minuteries peuvent également être utilisées pour gérer les boosters et vous assurer d'obtenir la contribution solaire maximale. Discutez avec votre fournisseur du bon fonctionnement des minuteries.
