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Solaire thermique, techniques et applications

Mis à jour le 12/11/2012

Les équipements solaires thermiques exploitent les rayonnements directs ou diffus du soleil pour produire de la chaleur qui sera utilisée en temps, lieu et température voulus. Les modes d'utilisation de l'énergie solaire ont considérablement évolué ces dernières années.

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Si vous appartenez à l'une des 5 millions de familles européennes ayant installé des capteurs solaires pour la production d'eau chaude sanitaire, vous êtes parmi les utilisateurs du type d'équipement solaire thermique le plus répandu. Vous pouvez également avoir choisi un système de chauffage solaire individuel pour votre maison ou vivre dans un lotissement desservi par un réseau de chaleur alimenté par de l'énergie solaire. Vous pouvez enfin vous baigner dans une piscine chauffée par des capteurs ou travailler dans une usine qui utilise la chaleur solaire pour ses procédés industriels. Mais, à moins d'être déjà l'un de ces utilisateurs ou l'un des 500.000 Européens qui vont investir dans une installation solaire cette année, vous ne pouvez réellement prendre conscience de l'évolution des techniques solaires qui sont passées du stade de la démarche expérimentale et "alternative" des années 70, au rang de technologie mature et compétitive.

L'énergie solaire est généralement perçue comme une énergie bien adaptée aux régions du Sud de l'Europe mais inefficace dans celle du Nord. Les milliers de Scandinaves, Hollandais et Allemands qui utilisent de tels systèmes témoignent du contraire. Dans ces régions, le marché des équipements solaires est souvent plus important que dans les États du pourtour méditerranéen.


Principes de fonctionnement du solaire thermique

Une installation classique est composée d'un ou plusieurs capteurs solaires, reliés à un système de circulation qui distribue la chaleur vers son lieu d'utilisation. La chaleur est transportée par un fluide calo-porteur constitué généralement d'eau ou d'air.

Un système solaire thermique est généralement constitué de trois parties : un capteur solaire, un groupe de transfert assurant la circulation de et la régulation de chaleur, et une unité de stockage. 

Schéma de principe d'une installation de production d'eau chaude


Equipements solaires actifs

Ces équipements sont souvent appelés systèmes solaires actifs. Ils consistent en un ensemble de composants spécifiques et d'autres plus classiques, pouvant comprendre des circulateurs et des ventilateurs. Ils se distinguent de l'architecture solaire passive dont les principes reposent sur l'utilisation d'éléments de construction destinés à capter et stocker l'énergie solaire tels que des façades vitrées au Sud, des murs à forte inertie thermique et des vérandas.


Quantité de chaleur

La quantité de chaleur pouvant être fournie par un équipement solaire thermique dépend de l'intensité du rayonnement solaire apporté ("insolation") et de la faculté des capteurs à l'utiliser. La quantité de rayonnement reçue est proportionnelle à la surface de capteurs prise en compte. C'est pourquoi la comparaison entre deux systèmes solaires se fait souvent par rapport à la surface de capteurs installée (en m²). La proportion du rayonnement solaire effectivement transformé en chaleur est fonction du rendement propre à chaque capteur.


Orientation par rapport au soleil

Le rayonnement absorbé dépend également du niveau d'ensoleillement, du site considéré et de l'orientation des capteurs par rapport au soleil. Un capteur reçoit le maximum d'énergie lorsqu'il est orienté face au soleil et incliné selon un angle pratiquement égal à la latitude du lieu d'implantation. Un capteur orienté entre le Sud-est et le Sud-ouest, dont l'inclinaison varie selon un angle maximum de 30 degrés par rapport à l'angle optimal d'inclinaison, peut fournir presque autant d'énergie qu'un capteur orienté et incliné dans les meilleurs conditions. Cette tolérance apporte une certaine flexibilité pour l'implantation des capteurs.


Ensoleillement

Tableau comparatif du rayonnement journalier moyen reçu sur 3 sites européens par des capteurs orientés plein sud et inclinés selon un angle correspondant à la latitude du lieu d'implantation (en kWh/m2jour)

Les variations journalières dues à la présence de nuages sur le site constituent également un facteur déterminant. Bien qu'ayant une meilleure productivité dans le sud de l'Europe, les systèmes solaires thermiques sont suffisamment performants dans le nord de l'Europe pour apporter une part significative des besoins de chaleur, ce que confirme l'importance du marché dans ces régions.


"Tout solaire" à la maison

Pour les installations individuelles destinées à la production d'eau chaude sanitaire ou au chauffage des bâtiments, il n'est généralement pas judicieux sur le plan économique de vouloir couvrir l'ensemble des besoins en énergie avec la seule installation solaire. Il est préférable de réaliser une installation de plus petite dimension qui n'apportera qu'une partie des besoins énergétiques annuels et dont le complément sera assuré par une énergie d'appoint d'origine conventionnelle.


Article mis à jour le 12/11/2012

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