L'énergie solaire

La production directe de chaleur pour l'habitat
Auteurs : david Wilgenbus(plus d'infos)
Résumé :
On peut obtenir directement de la chaleur à partir de l'énergie solaire ; il suffit d'exposer au rayonnement solaire un corps qui chauffe et qui peut échanger de la chaleur avec un système adapté. Ainsi, on peut chauffer des maisons et l'eau destinée à des usages sanitaires (chauffe-eau solaire).
Publication : 31 Juillet 2001

On peut obtenir directement de la chaleur à partir de l'énergie solaire ; il suffit d'exposer au rayonnement solaire un corps qui chauffe et qui peut échanger de la chaleur avec un système adapté. Ainsi, on peut chauffer des maisons et l'eau destinée à des usages sanitaires (chauffe-eau solaire). Pour cela, on utilise deux dispositifs :

Dans ces deux dispositifs, le principe de base est le même. Il consiste à chauffer un fluide (air ou eau) grâce à l'énergie solaire reccueillie. Ce fluide, une fois chauffé, va céder sa chaleur à l'eau sanitaire, à l'eau du circuit de chauffage ou à l'air de la maison.

Les capteurs solaires plans

Le capteur plan est constitué d'une plaque de verre sous laquelle est situé des tuyaux contenant de l'eau et de l'antigel. Ce tuyau repose sur une plaque isolante (isolation thermique) peinte en noir afin d'avoir une absorption de l'énergie solaire maximale. En effet, la couleur noire est la couleur qui absorbe le plus l'énergie solaire (le blanc étant celle qui l'absorbe le moins).

Le principe de ce capteur est un principe bien connu des agriculteurs ; c'est le principe de l'effet de serre. Ils s'en servent pour cultiver des plantes sous serres dans des régions qui seraient sinon trop froides.
Notre capteur plan fonctionne donc comme une serre : le rayonnement solaire traverse le vitrage ; il est absorbé par le revêtement noir qui s'échauffe, transmet sa chaleur au fluide (eau antigel) et rayonne dans l'infrarouge ( l'IR est retenu par le verre). L'antigel est uniquement là pour que l'eau ne gèle pas l'hiver.

 

Le chauffe-eau solaire

On ne peut pas utiliser directement l'eau chauffée dans les capteurs du fait de l'antigel. On va donc se servir de cette eau (eau antigel) pour chauffer l'eau sanitaire. Pour cela, on réalise le montage suivant.

 

 

Le fluide (eau antigel) du circuit fermé passe dans les capteurs où il se chauffe. Il échange ensuite sa chaleur avec l'eau du chauffe-eau. Tandis que l'eau du chauffe-eau se réchauffe, le fluide se refroidit. Il repasse alors à nouveau dans les capteurs (une pompe assure la circulation du fluide dans le circuit fermé). Et ainsi de suite.
Par ce système, on peut obtenir de l'eau chaude pouvant atteindre au maximum une température de 80°C.

Le chauffage solaire des maisons

On utilise la chaleur emmagasinée par le fluide (eau antigel) pour chauffer la maison. C'est donc un chauffage solaire à eau chaude, dans lequel la chaleur peut être distribuée par des radiateurs ou par le sol (solution plus fréquente). Dans ce dispositif, le fluide échange sa chaleur avec la dalle qui elle-même va transmettre la chaleur reçue par le fluide à l'air de la maison. Ainsi, la dalle est un intermédiaire entre le fluide et l'air.

 

Le réservoir d'eau chaude peut avoir deux fonctions :

  • il peut servir la nuit à chauffer la dalle de la maison. En effet la nuit le fluide ne peut pas se chauffer via les capteurs solaires. Il faut donc une réserve de chaleur pour le chauffage central ou bien utiliser une chaufferie classique.

     

  • Il peut aussi tout simplement être utilisé comme chauffe-eau afin de fournir l'eau chaude sanitaire.

Le mur Trombe-Michel

Il doit son nom au Professeur Félix Trombe, célèbre pour ses travaux sur les fours solaires, et à l'architecte Jacques Michel, qui ont tous deux participé à son élaboration.

Le mur Trombe-Michel est un système directement incorporé au mur d'une maison. Une des parties d'un mur extérieur est remplacé par du double vitrage derrière lequel est situé un mur de béton (le mur de béton se trouve donc dans la maison).

 

C'est encore le principe de l'effet de serre qui est utilisé ; le mur capte la chaleur et en utilise une partie pour chauffer l'air situé entre le mur de béton et le double vitrage. L'air chaud étant moins dense que l'air froid, il monte. C'est cette circulation qui assure le chauffage de la maison (dans la pièce, l'air froid est chassé par l'air chaud entre le mur et le double vitrage).

L'épaisseur du mur est telle qu'elle permet de conserver une partie de la chaleur absorbée durant le jour et de la restituer plus tard (la nuit par exemple). Donc le chauffage se fait :

  • soit directement par l'air ;

  • soit par rayonnement lent (infrarouge) : le mur transmet lui-même par rayonnement IR à l'air de la maison une partie de la chaleur qu'il a reçue du soleil.

Il est important de préciser que ces systèmes sont dans la plupart des cas complétés par un système d'appoint (résistance placée dans le chauffe-eau ou chauffage classique) afin de compléter si nécessaire les besoins énergétiques.