Capteurs solaires thermiques plats : le guide ultime de la technologie, des applications et des avantages

Découvrez comment les systèmes à écran plat modernes offrent un chauffage efficace pour

Usage résidentiel et commercial

Dans le domaine de l'énergie solaire thermique, les capteurs solaires thermiques plans ont toujours occupé une place importante sur le marché grâce à leur longue histoire, leur technologie éprouvée, leur excellente fiabilité et leurs remarquables capacités d'intégration au bâtiment. Ils constituent un dispositif essentiel pour convertir efficacement l'énergie solaire en énergie thermique, fournissant de l'eau chaude sanitaire, du chauffage et même de l'énergie thermique industrielle pour les applications résidentielles, commerciales et industrielles. Ils constituent le cœur des systèmes solaires thermiques modernes. 

Cet article approfondira le principe de fonctionnement, le noyau technique, les avantages et les caractéristiques, ainsi que les nombreuses solutions d'application des capteurs plats, vous présentant une vue d'ensemble de cette technologie classique et efficace.

I. Structure de base et principe de fonctionnement : simple mais pas simpliste

Un capteur plan standard est principalement composé des composants principaux suivants : 

Couverture transparente :

On utilise généralement du verre trempé à faible teneur en fer et à haute transmission lumineuse. Son rôle est de laisser passer un maximum de rayonnement solaire à ondes courtes, tout en supprimant la perte de rayonnement à ondes longues causée par la production de chaleur par les plaques internes absorbant la chaleur (effet de serre), et en protégeant les composants internes de l'érosion environnementale comme le vent, la pluie et la grêle. 

Plaque d'absorption de chaleur (plaque absorbante) :

C'est l'« âme » du capteur. Il est généralement constitué de matériaux métalliques (cuivre, alliage d'aluminium ou acier galvanisé) et sa surface est recouverte d'un revêtement absorbant sélectif foncé. Ce revêtement présente un taux d'absorption solaire extrêmement élevé (α > 0,92) et une émissivité thermique extrêmement faible (ε < 0,10), optimisant ainsi la capture et la rétention de chaleur. 

La plaque absorbant la chaleur est dotée de canaux d'écoulement de fluide à l'intérieur, à travers lesquels le fluide conducteur de chaleur (eau, antigel ou air) circule pour évacuer la chaleur. 

Couche isolante 

L'arrière et les côtés de la plaque absorbant la chaleur sont enveloppés de matériaux isolants hautement efficaces (généralement de la laine de roche ou de la mousse de polyuréthane), qui sont utilisés pour minimiser les pertes de chaleur dans l'environnement environnant, assurer le transfert de chaleur vers l'avant et améliorer l'efficacité de la collecte de chaleur. 

Enveloppe:

Un cadre robuste en alliage d'aluminium ou en acier inoxydable scelle tous les composants ci-dessus en une seule unité, offrant une résistance structurelle, des performances d'étanchéité et des points de support d'installation. 

Principe de fonctionnement : Le rayonnement solaire traverse la plaque de protection en verre et est capté par le revêtement sélectif de la plaque d'absorption thermique, puis converti en énergie thermique. La chaleur est transmise au fluide caloporteur dans le canal d'écoulement, provoquant ainsi une élévation de température. Le fluide chauffé transfère la chaleur au réservoir de stockage d'eau pour être utilisée par pompage ou circulation naturelle. La couche isolante et la plaque de protection travaillent ensemble pour minimiser les pertes thermiques.

II. Principaux avantages : pourquoi est-il toujours privilégié après des décennies ?

Structure robuste et excellente durabilité 

La structure en plaque intégrale présente une résistance mécanique élevée, capable de résister aux intempéries telles que la grêle, les vents violents et l'accumulation de neige. Elle ne présente aucun risque d'éclatement et sa durée de vie peut atteindre 20 à 25 ans. 

Fonctionnement sous pression, performances stables 

Le canal d'écoulement métallique résiste aux pressions élevées du système. Associé à un réservoir d'eau sous pression, il fournit une pression d'eau suffisante pour un bain confortable. Il se raccorde facilement au réseau d'eau froide existant. 

Facile à intégrer, élégant et stylé 

Sa forme plate et sa conception modulaire lui permettent de s'intégrer parfaitement dans les toits en pente, les balustrades de balcon ou les façades extérieures des bâtiments, réalisant ainsi une véritable intégration au bâtiment (BIPV-T), conforme à l'esthétique architecturale moderne. 

Entretien simple et fonctionnement fiable 

Sa surface est lisse et plane, peu sujette à l'accumulation de poussière et peut être nettoyée à l'eau de pluie. Sans pièces mobiles, sa structure est simple, son entretien quotidien est quasi inexistant et son taux de défaillance est extrêmement faible. 

Excellentes performances antigel (pour les systèmes à fluide de travail liquide)

En remplissant l'antigel en boucle fermée, il peut fonctionner de manière stable dans des environnements extrêmement froids (tels que -30℃ à -50℃), éliminant fondamentalement les risques de gel et de fissuration.

III. Comparaison avec les collecteurs à tubes à vide

Caractéristiques : collecteur à plaque plate, collecteur à tube sous vide

1. La structure est globalement robuste, résistante aux chocs et ne présente aucun risque d'éclatement. Fabriqué en verre, il présente un risque très faible d'être brisé par la grêle.

Il présente une efficacité de performance globale élevée, une bonne utilisation de la lumière diffusée, une augmentation rapide de la température initiale en été en raison de la surchauffe et une efficacité extrêmement élevée lors des journées ensoleillées d'hiver.

2. Tous les systèmes sous pression sont sous pression, tandis que la plupart sont des systèmes sans pression (type à insertion directe).

3. Sans entretien et facile à nettoyer en surface. La poussière et la neige entre les tuyaux doivent être enlevées régulièrement.

4. L'installation et l'esthétique présentent un degré élevé d'intégration avec le bâtiment, mais l'apparence est plutôt visible et le degré d'intégration est faible.

5. Il a des performances antigel extrêmement fortes (le système antigel) et est en bon état (le tube à vide lui-même ne gèle pas), mais la canalisation a besoin de protection

6. Scénarios applicables : balcons de grande hauteur, villas, projets commerciaux, toits résidentiels à plusieurs étages dans les régions froides, maisons auto-construites et applications économiques

IV. Principales solutions d'application

Eau chaude sanitaire - ECS : 

1. Appartements de grande hauteur : en adoptant un système mural de balcon, le collecteur est installé sur le mur extérieur du balcon et le réservoir d'eau sous pression est placé à l'intérieur, résolvant parfaitement les problèmes des utilisateurs de grande hauteur. 

2. Villas/résidences de faible hauteur : des réseaux de capteurs de grande surface peuvent être installés sur le toit pour répondre aux besoins de grands volumes d'eau chaude, de chauffage par le sol et même de chauffage de piscine.

Solutions commerciales et industrielles 

1. Hôtels, hôpitaux et écoles : Fournir des centres de chauffage solaire centralisés de l’eau à ces grands consommateurs d’eau chaude afin de réduire considérablement les coûts d’exploitation. 

2. Élevage agricole : Il est utilisé pour chauffer les serres et maintenir une température constante dans les étangs d'aquaculture, réduisant ainsi la consommation d'énergie dans la production agricole. 

3. Préchauffage industriel : il permet le prétraitement de la chaleur de procédé pour les industries telles que l'alimentation, le textile et la galvanoplastie qui nécessitent de l'eau chaude à basse température.

Systèmes solaires combinés 

Associé à des systèmes de chauffage terminaux tels que le chauffage par le sol et les ventilo-convecteurs, il peut assurer une partie, voire la totalité, des besoins de chauffage hivernaux des bâtiments, ce qui constitue une voie technique importante pour parvenir à des « bâtiments à énergie quasi nulle ».

V. Guide de sélection et de conception

Regardez le noyau de la plaque absorbant la chaleur 

Privilégiez les tubes en cuivre avec ailettes en aluminium ou les plaques d'absorption thermique entièrement en cuivre, car ils offrent les meilleures performances de conduction thermique. Vérifiez que le soudage du cœur de la carte est uniforme et solide. 

Regardez les revêtements sélectifs 

Renseignez-vous sur les paramètres d'absorption et d'émissivité du revêtement. Plus l'absorption est élevée et l'émissivité faible, meilleures sont les performances (chrome noir, film bleu, etc.). 

Regardez la couche isolante 

L'épaisseur de la couche d'isolation arrière ne doit pas être inférieure à 40 mm et des matériaux isolants à haute efficacité (tels que la laine de roche) doivent être utilisés avec une densité élevée pour garantir l'effet d'isolation thermique. 

Vérifiez la plaque de recouvrement et le joint

La plaque de recouvrement doit être en verre trempé à faible teneur en fer, hautement transparent. Le joint d'étanchéité en caoutchouc de la coque doit être de haute qualité afin d'éviter les fuites d'eau et l'accumulation de poussière lors d'une utilisation prolongée en extérieur. 

La conception du système est la clé 

Il est essentiel que le calcul de la charge thermique et la conception du système soient effectués par des professionnels afin de déterminer raisonnablement la zone de collecte de chaleur, la capacité du réservoir d'eau, la sélection de la pompe et de la vanne et le schéma du système de contrôle.

Conclusion

Les capteurs solaires plans sont une technologie éprouvée, dont la fiabilité, l'efficacité et l'esthétique ont été prouvées au fil du temps. Moins sophistiqués que certaines nouvelles technologies, ils bénéficient néanmoins d'un attrait durable grâce à leur structure robuste, leurs performances stables, leur résistance à la pression et leur remarquable harmonie architecturale, dans un monde où la fiabilité et les solutions globales sont de plus en plus valorisées. 

Qu'il s'agisse de réduire sa facture énergétique, de diminuer son empreinte carbone ou d'améliorer la qualité et le confort des bâtiments, choisir des capteurs solaires plans est un investissement judicieux à long terme. Non seulement ils permettent de produire de l'énergie thermique, mais ils incarnent également un mode de vie moderne et durable.