Comment fonctionnent les panneaux solaires pour chauffe-eau ?

Un chauffe-eau solaire est un appareil utilisant la force solaire pour réchauffer de l’eau. Il se compose d’un capteur solaire installé sur le toit d’un bâtiment et connecté à un réservoir de stockage d’eau. Selon le système, l’eau non-chauffée peut être chauffée directement du réservoir d’eau à travers le collecteur ou par le fluide caloporteur de grande capacité chauffé dans le collecteur. Bien que le transfert de chaleur soit favorisé passivement sans dispositifs mécaniques, les chauffe-eaux solaires « actifs » utilisent l’électricité pour faire marcher les pompes.

Historique des panneaux solaires pour chauffe-eau

Bien que l’utilisation du soleil pour chauffer l’eau domestique remonte à plusieurs cultures anciennes, ce n’est qu’en 1891 que le premier système de chauffe-eau solaire breveté a été introduit sur le marché. Le système a été inventé par Clarence Kemp de Baltimore, dans le Maryland. Il s’appelle « Climax » et est populaire en Californie et dans d’autres États populaires des Etats-Unis. Compte tenu du coût élevé et des inconvénients liés à l’utilisation de combustibles traditionnels pour chauffer l’eau, de nombreuses familles sont impatientes d’investir dans ces chauffe-eaux solaires. Cependant, le système Climax est limité car l’élément chauffant agit également comme un réservoir de stockage d’eau, ce qui limite la quantité d’eau chaude disponible. En 1909, William J. Bailey a obtenu un brevet pour un système qui sépare le réservoir d’eau de l’élément chauffant solaire, qui constitue la base de la conception des chauffe-eaux solaires utilisés aujourd’hui. Ainsi, on a réussi à augmenter le nombre de points positifs et à baisser celui des points négatifs.

Types de système de panneaux solaires pour chauffe-eau

Les chauffe-eaux solaires à système actif utilisent des pompes et des contrôleurs différentiels pour ajuster et contrôler le flux de fluide caloporteur ou d’eau du capteur solaire au réservoir d’eau. Le contrôleur détecte la différence de température entre l’eau dans le réservoir et la température dans le capteur solaire. Il a aussi pour fonction d’allumer la pompe à eau lorsque l’eau dans le réservoir est refroidie en dessous de la température du capteur. Certaines pompes fonctionnent sur le réseau, tandis que d’autres fonctionnent à l’électricité produite par des panneaux solaires photovoltaïques. Certains systèmes solaires ne font circuler le fluide que lorsque le soleil brille, et stockent l’eau chauffée dans un réservoir d’eau bien isolé pour le chauffage la nuit, tandis que d’autres systèmes utilisent le réseau comme source d’alimentation de secours pour la nuit et la stockent par temps nuageux.

Le réservoir d’eau utilisé pour stocker l’eau peut être installé dans le grenier ou dans un endroit où les pertes de chaleur peuvent être réduites. Cette chaleur sera transférée à l’air froid car le débit d’eau est essentiellement indépendant de la gravité. En effet, le ballon d’eau peut être associé à un ballon d’eau chaude dans un appareil de chauffage domestique, et le système peut également être utilisé pour chauffer l’eau du ballon pour le chauffage individuel en saison froide. Quant aux systèmes passifs qui reposent essentiellement sur la gravité plutôt que sur l’électricité, ce sont les systèmes les plus efficaces dans les endroits avec des climats chauds et des gènes peu fréquents la nuit. La plupart de ces systèmes utilisent une configuration à thermosiphon, autrement dit, on utilise la gravité et le flux de chaleur par convection. En raison de la gravité vers le capteur solaire, l’eau froide en haut tombe, puis elle remonte par convection pour rejoindre à nouveau le réservoir de stockage. D’ailleurs, il existe un autre système passif qu’on appelle le système de stockage à collecteur intégré.

Facteurs de production de panneaux solaires pour chauffe-eau

L’efficacité d’un système solaire qui chauffe l’eau dépend généralement de l’efficacité du capteur, mais elle dépend également de l’efficacité de conception de l’ensemble de l’appareil. Ils doivent ajuster la taille des capteurs et des réservoirs d’eau en fonction des attentes d’utilisation de l’eau. De plus, l’efficacité d’un seul capteur et de l’ensemble du système doivent être évalués séparément, car l’efficacité d’un capteur dépend des performances d’un seul composant en tant qu’agitateur solaire, et l’efficacité du système dépend de plusieurs facteurs :

• La température de l’eau ;
• Configuration du système ;
• L’isolation ;
• Le volume d’eau ;
• Le type de capteur ;
• Le lieu ;
• Les prévisions météo locales.