Le processus de conversion de l'énergie solaire en énergie thermique, à l'aide de panneaux solaires thermiques, est aujourd’hui très répandu sur nos toitures. Cette technologie durable est au cœur de nombreuses solutions de chauffage et représente un pas important vers une utilisation plus écologique de nos ressources.
En résumé :
- Un panneau solaire thermique convertit l’énergie solaire en énergie thermique.
- Une installation solaire thermique permet de produire de l’eau chaude sanitaire ou le chauffage domestique d’un logement.
- Il faut compter entre 2 et 7 m² de capteurs pour le dimensionnement d’un chauffe-eau solaire à usage résidentiel.
- On retrouve différents types de modules solaires, chacun possédant ses avantages et inconvénients : le panneau plan vitré, non vitré et à tubes sous vide.
Principe de fonctionnement des panneaux solaires thermiques
Les panneaux solaires thermiques offrent une solution efficace pour convertir l'énergie solaire en énergie thermique, en utilisant des technologies qui permettent de capturer, convertir, transférer et stocker la chaleur du soleil. Ce processus de conversion se déroule en 3 étapes clés :
1/ Captation de l'énergie solaire
La première étape dans le fonctionnement des panneaux solaires thermiques est la captation de l'énergie solaire, plus précisément des photons. Ces particules de lumière, issues du rayonnement solaire, sont capturées par les capteurs solaires.
Les capteurs sont spécialement conçus pour maximiser l'absorption des photons tout en minimisant la réflexion de la lumière. Généralement de couleur sombre, souvent noire, ces plaques ou ces tubes absorbent efficacement l'énergie solaire, car les couleurs sombres sont meilleures pour capter les photons.
Le positionnement stratégique des panneaux, typiquement sur les toits des maisons ou des bâtiments, joue un rôle crucial dans l’optimisation de la captation du rayonnement solaire, permettant ainsi d'absorber le maximum de photons tout au long de la journée.
Bon à savoir
Maximisez la production de chaleur de vos panneaux avec une orientation la plus au sud possible et une inclinaison comprise entre 30° et 35°.
2/ Transformation en chaleur
Une fois captée, l'énergie solaire est transformée en chaleur. Les capteurs chauffent lorsqu'ils sont frappés par les photons. Cette chaleur est ensuite transférée au fluide caloporteur qui circule à travers les capteurs.
La clé de cette étape réside dans la capacité des capteurs à transférer efficacement la chaleur solaire au fluide. Cette efficacité dépend du rendement et de l’emplacement des capteurs.
3/ Transfert et stockage de l'énergie thermique
La dernière étape est le transfert et le stockage de l'énergie thermique. Une fois le liquide caloporteur chauffé, il est acheminé vers un ballon d'eau chaude.
Dans le réservoir de stockage, l'énergie thermique du fluide est transférée à l'eau stockée, grâce à un échangeur circulant à l’intérieur du cumulus, la chauffant pour une utilisation ultérieure.
Le stockage de cette chaleur est essentiel pour maintenir la température de l’eau afin de la redistribuer ultérieurement, même lorsque le soleil ne brille pas, assurant ainsi une fourniture d'énergie stable et continue.
Quelle différence avec le panneau solaire photovoltaïque ?
Le panneau photovoltaïque est conçu pour convertir l’énergie solaire en électricité, grâce à l’effet photovoltaïque.
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Les différentes technologies de capteurs solaires thermiques
Les capteurs solaires thermiques existent sous plusieurs formes, chacune adaptée à des besoins et à certaines conditions climatiques. Les principales technologies comprennent
- le capteur solaire plan vitré ;
- le capteur solaire non vitré ;
- le capteur solaire à tubes sous vide.
Le capteur solaire plan vitré pour les besoins domestiques
Arborant une apparence esthétique avec une surface noire lisse, le capteur solaire thermique plan vitré est constitué d’une vitre en verre transparent qui recouvre une plaque absorbante en métal noir. En dessous, on trouve un réseau de canalisations qui transportent le fluide caloporteur.
Cette conception permet une absorption optimale du rayonnement solaire tout en minimisant les pertes thermiques. Réputé pour son efficacité, le capteur plan vitré est le choix privilégié pour les installations résidentielles, notamment pour le fameux chauffe-eau solaire thermique.
Le capteur solaire non vitré pour chauffer sa piscine
Une version un peu plus premium, le panneau solaire non vitré, couramment appelé “moquette”, est composée d’un revêtement absorbeur de couleur noire, en métal ou en synthétique. Ce revêtement est constitué de pleins de faisceaux où circule le liquide caloporteur.
Cet équipement est notamment utilisé pour chauffer l’eau des piscines, car l’eau chauffée n’excède pas les 30 °C en raison de son manque d’isolation.
Le capteur solaire à tubes sous vide pour les conditions climatiques plus rudes
Bien que le capteur solaire à tubes sous vide ne soit pas le plus esthétique, il le compense largement par ses performances. Sa capacité thermique provient de son design basé sur l’effet d’isolation : chaque tube contient du vide qui agit comme un isolant puissant, entourant un conduit où circule le fluide caloporteur. Cette isolation minimise les pertes de chaleur, rendant le capteur extrêmement efficace même dans des conditions climatiques défavorables.
Grâce à ces performances, le capteur à tubes sous vide est un choix polyvalent, adapté pour une utilisation résidentielle, il est également très prisé dans les secteurs industriel et agricole.
Quel est le prix d’un panneau solaire thermique ?
En général, le prix oscille entre 900 € et 1 700 € par m² de capteur solaire.
Notez tout de même que le coût d'un panneau thermique peut varier en fonction de plusieurs facteurs, notamment selon le type de panneau, la qualité des matériaux, la marque et les spécificités techniques.
Comment l'énergie thermique alimente notre quotidien ?
L'utilisation de l'énergie solaire, notamment au travers des capteurs solaires thermiques, à des applications variées qui touchent de nombreux aspects de notre quotidien. De la production d'eau chaude sanitaire (ECS) au chauffage domestique, en passant par des besoins industriels et agricoles, cette technologie verte apporte des solutions durables et efficaces pour de nombreux secteurs.
Production d'eau chaude sanitaire et de chauffage domestique
L'un des usages les plus courants de l'énergie solaire thermique est la production d'eau chaude sanitaire. Les panneaux solaires thermiques sont reliés à un chauffe-eau pour chauffer l'eau utilisée dans les maisons pour les douches, la cuisine, et d'autres besoins quotidiens.
En outre, cette technologie est également utilisée pour le chauffage domestique. Dans ce cas, les panneaux solaires thermiques sont reliés à un chauffe-eau, lui-même raccordé au système de chauffage central. Ainsi, il est possible de chauffer les espaces de vie de manière écologique, réduisant notre dépendance aux combustibles fossiles et nos coûts énergétiques.
CESI ou SSC ?
Le chauffe-eau solaire individuel (CESI) permet de produire uniquement de l’eau chaude sanitaire, alors que le système solaire combiné (SSC) permet à la fois de produire l’eau chaude sanitaire, mais aussi d'alimenter le logement en chauffage.
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Les industriels se mettent au vert
Dans le secteur industriel, l'énergie solaire thermique trouve également sa place. Sauf que cette fois-ci, vous imaginez bien que ce n’est pas un petit chauffe-eau, mais une centrale solaire thermique qui est construite.
Elle peut être utilisée pour des processus nécessitant de la chaleur, comme le séchage, le traitement thermique de certains matériaux, ou même pour produire de l’électricité nécessaire à la production. C’est le cas des centrales solaires thermodynamiques.
Cette approche permet aux entreprises de réduire leur empreinte carbone et de diminuer les dépenses énergétiques, en s'appuyant sur une source d'énergie renouvelable.
Le saviez-vous ?
La première centrale solaire thermodynamique en France a vu le jour en 2019 à Llo dans les Pyrénées orientales. Cette centrale solaire produit de l’électricité à partir de l’énergie thermique.
FAQ : Vos questions sur le principe de conversion de l’énergie solaire en énergie thermique
Comment les panneaux solaires thermiques transforment-ils l'énergie solaire en chaleur ?
Les panneaux solaires thermiques capturent l'énergie solaire à l'aide de capteurs, qui absorbent efficacement le rayonnement solaire. Cette énergie est ensuite convertie en chaleur, qui chauffe un fluide caloporteur circulant à travers les capteurs dans un circuit hydraulique.
Ce liquide transporte la chaleur vers un ballon d’eau chaude, où elle peut être utilisée comme eau chaude sanitaire ou pour le chauffage de la maison.
Peut-on utiliser les panneaux solaires thermiques dans les climats froids ?
Oui, les panneaux solaires thermiques peuvent être utilisés dans les climats froids. Ils sont souvent équipés d'un mélange antigel-eau comme fluide caloporteur pour éviter que ce dernier ne gel.
Le rendement peut être légèrement inférieur par rapport aux climats plus chauds en raison de la moindre intensité du soleil, mais ils restent une solution viable pour le chauffage et la production d'eau chaude, même dans des environnements plus froids.
Quels sont les avantages des panneaux solaires thermiques par rapport aux panneaux photovoltaïques ?
Les panneaux solaires thermiques ont un rendement plus élevé dans la conversion de l'énergie solaire en chaleur, atteignant en moyenne 80 %, par rapport aux panneaux photovoltaïques, qui convertissent l'énergie solaire en électricité, avec un rendement moyen de 16 % à 24 %.
De plus, ils sont généralement plus rentables pour le chauffage de l'eau sanitaire et des espaces intérieurs. Enfin, ils peuvent être plus efficaces dans les zones avec un ensoleillement moins direct.
