Système de Collecteur Intégral avec Stockage Passif
Les systèmes de Collecteur Intégral avec Stockage, également connus sous le nom de ICS, systèmes de chauffage d’eau « en lot » ou « boîte à pain », sont très similaires dans leur conception et leur fonctionnement aux collecteurs à panneaux plats que nous avons examinés précédemment. Cependant, cette fois, les tubes de chaleur à l’intérieur de la boîte vitrée isolée sont beaucoup plus grands en diamètre.
Comme leur nom l’indique, dans un système de collecteur intégral avec stockage (ICS), le collecteur et le réservoir sont combinés en une seule unité, ce qui signifie que les pompes de circulation et les contrôles électroniques ne sont pas nécessaires, car l’eau du robinet est chauffée et stockée au sein de l’unité de stockage et de collecte de chaleur combinée.
Les unités de stockage de collecteurs intégral sont l’un des systèmes de chauffage d’eau chaude solaire les plus simples disponibles et peuvent être facilement installées dans toute installation de chauffage d’eau conventionnelle. Les systèmes ICS ou « en lot » sont constitués d’un certain nombre de tubes de grand diamètre allant de 4 à 8 pouces (100 – 200 mm) avec un ou plusieurs réservoirs de stockage peints en noir inclus à l’intérieur d’une boîte isolée et étanche aux intempéries. L’eau froide s’écoule sous pression normale vers le collecteur solaire, qui préchauffe et stocke l’eau.
Le transfert de chaleur solaire du collecteur vers l’eau se fait par convection naturelle, aucune énergie extérieure n’étant requise, ce qui en fait un système totalement passif. Chaque fois que de l’eau chaude est nécessaire, l’eau chauffée par le soleil, stockée dans le collecteur en lot, s’écoule par la force de gravité ou par la pression de l’eau froide la remplaçant, et continue dans le système de chauffage d’eau conventionnel à l’intérieur de la maison. Ce type d’installation d’eau chaude est un système direct (circuit ouvert) car l’eau chauffée est la même que celle que vous buvez.
Construction ICS
L’avantage principal d’un système de collecteur intégral avec stockage est qu’il ne nécessite ni contrôles, ni pompes, ni capteurs, ni aucune autre pièce mécanique ou mobile, donc les exigences de maintenance sont minimales. La plupart des unités ICS produites aujourd’hui sont des chauffages de type « tube progressif » par opposition aux anciens collecteurs en lot à un seul réservoir, ce qui les rend moins chers que les systèmes solaires actifs.
Les collecteurs ICS et en lot peuvent être facilement ajoutés à une installation d’eau chaude domestique existante. Cependant, il existe un certain nombre d’inconvénients avec les systèmes de collecteurs en lot, tels que le poids, les pertes de chaleur, l’efficacité et la possibilité de gel par temps froid.
Les systèmes de stockage intégral ou de type « en lot » combinent le réservoir et le collecteur pour former une grande masse de fluide à chauffer par le soleil. Un des inconvénients majeurs de ce type de système d’eau chaude solaire est leur poids. Ces systèmes sont souvent montés au sol ou fixés sur le côté des bâtiments en raison du poids du collecteur. Les systèmes montés sur toit nécessitent une structure capable de supporter le poids total des réservoirs de stockage.
Un inconvénient des systèmes batch ICS est qu’ils peuvent rapidement perdre leur chaleur solaire la nuit ou par temps nuageux, lorsque l’énergie du soleil est à son niveau le plus bas. Le résultat est que les collecteurs de stockage sont favorables à ceux qui utilisent de l’eau chaude tôt dans la nuit, plutôt qu’au petit matin. Un couvercle isolé placé sur le collecteur la nuit peut aider à retenir la chaleur dans le réservoir de stockage, mais cela peut s’avérer impraticable.
De plus, comme le collecteur est également un dispositif de stockage d’eau, certains designs disposent d’un double ou triple vitrage sur les tubes ou réservoirs pour réduire les pertes de chaleur, mais cela ajoute au poids global et au coût de l’unité. Ainsi, les unités de Collecteur Intégral avec Stockage sont moins efficaces dans les climats froids, en raison des pertes de chaleur la nuit.
Un autre inconvénient des dispositifs de stockage intégral est qu’ils ne fournissent pas une protection adéquate contre le gel pendant les mois d’hiver. Les systèmes ICS et en lot doivent être vidés pendant la saison du gel ou des mesures significatives doivent être prises pour empêcher l’eau dans le réservoir et la plomberie associée de geler.
Bien que les collecteurs et le réservoir de stockage des systèmes ICS soient tolérants au gel pendant leur fonctionnement normal, ils sont limités par le climat, ce qui signifie que les climats plus chauds sont les mieux adaptés pour un système ICS et devraient être utilisés uniquement dans des climats chauds et tempérés si le vidage du système n’est pas possible pendant les mois d’hiver.
Alors que les systèmes de collecteur intégral avec stockage dépendent de la demande du système pour leur circulation, certains modèles ont été configurés pour utiliser le principe du thermosiphon. Le système ICS thermosiphon utilise le principe de la convection naturelle du fluide entre un collecteur et un réservoir de stockage élevé. À mesure que l’eau est chauffée dans le collecteur, elle s’élève naturellement vers le réservoir au-dessus.
Les systèmes thermosiphon tendent à être plus efficaces que les systèmes standards ICS et en lot. Comme le système ICS thermosiphon est directement connecté à l’alimentation en eau principale, il est difficile de le protéger contre le gel. Cependant, de nouveaux modèles à circuit fermé arrivent sur le marché qui utilisent un fluide non gelable comme fluide de transfert de chaleur, résolvant ainsi le problème du gel.
Résumé ICS
Pour résumer, les systèmes de Collecteur Intégral avec Stockage (ICS), également appelés chauffages d’eau « en lot » ou « boîte à pain », combinent un collecteur solaire et un réservoir de stockage d’eau en une seule unité.
Les chauffages d’eau solaire en lot sont les dispositifs de chauffage d’eau chaude solaire faits maison les plus courants, car ils peuvent être facilement construits à l’aide de tubes en cuivre ou en plastique de grand diamètre ou d’un ancien cylindre en cuivre à l’intérieur d’une boîte en bois. En fait, les collecteurs en lot sont affectueusement connus comme un « réservoir au soleil ».
Les rayons du soleil frappant directement le collecteur chauffent les tubes de grand diamètre ou le réservoir de stockage. La grande masse thermique de l’eau, combinée à l’isolation, aide à réduire les pertes de chaleur dans le réservoir pendant la nuit.
Bien que moins efficaces, performants et chauds que d’autres types de systèmes de chauffage d’eau chaude solaire, les avantages des unités ICS sont leur simplicité inhérente, leur faible coût et leur installation facile, ce qui en fait un bon projet pour les bricoleurs. Comme les systèmes de stockage de collecteurs sont des systèmes passifs, ils ne nécessitent ni pompes électriques ni contrôleurs électroniques, éliminant ainsi les problèmes de fiabilité et d’entretien, faisant de ces systèmes une alternative attrayante aux systèmes solaires thermiques plus compliqués et coûteux.
Cependant, le principal inconvénient des systèmes de stockage intégral et en lot est que ces types de systèmes de chauffage solaire ne sont appropriés que pour des climats doux et chauds, ce qui empêche l’eau stockée de geler en hiver. Un certain nombre de mesures peuvent être prises pour lutter contre le gel en hiver et les pertes de chaleur la nuit, telles que le vidage du système, la couverture du vitrage du collecteur la nuit ou la protection au sein d’une seconde boîte solaire transparente.
Même si un système ICS ou en lot est vidé pour l’hiver et n’est utilisé que pour la période d’été de six ou sept mois, il peut encore avoir un impact significatif sur les coûts énergétiques annuels, surtout étant donné que les coûts d’installation de ces systèmes peuvent être beaucoup plus bas que ceux des autres types de chauffe-eau solaires.
Dans notre prochain tutoriel sur le Chauffage Solaire, nous examinerons comment nous pouvons tirer le meilleur parti de l’énergie solaire gratuite en chauffant l’eau de manière plus efficace à des températures très élevées à l’aide de réflecteurs solaires sous la forme d’un Réflecteur Parabolique, qui peut être utilisé pour concentrer l’énergie du soleil en un seul point.