Les collecteurs solaires à plaque plates : la méthode la plus économique pour chauffer l’eau
Un des types de collecteurs solaires à plaque plates les plus rentables et couramment utilisés est le Collecteur Solaire à Plaque Plate. Ils sont utilisés pour générer beaucoup d’eau chaude gratuite pour la maison grâce à leur construction simple et leur fonctionnement facile. Les collecteurs solaires à plaque plates ont l’avantage d’absorber non seulement l’énergie directe provenant du soleil, mais aussi l’énergie solaire diffuse qui a été réfléchie autour de la surface du collecteur.
Les systèmes de chauffage d’eau utilisant des collecteurs à plaque plate peuvent être installés pratiquement dans n’importe quel type d’emplacement ou de climat, puisque le combustible utilisé pour chauffer l’eau provient directement du soleil, qui est totalement gratuit. Ces panneaux solaires à eau chaude utilisent les rayons du soleil pour chauffer soit de l’eau soit un fluide caloporteur à l’intérieur du collecteur, l’eau chaude étant stockée dans un réservoir similaire à un chauffe-eau électrique classique, prête à être utilisée quand cela est nécessaire.
Dans la plupart des foyers, le chauffage de l’eau représente la plus grande consommation d’énergie, dépassant même celle de la cuisson, avec jusqu’à un tiers de la consommation électrique et de gaz d’un foyer utilisé uniquement pour le chauffage de l’eau au quotidien. Cette consommation d’énergie peut être significativement, et dans la plupart des cas, totalement réduite en utilisant l’énergie solaire.
Contrairement aux formes traditionnelles de chauffage de l’eau, le collecteur à plaque plate utilisé pour chauffer l’eau est peu coûteux, ce qui signifie que vous obtiendrez un bon retour sur votre investissement beaucoup plus rapidement avec ce type de chauffage solaire de l’eau.
Il existe de nombreux types de systèmes de chauffage solaire et de collecteurs solaires à plaque plate parmi lesquels choisir. Ils sont catégorisés en fonction de la technologie des collecteurs solaires, de l’emplacement des panneaux et du mode de transfert de fluide de chauffage.
Selon le type de collecteur (panneau), ils peuvent être en circuit fermé ou ouvert, passifs ou actifs, chaque système ayant ses propres avantages et inconvénients. Les systèmes passifs en circuit ouvert sont généralement les moins chers, mais le choix du système dépendra de vos propres besoins, de votre budget et de votre emplacement.
Comment Fonctionnent ces Collecteurs Solaires
Un “collecteur solaire à plaque plate” est généralement constitué d’une grande plaque plate absorbant la chaleur, souvent une grande feuille de cuivre ou d’aluminium, car ces matériaux sont de bons conducteurs de chaleur. Cette plaque est peinte ou gravée chimiquement en noir pour absorber autant de rayonnement solaire que possible pour une efficacité maximale. Cette surface noire absorbante a plusieurs tuyaux en cuivre parallèles, appelés “risers”, qui traversent la plaque et contiennent le fluide caloporteur, généralement de l’eau.
Ces tuyaux en cuivre sont fixés, soudés ou brasés directement à la plaque absorbante pour assurer un maximum de contact de surface et de transfert de chaleur. La lumière du soleil chauffe la surface absorbante, qui augmente en température. À mesure que la plaque plate devient plus chaude, cette chaleur est conduite à travers les tuyaux et absorbée par le fluide circulant à l’intérieur des tuyaux en cuivre, qui est ensuite utilisé par le foyer.
Les tuyaux et la plaque absorbante sont enfermés dans une boîte métallique ou en bois léger isolée, avec une feuille de matériau de vitrage, soit en verre soit en plastique, à l’avant pour protéger la plaque absorbante et créer un espace d’air isolant. Ce matériau de vitrage n’absorbe pas l’énergie thermique du soleil de manière significative, de sorte que la plupart du rayonnement entrant est réceptionné par l’absorbeur noirci.
L’espace d’air entre la plaque et le matériau de vitrage piège cette chaleur, empêchant son échappement dans l’atmosphère, et augmentant ainsi l’efficacité des collecteurs solaires à plaque plate. À mesure que la plaque absorbante se réchauffe, elle transfère sa chaleur au fluide circulant dans le collecteur, mais elle perd également de la chaleur vers son environnement.
Il existe plusieurs façons de chauffer de l’eau pour un usage domestique. Les systèmes de chauffage solaire thermique qui utilisent des collecteurs à plaque plate pour capter l’énergie du soleil peuvent être classés comme des systèmes directs ou indirects selon la manière dont ils transfèrent la chaleur dans le système. Pour chauffer votre eau avec succès pour une utilisation de jour comme de nuit, vous devrez disposer à la fois d’un collecteur solaire pour capturer la chaleur et la transférer à l’eau, et d’un réservoir d’eau chaude pour stocker cette eau chaude lorsqu’elle est nécessaire.
Le collecteur thermique solaire est généralement relié à un réservoir de stockage d’eau, soit sur le toit directement au-dessus du panneau, soit dans un espace de grenier en dessous. Avec les panneaux solaires chauffant l’eau, l’eau chaude peut circuler vers et depuis le réservoir, ce qui chauffe en continu l’eau.
Dimensionner votre Collecteur Solaire à Plaque Plate
Le dimensionnement des Collecteurs Solaires à Plaques Plates pour une utilisation dans un système domestique d’eau chaude solaire ou de chauffage solaire dépend de la demande en eau chaude tout au long de la journée. Si la consommation d’eau chaude de votre maison ou la température maximale de l’eau est réduite, votre demande en eau chaude peut être satisfaite par des collecteurs à plaque plates plus petits, ce qui rendra le système plus facile à installer sur le toit.
De plus, les systèmes de plus petite taille sont moins coûteux à installer et s’amortiront plus rapidement grâce aux économies d’énergie. Le dimensionnement du système dépend bien sûr de la température de l’eau chaude et de la consommation, mais des règles empiriques peuvent aider à donner une idée de la taille d’un système.
Un seul collecteur thermique d’une superficie de 20 à 30 pieds carrés (4 x 6 pieds) pourrait chauffer environ 60 gallons (300 litres) d’eau par jour, ce qui correspond à la taille d’un réservoir de stockage d’eau chaude standard. En général, vous aurez besoin d’environ 10 à 16 pieds carrés de surface de collecteur à plaque plate par personne, fournissant environ 1,5 à 2,0 gallons de stockage d’eau chaude par pied carré de surface de collecteur.
Pour une famille de quatre personnes, cela se traduit par 40 à 60 pieds carrés de surface de plaque collectrice et 60 à 120 gallons de stockage d’eau chaude. Par conséquent, un système de chauffage d’eau chaude solaire pour une famille typique de quatre personnes nécessiterait au moins deux collecteurs solaires à plaque plate standard d’environ 32 pieds carrés (4 x 8 pieds) chacun.
Les collecteurs solaires à plaque plate ne suivent rarement la trajectoire quotidienne du soleil dans le ciel, car ils sont généralement installés sur un toit à un angle fixe. Cependant, leurs supports de montage permettent généralement d’incliner le panneau vers le sud (dans l’hémisphère nord) pour réduire l’angle entre les rayons du soleil et la surface du panneau à midi.
Incliner les collecteurs solaires à plaque plate vers le sud fournit un taux d’énergie plus élevé à midi et plus d’énergie totale tout au long de la journée. Une orientation correcte du collecteur thermique solaire permet d’installer un panneau plus petit ou d’atteindre des températures plus élevées, tout en réduisant leur période de retour sur investissement.
Choisir les bons collecteurs solaires à plaque plate pour un système de chauffage d’eau chaude solaire dans votre maison est très important, et un peu de recherche et de préparation à l’avance garantira que vos panneaux d’eau chaude à plaque plate répondront aux besoins de la conception de chauffage solaire requise pour votre maison.
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