Capteur solaire à partir de bouteilles en plastique : guide étape par étape pour assembler un appareil solaire

La notion d'énergie alternative est souvent associée, pour de nombreux propriétaires de maisons individuelles et de résidences secondaires, à des panneaux solaires coûteux, des éoliennes ou des pompes à chaleur. Personne ne se doute qu'en seulement quelques heures et pour une somme dérisoire, on peut construire un collecteur solaire à partir de bouteilles en plastique pour s'approvisionner en eau chaude pendant toute la saison chaude.

Nous vous expliquerons comment fabriquer un système efficace de préparation d'eau sanitaire à partir de matériaux de récupération. Dans l'article que nous vous proposons, vous trouverez une description détaillée des conceptions et des méthodes de fabrication de systèmes dont l'efficacité a été testée en pratique. En suivant nos recommandations, vous assemblerez sans difficulté un appareil utile pour votre foyer.

Spécificités de l'utilisation des collecteurs solaires

La principale différence entre un capteur solaire et les différents types de systèmes héliothermiques générant de la chaleur réside dans le caractère cyclique du fonctionnement. En d'autres termes – en l'absence de soleil, il n'y aura aucune énergie thermique.

De toute évidence, pendant la nuit, la performance d'un système d'eau chaude sanitaire autonome avec un collecteur solaire tombe à zéro. La production de chaleur du collecteur solaire est déterminée par la durée du jour, qui dépend de la latitude géographique et de la saison.

Un collecteur solaire fait maison permettra de résoudre non seulement le problème de l'approvisionnement en eau chaude d'une maison non raccordée aux réseaux centraux, mais aussi les problèmes de chauffage.

Les caractéristiques climatiques de la région ont également un impact notable sur le niveau de performance du collecteur solaire. Si la région est caractérisée par des brumes fréquentes ou si le soleil est souvent caché par les nuages, les performances du capteur solaire sont considérablement réduites.

Cependant, même dans ce cas, le capteur solaire pour le chauffage et/ou la production d'eau chaude reste efficace, grâce à sa capacité à capter même les rayons diffus.

Caractéristiques de construction et principe de fonctionnement

L'élément principal de la version standard d'un capteur solaire est un absorbeur sous forme de plaque de cuivre avec un tube. La plaque chauffe rapidement sous l'action des rayons solaires, transmettant la chaleur au tube et au fluide qu'il contient. Grâce à une circulation libre ou forcée, la chaleur ainsi obtenue est ensuite transportée dans tout le système.

Sous l'action des rayons solaires, la plaque de cuivre chauffe et transmet la chaleur au fluide caloporteur situé dans le tube

Pour améliorer l'efficacité de l'absorbeur, il convient de lui conférer les propriétés physiques nécessaires. Tout d'abord, il faut augmenter sa capacité d'absorption et minimiser la réflexion des rayons solaires. La solution la plus simple consiste à appliquer une peinture noire sur l'absorbeur.

Pour améliorer l'efficacité de l'absorbeur, il faut le recouvrir d'un verre transparent. Le verre ordinaire réfléchit une partie des rayons solaires.

Il est préférable d'utiliser un verre spécial à faible teneur en fer ou d'appliquer un revêtement antireflet. Pour éviter la salissure du verre, le boîtier du capteur solaire doit être rendu étanche.

Malgré les nombreuses façons d'améliorer le fonctionnement et d'augmenter la performance du capteur solaire, en raison de l'imperfection de la conception, cet indicateur est loin d'être idéal. Compte tenu du principe de fonctionnement du capteur solaire et des méthodes pour améliorer son efficacité, essayons de créer un modèle primitif et peu coûteux à partir de matériaux de récupération.

Assemblage de l'unité à partir de matériaux de récupération

Outre le faible coût et la simplicité d'assemlage, la versiion en bouteilles en plastique diffère des dispositifs solaires standards car les capteurs solaires plats foncitionnent mal le matin et le soir.

La forme convexe des bouteilles permet une pénétration quasi verticale des rayons même au coucher et au lever du solel, assurant ainsi l'éficacité de l'apareil aussi bien le matin que le soir.

Grâce à la forme convexe des bouteilles en plastique, l'appareil, même en position horizontale, est capable de capter les rayons du soleil levant et couchant.

Il existe plusieurs façons distinctives de construire un système de production d'eau chaude fonctionnant parfaitement à partir de bouteilles en plastique :

• Le capteur solaire joue le rôle de réservoir de stockage dans lequel l'eau est chauffée et ensuite vidangée ;
• Le capteur solaire est connecté au réservoir de stockage pour assurer le chauffage de l'eau et sa circulation naturelle ;
• Les bouteilles en plastique du capteur jouent le rôle de réservoir pour l'eau ;
• Les bouteilles en plastique jouent le rôle de récipients étanches pour conserver la chaleur.

Les capteurs solaires peuvent également différer par leurs caractéristiques de conception. Cela concerne à la fois la méthode de fixation des bouteilles et leurs modes de disposition.

Option avec accumulation d'eau chauffée

Pour la fabrication d'un capteur solaire, il faudra un tube en polypropylène de 50 mm de diamètre, auquel seront raccordées des bouteilles en plastique dont le nombre est déterminé par le diamètre du tube. Pour le modèle, 15 bouteilles en plastique ont été prises, ainsi la capacité de travail du capteur solaire était de 30 litres.

Les joints de raccordement des bouteilles au tuyau en polypropylène sont enduits de mastic silicone pour éviter les fuites d'eau.

Pour raccorder les bouteilles en un système unique, il faut percer des trous dans le tuyau en polypropylène destiné à l'eau chaude sanitaire. La solution idéale était d'utiliser une mèche à bois de 26 mm de diamètre.

Avec ces dimensions, la densité de connexion est maximale et la bouteille se visse fermement dans le trou par son filetage. Pour garantir une étanchéité maximale, les joints peuvent être enduits de mastic silicone, mais il est préférable d'utiliser de la colle thermofusible.

Pour obtenir l'effet de vases communicants, il faut faire des trous d'environ 2 mm de diamètre dans la partie supérieure de chaque bouteille.

Après avoir raccordé les bouteilles d'un côté du tuyau, on insère un raccord qui sera ensuite relié à l'arrivée d'eau pour l'alimentation en eau. De l'autre côté, il faut installer un robinet par lequel l'eau chauffée sera évacuée vers le réservoir de stockage.

Cependant, sous le poids de l'eau qui le remplit, un tel appareil pour l'utilisation domestique de l'énergie solaire peut perdre son intégrité. Il serait donc judicieux de réaliser un caisson. Pour sa fabrication, il faudra une planche de 150 mm de largeur.

Pour améliorer l'efficacité du capteur solaire, on peut placer au fond du caisson de la mousse de polystyrène ou du polystyrène expansé de 50 mm d'épaisseur et le recouvrir de papier aluminium.

Après avoir installé le capteur solaire à son emplacement d'utilisation, les bouteilles en plastique doivent être peintes en noir pour absorber plus efficacement les rayons du soleil.

En peignant en noir, la capacité d'absorption du plastique augmente et l'efficacité du chauffage de l'eau s'améliore.

Il est préférable d'utiliser une peinture mate et de l'appliquer par pulvérisation à partir d'une bombe aérosol. Il ne reste plus qu'à recouvrir le caisson de verre, augmentant ainsi son étanchéité, et à le raccorder au système d'alimentation en eau froide et au système d'évacuation de l'eau chaude prête à l'emploi vers le réservoir de stockage.

D'après l'expérience pratique, on sait que le plastique supporte mal les températures élevées, ce qui entraîne sa déformation. Lors des journées ensoleillées, la température de l'eau chauffée peut dépasser 65 degrés, ce qui entraînera une déformation du plastique.

Pour cette raison, il vaut mieux renoncer à une étanchéité supplémentaire du caisson avec du verre, ou l'utiliser uniquement par temps nuageux.

Méthode avec circulation d'eau chauffée

Le système du collecteur solaire est similaire à la première version, mais présente quelques différences structurelles.

Pour créer le collecteur, vous aurez besoin des outils et matériaux suivants :

• Tube PVC d'un diamètre de 20 mm avec coudes et tés ;
• Coupe-tube à roulettes ;
• Fraises à chanfreiner ;
• Primer (produit de nettoyage) ;
• Bouteilles en plastique ;
• Briques Tetra Pak de lait ou de jus ;
• Couteau de bureau ;
• Carton ;
• Peinture noire mate thermorésistante ;
• Réservoir de stockage.

Pour le montage, vous aurez besoin d'un tube PVC de 20 mm de diamètre. La partie horizontale du tube doit être coupée en segments, auxquels seront soudés à froid les coudes et les tés. La partie inférieure du collecteur solaire sera exactement la même. Au final, vous obtiendrez un système fermé, mais procédons dans l'ordre.

Particularités du collage des tuyaux en PVC

Pour obtenir une coupe de qualité, il est préférable d'utiliser un coupe-tube équipé de galets. Après la coupe, il est nécessaire de chanfreiner l'intérieur du tube à l'aide de fraises à chanfreiner spéciales.

Après avoir mesuré la profondeur des tés et des coudes, vous devez faire une marque sur l'extrémité du tube à raccorder et appliquer un primer (produit de nettoyage) sur les extrémités des tubes et les raccords.

Grâce au déplacement fluide de la partie coupante, le coupe-tube à roulettes évite les déformations de la section et la formation de bavures sur le bord lors de la coupe.

L'étape suivante consiste à appliquer et répartir la colle sur la partie externe du tube et la partie interne du raccord. La colle doit être appliquée au pinceau, dont la taille doit être inférieure au diamètre des tubes. Il ne reste plus qu'à insérer le tube dans le té ou le coude préparé et à le tourner d'un quart de tour pour répartir la colle uniformément.

Il faut noter que le collage d'un coude ou d'un té doit être effectué en moins de 30 secondes. Après la fixation, vous devez retirer l'excédent de colle.

Ordre de fabrication du collecteur solaire

Après avoir préparé le tube supérieur et y avoir raccordé les tubes verticaux, vous pouvez commencer à préparer les bouteilles en plastique. Dans le modèle de collecteur solaire présenté, il y a 4 tubes verticaux de 105 cm de long, sur lesquels on peut placer 5 bouteilles en plastique. Ainsi, pour assembler le collecteur, vous aurez besoin de 20 bouteilles en plastique identiques.

Il faut retirer le fond de chaque bouteille. Pour ce faire, vous devez fabriquer un gabarit simple à partir d'un morceau de carton roulé en tube de 30 cm de long. À l'aide du gabarit et d'un couteau de bureau, retirez le fond des bouteilles. Après avoir préparé les bouteilles, vous pouvez commencer à fabriquer l'absorbeur, qui captera l'énergie solaire.

L'utilisation d'un simple gabarit en carton permet de couper rapidement et d'obtenir des bouteilles de taille identique.

En tant qu'absorbeur, nous utilisons des briques alimentaires usagées de jus ou de lait. Il faut les couper, les laver soigneusement et les sécher. Pour améliorer leur capacité d'absorption, appliquez une peinture mate noire. Le plus simple est de le faire à l'aide d'une peinture en aérosol par pulvérisation.

L'enfilage successif des bouteilles en plastique permet de placer facilement les briques alimentaires pliées à l'intérieur.

Après avoir préparé les bouteilles et les briques alimentaires, vous pouvez commencer l'assemblage du capteur solaire. D'abord, enfilez une bouteille en plastique sur le tube vertical, goulot vers l'avant, et insérez-y une brique. De la même manière, enfilez toutes les bouteilles sur les tubes verticaux, puis reliez-les aux raccords en T et aux coudes du tube inférieur, semblable au supérieur.

Pour donner de la rigidité au capteur solaire fabriqué, il est nécessaire de réaliser un support pour celui-ci.

Un panneau en bois ordinaire donne de la rigidité à la structure et permet de déplacer facilement le capteur solaire vers son lieu d'utilisation.

On peut, comme dans le premier cas, placer le capteur dans une caisse en bois, mais il n'est plus nécessaire de l'isoler. Car chacune des bouteilles en plastique constitue une sorte de petit réservoir isolé qui, en chauffant de l'intérieur, transmet la chaleur à l'eau circulant dans les tubes.

Particularités d'installation et de raccordement

Pour une absorption maximale des rayons solaires, le capteur doit être orienté vers le sud. Un petit angle d'inclinaison de 10 à 15 degrés suffit pour que le capteur fonctionne efficacement quelle que soit la position du soleil.

La partie inférieure du tube doit être raccordée à la partie inférieure du réservoir de stockage, et la partie supérieure approximativement à sa partie centrale. L'eau froide du réservoir en polymère s'écoulera par le tube inférieur vers le capteur, où elle sera chauffée et remontera par le tube supérieur dans le réservoir.

Ainsi, une circulation naturelle de l'eau s'établira dans le système artisanal. Pour assurer une intensité élevée de circulation de l'eau, le réservoir doit être placé légèrement au-dessus du capteur solaire à une distance d'au moins 0,3 m de celui-ci.

Lorsque le capteur solaire est correctement raccordé au réservoir de stockage, une circulation naturelle de l'eau est assurée.

Il faut noter que lorsque l'eau froide entre dans le réservoir depuis le système d'alimentation en eau, un mélange actif se produit, ce qui réduit l'efficacité du capteur. On peut éviter cela en équipant l'entrée du réservoir d'un réducteur de turbulence, qui est un tube bouché avec de multiples orifices.

L'eau passe par le réducteur en douceur, ce qui permet à l'eau froide de rester dans les couches inférieures, d'où elle est prélevée pour le capteur solaire.

L'utilisation d'un réducteur de turbulence permet d'éviter le mélange de l'eau froide et de l'eau chaude dans le réservoir de stockage.

Il est évident que le capteur solaire ne chauffe l'eau que pendant la journée par temps ensoleillé. Il est donc important de conserver l'eau chaude pour une utilisation en journée et en soirée. Pour cela, il est nécessaire d'isoler le réservoir de stockage.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo 1. C'est ainsi que sont apparus les premiers systèmes solaires à base de bouteilles en plastique :

Vidéo 2. Un appareil quasi gratuit pour chauffer l'eau en action :

Le capteur solaire fabriqué à partir de contenants en plastique pour boissons est une solution économique pour obtenir de l'eau chaude. Cependant, en cas de mauvais temps prolongé, surtout au printemps et en automne, il est judicieux d'installer une résistance électrique dans le réservoir de stockage. Dans ce cas, le capteur solaire deviendra une partie d'un système complet permettant d'économiser de l'argent dans des conditions favorables.

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