Systèmes de chauffage solaire : analyse des technologies de mise en place du chauffage à base de systèmes solaires thermiques

La question de la recherhe de sources de chaleur alternatives devient de plus en plus pertinente. Cela est dû à la hausse des prix du gaz, du charbon et du pétrole. Une orientation très prometteuse – les systèmes de chauffage solaires, capables de chauffer efficacement un logement pendant de nombreuses années.

Vous envisagez l'installation d'un système solaire, mais vous avez des doutes et des questions ? Nous vous aiderons à comprendre quand il est judicieux d'utiliser l'énergie solaire pour le chauffage, et nous décrirons les options possibles d'aménagement du chauffage. De plus, nous proposerons des instructions pour la fabrication de systèmes solaires faits maison – un collecteur plat et un collecteur tubulaire.

L'énergie solaire – une source de chaleur alternative

L'idée d'utiliser l'énergie solaire pour le chauffage n'est pas nouvelle. De plus, sa pertinence a été prouvée par les Américains, les Chinois, les Espagnols, les Israéliens et les Japonais.

Le marché regorge d'offres de diverses installations de conversion de l'énergie solaire et de son utilisation ultérieure pour les besoins domestiques.

Les systèmes solaires sont activement utilisés comme source principale de chaleur dans de nombreux pays du monde. Sous nos latitudes, ils sont encore utilisés comme complément au système de chauffage.

Le coût des systèmes dépnd de leur type, de leur surface, du matériau utilisé lors de la fabrication. D'année en année, on observe une tendance constante à la baisse des prix sur tous les types d'installations solaires – les systèmes solaires.

Cela les rend plus accessibles à de larges couches de la population. Ce pendant, tout le monde n'est pas encore prêt à effecter un tel achat.

En revanche, si vous le souhaitez, vous pouvez construire un système de chauffage solaire efficace vous-même, en dépensant nettement moins d'argent.

Le système de chauffage traditionnel, qui a parfaitement rempli son rôle pendant de nombreuses années, devient de plus en plus coûteux. La raison en est la hausse mondiale des prix des ressources énergétiques. Le désir naturel du propriétaire est d'économiser sur le chauffage, qui engloutit une part importante du budget familial.

Ainsi, un système de chauffage solaire peut pleinement remplacer un système traditionnel à combustible solide, au gaz ou autre. Tout dépend du type et de la taille du local dans lequel il sera utilisé.

L'option adaptée à un entrepôt à grains ne conviendra pas à une maison d'habitation, et le système qui répond aux besoins d'une maison de campagne ne pourra en aucun cas assurer le chauffage d'un manoir de deux étages.

Le remplacement complet du chauffage traditionnel par un chauffage solaire est parfois problématique. Le propriétaire craint que le système ne puisse pas faire face ou qu'il n'y ait physiquement pas assez d'espace pour installer le nombre de panneaux nécessaires.

C'est pourquoi on utilise souvent un système de chauffage combiné, sans renoncer complètement à l'équipement au gaz (électrique ou autre) déjà installé. Le niveau de substitution du chauffage traditionnel par le solaire peut atteindre 90 %.

De plus, le nombre annuel de jours d'ensoleillement de la région où se trouve l'habitation est important. La température moyenne quotidienne n'est pas aussi déterminante. De nombreuses installations absorbent efficacement la lumière lors des journées froides d'hiver (capteurs solaires utilisant de l'antigel comme fluide caloporteur).

En plus du chauffage, une installation solaire peut fournir de l'eau chaude et de l'électricité à l'habitation

Où une installation solaire sera la plus efficace

Pour remplacer le chauffage par une installation solaire, il convient de prendre en compte plusieurs facteurs qui influencent son efficacité.

Premièrement, il faut choisir correctement le type de système solaire. Dans cette question, il convient de prendre en compte la superficie de la pièce et sa destination. Le plus souvent, il s'agit d'une maison individuelle où vit une famille de 4 à 5 personnes.

Deuxièmement, il faut calculer soigneusement les besoins en chaleur en se basant sur la consommation maximale pendant la saison froide. Comparez ces chiffres avec la quantité d'énergie produite par mètre carré de l'installation solaire. Il ne restera plus qu'à calculer la superficie de la structure solaire capable de chauffer le local en question.

La valeur obtenue sera le facteur principal pour déterminer l'emplacement du système. En général, les propriétaires préfèrent utiliser le toit ou le mur de la maison. On utilise rarement le terrain adjacent ou le toit du garage. Parfois, des supports spéciaux sont construits pour installer l'équipement.

La construction de supports spéciaux pour l'installation de systèmes solaires permet de les placer de manière très pratique sur le terrain attenant à la maison.

Il est important que rien n'entrave la libre pénétration des rayons solaires sur la surface absorbant la lumière. Il faut choisir un mur ou une partie du toit orienté au sud, sud-est ou sud-ouest.

Après avoir déterminé où seront placés les panneaux solaires, il convient de préparer le logement au préalable :

• Libérer l'espace. Abattre les plantations superflues si elles gênent.
• Renforcer le toit. Il ne faut pas oublier le poids qu'aura la structure prévue.
• Isoler davantage le bâtiment. Car il est inutile de chauffer la rue.

Troisièmement, il faut résoudre la question : acheter ou construire soi-même le système de chauffage. Tout dépend des moyens financiers et de la volonté de consacrer du temps à la fabrication de la structure.

En choisissant la deuxième option, il faut comprendre le principe de fonctionnement du système nécessaire pour tout assembler correctement.

Options possibles d'aménagement du chauffage solaire

Les options de construction du système de chauffage solaire dépendent entièrement des souhaits du propriétaire du ménage :

• Utilisation de produits fabriqués en usine. Achat de capteurs prêts à l'emploi avec installation et montage par soi-même.
• Construction d'un projet pilote.  Il est nécessaire pour vérifier l'effet de l'utilisation du système en vue de réaliser des calculs précis ultérieurs.
• Réalisation indépendante du cycle complet des travaux. Calcul, conception, construction « à partir de zéro » du système solaire, son installation.

Option n°1. Elle implique le choix d'un emplacement approprié pour les installations solaires, car l'efficacité de leur utilisation en dépendra. Le montage nécessitera également des compétences particulières.

Il ne sera pas nécessaire de calculer le nombre de panneaux – il suffira d'exprimer tous ses souhaits à l'entreprise fournisseur d'équipement. Il faudra également répondre aux questions de clarification des gestionnaires – tout, la sélection du nombre optimal de panneaux (capteurs) se fera sans aucune difficulté.

Pour l'installation d'un système solaire de ses propres mains sur le toit, il faut s'assurer le soutien d'au moins un assistant. Une seule personne ne peut pas faire face à un tel travail.

Option n°2 – construction d'un projet pilote. Ce sera la solution optimale pour les personnes indécises. Car il est difficile de prendre immédiatement une décision définitive sur le remplacement du système de chauffage. Construire un capteur solaire (à air ou à eau) de petite taille et le tester « en action » deviendra une expérience utile.

Après avoir évalué les coûts réels de fabrication, comparé ceux-ci avec la valeur marchande de systèmes similaires et calculé les économies réalisées grâce à leur utilisation domestique, prendre une décision responsable sera simple.

Option n°3 – le choix des véritables maîtres.

Pour un chauffage optimal du bâtiment, il faudra accomplir un travail colossal :

• Calculer la surface nécessaire du système solaire.
• Déterminer l'emplacement futur de l'installation, le renforcer.
• Isoler davantage l'habitation.
• Acquérir tous les éléments nécessaires à la construction du système.
• Construire un panneau solaire.
• Installer le système construit en respectant les exigences principales – l'angle d'inclinaison par rapport aux rayons du soleil.

La réalisation de l'ensemble des travaux d'installation du système ne peut être qualifiée de tâche facile, mais le processus est extrêmement captivant. De plus, il permet d'économiser une somme assez conséquente.

En choisissant le type de chauffage utilisant l'énergie solaire, il faut décider s'il sera également utilisé pour chauffer l'eau et produire de l'électricité (cliquez pour agrandir)

Types d'installations pour la conversion de l'énergie solaire

Selon le principe de fonctionnement, on distingue deux types d'appareils absorbant la lumière solaire :

• Panneaux à convertisseurs photovoltaïques. Ils représentent des systèmes de cellules semi-conductrices connectées en série ou en parallèle. Ils fournissent du courant pour alimenter les chauffages domestiques.
• Capteurs solaires. Panneaux avec un système de tubes remplis de fluide caloporteur : air, mélange antigel ou eau. Ils fournissent le fluide chauffé par le soleil au circuit de chauffage.

Examinons chaque option séparément.

Panneaux solaires

Un panneau solaire convertit la lumière absorbée en électricité. Il est composé de cellules photovoltaïques (le plus souvent en silicium), capables d'extraire directement du rayonnement solaire un courant électrique continu.

Une telle installation peut être utilisée pour assurer le fonctionnement des équipements de chauffage électriques. Il faut la connecter au système d'alimentation électrique du logement.

L'efficacité de conversion du rayonnement solaire de cette installation est de 5 % à 20 % selon le type de dispositif de traitement du rayonnement solaire. La puissance d'1 m² de batterie solaire est de 120 W.

Il reste à calculer combien de mètres carrés seront nécessaires pour répondre aux besoins d'un ménage spécifique, en fonction de la taille du logement, des besoins individuels en chaleur et du niveau d'isolation des structures.

Il est plus pratique de placer les batteries solaires sur le toit de la maison, en choisissant son versant sud.

Pour le chauffage, les batteries solaires sont plus efficaces dans les régions méridionales. Leur principal inconvénient est la baisse d'efficacité au crépuscule et par temps nuageux, et l'absence totale de fonctionnement la nuit.

Pour fabriquer une batterie solaire soi-même, il faut d'abord assembler le cadre, souder les cellules solaires, puis tout disposer soigneusement et utiliser un mastic.

Pour la fabrication du cadre, on utilise des lattes en bois et des cornières en aluminium. Tout dépend de la taille de la structure assemblée et de son emplacement. Les cellules solaires – les plaquettes en silicium – sont la partie la plus coûteuse de la structure. Elles sont monocristallines ou polycristallines. Les premières sont un peu plus chères, mais leur rendement est supérieur de 5 %.

Les fabriquer soi-même est impossible. Il est préférable d'acheter des convertisseurs photovoltaïques avec des conducteurs déjà soudés.

Ils doivent être placés sur un support en panneau de fibres (MDF), puis fixés dans le cadre, les fils des éléments sont sortis à l'extérieur et tous les trous sont remplis de mastic. Laisser la structure bien sécher et recouvrir d'un couvercle en verre ou en plastique transparent.

Les schémas de montage et les méthodes de connexion des panneaux solaires sont décrits dans cet article.

Capteurs solaires

Une manière fondamentalement différente de convertir la lumière absorbée pour les capteurs. Leur fonctionnement repose sur un fluide caloporteur circulant dans les tuyaux.

En fonction de la conception, on peut distinguer trois principaux types de capteurs, les plus couramment utilisés pour la construction d'un système de chauffage solaire :

• Plats. Le récepteur de chaleur – l'absorbeur est en tôle métallique avec une surface extérieure noircie. En chauffant, il transmet l'énergie au fluide caloporteur du système de chauffage.
• Sous vide. Le système de collecteur sous vide est conçu selon le principe des thermos, ce qui permet de conserver presque deux fois mieux la chaleur obtenue du soleil.
• Concentrateurs. L'appareil est équipé d'une pièce miroir concave de grande surface, qui concentre la lumière solaire sur une petite surface de l'absorbeur.

Les installations solaires les plus courantes dans les ménages sont équipées d'un système de tubes disposés en éléments parallèles ou en serpentin. Les tubes sont remplis soit d'eau technique, soit d'un mélange d'eau avec un liquide antigel ou d'air.

Après avoir visualisé les parties principales de l'installation solaire, il est plus facile de décider où placer au mieux les différents composants (+).

L'installation à air peut être utilisée comme source de chauffage supplémentaire. Elle n'est pas en mesure de fournir entièrement la chaleur à une maison, quelle que soit sa région. La principale caractéristique de ce type de système solaire est l'air qui joue le rôle de fluide caloporteur.

Les systèmes tubulaires sont assez activement utilisés pour le chauffage toute l'année. L'antigel ou le mélange d'antigel est chauffé par les rayons du soleil, puis circule dans les tubes d'échange de chaleur internes, puis est dirigé vers le réservoir de stockage.

Le mouvement du fluide est stimulé par une pompe, grâce à laquelle il se déplace du réservoir vers le système de chauffage. Le fluide caloporteur chauffé chasse la partie refroidie du fluide, qui doit ensuite retourner dans le capteur pour se réchauffer.

Le principe de fonctionnement d'un système solaire plat repose sur la pénétration de la lumière solaire à l'intérieur du panneau où se trouve l'absorbeur de chaleur. Celui-ci chauffe et émet de la chaleur, qui est transmise au fluide circulant dans les tubes métalliques (le plus souvent en cuivre).

Que peut-on fabriquer soi-même ?

On peut construire de ses propres mains un système de chauffage solaire utilisant un capteur à air. Il est préférable de le placer sur le mur sud du bâtiment.

Plus la surface de la pièce à chauffer est grande, plus la surface occupée par le capteur sera grande – éventuellement tout le mur de la maison. De plus, ce système solaire peut être installé dans le grenier.

Avant d'installer un système de chauffage à air dans le grenier, il faut s'assurer qu'il peut supporter le poids de l'installation (+).

Le capteur solaire qui chauffe la masse d'air remplit ses fonctions de chauffage grâce aux flux d'air circulant à l'intérieur du système. Le caloporteur circule dans le circuit, se refroidit et retourne dans le système. Le mouvement des flux d'air peut se faire naturellement ou à l'aide d'un ventilateur.

En ce qui concerne les matériaux pour fabriquer le capteur solaire à air, vous pouvez utiliser divers moyens improvisés. Il n'existe pas de règle unique.

Les bricoleurs améliorent ce type de système solaire assemblé à la maison. Certains cherchent à obtenir une option moins chère, sacrifiant ainsi l'efficacité, d'autres font le contraire.

Après avoir compris les éléments de base du capteur solaire à air, il est plus facile de décider de son emplacement d'installation – toit ou mur (+)

Examinons les principales méthodes.

Particularités de l'installation d'un système solaire tubulaire

Le système solaire à tubes pour le chauffage peut être utilisé dans différentes régions. Il ne dépend pas de la température extérieure. L'essentiel est que l'installation reçoive un maximum de rayons solaires.

L'antigel utilisé comme caloporteur ne gèle pas à basse température. Les jours d'hiver clairs, la quantité de lumière solaire dépasse celle reçue en été.

Le capteur solaire à tubes est constitué d'un système de tubes à vide transparents reliés entre eux. Ils contiennent une substance à bas point d'ébullition. En bouillant, elle s'évapore, transmet sa chaleur à l'embout en cuivre et s'écoule vers le bas, où le processus se répète.

Les tubes à vide, fabriqués en verre réfractaire, sont remplis à l'intérieur d'une substance capable de bouillir à basse température (+)

Les tubes à vide absorbent jusqu'à 90 % de tout le rayonnement solaire (visible et infrarouge). L'énergie solaire, transformée en chaleur, parvient au caloporteur. Celui-ci transmet cette énergie plus loin dans le système – vers l'échangeur de chaleur situé dans un réservoir de stockage spécial.

Le mouvement du caloporteur et de l'eau dans le système de chauffage se fait grâce à des pompes. Il est important que le réservoir ait une bonne isolation thermique. Il y a généralement deux échangeurs de chaleur : l'un est raccordé à un chauffage d'appoint, l'autre aux capteurs.

Dans les maisons équipées de ce type d'installations solaires, il est avantageux de connecter également un système de plancher chauffant. Cela permet de chauffer le bâtiment plus efficacement.

En ce qui concerne l'installation des capteurs à tubes, vous pouvez le faire vous-même. La seule chose à prendre en compte est l'angle d'inclinaison de travail – il doit être d'au moins 20°.

Le capteur solaire à tubes est placé sur le toit, en choisissant l'orientation la plus ensoleillée. Il est important qu'il n'y ait pas d'immeubles élevés à proximité qui gênent la libre pénétration de la lumière solaire.

Construire une installation à vide soi-même n'est pas possible – il est impossible de fabriquer des tubes à vide à la maison. Cela est réalisé par les usines spécialisées dans la production de systèmes solaires à vide.

Installation solaire plate

Souvent, on utilise un capteur solaire plan pour le chauffage.

Pour sa construction, il vous faudra :

• un cadre métallique ;
• un fond solide ;
• une couche d'isolation thermique ;
• une couche d'absorbeur de rayonnement solaire de couleur noire (adsorbeur) ;
• un couvercle transparent – plastique, verre ;
• des tubes pour le liquide (cuivre, aluminium).

La structure doit être équipée de raccords d'entrée et de sortie et d'une pompe pour une circulation efficace du liquide.

Vous pouvez assembler une installation solaire plane de vos propres mains. Pour cela, on utilise souvent des moyens de fortune, en choisissant des matériaux moins chers en guise d'analogue (+).

Vous pouvez installer un capteur plan à n'importe quel angle, à condition de le nettoyer de la neige et de la poussière. Il est particulièrement adapté aux climats chauds.

Pendant la saison froide, on observe une faible performance et des pertes de chaleur élevées. Cela remet en question l'utilisation de ce seul système solaire pour un chauffage complet. Il sera optimal d'utiliser une installation solaire plane en complément d'un chauffage au gaz, électrique ou à combustible solide.

Nous vous proposons de consulter les articles sur l'assemblage artisanal de systèmes de chauffage solaire :

1. Comment fabriquer un capteur solaire pour le chauffage de ses propres mains — guide étape par étape
2. Comment fabriquer un panneau solaire soi-même : méthodes d'assemblage et d'installation du panneau solaire

À nouveau sur la pertinence

Utiliser l'énergie solaire pour le chauffage au lieu des ressources énergétiques habituelles est avantageux. Selon le type de système solaire choisi, les économies sur la consommation de chaleur payante peuvent atteindre 100%.

L'option de remplacement complet du système de chauffage est l'utilisation de capteurs à tubes sous vide. C'est un projet assez coûteux au départ. Par la suite, il peut garantir une indépendance énergétique totale, en s'amortissant sur 6 à 8 ans.

L'ingéniosité des bricoleurs ne connaît pas de limites – on peut adapter un simple tuyau comme labyrinthe pour la circulation du liquide à l'intérieur du capteur.

La durée de vie des installations solaires peut aller jusqu'à 25 ans. Elles nécessitent un entretien minime – un nettoyage périodique des surfaces de la neige, de la poussière et des débris. Quant aux réparations, elles peuvent être effectuées par vous-même. Un inconvénient majeur est que les capteurs plans et les panneaux solaires « craignent » les ouragans.

Un tel chauffage est sûr pour les habitants de la maison et pour l'environnement. Il est totalement gratuit et ne dépend ni du taux de change ni des prix des ressources énergétiques.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo montrera le processus de construction artisanale d'un panneau solaire :

Guide visuel pour la construction d'un système de chauffage à air:

Technologie de fabrication d'un capter solaire plat à faire soi-même:

Les installations solaires, ou systèmes de chauffage solaires, se sont bien imposées dans le monde entier. Elles permètent d'obtenir de la chaleur gratuitement, en réduisant les coûts de chauffage d'au moins 30%.

Il est possible de remplacer entièrement les sources d'énergie par l'énergie solaire dans votre système de chauffage. Un aure avantage important: vous pouvez assmbler l'installation solaire vous-même.

Avez-vous des compétences pratiquès en matière d'assmblage ou d'exploitation de systèmes de chauffage solaires? Partagez vos connaissancs, posez des questons sur le sujet et partipez aux discussons. Le formlaire de commenaires se trouve ci-dessous.