A Présentation
Il est possible d'utiliser l'énergie fournie par le soleil en la convertissant directement en énergie thermique immédiatement utilisable. Pour ce faire, on utilise des capteurs solaires à circulation d'eau, en exploitant le principe de l'échange thermique.
Le capteur est constitué d'un circuit tubulaire noir exposé de face au rayonnement solaire et isolé au dos. On fait circuler en circuit fermé de l'eau (avec antigel) ou un autre fluide caloporteur dans le capteur, puis dans un autre échangeur interne à un ballon d'eau chaude sanitaire (ECS), à un stockage d'eau chaude ou à un plancher chauffant.
définition
Un fluide caloporteur est un liquide utilisé pour transporter de la chaleur d'un point à un autre.
Au contact des tubes irradiés par le rayonnement solaire, donc chauds, l'eau qui circule dans le capteur s'échauffe, puis cède l'énergie récupérée à l'eau du ballon grâce à l'échangeur interne. On a ainsi deux circuits d'eau séparés, ce qui assure la non-pollution du réseau d'ECS.
Du fait de l'intermittence de l'énergie solaire, le ballon d'ECS sert de stock tampon (c'est-à-dire qu'il y a de l'eau chaude en réserve) pour assurer la disponibilité en eau chaude à toute heure. Une chaudière classique ou une résistance électrique fournit le complément d'énergie en cas d'absence prolongée d'ensoleillement ou d'énergie solaire insuffisante (par exemple, en période hivernale).
B Le rendement d'une conversion photothermique
Le capteur absorbe une énergie égale à l'irradiation solaire moyenne reçue (considérée à une latitude donnée en France) multipliée par le nombre d'heures d'ensoleillement. L'énergie absorbée vaut : Ereçue = 1 000 W.m–2 × 2 000 h = 2 000 kW.h.m–2.an–1.
L'énergie thermique économisée est de l'ordre de : Eutile = 350 kWh par an et par m² de capteur.
Le rendement η de conversion est le rapport d'énergie utile par l'énergie reçue. Il s'exprime en pourcent. η = = = 15 %.