Comment fonctionne un chauffe-eau solaire ?

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Produire de l’eau chaude, chaque jour, grâce à l’action de la lumière du soleil et la stocker pour la journée et la nuit dans un réservoir étanche et isolé (le ballon), c’est le principe fondamental du chauffe-eau solaire.

Pour cela on utilise des panneaux sur lesquels, la source primaire d’énergie, le soleil, va rayonner et faire élever la température du liquide qui circule dans ce qu’on appelle, l’absorbeur.

Lorsque le fluide est plus chaud que l’eau stockée dans le ballon, le fluide va se mettre à circuler et ainsi transmettre l’énergie emmagasinée.

Les éléments principaux d’un chauffe-eau solaire

Un chauffe-eau solaire, ce n’est pas un bloc unique qui produit de l’eau chaude, mais un ensemble d’éléments qui, raccordés, vont permettre au soleil de libérer l’énergie contenue dans sa lumière, et de chauffer l’eau sanitaire.

Ces éléments sont :

  • Un ou plusieurs capteurs vitrés avec un absorbeur.
  • Un ballon de stockage (intégré ou séparé).
  • Une pompe de circulation.
  • Un régulateur électronique.
  • Un circuit de plomberie de transfert de la chaleur.
  • Un vase d’expansion.

Le schéma des éléments d’un chauffe-eau solaireLe schéma des éléments d’un chauffe-eau solaire

Le principe de fonctionnement du chauffe-eau solaire

Dès les premiers rayons de soleil, la température de l’absorbeur contenu dans les panneaux solaires thermiques, s’élève et transmet ses calories au fluide caloporteur (ou à l’eau dans le cas d’un chauffe-eau monobloc).

Le fluide caloporteur perd de la chaleur au profit de l’eau stockée dans le ballon qui est plus froide et ressort de l’échangeur (le serpentin où à lieu l’échange) avec quelques degrés de moins pour rejoindre les panneaux où il va regagner les degrés perdus.

Cet écart de température n’a pas besoin d’être très important pour assurer un bon échange de chaleur.

La régulation typique d’un chauffe-eau solaire, maintiendra la circulation du fluide caloporteur avec à peine 3 à 10° d’écart.

Au fur et à mesure que les heures de la matinée vont avancer, la température de l’eau stockée dans le ballon autour de l’échangeur (le serpentin) se réchauffe.

Simultanément, le fluide caloporteur qui se refroidit moins, à son passage dans le ballon, alors que le soleil commence à chauffer plus, voit sa température s’élever.

A midi, la température atteint les 50°C.

Si on utilise de l’eau chaude, les ballons sont fait de telle façon, qu’on puise la partie haute du ballon qui est compensée par l’eau froide qui arrive dans la partie basse.

Ainsi on ne se brûle pas et l’eau sanitaire nouvellement introduite se réchauffe rapidement au contact de l’échangeur.

Durant l’après-midi, si le soleil est toujours là, la température peut encore monter dans l’absorbeur, jusqu’à 70°C en général.

Au-delà, la régulation électronique des panneaux solaires, va stopper la circulation du fluide caloporteur pour éviter une surchauffe.

Les panneaux solaires sont toujours exposés au rayonnement solaire, et la température du fluide caloporteur va continuer de monter en température.

Pour éviter l’ébullition et parce qu’il y a dilatation du fluide caloporteur, un vase d’expansion est installé sur le circuit.

Quand arrive le soir, avec le coucher du soleil, les panneaux solaires se refroidissent progressivement.

Lorsque la température du fluide caloporteur passe en dessous de celle de l’eau du ballon, la régulation électronique stoppe la circulation jusqu’au lendemain (circulation qui avait reprise en fin d’après-midi).

Durant la nuit, le ballon va progressivement se refroidir.

L’eau plus fraîche va descendre lentement au fond du ballon en attente d’être réchauffée par l’échangeur le lendemain, l’eau plus chaude restant disponible au sommet.

En conclusion

Un chauffe-eau solaire utilise les propriétés physicochimiques de l’échange des calories et de la dilatation des liquides, grâce à un capteur plan vitré, qui sert d’amplificateur pour l’échange des calories fournies par le soleil.


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