Comment fonctionne un panneau solaire thermique ?

Un panneau solaire thermique est un dispositif conçu pour capturer la chaleur du soleil et la transformer en énergie thermique. Il utilise l’énergie solaire pour chauffer un fluide, généralement de l’eau ou un autre type de liquide caloporteur, qui peut ensuite être utilisé pour chauffer des espaces ou de l’eau sanitaire. Contrairement aux panneaux photovoltaïques qui convertissent la lumière du soleil en électricité, les panneaux solaires thermiques sont spécifiquement conçus pour collecter et stocker la chaleur.

La principale différence entre ces deux types de panneaux solaires réside dans leur utilisation et leur mode de fonctionnement. Alors que les panneaux photovoltaïques génèrent de l’électricité en utilisant la lumière du soleil, les panneaux thermiques exploitent directement la chaleur du soleil pour chauffer un fluide. Les panneaux photovoltaïques sont composés de cellules solaires qui convertissent la lumière en électricité, tandis que les panneaux thermiques utilisent généralement des tubes noirs ou des plaques pour absorber la chaleur et la transférer au fluide caloporteur.

Les absorbeurs constituent le cœur des panneaux solaires thermiques. Il s’agit généralement de plaques ou de surfaces sombres, souvent en cuivre ou en aluminium, qui sont conçues pour capturer le maximum de rayonnement solaire. Grâce à leur couleur foncée, ils absorbent la chaleur et la retiennent, jouant ainsi un rôle essentiel dans le processus de conversion de l’énergie solaire en chaleur.

Ces tubes, souvent remplis d’un fluide caloporteur, sont en contact direct ou indirect avec les absorbeurs. À mesure que les absorbeurs se réchauffent, cette chaleur est transférée au fluide caloporteur qui circule à travers les tubes. Ce fluide, une fois chauffé, peut être dirigé vers un ballon d’eau chaude ou un système de chauffage, permettant ainsi d’exploiter l’énergie capturée.

L’isolation est un élément crucial des panneaux solaires thermiques. Elle assure que la chaleur captée par les absorbeurs et transférée au fluide caloporteur ne se dissipe pas dans l’atmosphère. Les matériaux isolants entourent généralement les tubes et les absorbeurs, minimisant ainsi les pertes thermiques et garantissant une efficacité maximale du système.

La plupart des panneaux solaires thermiques sont recouverts d’un vitrage transparent, généralement en verre trempé ou en polycarbonate. Ce vitrage joue un double rôle : il protège les composants internes des éléments extérieurs et permet la pénétration du rayonnement solaire tout en emprisonnant la chaleur à l’intérieur, un peu comme une serre, ce qui renforce l’efficacité du processus d’absorption.

Le processus d’absorption débute lorsque le rayonnement solaire frappe la surface des panneaux solaires thermiques. Grâce aux absorbeurs, souvent peints en noir ou recouverts d’un revêtement sélectif, un maximum de cette énergie est capturée. Ces absorbeurs, du fait de leur conception et de leurs matériaux, sont optimisés pour attraper et retenir la chaleur, tout en minimisant la réflexion ou la dissipation de cette énergie.

Une fois que l’énergie solaire est absorbée, le processus de transformation en chaleur débute :

1. Absorption initiale : la première étape est l’absorption directe du rayonnement solaire par les absorbeurs, transformant ainsi l’énergie solaire en chaleur.
2. Transfert de chaleur : à mesure que les absorbeurs chauffent, ils commencent à transférer cette chaleur au fluide caloporteur qui circule dans les tubes ou canaux adjacents. Ce transfert est souvent facilité par la conception des panneaux, où les absorbeurs et les tubes sont en contact étroit.
3. Circulation du fluide : le fluide caloporteur, maintenant chauffé, circule à travers le système, emportant avec lui la chaleur capturée.

Après avoir été chauffé dans le panneau solaire thermique, le fluide caloporteur transporte la chaleur vers un système de stockage, souvent un ballon d’eau chaude. Dans ce réservoir, la chaleur du fluide est transférée à l’eau, soit par un échangeur de chaleur soit par conduction directe, selon le type de système. Une fois stockée, cette eau chaude est prête à être utilisée pour diverses applications domestiques, telles que le chauffage des espaces ou l’eau sanitaire. Grâce à ce processus, les panneaux solaires thermiques permettent d’utiliser l’énergie solaire de manière efficace, réduisant ainsi la dépendance à des sources d’énergie plus traditionnelles et coûteuses : 

• Eau chaude domestique (eau chaude sanitaire)
• Systèmes de chauffage solaire pour la maison
• Système solaire combiné avec d’autres formes de chauffage (système d’appoint avec la pompe à chaleur ou la chaudière à gaz)

• Efficacité énergétique : les panneaux solaires thermiques peuvent convertir jusqu’à 70-80% du rayonnement solaire en énergie thermique, ce qui est nettement supérieur à la conversion photovoltaïque.
• Réduction des coûts : bien qu’il y ait des coûts initiaux, sur le long terme, l’utilisation de l’énergie solaire pour le chauffage peut entraîner d’importantes économies sur les factures énergétiques.
• Durabilité  : ces panneaux ont une longue durée de vie, souvent de plus de 20 ans, avec des besoins de maintenance relativement faibles.
• Écologique : ils réduisent la dépendance aux combustibles fossiles, diminuant ainsi les émissions de gaz à effet de serre.

• Dépendance au climat : l’efficacité des panneaux solaires thermiques peut varier selon la météo et la région, car ils dépendent directement du rayonnement solaire.
• Coûts initiaux : l’investissement initial pour l’installation peut être élevé, bien que compensé par des économies ultérieures.
• Espace : ils nécessitent un espace considérable pour l’installation, surtout si l’objectif est de couvrir une grande partie des besoins en chauffage.
• Complexité : pour certains propriétaires, le processus d’installation et d’intégration avec les systèmes existants peut sembler complexe ou intimidant.

Pour maximiser l’efficacité d’un panneau solaire thermique, il est crucial de veiller à sa bonne orientation, généralement vers le sud dans l’hémisphère nord, et d’ajuster son inclinaison en fonction de la latitude du lieu. Une orientation et une inclinaison optimales garantissent une exposition maximale au soleil, améliorant ainsi l’absorption de l’énergie.

Les panneaux solaires thermiques s’avèrent être des outils indispensables dans la quête d’une énergie renouvelable efficace et durable. Leur capacité à transformer directement la chaleur du soleil en énergie utilisable les positionne comme une solution majeure pour la rénovation énergétique. Nous encourageons vivement tous ceux qui envisagent de réduire leur empreinte carbone à explorer davantage les potentialités de cette technologie novatrice.