Contrairement aux systèmes photovoltaïques, qui convertissent l'énergie du soleil en électricité, les systèmes solaires thermiques actifs transforment le fluide chauffé par le soleil en chaleur et en eau chaude. Les systèmes se composent de pompes électriques, de ventilateurs, de commandes complexes, de réservoirs de stockage et de collecteurs.
Deux types de capteurs recueillent les rayons solaires : à plat et à tube sous vide. La plaque plate est le type le plus courant et existe depuis plus longtemps. Le tube sous vide est une conception plus récente.
Un capteur plan se compose d'un boîtier métallique isolé et étanche. La face supérieure fait face au soleil et possède un couvercle en verre ou en plastique qui agit comme une serre, laissant entrer les rayons et retenant la chaleur. À l'intérieur de la boîte se trouve une plaque absorbante de couleur foncée spécialement revêtue et des tuyaux contenant du fluide en circulation. Les collecteurs à tubes sous vide comprennent une plaque absorbante de couleur foncée et des rangées parallèles de tubes à vide, tous connectés à un tuyau collecteur. Les conceptions de tubes incluent le verre, le verre-métal et le verre avec des chemins d'écoulement de fluide.
Les plaques absorbantes comprennent généralement de longues bandes de métal recouvertes d'un revêtement spécial. Les nouvelles technologies produisent désormais des revêtements très efficaces. Le rayonnement absorbé chauffe le fluide en circulation.
Préoccupations du système solaire
Les capteurs plats ont une conception simple et robuste. Cependant, cette conception leur permet de perdre de la chaleur par convection et rayonnement. Les charges de vent, qui peuvent emporter la chaleur, doivent être calculées.
Les tubes sous vide peuvent fonctionner même les jours plus nuageux. Ils utilisent du verre un peu fragile - pensez à une bouteille isolée sous vide. Cependant, ils peuvent avoir des problèmes où la neige ou la glace peuvent s'accumuler et doivent être enlevées. Il peut également y avoir des problèmes si la rupture ou les dommages détruisent le vide très important ou de l'accumulation de chaleur s'il n'y a pas un tirage adéquat sur le système.
Les collecteurs peuvent être de type à boucle ouverte ou fermée. Dans les systèmes en boucle ouverte, l'eau potable domestique est pompée à travers le collecteur. Le collecteur doit être vidangé pendant de longues périodes de gel ou utiliser un système de vidange. Bien qu'efficaces, les systèmes ouverts peuvent présenter des problèmes de corrosion si l'eau dure endommage les composants.
Dans les systèmes en boucle fermée, une solution de type antigel passe à travers un échangeur de chaleur monté près du chauffe-eau solaire de la maison. La boucle fermée peut perdre un peu d'efficacité pendant le processus d'échange de chaleur et il y a un certain entretien requis avec le fluide.
Exigences du système solaire
Lors de la sélection d'un système solaire, les propriétaires doivent connaître la quantité d'énergie solaire disponible pour leur maison, un terme connu sous le nom de «constante solaire». D'autres considérations sont la latitude d'une maison; surface disponible pour le collecteur, arbres ou bâtiments qui ombrageraient les collecteurs; l'emplacement du collecteur et son écart par rapport au sud magnétique; et la distance entre le capteur et le ballon de stockage solaire.
A certaines latitudes, le rayonnement en hiver et en été est assez différent en raison de l'angle du soleil par rapport à la Terre. Même le pas des surfaces où les panneaux solaires seront placés doit être vérifié avec des angles d'inclinaison et des orientations variant considérablement entre les emplacements. La plupart des panneaux solaires sont montés sur les toits et l'angle est prédéfini par l'angle du toit. Des angles supérieurs à l'optimum réduiront l'efficacité.
L'espace du toit d'une maison peut même ne pas faire face au sud ou peut ne pas être assez solide pour supporter le système. Si les zones de toit ne fonctionnent pas, les propriétaires peuvent également envisager des murs extérieurs, des systèmes autonomes ou au sol.
Un autre facteur est le système de chauffage domestique. Les systèmes solaires thermiques sont bien adaptés aux systèmes de chauffage par le sol radiant et aux chaudières avec radiateurs à eau chaude. Les systèmes à air pulsé utilisant un échangeur de chaleur fonctionnent mais perdent en efficacité. Les capteurs solaires, cependant, fournissent ou aident aux besoins en eau chaude d'un ménage.
Dans les climats nordiques avec des températures très froides ou de longues périodes de ciel nuageux, un système de sauvegarde sera nécessaire. Une maison qui présente des courants d'air et manque d'efficacité énergétique aura besoin de sauvegarde. Même les niveaux de confort des membres du ménage - en particulier les personnes âgées qui préfèrent un réglage de thermostat plus élevé - doivent être pris en compte. Les prêteurs et les codes du bâtiment peuvent également exiger un système de sauvegarde.
Restrictions possibles
Consultez les codes locaux ou les clauses restrictives qui peuvent restreindre les options. Certaines municipalités se sont opposées aux systèmes obstruant les cours latérales, aux ajouts illégaux de hauteur sur les toits, à la violation des règlements du quartier historique et aux charges excessives sur les toits.
Le coût peut être un facteur. Pour rendre un système solaire rentable, il doit être utilisé presque toute l'année et ne pas rester inactif en été. Le fonctionnement de l'eau chaude toute l'année améliore la rentabilité du système.
Un système fonctionne mieux pour un budget s'il peut fournir 40 à 80 pour cent des besoins de chauffage d'une maison. Un système actif qui fournit moins de 40 pour cent des besoins de chauffage d'une maison a beaucoup de sens sur le plan économique.
Lorsque vous achetez un système, comparez les équipements de capteurs solaires certifiés en vérifiant les autocollants de notation de la Solar Rating and Certification Corporation.
Les coûts d'un système de chauffage solaire actif varient considérablement et, en partie, avec la concurrence sur le marché. Dans le Wisconsin, par exemple, où la concurrence est faible, un système à tubes sous vide pour la distribution d'eau chaude uniquement dans une résidence unifamiliale coûte entre 9 000 $ et 12 000 $.