Plus de 3600 sites internet français autour de l'énergie solaire

	Politique Parlements, gouvernement, collectivités locales, partis			Economie Entreprises (solaire thermique, photovoltaïque), installateurs, bureaux d'études, commerce et distribution, emploi,...
	Organismes			Associations
	Formation et Recherche			Médias
	Particuliers			Listes de liens

	Référencement | Contact
Dernière modification: 27/06/2009
Le soleil fournit chaque année beaucoup plus d'énergie à la terre que ce qui est actuellement utilisé par les hommes. Malheureusement, ce potentiel énorme est encore insuffisamment exploité. L'énergie solaire pourrait cependant jouer un rôle beaucoup plus important dans le mix énergétique européen et contribuer, à côté des autres énergies renouvelables, à assurer nos besoins énergétiques. Pour faciliter au grand public l'accès rapide aux informations sur l'énergie solaire thermique et photovoltaïque, le "Portail solaire" se donne pour objectif, depuis mai 2003, de rassembler les sites Internet français contenant des informations utiles sur cette forme d'énergie. Le portail se veut clair, complet et actuel. Je vous remercie d'avance de bien vouloir me signaler d'éventuelles erreurs ou des sites qui ne seraient pas encore répertoriés. Michael Keil

Le photovoltaïque

L'effet photovoltaïque permet de transformer l'énergie solaire en électricité. Le mot "photovoltaïque" vient du grec "photos" (lumière) et de "volta" du nom du physicien italien qui découvrit la pile électrique. C'est le savant français Alexandre-Edmond Becquerel qui le premier, en 1839, mit en évidence la variation de la conductivité d'un matériau sous l'effet de la lumière et le décrivit dans un "Mémoire sur les effets chimiques et électriques produits sous l'influence de la lumière solaires".

Production de cellules au silicium mono et poly-cristallin

Un module photovoltaïque est composé de plusieurs cellules assemblées en série. La majorité des panneaux sont fabriqués à partir de cellules au silicium cristallin (monocristallin ou polycristallin).

Le silicium est le deuxième élément de la croûte terrestre où il existe souvent sous la forme oxydée (sable, silice, quartz). Avant de le transformer en cellule photovoltaïque, il faut l'isoler et le purifier. La première étape constitue un procédé métallurgique classique: silice et carbone sont cuits à très haute température dans des fours à arcs. Ainsi on arrive à un silicium pur à 99 % (désigné par 2N) dit de qualité "métallurgique" (Si-MG Metallurgic grade silicon). La production mondiale s'élève à environ un million et demi de tonnes par an, surtout pour l'industrie automobile.

Ensuite, on ajoute une étape de purification supplémentaire, qui pendant longtemps a été réalisé surtout pour la filière électronique et l'industrie photovoltaïque s'est contenté de recupérer les rébuts de l'électronique. Pour les applications électroniques on utilise du silicium pur à 99,9999 % (6N). En revanche, pour des applications solaires, un silicium 4N devrait suffir. Pour pouvoir produire 1 tonne de silicium 6N, il faut environ 1,5 tonne de silicium 2N.

Il y a désormais un grand nombre de fabricants de silicium de qualité "solaire": 6N Silicon (Canada), DC Chemical (Corée du Sud), Hemlock (USA), Joint Solar Silicon (JSSI) (Allemagne), MEMC (USA), Mitsubishi Polycrystalline Silicon, Nitol (Russie), REC Silicon (Norwège), Setek (Japon), Timminco, Topsil (Danemark)... et des dizaines de fabricants chinois: Asia Silicon, CSG, Emei, GCL Silicon, Honbridge, Jaco, Shunda, Jinhua Smelting, Niking Technology, Sanjing, Solsitek, Sunshine Silicon, Tehua,...

 

Lingots

Des blocs et granulats de silicium sont placés dans un creuset. Sous atmosphère d’argon, un four porte le silicium à plus de 1500 °C. Le creuset est alors lentement refroidi du bas vers le haut, pour concentrer les impuretés en haut et donner au silicium une structure multicristalline à gros grains. L’opération dure plusieurs heures. Le lingot de 230 kg à 240 kg est écrêté de sa partie supérieure, puis découpé en briques de 100x100 mm ou 125x125 mm de section sur environ 25 cm de long.

Wafers

Chaque brique est alors découpée en plaques par une scie à fil. Des spires juxtaposées de fil d’acier entrainent un abrasif, du carbure de silicium, et tranchent régulièrement la brique en plaques de 0,2 à 0,3 mm d’épaisseur. L’épaisseur de la coupe, environ 0,2 mm, fait perdre quasiment la moitié du silicium. Des procédés sont à l’étude pour séparer des déchets de coupe (carbure, huile) et le recycler. Nettoyées de l’huile de coupe, les plaques obtenues sont appelées des wafers.

Fabricant de wafers: Advansil (Chine), Al-Afandi Solar (Arabie Saoudite), Amex (Russie), Anhui Silicon (Chine), Deutsche Solar (Allemagne), Ersol (Allemagne), Helios Ressource, LDK Solar (Chine), Photowatt (France), Prolog Semicor (Ukraine), Purewafer (Pays de Galles), PV Crystalox (Japon), Solargiga (Chine), Sovello (Allemagne), Swiss Wafers (Suisse), Wacker Schott (Allemagne),...

Cellules

Plusieurs opérations se succèdent pour transformer le wafer en cellule photovoltaïque.

Modules

Les cellules sont assemblées en générale par 36 unité dans un module, qui délivre alors une tension d'au moins 12 V (0,5 V par cellule). Placées sur une plaque de verre en face avant, les cellules sont connectées entre elles, puis recouvertes d’un polymère et enfin d’un support arrière en verre ou tedlar. Comprimé, le module passe dans un four d'environ 140 °C qui chasse l’air et fait fondre le polymère: en refroidissant il durcit et assure l’étanchéité. C’est le laminage. Placé dans un cadre en aluminium et doté d’un boîtier de câblage, le module est testé et emballé avec l’indication de la puissance mesurée.

Les modules se distinguent selon leurs rendement, la puissance nominale, la puissance minimale, la tension de circuit ouvert, l'intensité de court circuit, tension à la puissance nominale, l'intensité à la puissance nominale, la taille et le nombre des cellules, le type de connexion, le nombre des diodes by-pass, le coefficient de température, les dimensions, le type d'encapsulation,...

Cellules solaires en couches minces

Avantages des couches minces :

Techniques de dépôt

Il existe plusieurs techniques de dépôt des couches minces, notamment des techniques sous vide et des réactions chimiques en phase vapeur.

Silicium amorphe

Le silicium amorphe est fabriqué à partir de silane (SiH4). Les réactifs sont injectés à l’état gazeux dans une enceinte sous-vide et déposés par plasma sur une surface de verre recouvert d’un matériau conducteur (comme l’oxyde d’étain). Le silicium et l’hydrogène sont libérés et reforment un matériau solide qui sera dopé par d’autres éléments introduits sous forme gazeuse. Les cellules produites ont des rendements de 6% (simple jonction) à 12 % (jonctions multiples). Elles sont couramment utilisées pour des applications de faible densité de puissance, montres, calculatrices, etc.

Il y a plusieurs fabricants de cellules au silicium amorphe: Amelio Solar (USA), Auria Solar (Taiwan), Bangkok Solar (Thailand), Blue Star Terra (Chine), EPV (USA), Ersol/Bosch (Allemagne), Flexcell (Suisse), Fuji, Genesis Energy (Hongrie), Green Energy (Taiwan), Kaneka (Japon), Kenmos (Taiwan), Malibu (Allemagne), NexPower (Taiwan), Onyx (Espagne/Chine), QS Solar (Chine), Pramac (Swiss), Schott, Shenzen Topray (Chine), Signet (Allemagne), Solartech Energy (Taiwan), Sunner Solar (Taiwan), Sun Well Solar (Taiwan), Tianjin Jinneng (Chine), Uni-Solar (USA),...

Des lignes de production "clés en main" sont fournies par Anwell (Chine), Applied Materials (USA), Centrotherm (Allemagne), Energosolar (Hongrie), Oerlikon (Suisse), Ulvac (Japon),...

Cadmium-tellurid

Ce semi-conducteur est caractérisé par une forte absorption de la quasi-totalité du spectre visible. Il est en générale déposé sur du sulfure de cadmium (CdS) de type n. Ce procédé permet d'atteindre les côuts de production les plus faibles. Ce qui risque de freiner le développement de ces techniques, c'est avant tout la toxité du cadmium. C'est avant tout un problème d'image, car le risque est surtout lié à la manipulation en usine et peut être maitrisé.

Il existe quelques fabricants de cellules en Cadmium-tellurid: Abound (USA), Calyxo Q-Cells (Allemagne), First Solar (USA),,...

CIS (Cuivre, Indium, Selenid) ou CIGS (Cuivre, Indium, Gallium, Selenid)

Une façon d’améliorer le rendement est de déposer plusieurs couches de différents matériaux pour créer des jonction multiples. Le diséléniure de cuivre et d'indium est un matériau composé de type I-II-V. Sur un contact arrière en molybdène sont déposées entre 350 °C et 400 °C deux couches de CIS successivement de faible puis de haute résistivité. La cellule est complétée par le dépôt d'une couche de CdS et d'une grille de contact en alluminium. Les cellules CI(G)S permettent d'atteindre des rendements théoriques jusqu'à 25 %. En production industrielle on arrive à des rendements d'environ 11 %.

Il y a plusieurs fabricants de cellules CIS ou CIGS: Ascent Solar (USA), Avancis (Allemagne, coopération de Shell et Saint-Gobain), CIS Solartechnik (Allemagne), DayStar (USA), Flisom (Suisse), Global Solar (USA), Heliovolt (USA), Honda Soltec (Japon), ISET (USA), Johanna Solar (Allemagne), Miasole (USA), Nanosolar (USA), Odersun (Allemagne), PVflex(Allemagne), Ritek (Taiwan), Scheuten (NL), Solibro Q-Cells (Allemagne), Showa Shell (Japon), Shurjo (Inde), Solar Frontier (Japon), Solarion (Allemagne), Solo Power (USA), Solyndra (USA), Stellaris (USA), Sulfurcell (Allemagne), Sunvim (Chine), Würth Solar (Allemagne),...



Cellules micromorphes

Ces cellules sont composées d'une couche de silicium microcristallin et d'une couche de silicium amorphe, deux matériaux qui absorbent la lumière dans des plages différentes du spectre, d'où une meilleure exploitation de l'énergie solaire. Les cellules atteignent un rendement d'environ 8 %.

Fabricants de cellules micromorphes: Best Solar, ENN Solar, Ersol, Inventux, Kaneka, Mitsubishi, Moser Baer, NexPower (Taiwan), Sunfilm, T-Solar,...

Des lignes de production "clés en main" sont fournies par Applied Materials (USA), Oerlikon (Suisse),...

Cellules organiques

Les premières cellules organiques à avoir été conçues sont des cellules à colorant, inventées par Michael Grätzel en Suisse. Dans les cellules photovoltaïques traditionnelles, le matériau semi-conducteur remplit l’ensemble des fonctions nécessaires, absorption de la lumière, création des paires électrons-trou, transport des charges libres vers les électrodes et tenue en tension, ce qui nécessite une très grande pureté du matériau et explique une partie du coût élevé. Dans une cellule à colorant, on utilise des matérieux différents pour chacunes des fonctions. La lumière est absorbée par un colorant, les électrons sont injectés et se déplace dans du dioxyde de titane, les charges positives dans un électrolyte liquide. Le colorant se trouvant oxydé par la lumière, il doit être réduit, ce qui s’effectue par l’intervention d’un couple d’oxydo-réduction via l’électrolyte. On obtient des rendements de 10% grâce à l’utilisation de dioxyde de titane nanocristallin. L’électrolyte peut être remplacé par des polymères conducteurs.

Fabricant de cellules organiques: Dyesol (Australie), G24i (Angleterre), Konarka (USA), Plextronics (USA), Solarmer Energy (USA),...

 

Certification des modules

La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux. Elle a publié plusieurs normes pour favoriser la coopération internationale dans le domaine du photovoltaïque.

a) La norme IEC 61215 présente les exigences sur la qualification de la conception et l'homologation des modules photovoltaïques au silicium cristallin pour application terrestre et pour une utilisation de longue durée dans les climats généraux d'air libre.

b) La norme IEC 61646 contient les exigences sur la qualification de la conception et l'homologation des modules photovoltaïques en couches minces pour application terrestre et pour une utilisation de longue durée dans les climats généraux d'air libre.

Les procédures d'essai contiennent les séquences suivantes: examen visuel, détermination de la puissance maximale, essai d'isolement, mesure des coefficients de température, mesure de la température nominale d'utilisation des cellules (NOCT), performance à STC et NOCT, performance sous faible éclairement, essai d'exposition en site naturel, essai de tenue à l'échauffement localisé, essai de préconditionnement pour les UV, essai de cycle thermique, essai humidité-gel, essai continu de chaleur humide, essai de robustesse des sorties, essai de courant de fuite, essai de charge mécanique, essai à la grêle, essai thermique de la diode bypass et exposition prolongée au rayonnement lumineux.

Les modules peuvent être testés et certifiés dans les laboratoires suivants:

Europe
GTAC Cologne - Global Technology Assessment Center, ESTI - European Solar Test Installation, OFPZ Arsenal, TZPV - Frauenhofer ISE-Testzentrum Photovoltaik, LEMF - Laboratorio de Ensayos de Modules Fotovoltaicos, Eurotest Laboratori, AT4 Wireless, Photovoltaik Institut

Amérique
San Jose PVTCE - Photovoltaic Technology Center of Excellence, Mississauga Laboratory - Bodycote Materials Testing Canada

Asie
Suzhou PVTCE - Photovoltaic Technology Center of Excellence, Photovoltaic and Wind Power Systems Quality Test Center, GTAC Yokohama - Global Technology Assessment Center, GTAC Shanghai - Global Technology Assessment Center, JET Tokio, ETDC Electronics Test and Development Center, KTL Korea Testing Laboratory

 

Onduleur

Un onduleur ne se limite pas seulement à transformer le courant continu (DC) généré par le panneau photovoltaïque en courant alternatif (AC) à la tension et à la fréquence souhaitées (par exemple 230 V et 50 Hz), mais il s'agit également d'exploiter le champ photovoltaïque à son point de puissance maximal (Maximum Power Point MPP). De plus, les onduleurs assurent la surveillance du réseau pour protéger ce dernier contre les pannes et interrompre l'alimentation en électricité en cas d'erreurs du réseau.

Avant de choisir un onduleur il convient de faire une étude sur la configuration des modules qu'on souhaite installer et les facteurs qui définissent leurs performance: le temps et l'intensité de l'ensoleillement, ombrage, direction et inclinaison de la toiture, etc.

Fabricants d'onduleurs: AEG, Atersa, Beghelli, Carlo Gavazzi, Centrosolar, Control Techniques, Danfoss, Delta Energy, Diehl AKO, Dorfmüller, Effekta, Fagor Automation, Fronius, Helios Systems, IDS, Ingeteam, Kaco, Kostal, Layer, Leonics, LTI Reenergy, Mastervolt, Mitsubishi, Motech, Oelmaier, Padcon, Pairan, Phoenixtec Power, Powercom, Power-One, Refu, Riello, Rudolf Fritz, Satcon, Siel, Siemens, Siliken, SMA, Solar Konzept, Solutronic, SET, Sputnik, Steca, Sunways, Voltwerk, Xantrex, Zigor

Les onduleurs se distinguent selon leurs valeurs d'entrée (puissance DC max., tension DC max., plage de tension, courant d'entrée max., tension DC résiduelle, nombre max. de strings, dispositif d'interruption DC, varistors à surveillance thermique, surveillance du contact à la terre, protection inversion des pôles) et leurs valeurs de sortie (puissance AC max., puissance nominale, tension nominale AC, fréquence nominale, coéfficient de puissance, résistance aux courts-circuit, raccordement au réseau,...) ainsi que leur rendement maximal et le rendement européen (pondéré), leurs caractéristiques mécaniques (dimensions, poids) et leur type de protection (IP),....

 

Les types d'onduleurs

A ) Onduleurs centraux

Les divers panneaux photovoltaïques d'une grande installation (> 10 kW) sont montés en rangée pour former des strings, eux-mêmes couplés en parallèle au moyen de fusibles ou diodes par string le cas échéant. Le générateur photovoltaïque ainsi structuré est relié du côté DC à un seul onduleur central. Les onduleurs centraux présentent une grande efficacité à des prix par Watt réduits. Un panneau mal adapté ou encore un ombrage partiel portent cependant préjudice à une exploitation optimale de chaque string photovoltaïque et entraînent une réduction du rendement énergétique.
En outre, la fiabilité de l'installation est limitée parce qu'elle dépend d'un seul onduleur. Une panne de l’onduleur central entraîne l’arrêt de toute l’installation. La mise en place de plusieurs onduleurs centraux de petite taille (ayant chacun une puissance de 10 kW) constitue donc une variante intéressante du concept d'onduleur central pour les puissances de l’ordre de 100 kW.

B) Onduleur string: plusieurs modules sont connecté pour former une série

De même que pour l'onduleur central, le champ photovoltaïque est, ici aussi, partagé en strings. Mais dans ce cas, très peu de strings sont reliés à chaque onduleur string. Chaque string est ainsi exploité à proximité immédiate de son point de puissance maximal (Maximum Power Point, MPP). La technologie string réduit le risque de problèmes d'adaptation ainsi que les pertes dues aux ombres portées, tout en éliminant celles occasionnées par les diodes string et un câblage prolongé du côté DC du générateur. Ces propriétés techniques avantageuses entraînent une réduction des coûts du système et améliorent le rendement énergétique et la fiabilité de l'installation.

Onduleur multi-string

L'onduleur multi-string permet le raccordement et le fonctionnement MPP de plusieurs strings raccordés chacun à un convertisseur DC/DC et à une pièce génératrice de puissance commune, fournissant ainsi une solution compacte et économique tout en présentant tous les avantages de la technologie string. Les installations photovoltaïques constituées de strings à orientations géographiques différentes (sud, ouest, est) fournissent une puissance avec décalage temporel les unes par rapport aux autres et permettent d'obtenir un rendement optimal. Les onduleurs Multi-String sont utilisés dans les installations photovoltaïque d'une plage de puissance moyenne de 3 à 10 kW.

C) Les onduleurs intégrés aux panneaux photovoltaïques

Chaque panneau dispose ici de son propre onduleur de sorte que toute perte d'adaptation est exclue. Le rendement des onduleurs intégrés aux panneaux reste cependant en-deçà de celui de l'onduleur string. Les onduleurs intégrés aux panneaux photovoltaïques entraînent des coûts de câblage supérieurs du côté AC car ils nécessitent un montage en parallèle avec le réseau 230 V, ce qui n’est pas requis en cas de montage en série des panneaux en strings. Le nombre nettement supérieur d'onduleurs intégrés aux panneaux à installer entraîne un travail de couplage plus conséquent. Ce concept ne s'applique donc généralement qu'aux installations photovoltaïques d'une puissance modeste allant de 50 à 400 W.

Autorisations administratives

La pose de modules photovoltaïques sur un bâtiment existant n’est pas soumise à un permis de construire, mais à une simple déclaration de travaux en mairie. Près d’un monument historique ou dans un site protégé, l’avis des Bâtiments de France sera peut-être nécessaire. Sur une construction neuve, le permis de construire présentera l’intégration des modules.

Aides financières

a) Tarif d'achat

Il faudra établir deux contrats : l’un pour le raccordement électrique de l’installation photovoltaïque, l’autre pour la production d’énergie. Ce dernier est conclu pour une durée de 20 ans quelle que soit l’option choisie (vente du surplus ou de la totalité). Le tarif d’achat de base est de 32,823 c€/kWh (en 2009) et 60,176c€/kWh si les capteurs sont intégrés. En tant que producteur d’électricité, il faudra, à la date anniversaire du contrat, facturer le total des kWh vendus à EDF.

Critères d’obtention de la prime d’intégration

Pour bénéficier de la prime, les équipements doivent assurer une fonction technique ou archetecturale :

Venir en substitution d’un ou plusieurs équipements.

Matériel concerné par le prime d’intégration :

Toitures, ardoises ou tuiles industrielle (avec ou sans support) conçus pour cette application :

Solutions techniques ne donnant pas droit à la prime :

(Source : DGEMP/Dideme)

 

b) Crédit d'impôt

Le crédit d'impôt rembourse la moitié du matériel dans la limite de 8000 Euro pour un couple sans enfant et 8400 Euro pour une famille de quatre personnes.

c) TVA à 5,5 %

Pour les bâtiments de plus de deux ans, la TVA appliquée sur l'installation (pose+matériel) est à 5,5 % pour des puissances allant jusqu'à 3 kW. Si le système dépasse ce seuil, c'est l'ensemble de l'installation qui est taxé à 19,6 %.

d) Aides locales et régionales

Certaines régions, départements et communes aident financièrement les particuliers pour l'acquisition d'une installation photovoltaïque. Pour connaître exactement le montant et les modalités il convient de se renseigner auprès des Espaces Info Energies.

 

Sites isolés

Batteries

Les batteries se distinguent par leur tension nominale, leurs caractéristiques de charge et décharge, leurs capacité et état de charge, rendement, cycles et durée de vie,...

Plusieurs technologies sont utilisées:

a) Batteries au plomb

b) Batteries au nickel

c) Batteries au lithium (en Li-métal, Li-ions, Li-polymère)

d) Super condensateurs

e) Batteries redox

f) Air comprimé

 

Fabricants: Claas, Exide, Hoppecke, Maguysama, Power Battery, Saft, Surrette, Varta,...

Suiveurs (trackers)

Etant donné que la puissance et la direction des rayons solaires se modifient en permanence, les suiveurs orientent les panneaux photovoltaïques toujours vers le soleil. Ainsi l’angle d’incidence reste constant. Les suiveurs se distinguent selon la surface maximale des modules, le système de contrôle, le système de protection contre le vent, la longueur du mât, le poids,...
Il existe des suiveurs à essieu unique et à deux essieux.

Fabricants: A+F, Ades, Apolo, Beghelli, Conergy, Deger, De Simone, Ecoware, Elettropiemme, Energetica, EQ-Sys, Espe, ET Solar, Feina, Follow the sun, Ideematec, Lorentz, Martifer, Mecapisa, Mecasolar, MP-Tec, Opel International, Pairan, Paru, Pevafersa, Poulek Solar, Prius Energy, PV Strom Energy Systems, RW Energy, S+S Energietechnik, Sinosol, Soemtron, Solar Power, Solar-Trak, Solon, Soltec, Sonnensysteme Projektgesellschaft, Sonnenstraelen, Sunpower, Sunzenit, Talleres Clavijo, Titan Tracker, Vipiemme, Voltwerk, Wattpic,...

 

Panneaux solaires à concentration

En plaçant une lentille au-dessus d'une cellule photovoltaïque, il est possible de concentrer la lumière du soleil plusieurs centaine de fois. Ainsi, pour une concentration dite de "100 soleils", on obtient, avec 1 cm2 de cellule sous concentrateur, le même résultat qu'avec 100 cm2 de ces mêmes cellules sous un éclairage naturel. Plusieurs technologies de lentilles et de prismes se concurrencent pour obtenir ce résultat, mais il s'agit en générale d'une lentille de Fresnel en plastique (légère et peu coûteuse), parfois accompagnée d'une structure prismatique accolée à la cellule. Pour fonctionner correctement la cellule doit cependant toujours être perpendiculaire au soleil.

Fabricants: Amonix, Concentrating Technologies, Concentrix Solar, Cool Erth Solar, Day4Energy, Emcore, Entech, Green and Gold Energy, GreenVolts, Guascor Foton, JX Crystals, NuEdison, Pacific Solartech, Prism Solar Technology, Pyron Solar, Sharp, Sol3g, Solfocus, Stellaris, Taihan, Whitfield,...

 

Protection contre la foudre

• Protection contre les coups directs
  
• Protection contre les coups indirects
• Prise de terre
• Masses équipotentielles
• Parafoudres
• Cheminement des câbles et blindage
• Mise à terre d'un conducteur continu
  
  

Connecteurs

Fabricants: Amphenol-Tuchel, Cixi Renhe, HI Kabelkonfektionierung, Huber+Suhner, Jiangyin Guangyue, Kitani, Lapp, Lumberg, Multi-Contact, Ningbo, QC Solar, Top Solar Technology, Tyco, Yukita,...

 

Le solaire thermique

Fonctionnement d’un Chauffe-eau solaire

Un Chauffe-eau solaire se compose de capteurs généralement posé sur un toit orienté côté sud, et d’un ballon de stockage relié aux capteurs par un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur. Ce fluide (eau+antigel+agent anticorrosion le plus souvent) s’échauffe en circulant dans les capteurs puis descend dans le ballon où, en parcourant un échangeur, il cède sa chaleur à l’eau sanitaire. Une fois refroidi, il repart vers le capteur où il sera à nouveau chauffé.
Une pompe électrique met en mouvement le liquide caloporteur quand il est plus chaud que l’eau du ballon de sqtockage. Son fonctionnement est commandé par un dispositif de régulation qui joue sur les différences de températures : si l’eau du ballon est plus chaude que celle du capteur, la régulation coupe le circulateur. Sinon, le circulateur est remis en route et le liquide primaire réchauffe l’eau sanitaire du ballon.

La quantité de chaleur fournie dépend d’une part de l’intensité du rayonnement solaire et d’autre part de l’aptitude du matériel à capter et à transmettre cette chaleur.

Pour les périodes où le soleil ne suffit pas à chauffer l’eau, l’appoint thermique peut être assuré soit par une résitance électrique (thermoplongeur), soit par la chaudière alimentant un second changeur placé dans le ballon.

Les systèmes à vidange automatique

Les systèmes à vidange automatique nécessitent ni fluide antigel, ni soupape de sécurité, ni vase d’expansion. Les capteurs sont remplis d’eau seulement lorsqu’il y a du soleil, et si l’ensoleillement n’est pas suffisant, les capteurs se vident dans un receptacle. Ces systèmes ont été développés pour éviter l’utilisation d’un antigel et les surchauffes excessives, en cas d’absence l’été par exemple.

Les systèmes à thermosiphon

Les systèmes à thermosiphon se servent des différences de densité entre fluide chaud et le fluide froid. Le fluide chauffé dans le circuit monte, entre dans le ballon de stockage situé au-dessus du capteur, y transfère sa chaleur, et descend ensuite à nouveau dans le capteur par la tuyauterie de retour.

Le chauffe-eau solaire à éléments séparés fonctionnant en thermosiphon offre plusieurs avantages : pas de régulation, pas de pompe et de très bonnes performances énergétiques pour un prix réduit. La simplicité de la circulation naturelle et l’absence des pièces mobiles assurent une grande fiabilité du système qui continue de fonctionner en cas de panne électrique.

L’inconvénient est que le ballon de stockage doit être placé dans une position plus élevée que les capteurs, afin de permettre la montée « naturelle » du fluide caloporteur des capteurs vers le ballon.

Les systèmes à thermosiphon sont conçus, soit comme systèmes directs (dans lesquels l’eau potable coule directement dans le capteur), soit comme systèmes indirects, dotés d’un circuit capteur fermé. Ils sont surtout adaptés aux régions où les températures ne descendent pas trop bas.

Les systèmes « low flow »

Ces chauffe-eau fonctionnent avec une quantité réduite de fluide caloporteur. Le débit à travers les capteurs est adapté à la puissance du rayonnement solaire de façon à ce que la température du fluide à la sortie des capteurs soit toujours supérieure de quelques degrés à celle de l’eau sanitaire. Si les capteurs low flow sont utilisés en liaison avec un ballon de stratification, on peut atteindre des températures d’eau plus élevées dans des conditions de rayonnement faible.

Capteurs

a) Capteurs plans

Le capteur solaire comprend une plaque et des tubes métalliques noirs. Ils constituent l’absorbeur, recoivent le rayonnement solaire et d’échauffent. Un coffret rigide et isolé thermiquement entoure l’absorbeur. Sa partie supérieure, vitrée, laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur comme dans une serre.

b) Capteurs à tubes sous vide

Dans les capteurs à tubes sous vide, un tube de verre extérieur est placé autour des absorbeurs intéreurs. Un vide remplit l'espace libre, afin de réduire les déperditions de chaleur par convection ou par conduction thermique, comme dans une bouteille isothermique. Ainsi les capteurs à tubes sous vide atteignent en générale des températures sensiblement plus élevées que les capteurs plans. L'intensité du vide est d'une importance décisive pour l'interruption du mécanisme de transfer de chaleur. La pression doit être réduite très au-dessous de la pression atmosphérique.

- Tubes sous vide à flux direct
Le fluide caloporteur passe directement par l'absorbeur dans les tubes sous vide. Ce transfer thermique direct assure un rendement élevé.

- Tubes sous vide à caloduc
Le tube de l'absorbeur contient une petite quantité d'eau. Ce liquide est vaporisé sous vide partiel. La vapeur s'élève dans le conduit de l'absorbeur, condense dans le condenseur et retourne sous forme liquide dans l'absorbeur. Ce principe exige une inclinaison minimale de 20 °. Si le condenseur a une température supérieure à la température d'évaporation du fluide dans l'absorbeur, il y a alors vaporisation complète.

- Tubes sous vide de type "Sydney"/CPC
Un tube "Sydney" est un tube de verre à double paroi pour éviter une éventuelle perte du vide par la jonction métal/verre. La surface des tubes est directement placée sur le tube de verre intérieur. Un réfleteur est nécessaire pour utiliser la totalité de la surface de l'absorbeur, à cause de l'arrondi du tube.

Raccordement: La sortie chaude d'un capteur est reliée à l'arrivée froide du capteur suivant.

Ballons de stockage

Comme l'énergie solaire ne peut pas assurer la totalité de la production d’eau chaude sanitaire, le ballon de stockage est équipé d’un dispositif d’appoint qui prend le relais en cas de besoin et reconstitue le stock d’eau chaude : Il peut s’agir d’une résistance (appoint électrique) ou d’un serpentin (appoint hydrolique) raccordé à une chaudière (bois, gaz, fioul) situé en aval du ballon. Un second ballon alimenté par l’énergie d’appoint peut aussi être utilisé.

• Ballons à stratification

La température de l’eau chaude contenue dans un ballon de stockage se stratifie naturellement (eau chaude en haut). Les ballons « à stratification » renforcent ce phénomène naturel. L'eau chaude venant des capteurs est introduite dans le ballon à une hauteur qui correspond à sa température, et l'eau chaude est puisée dans le ballon suivant la température désirée. Ainsi, la partie la plus chaude peut être réservé aux besoins sanitaire, et la partie moins chaude pour le chauffage de la maison en hiver ou la piscine en été. Cette technologie est plutôt réservée aux systèmes solaires combinés.

Le chauffage solaire pour piscines

Le chauffage de l'eau des piscines peut être réalisé par l'installation de capteurs solaires synthétiques en polyéthylène rigide ou en tuyaux souples non vitrés. Les besoins en température ne sont pas élevés ce qui permet une utilisation solaire avec un bon rendement et donc une production de chaleur très économique.
Ces systèmes sont généralement exempts d'échangeur de chaleur étant donné que l'eau de la piscine circule directement à travers les capteurs, le débit étant assuré soit par la pompe de l'élément de filtration, soit par une pompe aditionnelle. Les capteurs peuvent être installés en hauteur sur un toit ou posés au sol incliné à 45 °. Le réseau hydraulique peut se faire en tube rigides ou souples et ne nécessite pas d'outillage spécifique.
Les matériaux synthétiques utilisés pour la construction des capteurs résistent au chlore et sont insensibles à la corrosion et au gel. Néanmoins il faut procéder à la vidange des capteurs et du réseau tubulaire en période hivernale et de risque de gel.
Le dimensionnement de la surface de capteurs se fait principalement en fonction des dimensions de la piscine, de la différence de température de l'eau du bassin et de l'impact solaire. La surface des capteurs se situe entre 30 et 80 % de la surface du bassin.

Climatisation solaire

• Absorption (sorption liquide)
  
  Gräce à la chaleur fournie par le panneai solaire, un mélange liquide de réfrigérant et d'absorbant (ammoniac/eau, eau/bromure de lithium...) est porté à ébullition dans un désorbeur. Alors que l'aborbant reste en place, le réfrigérant, plus volatil, s'évapore puis se dirige vers le condenseur, où il cède de la chaleur. Après son passage par un détendeur, ce même réfrigérant, revenu à l'état liquide, peut à nouveau se vaporiser en prélevant cette fois de la chaleur dans le milieu ambiant, qu'il rafraîchit. Cette vapeur se retrouve alors aspirée par l'absorbeur, ce dernier étant dans le même temps alimenté par la solution appauvrie en réfrigérant. Ansi reconstitué dans ses proportions initiales, le mélange est alors pompé jusqu'au désorbeur, puis le cycle recommence.
  
  
• Adsorption (sorption solide)
  L'absorbant solide (P.ex. du silicagel)) placé dans deux compartiments identiques jouant alternativement le rôle d'absorbeur et de désorbeur. Après évaporation dans le compartiment 1, puis condensation et à nouveau évaporation, le réfrigérant est adsorbé dans le compartiment 2, maintenu à basse température. Au fur et à mesure que le silicagel du compartiment 1 se libère de son eau, celui du compartiment 2 tend vers la saturation. Au bout d'un certain moment, il suffit d'inverser les caissons et la destination de la chaleur solaire pour entretenir le processus.
  
  
• Froid évaporatif ou DEC (Dessicant evaporative cooling)

Fabricants: Climate Well, EAW, Phönix, Rotartica, Sortech, Yazaki,...