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Chauffe Eau Solaire Individuel > Mise en oeuvre des capteurs

LE CAPTEUR PLAN VITRE


Le type de capteur le plus utilisé est le capteur plan vitré. Il comprend un coffre isolant sur lequel est fixée une vitre. A l’intérieur sont disposés des absorbeurs noirs destinés à capter l’énergie solaire. Un liquide caloporteur circulant dans des tuyauteries en contact avec l’absorbeur prélève les calories reçues du soleil. La vitre située sur la face avant et l’isolant permettent de réduire les déperditions de chaleur. L’absorbeur peut être recouvert d’un revêtement sélectif qui limite le rayonnement vers l’extérieur et améliore ses performances.



Ce type de capteur est bien adapté à la production de l’eau chaude sanitaire et au chauffage des bâtiments en métropole…(températures d’eau chaude généralement comprises entre 30 et 60°C).

Le capteur plan vitré
Le capteur plan vitré


LE CAPTEUR PLAN NON VITRE (OU MOQUETTE)


Ce capteur génère de fortes pertes thermiques, il est en matière plastique et s’utilise notamment dans les applications requérant des températures peu élevées, le chauffage par exemple de l’eau des piscines.

LE CAPTEUR SOUS VIDE


Les déperditions thermiques sont réduites par rapport aux capteurs plans grâce à une excellente isolation thermique (on fait le vide dans ces tubes).

Remarques :
  • des températures de fonctionnement plus élevées qu’avec les capteurs plans peuvent être atteintes, ce qui peut être un avantage, notamment pour l’industrie et le refroidissement solaire.
  • des températures de stagnation élevées peuvent être atteintes plus fréquemment, avec les contraintes correspondantes sur tous les matériaux employés près du champ de capteurs et sur le fluide caloporteur (formation de vapeur en stagnation). Pour une production d’eau chaude sanitaire, le coût de la chaleur solaire à température moyenne de fonctionnement est plus élevé


ORIENTATION DES CAPTEURS


Orientation des capteurs solaires L’orientation des capteurs vers le sud est à privilégier. En pratique, une différence de α=30° par rapport au sud peut être admise. À titre indicatif, pour un capteur incliné à 45°, une orientation sud-ouest provoque une baisse de seulement 10% de la productivité annuelle.

INCLINAISON DES CAPTEURS


Inclinaison des capteurs solaires Pour un chauffe-eau solaire, l’inclinaison optimale correspond à la valeur, en degré, de la latitude du lieu d’implantation des capteurs (environ 45° en France). Toutefois une inclinaison comprise entre 20 et 60° n’influe que très peu sur les performances de l’installation. Si les capteurs sont implantés en toiture, il faut conserver la même inclinaison pour les capteurs et la toiture (si cela est possible).

IMPLANTATION DES CAPTEURS SUR LE BATIMENT


Les capteurs peuvent être implantés en toiture inclinée (tuiles, tôles, ardoises) ou terrasse, en façade, en allège, en dépendance ou au sol. La pose au sol ou sur toiture terrasse est souvent la plus facile à mettre en oeuvre.

En toiture, quatre types de mise en oeuvre sont possibles :
  • Les capteurs en surimposition sur toiture inclinée
  • Les capteurs en surimposition posés sur toiture terrasse
  • Les capteurs incorporés (avec bac d’étanchéité) en toiture inclinée
  • Les capteurs intégrés en toiture inclinée


Les capteurs intégrés assurent aussi les fonctions de clos et de couvert du bâtiment (solidité mécanique et étanchéité). Ils doivent disposer d’un avis technique pour leur mise en oeuvre et font l’objet d’une garantie décennale.

LA POSE EN TOITURE


Les faibles pentes favorisent les gains entre mars et octobre
Les faibles pentes favorisent les gains entre mars et octobre


Les pentes fortes des toitures optimise les gains énergétiques sur l’année tout en permettant une bonne intégration des capteurs
Les pentes fortes des toitures optimise les gains énergétiques sur l’année tout en permettant une bonne intégration des capteurs


Qu’il s’agisse d’un bâtiment existant ou d’une construction neuve, la présence d’une toiture terrasse peut représenter une solution simple pour la pose des capteurs solaires
Qu’il s’agisse d’un bâtiment existant ou d’une construction neuve, la présence d’une toiture terrasse peut représenter une solution simple pour la pose des capteurs solaires


Il faut toutefois prévoir des structures légères afin de faciliter le déplacement des capteurs lorsque des travaux de remise en état de la toiture sont nécessaires.
L’installation d’un CESI rentre dans le domaine d’application de la responsabilité décennale de l’installateur.


FIXATION DES CAPTEURS


Que le capteur soit indépendant ou incorporé, les fixations du capteur doivent lui permettre de résister aux effets des charges normales, du vent et de la neige. Des détails concernant les supports de fixation sont donnés dans les notices techniques des fabricants et les avis techniques du capteur.

PENETRATION EN TOITURES


Le passage des tuyauteries nécessite des pénétrations à travers la toiture. Une attention particulière doit être portée à l’étanchéité de ces pénétrations. Les fabricants donnent quelques préconisations dans leur documentation technique. Il est recommandé d’utiliser, lorsque cela est possible, des accessoires existants pour la traversée des toitures : tuiles à douille, lanterne, adaptées à chaque type de couverture.

LES TEXTES


  • DTU n°65.12 :Réalisation des installations de capteurs solaires plans à circulation de liquide pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire,
  • DTU n°43 : travaux d’étanchéité des toitures-terrasses et des toitures inclinées,
  • DTU n°40 et associés : travaux de couvertures,
  • Règles générales de mise en oeuvre des capteurs solaires sur une couverture par éléments discontinus (cahier du CSTB n°1614),
  • Règles générales de mise en oeuvre des capteurs solaires indépendants sur toitures-terrasses ou toitures inclinées revêtues d’une étanchéité (cahier du CSTB n°1613).


EXEMPLES DE PENETRATION EN TOITURES


Couverture en tuile plate


L’utilisation d’une tuile chatière est très bien adaptée au passage des conduites aller retour Capteurs – Ballon de stockage. Cette configuration ne convient pas pour les CESI autovidangeables car un point haut subsiste sous la toiture.

Pénétration en toiture > Couverture en tuiles plates
Pénétration en toiture > Couverture en tuiles plates


Couverture en tuile mécanique


L’utilisation d’une tuile à douille et lanterne est très bien adaptée au passage des conduites aller retour Capteurs – Ballon de stockage dans le cas d’un CESI autovidangeable. L’isolant doit être lanterne comme le montre la photo ci-contre. Cet isolant doit résister aux hautes températures et aux rayons ultraviolets.

Pénétration en toiture > Couverture en tuiles mécaniques
Pénétration en toiture > Couverture en tuiles mécaniques


ACCES AUX CAPTEURS


Le nettoyage des vitres des capteurs doit pouvoir être réalisé aisément. Un accès facile et sécurisé doit donc être possible. L’installation des capteurs sur une couverture nécessite l’utilisation de dispositifs de sécurité (échafaudage, console, nacelle,…) conformément à la réglementation (décret n°2004-924 du 1er septembre 2004).

EMPLACEMENT DES CAPTEURS


Il faut évidemment placer les capteurs dans des zones bien longtemps possible et à toute époque de l’année. Pour contrôler la qualité du site choisi, on peut utiliser le diagramme de la course du soleil au cours de l’année (voir ci-dessous).

Exemple d’ombres portées très pénalisantes
Exemple d’ombres portées très pénalisantes


DIAGRAMME DE LA COURSE DU SOLEIL


Il convient de s’assurer qu’aucun masque (proche ou lointain) ne vienne ombrer les capteurs. En cas de doute, l’installateur réalise un relevé des ombres portées. Pour cela, il mesure à l’aide d’une boussole clinomètre les angles que font les obstacles par rapport à l’horizontale et leurs orientations correspondantes depuis l’emplacement supposé (bas des capteurs). Ces points sont reportés sur le diagramme de la course du soleil correspondant à la latitude du lieu. L’analyse du relevé de masque permet ainsi de déterminer s’il est opportun de réaliser une installation solaire.

Exemple de diagramme de la course du soleil
Exemple de diagramme de la course du soleil (latitude 44° Nord)
Cas A : Pour l’utilisation annuelle d’un CESI, le profil d’ombre n’est pas pénalisant
Cas B : Pour l’utilisation annuelle d’un CESI, le profil d’ombre est très pénalisant.
Du 21 septembre au 21 mars, les capteurs seront totalement à l’ombre.


Approximation du Temps Solaire Vrai à partir de l’Heure Légale


=> Temps Solaire Vrai = Heure Légale – 2 (pour la période de l’heure d’été)

=> Temps Solaire Vrai = Heure Légale – 1 (pour la période de l’heure d’hiver)