Capteurs Thermiques Solaires Cours Laaroussi 1

Solaire thermique à basse température, fonctionnement, technologie, normes et cadre réglementaire Najma LAAROUSSI Enseignante-Chercheuse à l’Ecole Supérieure de Technologie de Salé [email protected]

27-28 Février 2014 Tétouan

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Plan

Contexte énergétique Marocain Loi 47-09 Projets du solaire thermique au Maroc Fonctionnement et technologie d’un chauffe eau solaire Cadre normatif et Labellisation ADEREE Dimensionnement Conclusion 2

Contexte Energétique • Contexte énergétique national au Maroc est défavorable • Le Maroc est dépendant des pays exportateurs à hauteur de 97% pour

ses besoins énergétiques avec une facture de 71 Milliards DH en 2008. • Une croissance de la demande électrique est une forte contrainte pour l’ONE, 7,5% en 2008. • Opportunité pour le Maroc pour développer le secteur des énergies renouvelables : réduire sa dépendance et alléger sa consommation

énergétique. • Développer le marché marocain pour les technologies solaires: PV et CES.

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Contexte Energétique 2010 Consommation énergie primaire : 15,1 millions de TEP  Dépendance énergétique  Facture énergétique

dont facture pétrolière

: 97% : 68 milliards de DH : 61,6 MDS

Croissance énergie primaire

: 5% par an

Consommation domestique

: 0,51 TEP/habitant/an

Remarque : t e tep (tonne équivalent pétrole) 1 tep ≈ 11,6 MWh =41,868 GJ 4

Loi 47- 09 L’objectif du gouvernement marocain est de réduire de 12% la consommation d’énergie dans le bâtiment d’ici 2020. un plan d’action composé de: -

la loi cadre 47-09 relatives à l’EE dans le bâtiment .

-

un code de l’EE comprenant la réglementation thermique des bâtiments, ont été élaborés et sont en passe de devenir

opérationnel.

Objectifs : Réduire efficacement les consommations énergétiques du bâtiment,

Valoriser le secteur du bâtiment sur le long terme, Vulgariser l’efficience énergétique dans le bâtiment, Accompagner le Bâtiment par un cadre réglementaire Promouvoir le développement de bâtiments à consommation d'énergie faible et producteur d'énergie.

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La RTBM la réglementation thermique des bâtiments au Maroc (R TBM) qui vise à améliorer le performances thermiques: La réduction des besoins en chauffage et climatisation,

L’amélioration du confort des bâtiments non climatisés, La mobilisation des professionnels du bâtiment à l’utilisation des approches de conception thermique performante de l’enveloppe du bâtiment. La réalisation de diagnostics énergétiques des bâtiments existants.

Cet élément technique et réglementaire est le fruit de nombreuses études techniques, économiques, sociales et environnementales réalisées par l’ADEREE et ses partenaires.

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GISEMENT SOLAIRE: 5,5 KWh/m²/j

Irradiation solaire au Maroc Avec plus de 3000h/an d’ensoleillement, soit une irradiation de 5,5 KWh/m2/j. Le Maroc jouit d’un gisement Solaire considérable (moyenne équivalente à l’Europe du sud).

(1)Irradiation

(1)Source

: Météorologie nationale

solaire de quelques villes au Maroc en KWh/m2/an 8

Chauffe-eau solaire

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Chauffe-eau solaire Le Chauffe-eau solaire (CES) est un système qui permet la production d'eau chaude sanitaire par la conversion de l'énergie solaire en chaleur. Un capteur solaire thermique plan, composé d’un coffre vitré contenant une plaque et des tubes métalliques noirs (absorbeur) qui reçoivent le rayonnement solaire et chauffent un liquide antigel, dit fluide caloporteur, Un ballon servant à stocker l’eau chauffée par l’énergie solaire, relié aux capteurs et isolé thermiquement. Afin de pallier au manque d’ensoleillement accidentel ou saisonnier, un système d’énergie d’appoint est utilisé, (fuel, gaz, électricité ou bois) Un CES produit jusqu’à 2 fois plus d’énergie au Maroc qu’en Allemagne.

1m2 de capetur solaire thermique peut produire au Maroc entre 600 et 800kWh par an. 10

Capteur Solaire plan vitré

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Programme de développement des CES au Maroc PROMASOL: Ce programme a été initié en 2002 pour répondre à différentes préoccupations d'ordre énergétique, économique, social et environnemental.

Objectif

140.000 m²

d’Installations Solaires Thermiques

Economiser l’énergie importé de 100.000 TEP Réduire l'émission des gaz à effet de serre de 1.3 MT de CO2;

Limitation de la déforestation par la réduction de la consommation du bois de feu et de charbon de bois (3 millions de TEP). Sur le plan qualité: normes, certification, labellisation, GRS. Sur le plan de la promotion: contrats d’assurance Partenariat Commercial (APC), mécanisme de leasing et accompagnement à l’Industrie solaire (AIS). Fonds de garantie de l’efficacité énergétique et des énergie renouvelables (FOGEER) destinés à garantir les crédits d’investissement. Augmenter le nombre de marque CES et accroitre les emplois dans ce secteur.

Une formation de pointe en pratique pour l’amélioration de la qualité.

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Programme de développement des CES au Maroc Shemsi (2012-2020): Programme de développement des CES au Maroc qui vise le Développement de normes des produits et du service à valeur contraignante portant sur la qualité des CES pour l’obtention des aides. Visant un parc de 1,7 millions de m2 en 2020. L’ADEREE assure: - une formation qualifiante suivie d’un agrément. - la certification des équipements et des agréments des installations - le suivi technique des installations. - la communication, l’information et la sensibilisation Prise en compte de la part de la production locale pour l’obtention des aides. Développement de normes des produits et du service et de la qualité. Ce projet est basé sur 4 piliers: le financement, labellisation, communication, cadre législatif et réglementaire. 13

Programme de développement des CES au Maroc À l’horizon de 2020, le programme ambitionne l’installation de 1,7 millions de m2 de CES. Installation de CES avec un taux d’équipement avoisinant les 200.000m2/an. Des mesures incitatives financières et techniques sont prévues.

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Programme de développement des CES au Maroc Vision 2020 Ce programme vise l’installation 1700000 m² en 2020 de surface solaire et de 3000000 m² en 2030 : 

Economie annuelle de 102.6 KTEP en 2020 et KTEP en 2030

181



Eviter l’émission de 682 KT de CO2 par an en 2020 et 1024 KT de CO2 en 2030



Postes d’emploi crées: 920 en 2020 et 1600 en 2030 15

Programme de développement des CES au Maroc Chauffe-eaux solaires collectifs: Une étude relative à l’intégration du chauffe-eau solaire dans le bâtiment collectif est lancée en 2012 par la Direction Technique de l’Habitat du Ministère de l’Habitat, de l’Urbanisme et de la Politique de la Ville. Cette étude se déroulera selon trois phases: → Identification des contraintes techniques et économiques nécessaires, garantissant l’efficacité de l’équipement des bâtiments collectifs en chauffe-eaux solaires. → La détermination des solutions techniques pour l’installation des chauffe-eaux solaires

→ L’élaboration d’un guide sur l’équipement du bâtiment en chauffe-eau solaire. 16

Programme de développement des CES au Maroc Des normes marocaines: Le Comité national de normalisation des énergies renouvelables, créé en 1996 par le Ministère de l'Energie et des Mines, œuvre pour donner un cadre normatif fiable au secteur et une référence technique standard pour l'ensemble du territoire. Désormais, la fabrication et l'installation des CES sont régis par des normes marocaines. Afin de faire reposer cette approche qualité sur des bases pratiques avérées, des outils de soutien ont été mis en œuvre. Le banc de test Pour accompagner le développement de l'offre en capteurs et en systèmes solaires thermiques de chauffage de l'eau, des bancs de test ont été mis en place dans les laboratoires du CDER, à Marrakech, et permettent de certifier les équipements disponibles sur le marché marocain. 17

Normes des capteurs et chauffe-eau solaires :

Cadre normatif

18

Laboratoire d’essais Laboratoire thermique (ADEREE):

Banc de tests des performances thermiques

des capteurs à circulation de liquide; •

Banc de test des performances thermiques des chauffe-eau solaire

préfabriqués à circulation de liquide.

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Labellisation Label ADEREE pour CES et capteur solaire: a) Essai de performances thermiques: b) Essai de résistance aux températures élevées c) Essai de choc thermique externe ; peut être combiné à l'essai de résistance aux

températures élevées d) Essai de choc thermique interne ; peut être combiné à l'essai de résistance aux températures élevées ou à l'essai d'exposition e) Essai pour déterminer la température de stagnation; f)

Les performances des capteurs dépendent notamment du coefficient de déperdition thermique et du facteur optique , qui varient selon le qualité de l'installation, et sont vérifiables à partir des certificats de tests. 20

Rendement d’un capteur solaire

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Rendement d’un capteur solaire Essai des performances thermiques Le rendement instantané se calcule par référence à la différence de température réduite Tm*, à l’aide des équations suivantes: η = η0 - a1(Tm - Ta ) /G - a2 (Tm - Ta )2/ G Tm : Température moyenne du fluide caloporteur du capteur solaire ( C) Ta : Température ambiante extérieure ( C) G : Eclairement solaire reçu par le capteur (W/m²) Cet essai permet de déterminer les paramètres caractéristiques du capteur solaire suivants: η0 a1 (Wm-2K-1) a2 (Wm-2K-2) thermique Tstg ( C)

: rendement du capteur, avec référence à Tm* : coefficient de perte thermique à (Tm –Ta)=0 : dépendance de la température du coefficient de perte : température de stagnation

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Labellisation

Variations du rendement instantané pour plusieurs capteurs

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Paramètres Les variations du rendement instantané en fonction de la température réduite: T* = (Tm-Ta) / G pour plusieurs types de capteurs. Tm : température moyenne du capteur. Ta : température de l'ambiance. Pour des valeurs de T* inférieures à 0,07, on peut raisonnablement représenter ces variations par des relations linéaires. Le coefficient 0= p v est le produit du coefficient d’absorption de l’absorbeur par le coefficient de transmission du vitrage. 0 Varie entre 0,5 et 0,8 c’est le rendement maximum du capteur selon le type du capteur. a1 représente les pertes thermiques par conduction et convection: Capteur non vitré 20 à 25 [W/m2K] Capteur vitré standard 5 à 8 [W/m2K] Capteur vitré sélectif 4 à 6 [W/m2K] Capteur sous vide 1 à 2 [W/m2K] a2: pertes thermiques par rayonnement d’ordre 2 en [W/m2K2] 24

Les Garanties

Pour les installations individuelles : 5 à 8 ans

Pour les installations collectives : garantie par le GRS, une année de vérification et une année de confirmation. Effet marquant: Réduction de la TVA de 20% à 14% sur les équipements des chauffe-eau solaires au titre de la Loi de Finances 2007 25

Le Prix Installations individuelles (monobloc) 150

9000 à 11000 MAD TTC

200

11000 à 15000 MAD TTC

300

15000 à 19000 MAD TTC

500

à partir de 24000 MAD TTC

Installations collectives( monoblocs ou éléments séparés)

Installations à capteurs sous vides

5500 et 65000 MAD le m2

Selon le diamètre (18 à 58 cm) – le nombre des tubes (10 à 30)- la capacité des ballons. Pour 200l: coûte environ 11000 MAD TTC (installation comprise) 26


9000 à 11000 MAD TTC

200

11000 à 15000 MAD TTC

300

15000 à 19000 MAD TTC

500




5500 et 65000 MAD le m2



9000 à 11000 MAD TTC

200

11000 à 15000 MAD TTC

300

15000 à 19000 MAD TTC

500




5500 et 65000 MAD le m2


Source CDER

Impact environnemental Chauffe-eau électrique

Chauffe-eau à gaz

Chauffe-eau solaire

Investissement en MAD

1700

2000

9000

Coût sur 20 ans en MAD

41000

24000

9000

Durabilité

5 à 8 ans

5 ans

15 à 20 ans

Garantie

3 ans

1 ans

8 ans

Rejet CO2 en g/KWh

900

300

0

Un CESI à appoint d’électricité constitué de 4m2 de capteurs permet d’éviter l’émission de 1800kg de CO2. Source CDER

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Critères pour un bon choix

Un dimensionnement adapté aux consommations Pour une consommation moyenne de 150 litres d'eau chaude : le volume de stockage (ballon) conseillé est du même ordre avec une marge allant de - 15 % à + 20%.

La surface idéale des capteurs se situe alors autour de 2 m2, pour une famille de 4 personnes . Un CES de 150 litres de capacité est recommandé, soit l'équivalent de 4 douches par jour.

30

Technologies de chauffe-eau solaire Trois technologies différentes sont utilisées au Maroc: Le chauffe-eau solaire plan vitré (30-80 C). Le chauffe-eau solaire plan non vitré (moins de 40 C) . Le chauffe-eau solaire à tubes sous vide (70% installés dans le monde, fabriqué en chine) (plus de 70 C).

Les applications en thermique: La production d’eau chaude sanitaire Chauffage des habitations et des piscine

Séchage solaire agricole Cuisson solaire des aliments

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Capteur plan vitré

Le fluide passe dans un serpentin sous une vitre, ils sont peu coûteux, fonctionnant avec un bon rendement, mais seulement pendant l’été. 32

Capteur plan vitré

1.Boitier 2.joint d'étanchéité 3.Couverture transparente 4.Isolant thermique 5.plaque absorbante 6. tube de circulation d'eau 7.entrée d'eau froide ou sortie d'eau chaude 8 .Collecteur 9. Orifice de condensation 33

Caractéristiques d’un Capteur plan vitré En raison de la température élevée du soleil, les longueurs d'onde dans lesquelles le maximum d'énergie est émis recouvrent le visible entre 0,4 à 0,75 m et le proche InfraRouge entre 2 et 10 m.

Un capteur solaire thermique doit accepter le maximum de rayonnement solaire ( :transmittance élevée), en absorber la majeure partie ( :absorbance élevée), en émettre et en laisser sortir le moins possible (transmittance réduite dans les ondes longues). 34

Caractéristiques d’un Capteur plan vitré Effet de serre Le verre et les plastiques:

transparents dans le visible. Opaques aux ultra-violets. emprisonne le rayonnement infrarouges: La chaleur dégagée par ce dernier reste emprisonnée dans l'enceinte du capteur. C'est le phénomène d'effet de serre. La couverture: le verre ou des produits synthétiques: le polycarbonate, le polyméthacrylate, le polyster armé.

Le coefficient de transmission *: 86% verre ordinaire 91% verre pauvre en oxyde de fer.

Recouverts d’une couche antireflet: une faible teneur en oxyde de fer (95%) 35

Caractéristiques d’un Capteur plan vitré Absorbeur: Cuivre, acier ou aluminium, doit absorber la plus grande partie du rayonnement solaire et transmettre la chaleur produite vers le fluide caloporteur avec le minimum de perte.

de couleur noire permettant d’absorber la totalité du spectres lumineux, les absorbeurs sont recouverts d’un revêtement sélectif pour augmenter sa capacité à absorber les rayons ( *) et à limiter la ré-émission ( )

Critère de choix sa sélectivité Se= */

36

Caractéristiques d’un Capteur plan vitré Les principaux traitements sélectifs d’un absorbeur

37

Caractéristiques et recommandations Le collecteur (8) sert à circuler, collecter, conduire de l’eau chaude vers le ballon de stockage. Les conduites et les raccords: Températures élevées 120-160 C. Le réseau de tuyauterie doit supporter des niveaux de pression élevés suivant le réseau Les matériaux utilisés doivent être compatibles avec le fluide caloporteur. Les cadres et les supports doivent être rigides, résistent à la corrosion et aux tempérées extérieures aux contraintes intérieures et aux chocs (profilés en fer galvanisé).

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Caractéristiques du fluide caloporteur Protection antigel Monopropylène-glycol, Propylène-glycol Stabilité à haute température (stagnation).

Protection anticorrosion. Utilisable avec matériaux courants. Chaleur spécifique et conductivité élevées. Non-toxicité, faible impact sur environnement. Basse viscosité (consommation des pompes). Prix réduit, disponibilité

Point d’ébullition élevé: plus de 130 C à 2 bar pour une proportion de 50% d’antigel. 39

Capteur sous vide à effet Caloduc Le fluide caloporteur circule à l’intérieur d’un double tube sous vide, le vide étant un isolant presque parfait, ils fonctionnent aussi bien en été qu’en hiver. L’échange de chaleur a lieu suivant un mécanisme naturel d’évaporation et de condensation d’un fluide. Cet instrument d’échange thermique est appelé un caloduc. Le caloduc est en contact avec l’absorbeur, il permet de transmettre la chaleur captée hors du tube pour chauffer un fluide dans le collecteur. La fabrication est difficile à cause des liaison verre/métal nécessaire pour la circulation du fluide caloporteur.

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Capteur sous vide Il existe plusieurs technologies de capteurs solaires sous vide, qui utilisent les propriétés isolantes du vide. Le capteur se compose d’une série de tubes reliés par une structure assurant leur maintien. Chaque tube contient un absorbeur, qui piège l’énergie solaire sous forme de chaleur, et un échangeur, qui transfère l’énergie récupérée dans un fluide caloporteur. Avantages: un rendement plus élevé, Inconvénients: plus difficile à les intégré sur des toitures en pente, un coût élevé.

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Type de raccordement Installation en série: changements de direction provoque des poches de vapeur dans ces zones si les débits ne sont pas suffisants ou si le remplissage initial est défectueux.

Lors de l’installation d’un groupe de capteurs il faut s’assurer que: La distance hydraulique à parcourir soit la même pour chaque capteur afin que le débit et les pertes de charges soient similaires. Le débit dans les capteurs ne doit pas être inférieur à 0,4L/m2/min pour garantir un bon transfert entre l’absorbeur et le fluide. Les valeurs optimal se situent entre 0,6 et 1L/m2/min. 42

Technologies de chauffe-eau solaire

→ Sous deux forme: Chauffe-eau solaire à circulation thermosiphon. Chauffe-eau solaire à circulation forcée.

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Thermosiphon fonctionne grâce à la circulation naturelle d’un liquide dans l’installation du fait de la variation de sa masse volumique en fonction de la température. (l’eau chaude moins dense que l’eau froide, monte en haut) Circulation forcée: le mouvement du fluide caloporteur (antigel) se fait à l’aide d’une pompe quand sa température dépasse celle de l’eau sanitaire du ballon.

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Installation Thermosiphon

Indication: 18 cm entre le ballon et le capteur horizontale en circulation thermosiphon. Avantages: Econome: ne fait pas appel à un circulateur ni au système de régulation. Econome en énergie: pas de consommation électrique, Simple utilisation, Installation délicate 45

Installation à circulation forcée

Avantages: Installation moins délicate, le réservoir peut être installé n’importe où dans le bâtiment. Inconvénients: Consommation d’électricité, Installation plus complexe, il faut disposer 46 les sondes, brancher correctement la centrale de régulation, Coût plus élevé.

Régulation d’une Installation à circulation forcée La régulation est constituée d’un thermostat différentiel qui relève la température du champ de capteurs et la température de la partie basse du ballon. La régulation a pour fonction d’enclencher le circulateur lorsque les capteurs peuvent fournir de la chaleur et de l’arrêter dans le cas contraire Seuil déclenchement T1=T2+7 C et seuil d’arrêt T1=T2+2 C

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→ Sous deux forme: Chauffe-eau solaire monobloc: Monté en seule

pièce, les

capteurs solaires et le ballon sont regroupés et placés à l’extérieur du bâtiment,

Chauffe-eau solaire à éléments séparés: le ballon est à l’abri dans une pièce de la maison et les capteurs sont installés en toiture exigeant une circulation forcée.

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Le chauffe-eau solaire mono bloc

49

Le chauffe-eau solaire à éléments séparés

50

Le chauffe-eau solaire à éléments séparés

Les chauffe-eau solaires du type « à circulation forcée », où le capteur situé en dessus ou à la même hauteur du ballon ne permet pas un fonctionnement de 51 type thermosiphon.

Applications de chauffe-eau solaire

Les applications en thermique: La production d’eau chaude sanitaire Le chauffage des habitations le chauffage des piscines Le séchage solaire agricole La cuisson solaire des aliments

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Types de chauffe-eau solaire On distingue trois types de système solaire thermique : Le Chauffe Eau Solaire Individuel ( CESI). Le Chauffe Eau Solaire Collectif ( CESC). Le Chauffe Eau Solaire Combiné ( SSC).

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Le chauffe-eau solaire individuel (CESI)

Le CESI a pour fonction de produire de l’eau sanitaire à usage domestique (45 à 60 C). Il est constitué de trois éléments principaux :Des capteurs thermiques solaires vitrés, qui reçoivent et absorbent le rayonnement solaire et chauffent l’eau sanitaire qui les parcourt - Un ballon de stockage - Les composants associés (tuyauterie, groupe de sécurité, réducteur de pression…) 54

Le chauffe-eau solaire individuel (CESI) Le chauffe-eau solaire individuel (CESI) est un système qui permet de produire de l'eau chaude sanitaire avec des capteurs solaires, souvent proposé en kit,

55

Le chauffe-eau solaire individuel (CESI)

Circulation thermosiphon

Circulation forcée

56


Boucle ouvert

Boucle fermée 57

Le chauffe-eau solaire collectif

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Le chauffe-eau solaire collectif À l'instar des particuliers qui font installer dans leur maison un chauffe-eau solaire individuel, de nombreux maîtres d'ouvrages collectifs choisissent l'énergie solaire pour produire l'eau chaude sanitaire dans des immeubles, des hôpitaux ou des maisons de retraite, des hôtels ou des résidences de loisirs. La solarisation d'une installation de production d'eau chaude sanitaire est judicieuse si les besoins identifiés sont quasi constants tout au long de l'année. Une estimation quantitative fiable permet de dimensionner convenablement le système de production d'eau chaude. C'est un volet important de sa conception. En règle générale, les installations sont souvent dimensionnées avec des taux de couverture solaire compris entre 40 et 60 %. Il n'est en effet pas réaliste de vouloir produire 100 % des besoins en ECS en utilisant seulement l'énergie solaire.

59

Le chauffe-eau solaire collectif

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Le chauffage solaire des piscines

Capteur moquette

Le but de chauffage solaire des piscines de plein air a pour but de: Prolonger la saison de baignade, on utilise généralement des capteurs non vitrés, non isolé en caoutchouc. Une couverture nocturne est nécessaire pour diminuer les pertes de 50% par évaporation et par rayonnement Le coût du m2 de capteurs non vitrés: de l’ordre 1200 DH HT/m2 Le dimensionnement :surface de capteurs 0,5 fois la surface de la piscine

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Le chauffage et le séchage solaires

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Le chauffage solaire combinés (SSC)

Le plancher solaire direct

Système combiné

Dans les systèmes solaires combinés, la production de l’eau chaude sanitaire est prioritaire sur le chauffage et contribuent aux besoins de chauffage en résidentiel et tertiaire. 63

Le circuit hydraulique Le circuit hydraulique sert à véhiculer l'eau chaude depuis le capteur jusqu'à l'utilisateur. Il est subdivisé en trois parties: •Le circuit primaire en amont de l'échangeur •Le circuit comprenant l'échangeur et le réservoir •Le circuit de consommation en aval du réservoir

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La boucle de transfert

Le capteur L’accumulateur La soupape. Le Manomètre Le circulateur ou la pompe. Le vase d’expansion Le régulateur Le purgeur Clapet anti-retour La tuyauterie 65

Groupe hydraulique

Fonction Regroupe la robinetterie du circuit solaire.

Groupe hydraulique

Exigences Pour la tuyauterie et les raccords, les exigences sont les mêmes que celles du circuit primaire

Choix Le groupe hydraulique peut être assemblé sur le chantier par l’installateur ou livré préfabriqué par le fournisseur des capteurs.

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Soupape de sécurité

• Fonction

Soupape de sécurité

Evite une éventuelle surpression dans le circuit provoquée par une erreur de manipulation ou une surchauffe des capteurs. • Exigences – La pression d’ouverture doit être adaptée au composant le plus faible du circuit. – La soupape doit être raccordée à un récipient. Le liquide qui s’écoulerait lors de l’ouverture de la soupape est ainsi récupéré. Le volume du bac à poser à la sortie de la soupape doit correspondre au contenu des capteurs.

• Choix

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Le Manomètre

• Fonction Indique la pression du circuit et permet son contrôle. • Exigences – Le manomètre doit comporter une aiguille ou une zone de repère pour la pression minimale nécessaire au bon fonctionnement du circuit. • Choix On peut utiliser les manomètres usuels. La plage de mesure doit être plus grande que la pression effective d’ouverture de la soupape de sécurité. En pratique une plage de 0 à 4 bar suffit.

Manomètre

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Le circulateur

Les circulateurs standards de la technique du chauffage résistant à une température de 120 C. Le circulateur doit être installé sur la conduite de retour aux capteurs. Certains modèles de circulateurs peuvent être équipés d’un purgeur automatique et font office de dégazeur pour l’air restant éventuellement dans le circuit après le remplissage. Il est également possible d’utiliser des circulateurs alimentés en courant par des cellules photovoltaïques. 69

Le vase d’expansion

• Exigences Le vase devra être raccordé sur la conduite de retour aux capteurs afin de le protéger contre les hautes températures atteignables dans le circuit. Il doit être placé avant le circulateur (sur l’aspiration). • Choix Les vases sous pression usuels employés dans les installations de chauffage conviennent à condition que le matériau de la membrane intérieure résiste aux hautes températures et à l’antigel

70

La régulation

71

La boucle de transfert

72

Le ballon de stockage

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La tuyauterie Exigence de La tuyauterie Les matériaux couramment utilisés sont le cuivre, l'acier, l'inox et le polyéthylène réticulé les matériaux synthétiques sont à déconseiller si les capteurs choisis peuvent atteindre plus de 90ºC. Le circuit hydraulique doit être le plus court et le plus simple possible. Pour un thermosiphon, le diamètre interne des tuyaux de liaison sera de 22 mm. Cette section sera augmentée si le circuit est plus long. Si la section des tuyauteries est trop large, l'eau circulera librement, mais lentement diminuant ainsi les performances les pertes de charge sont provoquées par la longueur des tuyaux et les singularités, comme les coudes, les raccordements de tubes de sections différentes ou la présence d’accessoires divers de réglage ou de sécurité.  Si les pertes de charge sont trop importantes, l'eau risque de ne plus circuler en particulier pour un système à thermosiphon. Pour le thermosiphon le point médian de l'échangeur dans le ballon ou du ballon doit être au moins 1 74 mètre plus élevé que le point médian des capteurs.

Isolation de La tuyauterie • Fonction Limiter les pertes thermiques des conduites de liaison du circuit. • Exigences Afin d’être efficace et durable, l’isolation doit répondre aux exigences suivantes: – Résistance à la température: Le matériau isolant doit résister à une brève montée en température dans les conduites, jusqu’à 160 C. La température maximum à prendre en compte est de 120 C pour un capteur plan vitré. – Résistance aux conditions atmosphériques: Rayons UV, humidité… • Choix Tous les matériaux résistants aux exigences mentionnées ci-dessus, en particulier : – coquilles en laine de verre ; – certaines mousses organiques.

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Risque des légionelles

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Orientation Mouvement apparent du Soleil: hauteur et azimute

- L’azimut a : c’est l’angle que fait la direction de la projection du Soleil sur le plan horizontal avec la direction Sud, cet angle étant orienté positivement vers l’Ouest. - La hauteur h: du Soleil : c’est l’angle que fait la direction du Soleil avec sa projection sur un plan horizontal.

77

Orientation

78

Orientation

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Montage des capteurs solaires Ombre portée

Capteur

H

D=H.Cotg( )

Il faut faire attention à l’ombre portée par une rangée de capteurs sur la suivante. - La distance nécessaire entre les diverses rangées dépend de la hauteur des capteurs, de leur pente et de la hauteur minimale du soleil prise en compte pour les calculs - En général on évitera toute ombre pour une hauteur du soleil supérieure à 20-25 (hauteur du soleil le 21 décembre à midi: 19 ). d=h.cotg( d=h.cotg( )=b.sin ( ).cotg( ) Pour b=1m, =19 et =30

d 1,45m 80

Inclinaison Les valeurs optimales de l’inclinaison correspondent à la valeur en degré de la latitude du lieu d’implantation des capteurs. Toutefois une tolérance de +/- 15 par rapport à la position optimale est acceptable. Il est important de privilégier l’inclinaison du toit quand cela est possible. Exemple : 15 < <45 pour une latitude de 30 Nord.

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Orientation Exemple Une orientation sud-ouest ou sud-est, pour un capteur incliné à 30 , a pour influence de diminuer de 10 % la productivité par rapport à une orientation optimale Sud. En pratique,

autour de la position optimale (Sud), une différence de - 45 (SE) à + 45 (SO) peut être tolérée, à condition qu’il n’y ait pas de

masque proche ou lointain.

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BIBLIOGRAPHIE Etude des filières liées à l’énergie solaire dans la région de Meknès-Tafilalet., PNUD Manuel Pratique des chauffe eau solaires. Département de l’Energie et des Mines, ADERRE Normes et spécifications techniques des chauffe-eau Solaires, Direction de l’Energie, ADEREE Promasol, L’énergie du soleil, un choix tout naturel, ADEREE, PNUD Etude des filière liées à l’énergie solaires dans la région de Meknès-Tafilalet, Hélène Kirémidjian, USAID.

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Capteurs Thermiques Solaires Cours Laaroussi 1

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