Composants et fonctionnement d'un capteur solaire thermique

L'absorbeur

L'absorbeur est l'élément où l'énergie solaire est convertie en chaleur. Cette chaleur est transférée par conduction dans des conduits, puis transmise au fluide caloporteur par convection.

L'absorbeur est constitué de feuilles minces (0,3 à 0,5 mm), généralement en aluminium ou en cuivre, qui captent le rayonnement pour le transmettre aux tubes. Ces tubes ont un diamètre inférieur à 1 cm, bien que, selon la distribution, ils puissent atteindre environ 2 cm. Le matériau de fabrication est généralement de l'acier inoxydable ou du cuivre.

Les tubes doivent être répartis uniformément sur la surface, avec un espacement optimal (80 à 120 mm). Ils doivent être conçus pour limiter les pertes de charge, afin de réduire les coûts liés au système de pompage.

La face exposée au soleil reçoit un revêtement pour améliorer l'absorption d'énergie :

• Peinture noire : peintures spéciales résistantes.
• Traitement de surface sélectif : bien que l'absorption soit légèrement inférieure à la peinture noire, il réduit considérablement le taux d'émission.

Actuellement, il existe des équipements utilisant les deux types de traitements.

Le couvercle transparent

Ses fonctions sont de protéger l'absorbeur des conditions extérieures et d'assurer une isolation thermique. Il laisse passer le rayonnement incident (courte longueur d'onde) tout en empêchant la sortie du rayonnement émis par l'absorbeur (grande longueur d'onde).

Le couvercle doit être transparent aux ondes courtes et opaque aux ondes longues, provoquant ainsi un effet de serre qui piège la chaleur à l'intérieur du capteur.

Isolation thermique et joints

L'objectif est de réduire les pertes par conduction. L'isolation thermique est placée à l'arrière et sur les côtés. Le matériau doit présenter une bonne résistance aux températures élevées et une faible conductivité thermique (ex: fibre de verre, laine de verre, laine de roche).

Les joints assurent l'étanchéité au niveau du cadre, du couvercle transparent et des tuyaux. Ils sont soumis à des températures élevées (jusqu'à 180 °C) et à des charges mécaniques significatives. Le matériau couramment utilisé est l'EPDM.

Le cadre

Le cadre constitue le boîtier du capteur ; il protège l'ensemble contre les dommages mécaniques et l'humidité. Il est généralement fabriqué à partir d'aluminium, d'alliage de fibre de verre ou de tôle d'acier inoxydable.