Installation et tuyauterie des systèmes solaires thermiques

Parmi les installations solaires, on distingue les installations photovoltaïques pour la production d'électricité et les installations solaires pour la production d'eau chaude.  

Les installations solaires pour la production d'eau chaude sont généralement utilisées pour la fourniture d'eau chaude à usage domestique, pour le chauffage des piscines, pour le chauffage d'appoint et pour la production de chaleur industrielle. Elles offrent donc une alternative judicieuse à la production d'eau chaude traditionnelle. Aujourd'hui, les installations à deux circuits sont majoritaires.  

Dans le premier circuit, un fluide caloporteur (mélange d'eau et d'antigel) est pompé à travers le capteur et la chaleur absorbée est transmise à l'eau potable via un échangeur de chaleur dans le réservoir d'eau chaude. Dans le deuxième circuit, l'eau potable réchauffée est amenée au consommateur. 

Dans les installations à circuit unique, l'eau passe directement par le capteur et est chauffée. Ce système est parfois utilisé pour chauffer l'eau des piscines sans risque de gel. Dans les pays où il existe un risque de gel, les installations à circuit unique doivent pouvoir être fermées et vidées au moyen d'une régulation appropriée.  

Le bon dimensionnement de l'installation est la condition préalable à un fonctionnement satisfaisant. Pour les petites installations dans les maisons à une/deux familles, on peut partir d'une consommation d'eau d'environ 50 l d'eau chaude par personne et par jour. Avec une température de référence de 50 °C et les réserves nécessaires pour les jours de moindre rayonnement, la surface des capteurs devrait être d'environ 2 m² par personne.  

Matériaux pour la tuberie

Des matériaux appropriés pour les tubes du circuit solaire offrent :

une résistance suffisante à la température
une résistance au glycol
une résistance élevée à la pression
une résistance aux intempéries et à la corrosion nécessaire pour l'extérieur (pas de tubes galvanisés)

Réservoir d'eau chaude

Pour stocker de l'eau chaude pour les jours à faible rayonnement, le réservoir d'eau chaude devrait avoir un volume de 1,5 à 2 fois la consommation quotidienne d'eau chaude par personne, c'est-à-dire environ 100 litres par personne.

Les accumulateurs devraient avoir une forme cylindrique élancée afin d'obtenir une bonne stratification de la température. Le ballon devrait être doté d'une isolation thermique d'au moins 10 cm d'épaisseur, placée à proximité et sans espace, afin de minimiser les pertes de chaleur.

Circuit solaire

Le circuit solaire sert au transport de la chaleur entre le capteur et l'échangeur de chaleur dans le réservoir d'eau chaude. Le circuit doit être aussi court que possible. Pour les installations dans les maisons individuelles/bifamiliales, un diamètre de conduite de 15 mm ou 18 mm est généralement suffisant. Les températures élevées de plus de 110 °C dans le capteur et le circuit du capteur nécessitent en outre des isolations thermiques adaptées des conduites.

En extérieur, l'isolation thermique doit en outre résister aux rayons UV, aux intempéries et à la prédation des oiseaux. Il faut donc y utiliser des matériaux résistants aux UV et / ou plombés avec une résistance thermique correspondante. Les matériaux en mousse fréquemment utilisés, qui ne sont conçus que pour les installations de chauffage jusqu'à 90 °C, échouent souvent ici après quelques jours seulement.

Des matériaux expansés spéciaux sont disponibles sur le marché pour répondre aux exigences du circuit des capteurs. Il existe en outre la possibilité d'une isolation thermique par de la laine de roche ou de verre ainsi que par de la résine mélamine. Les tuyauteries doivent être isolées contre les pertes de chaleur conformément aux épaisseurs d'isolation de la réglementation sur les installations de chauffage. Dans les petites installations pour maisons individuelles/bifamiliales, le débit courant est de 30 à 50 litres par m² de surface de capteur. Le contrôle de la pression doit être effectué conformément aux indications du fabricant de l'installation solaire.

Formation de vapeur à l'arrêt

Si l'installation solaire est à l'arrêt - par exemple parce que l'accumulateur est déjà entièrement chargé et qu'il n'y a pas de consommation ou parce que la pompe du circuit des capteurs n'est pas en service - de la vapeur peut se former dans les capteurs si le rayonnement solaire se poursuit. L'espace vapeur correspond en général au volume du capteur et à un court tronçon des conduites de raccordement.

Dans les capteurs plats habituels, les températures à l'arrêt peuvent atteindre 250 °C, voire 350 °C dans les capteurs à tubes sous vide. Lors de la remise en service de l'installation après une telle phase d'arrêt, des températures très élevées peuvent apparaître dans le circuit solaire pendant une très courte période. Des mesures effectuées par l'Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires (ISE) montrent que lorsque le capteur plat n'est pas rempli - c'est-à-dire pendant la phase de construction sous l'effet du rayonnement solaire - environ 160 °C peuvent apparaître sur le capteur à la température d'arrêt (210 °C de température du capteur).

En fonction des conditions météorologiques et de l'avancement des travaux, cela peut durer plusieurs mois. Dans ce cas, les joints en EPDM seraient déjà pré-endommagés, sans même que l'installation ait été mise en service.

Utilisation de raccords en cuivre

Comme raccords pour tubes en cuivre, il est donc recommandé d'utiliser des raccords à sertir SANHA® en cuivre (série 12000/13000). Le système à sertir SANHA®-NiroSan® de la série 18000 (acier inoxydable) ou NiroTherm® Industry (série 98000) constituent des alternatives.

Les deux systèmes de sertissage ont une plus grande résistance à la température en raison du joint d'étanchéité en FKM et conviennent aux mélanges eau-glycol dans toutes les proportions. Toutefois, à des températures de pointe comme celles décrites ci-dessus, les bagues d'étanchéité en FKM atteignent elles aussi leurs limites. C'est pourquoi il ne faut pas raccorder le système de tuyauterie directement à la surface du capteur, mais respecter une distance d'au moins 3 mètres.

Pour les capteurs à tubes sous vide, il est recommandé de réaliser les raccords du capteur et du circuit solaire ainsi que les autres raccords du circuit solaire lui-même au moyen d'un brasage fort, car des températures pouvant atteindre 280 °C peuvent apparaître aux points de transition et aux autres raccords entre le tube et les pièces moulées lors du redémarrage de l'installation après l'arrêt.

Tracé des conduites

L'aller et le retour doivent être posés avec une pente afin de pouvoir vider l'installation en cas de besoin. Pour le circuit solaire, il convient de prêter une attention particulière à la variation de longueur des tuyaux. En effet, en raison des grandes différences de température attendues, les tubes en cuivre ou en acier inoxydable se dilatent plusieurs fois par rapport à une installation d'eau chaude traditionnelle. Cette dilatation doit être prise en compte par une fixation appropriée (compensateurs) et l'installation de coudes de dilatation ou de branches de flexion dans la conduite. Les conduites solaires sont dimensionnées de la même manière que les conduites de chauffage.