Panneaux solaires thermiques et panneaux solaires photovoltaïques

Panneaux solaires thermiques et panneaux solaires photovoltaïques

La différence entre les panneaux solaires thermiques et les panneaux solaires photovoltaïques (PV) est une question de technologie et d'application. Le solaire thermique et le solaire photovoltaïque dépendent tous deux du soleil pour produire de l'énergie, mais c'est là que leurs chemins divergent. En résumé, un système solaire thermique capte la lumière du soleil pour produire de la chaleur. Un système solaire photovoltaïque utilise la lumière du soleil pour produire de l'électricité. Les deux utilisent des panneaux solaires, mais il est facile de faire la distinction entre l'énergie thermique et les panneaux solaires à vue.

Qu’est-ce que le solaire thermique ?

Les panneaux solaires thermiques captent l'énergie du soleil afin de fournir de l'eau chaude. Il existe deux types de panneaux solaires différents utilisés à cette fin.

Les capteurs plats

Comment fonctionne l'énergie solaire thermique ? Cela dépend du panneau. Ce type de panneau ressemble aux panneaux photovoltaïques, en ce sens qu'il s'agit de plaques plates et sombres montées sur un toit. Ces plaques sont souvent appelées "capteurs solaires thermiques" et sont essentiellement des échangeurs de chaleur. Elles sont composées de :

Schéma des capteurs plats

  • Surface noire - la plaque absorbante, qui est généralement une feuille de cuivre ou d'aluminium pour une bonne conductivité thermique. La plaque est noire pour absorber efficacement le rayonnement solaire.
  • Structure de support - une boîte isolée en métal ou en bois qui protège les composants et les maintient solidement en place.
  • Feuille de verre - une couverture transparente en verre ou en plastique qui protège la plaque d'absorption tout en créant une lame d'air isolante.
  • Cette lame d'air emprisonne la chaleur et l'empêche de s'échapper.
  • La plaque absorbante transfère la chaleur au fluide à l'intérieur du capteur, mais elle perd également de la chaleur dans son environnement.
  • Le fond et les côtés sont isolés avec de la mousse rigide haute température ou une feuille d'aluminium afin de minimiser les pertes de chaleur.
  • Les tuyaux ou tubes en cuivre - également appelés colonnes montantes. Ils contiennent le fluide caloporteur, généralement de l'eau, et sont collés, soudés ou brasés à la plaque de l'absorbeur pour un contact de surface et un transfert de chaleur optimaux.
  • Lorsque le soleil chauffe la plaque de l'absorbeur, sa température augmente.
  • La chaleur est conduite à travers les colonnes montantes et absorbée par l'eau qui circule dans les tuyaux de cuivre.
  • L'eau chaude est ensuite acheminée vers un réservoir d'eau chaude, où elle est stockée pour être utilisée par les occupants.

Capteurs à tubes sous vide

Ces systèmes sont plus efficaces que les panneaux plats, en particulier par temps froid. En revanche, ils risquent de surchauffer par temps chaud et de perdre en efficacité.

Les composants comprennent :

Schéma des capteurs à tubes sous vide

  • Tubes en verre transparent - plusieurs rangées de tubes parallèles, chacune étant constituée d'un tube intérieur en verre plus fin.
  • Les tubes intérieurs sont appelés tubes en verre double ou tubes thermos et sont recouverts d'un revêtement spécial qui absorbe l'énergie solaire mais limite les pertes de chaleur.
  • Les tubes intérieurs sont fabriqués en verre borosilicaté ou sodocalcique, en raison de sa solidité et de sa résistance aux températures élevées, et présentent un facteur de transmission élevé pour le rayonnement solaire.
  • Alors que les capteurs plats chauffent l'eau directement dans les tubes, les capteurs à tubes sous vide évacuent l'air de l'espace entre les tubes, créant ainsi un vide.
  • Le vide agit comme un isolant, ce qui réduit considérablement les pertes de chaleur dans l'atmosphère. C'est pourquoi il est plus efficace que l'isolation interne des capteurs plats.
  • Plaques absorbantes - Au lieu d'être une seule grande feuille comme dans les capteurs plats, ces plaques absorbantes, ou ailettes, sont plus petites et contenues dans les tubes en verre transparent.
  • Caloducs - Des tuyaux en acier inoxydable ou en cuivre traversent les tubes intérieurs. Les plaques absorbantes, ou ailettes, en cuivre ou en aluminium sont fixées aux caloducs.
  • Le revêtement spécial de la plaque absorbante transfère la chaleur au fluide - généralement de l'eau - qui circule dans le tube.
  • Le caloduc transfère la chaleur par convection de son fluide caloporteur interne à un "tube à bulbe chaud".
  • Le bulbe chaud chauffe un collecteur en cuivre, qui est situé dans un réservoir collecteur, juste au-dessus du panneau.
  • Outre les panneaux, ou collecteurs, les systèmes solaires thermiques utilisent également une pompe - qui peut être alimentée par des systèmes photovoltaïques - pour déplacer le fluide autour du cycle, ainsi qu'un système de contrôle pour éviter que le liquide ne refroidisse le réservoir les jours de grand froid.

Avantages et inconvénients du solaire thermique

POUR

  • Source d'énergie renouvelable
  • Aucune émission de carbone (à l'exception de la fabrication du système)
  • Faible maintenance - la technologie est simple Stockage - l'eau chaude ne peut pas être stockée pendant de longues périodes sans perdre de la chaleur.

CONTRE

  • Investissement initial coûteux, mais qui peut être amorti au cours de la durée de vie.
  • Incohérence : les jours nuageux peuvent interrompre l'approvisionnement.
  • Stockage - l'eau chaude ne peut pas être stockée pendant de longues périodes sans perdre de la chaleur.

Panneaux photovoltaïques

L'efficacité de l'énergie solaire thermique par rapport aux systèmes photovoltaïques n'est pas très contestable. Les panneaux solaires photovoltaïques sont loin d'être aussi efficaces que les panneaux thermiques, transformant environ 20 % de la lumière solaire captée en électricité. Comparez cela aux systèmes d'énergie solaire thermique, qui récoltent 70 % de l'énergie captée. Mais lorsqu'ils servent des objectifs différents, toute comparaison n'est qu'un point d'intérêt.

Vous trouverez ci-dessous les éléments qui composent les panneaux solaires photovoltaïques :

Schéma des panneaux solaires photovoltaïques
Schéma des panneaux solaires photovoltaïques
  • Cellules solaires photovoltaïques - Les cellules PV sont constituées d'une ou deux couches d'un matériau semi-conducteur, généralement du silicium. Lorsque les rayons du soleil frappent la cellule, celle-ci génère un champ électrique. Plus la lumière est intense, plus le flux d'électricité est important.
  • Les cellules sont câblées ensemble pour former un panneau solaire, également appelé module.
  • Les panneaux envoient le courant continu (CC) généré à un onduleur - une pièce d'équipement distincte - qui le transforme en courant alternatif (CA).
  • Boîte de jonction et connecteurs - petit boîtier situé derrière le panneau pour fixer les câbles nécessaires à l'interconnexion des panneaux.
  • Elle protège les interconnexions de l'humidité et des débris.
  • Elle abrite également les diodes de dérivation, qui empêchent le courant de retour dû à des cellules ombragées ou sales.
  • Verre trempé - conçu pour résister aux charges mécaniques et aux changements de température extrêmes tout en protégeant les cellules photovoltaïques des intempéries et des débris.
  • Un revêtement anti-reflet sur la face inférieure améliore la transmission de la lumière.
  • Cadre en aluminium - protège le bord de la section laminée qui contient les cellules. Le cadre permet de fixer solidement le panneau solaire en position.
  • Léger et rigide, il est conçu pour résister aux contraintes et aux charges dues aux vents violents et aux forces de la nature.
  • Film EVA - l'éthylène-acétate de vinyle (EVA) transparent encapsule les cellules.
  • Incroyablement durable, il tolère des températures et une humidité extrêmes.
  • Empêche la pénétration de l'humidité et de la saleté.
  • Positionné des deux côtés des cellules, il absorbe les chocs et protège les cellules et les fils des vibrations et des chocs soudains.
  • Feuille arrière - une barrière contre l'humidité tout en assurant une protection mécanique et une isolation électrique.
  • Elle est généralement composée de divers polypropylène (PP), polyéthylène téréphtalate (PET) ou fluorure de polyvinyle (PVF) pour la protection, la stabilité thermique et la résistance aux UV à long terme.
  • Au lieu d'une feuille arrière, certains panneaux utilisent un panneau de verre arrière pour plus de durabilité et une durée de vie plus longue.

Qu’en est-il des systèmes de chauffage solaire PV ?

Les panneaux solaires photovoltaïques peuvent alimenter des appareils électroménagers et à peu près tout ce qui se trouve dans la maison, pour autant que ces appareils ou dispositifs dépendent de l'électricité. Cela signifie que les panneaux solaires domestiques ne peuvent chauffer une maison que si un système de chauffage électrique est en place. Cela s'applique également à certains fourneaux, réservoirs d'eau chaude et chaudières à gaz ou à mazout, qui peuvent avoir des composants électriques.

Qu’en est-il de l’énergie thermique photovoltaïque ?

Oui, vous pouvez chauffer de l'eau avec des panneaux solaires photovoltaïques en utilisant un optimiseur d'immersion. Cette technologie détecte lorsqu'un surplus de production photovoltaïque est envoyé au réseau et détourne cette énergie pour chauffer le réservoir d'eau. L'occupant peut ainsi optimiser sa consommation d'énergie et stocker de l'eau chaude pour l'utiliser plus tard dans la journée.

Que faut-il savoir d’autre ?

Vous pouvez en apprendre davantage sur les panneaux et les systèmes solaires PV dans ces articles utiles :

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