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Choix de capteurs solaires pour chauffe-eau au Québec

capteurs solaires chauffe eauChauffe-piscine solaire
Capteur plat
Les capteurs avec tubes
Tubes sous vide
Tubes semi-sous-vide

Au Canada, il existe une grande confusion sur le choix des capteurs solaires thermiques destinés au chauffage de l’eau chaude domestique ou au chauffage des immeubles.

Cette confusion vient de la présence de 4 types de capteurs thermiques et de la documentation venant d’autres pays, voire de la Colombie-Britannique, où les grands froids n’existent pas.
Cet article vise à aider les consommateurs québécois à faire le bon choix en fonction de l’investissement et des performances qu’ils recherchent.

Capteurs solaires: chauffe-piscine

chauffe piscine solaireC’est le capteur solaire le plus populaire au Canada. Il sert uniquement à chauffer l’eau des piscines durant l’été. Une pompe fait circuler l’eau de la piscine dans des capteurs de plastique noirs situés sur les toits. Ces capteurs sont économiques et leur installation est simple, même pour un bricoleur. Ils représentent une bonne alternative aux chauffe-piscine fonctionnant au gaz ou par thermopompe. Compte tenu de la longue durée du jour en été il s’adapte assez bien aux diverses orientations et aux diverses inclinaisons mais il doit couvrir une assez grande superficie du toit car c’est le moins efficace, par mètre carré, pour capter la chaleur.

Malheureusement, ce produit a une durée de vie assez limitée que j’estime entre 10 et 15 ans selon l’ensoleillement. Pour un chauffe-piscine plus durable je recommande le capteur plat en verre.

Les capteurs solaires plats

capteurs solaire quebecCes capteurs utilisent un mélange antigel, d’eau et de propylèneglycol (50-50), qui circule dans des tuyaux de cuivre ou d’aluminium soudés à une plaque métallique noire qui sert de surface absorbante. La solution antigel réchauffée est acheminée par une pompe vers un réservoir tampon qui sert de préchauffage à l’eau chaude domestique.

Ce sont les capteurs les plus populaires au Canada pour les chauffe-eau domestiques parce qu’ils sont plus économiques à l’achat mais ils sont de loin les moins performants durant les 6 mois les plus froids, ce qui réduit fortement leur rentabilité.

Une évaluation datant de 2012 du Laboratoire des technologies de l’énergie d’Hydro-Québec sur 23 installations réalisées entre 2009 et 2010 démontre que l’utilisation de systèmes utilisant des capteurs plats certifiés par Ressources Naturelles Canada n’ont fait économiser en moyenne que 40% sur la facture annuelle d’eau chaude domestique.
Personnellement, je recommande surtout les capteurs plats comme chauffe-piscine. Ils durent environ 25 ans et sont deux fois plus durables que les produits de plastique.
Voir aussi Répertoire des chauffe-eau solaires certifiés par RNCan

Les capteurs solaires avec tubes

capteurs solaires tubes sous videAu Canada, tous les capteurs en tubes fonctionnent par changement de phase. Une solution située dans un conduit central est portée à ébullition et ses vapeurs montent jusque dans une tête métallique où elles condensent avant de retourner par gravité dans le bas du tube. Cette tête métallique réchauffée est en contact avec le conduit où circule le mélange antigel d’eau+ propylèneglycol qui va à son tour réchauffer le réservoir tampon.

Le cycle évaporation/condensation fonctionne par gravité, il faut donc que les tubes soient orientés à la verticale. Il existe en Europe des tubes qu’on installe à l’horizontal mais ce sont des tubes où circule directement le mélange antigel. On ne peut pas les utiliser dans les climats froids comme celui du Québec.

Parmi les avantages des tubes à condensation sous vide ou « semi-sous-vide » ceux-ci fonctionnent individuellement. Un tube brisé n’influence pas la performance des autres.

Les capteurs solaires à tubes sous vide

capteurs solaires canadaLes vrais tubes sous vide ont une seule paroi de verre et l’ensemble du tube est mis sous vide pour isoler le conduit central et réduire ses pertes de chaleur vers l’extérieur.
Leur surface d’absorption est généralement en aluminium pour les produits les moins chers ou en cuivre pour les produits les plus performants. Cette plaque est en contact direct avec le conduit de cuivre qui porte la solution interne à ébullition et engendre le cycle évaporation/condensation.

Dans les climats froids comme le Québec, c’est le seul type de capteur vraiment performant pour les chauffe-eau en hiver. Pour une famille économe en eau chaude, ce type de capteur peut produire près de 50% des besoins pour la période octobre-avril et 80% des besoins pour mai-septembre avec une moyenne annuelle d’environ 65% d’économies.

Parmi les avantages des tubes sous vide ceux-ci peuvent pivoter sur eux-mêmes pour mettre leur surface absorbante vers le sud même si le cadre structural du panneau n’est pas franchement aligné vers le sud.
Ce sont les capteurs les plus coûteux à l’achat mais qui se révèlent les plus économiques à long terme.

Les tubes « semi-sous-vide »

capteurs chauffage solaireParmi les autres façons de mêler les consommateurs, les fabricants et RNCan ne font pas de distinction entre un capteur constitué de tubes entièrement sous vide et ceux constitués de tubes partiellement sous vide, que j’appelle « semi-sous-vide ».
Les tubes « semi-sous-vide » sont très populaires en Europe et en Turquie car ils sont plus performants que les capteurs plats lorsque le temps est frais ou légèrement nuageux. Par contre, lorsque la température tombe à -10’C et moins, ils deviennent souvent insuffisants.

Les tubes « semi-sous-vide » sont constitués de deux parois de verre et le vide est seulement créer entre ces parois rapprochées. Le centre du tube est rempli d’air, ce qui réduit fortement l’isolation du conduit de cuivre central et augmente les pertes de chaleur.
De plus, la surface absorbante est située entre les deux verres. La transmission de chaleur entre la surface absorbante et le conduit de cuivre se fait par transmission infrarouge au verre interne qui touche ensuite une surface d’aluminium liée partiellement au conduit central. Ce processus indirect réduit fortement l’efficacité de transmission de chaleur par temps froid.

capteurs solaires montrealEn été, il n’y a pas de problème. L’énergie est toujours suffisante pour créer le processus d’évaporation et de condensation.
Par contre, pour des températures de -10’C, le tube « semi-sous-vide » n’aura que 66% de la performance d’un vrai tube sous vide et sous -10’C la performance du semi-sous-vide diminuera encore davantage comparativement à un vrai sous vide.

Cette perte d’efficacité par temps froid ne peut pas être comblée en augmentant le nombre de tubes car chaque tube travaille individuellement et par temps très froid chaque tube peine à produire son cycle d’évaporation/condensation.

Montréal-Québec.

Pour le climat du Québec, je ne vois pas d’application avantageuse pour ces capteurs à tubes semi-sous-vide.
Pour les piscines en été, les capteurs plats sont moins chers et aussi efficaces.
Pour les chauffe-eaux en hiver, les vrais tubes sous vide sont nettement préférables.

Yves Perrier
2014-09-12