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− | |Tags=Chauffe-eau, solaire, panneau solaire, thermique, chauffage, soleil, chauffer, liquide caloporteur, frigo, réfrigérateur, récupération, upcycling, double-vitrage | + | |Tags=Chauffe-eau, solaire, panneau solaire, thermique, chauffage, soleil, chauffer, liquide caloporteur, frigo, réfrigérateur, récupération, upcycling, double-vitrage |
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− | |Introduction=Les panneaux solaires thermiques sont très performants pour profiter du rayonnement solaire. Sous nos latitudes le soleil dispense jusqu'à 1000 Watts par m². Avec des panneaux photovoltaïques on arrive à capter 200 W/m², en thermique on monte à 800W/m², soit quatre fois plus ! Les panneaux solaires thermiques sont donc bien plus rentables que les panneaux photovoltaïques et bien moins coûteux. La solution « faite maison » que nous propose | + | |Introduction=Les panneaux solaires thermiques sont très performants pour profiter du rayonnement solaire. Sous nos latitudes le soleil dispense jusqu'à 1000 Watts par m². Avec des panneaux photovoltaïques on arrive à capter 200 W/m², en thermique on monte à 800W/m², soit quatre fois plus ! Les panneaux solaires thermiques sont donc bien plus rentables que les panneaux photovoltaïques et bien moins coûteux. La solution « faite maison » que nous propose Eric Lafond dépasse allègrement les 500W/m² pour un prix de revient de 15€ le m². |
Ce [http://ptaff.ca/soleil/ site] permet notamment de connaître la puissance solaire reçue en fonction de la position géographique et de la saison. | Ce [http://ptaff.ca/soleil/ site] permet notamment de connaître la puissance solaire reçue en fonction de la position géographique et de la saison. | ||
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Pour un foyer de 2 personnes, 3 ou 4m² de panneaux solaires thermiques permettent de couvrir 90% des besoins en eau chaude à l’année. La résistance du ballon prend le relais les jours sans soleil. S’il y a plus d’habitants et donc plus d’eau consommée il faut augmenter la surface de panneaux, par exemple 6m² pour 6 personnes. | Pour un foyer de 2 personnes, 3 ou 4m² de panneaux solaires thermiques permettent de couvrir 90% des besoins en eau chaude à l’année. La résistance du ballon prend le relais les jours sans soleil. S’il y a plus d’habitants et donc plus d’eau consommée il faut augmenter la surface de panneaux, par exemple 6m² pour 6 personnes. | ||
− | Le système | + | Le système qu'Eric nous propose, au complet, panneaux fait maison, tuyaux d’alimentation, liquide caloporteur, ballon solaire, circulateur et régulateur est rentabilisé en deux à trois ans. Les panneaux installés chez lui fêtent leur dix-huitième année. |
Ces panneaux thermiques sont conçus de la même manière que ceux du marché, un isolant et une vitre prennent en sandwich un capteur solaire parcouru par un fluide caloporteur. Dans notre cas, le capteur solaire est la grille que l’on trouve à l’arrière des frigos. L’isolant est fourni par les portes de ces mêmes réfrigérateurs. La vitre est récupérée sur du double vitrage. Les frigos sont nombreux en décharges ou recycleries, les doubles-vitrages quant à eux encombrent les verriers. | Ces panneaux thermiques sont conçus de la même manière que ceux du marché, un isolant et une vitre prennent en sandwich un capteur solaire parcouru par un fluide caloporteur. Dans notre cas, le capteur solaire est la grille que l’on trouve à l’arrière des frigos. L’isolant est fourni par les portes de ces mêmes réfrigérateurs. La vitre est récupérée sur du double vitrage. Les frigos sont nombreux en décharges ou recycleries, les doubles-vitrages quant à eux encombrent les verriers. | ||
− | Un grand merci à Riké, qui nous a partagé son savoir-faire, du haut de ses 20 ans d’expériences dans le solaire thermique ainsi qu’aux membres du collectif du Grand Moulin qui nous ont accueillis au stage qu’ils organisaient, particulièrement à Karine, Sylvain et Pascal | + | Un grand merci à Riké, qui nous a partagé son savoir-faire, du haut de ses 20 ans d’expériences dans le solaire thermique ainsi qu’aux membres du collectif du Grand Moulin qui nous ont accueillis au stage qu’ils organisaient, particulièrement à Karine, Sylvain et Pascal. |
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|Step_Title=Assemblage des grilles et des nourrices | |Step_Title=Assemblage des grilles et des nourrices | ||
|Step_Content=Cette étape consiste à relier le capteurs solaires (grille de réfrigérateur) au circuit du fluide caloporteur via deux nourrices (tubes en cuivres). Les nourrices doivent avoir un diamètre égal à la somme des diamètres des tuyaux qu’elles alimentent, en plus clair, dans notre cas, 3 tuyaux de 3mm de diamètre intérieur, il faut une nourrice d’au moins 9mm de diamètre intérieur. | |Step_Content=Cette étape consiste à relier le capteurs solaires (grille de réfrigérateur) au circuit du fluide caloporteur via deux nourrices (tubes en cuivres). Les nourrices doivent avoir un diamètre égal à la somme des diamètres des tuyaux qu’elles alimentent, en plus clair, dans notre cas, 3 tuyaux de 3mm de diamètre intérieur, il faut une nourrice d’au moins 9mm de diamètre intérieur. | ||
− | * Positionner les grilles sur le cadre, dans le sens suivant, les ailettes en opposition aux rayons du soleil une fois le cadre à la verticale | + | * Positionner les grilles sur le cadre, dans le sens suivant, les ailettes en opposition aux rayons du soleil une fois le cadre à la verticale. Si nécessaire, redécouper les grilles à la bonne taille. |
− | * Chaque grille sera connectée à deux nourrices, l’une d’arrivée d’eau « froide » | + | * Chaque grille sera connectée à deux nourrices, l’une d’arrivée d’eau « froide » et l’autre sortie d’eau « chaude ». |
* Pour chacune des grilles, couper avec un coupe-tube un des tuyaux à environ 10 cm de la grille et l’autre à environ 15cm. Il faut pouvoir faire rentrer chacun des tubes dans une nourrice différente dans le même plan. | * Pour chacune des grilles, couper avec un coupe-tube un des tuyaux à environ 10 cm de la grille et l’autre à environ 15cm. Il faut pouvoir faire rentrer chacun des tubes dans une nourrice différente dans le même plan. | ||
* Ébavurez les coupes | * Ébavurez les coupes | ||
* Nettoyer précautionneusement au papier de verre les tubes coupés sur quelques centimètres. Il ne doit pas rester de peinture pour réussir la brasure. | * Nettoyer précautionneusement au papier de verre les tubes coupés sur quelques centimètres. Il ne doit pas rester de peinture pour réussir la brasure. | ||
− | * Découper un | + | * Découper un passage dans le cadre pour faire sortir les nourrices. |
− | * Coupez 2 tuyaux en cuivre, les nourrices de manière à ce qu'ils dépassent d'environ 15 cm du panneau | + | * Coupez 2 tuyaux en cuivre, les nourrices, de manière à ce qu'ils dépassent d'environ 15 cm du panneau |
− | * Positionner les deux nourrices | + | * Positionner les deux nourrices. L’une va recevoir les tuyaux « courts » d’eau chaude, l’autre les tuyaux longs, d’eau froide. |
* Écraser le bout des deux nourrices du côté borgne du cadre, celui par lequel les nourrices ne sortent pas. | * Écraser le bout des deux nourrices du côté borgne du cadre, celui par lequel les nourrices ne sortent pas. | ||
* Marquer au crayon l’endroit où se rencontre les tuyaux et les nourrices. | * Marquer au crayon l’endroit où se rencontre les tuyaux et les nourrices. | ||
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* Agiter le cadre pour faire tomber les potentielles impuretés dues à la brasure. | * Agiter le cadre pour faire tomber les potentielles impuretés dues à la brasure. | ||
* Faire un test d’étanchéité des brasures « à la Riké ». Humidifier un pouce et le mettre à l’entrée d’une des nourrices, faire le vide avec sa bouche et mettre sa langue sur la 2<sup>e</sup> nourrice. La langue doit rester collée. Sinon revoir les brasures. | * Faire un test d’étanchéité des brasures « à la Riké ». Humidifier un pouce et le mettre à l’entrée d’une des nourrices, faire le vide avec sa bouche et mettre sa langue sur la 2<sup>e</sup> nourrice. La langue doit rester collée. Sinon revoir les brasures. | ||
+ | Les nourrices peuvent être sur le haut ou le bas du cadre, cela ne change rien au bon fonctionnement du panneau. A adapter en fonction de l'installation de chacun. | ||
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* Couper le nombre de vitres nécessaires pour recouvrir entièrement le panneau. | * Couper le nombre de vitres nécessaires pour recouvrir entièrement le panneau. | ||
* Nettoyer les vitres avec attention, particulièrement le côté qui sera à l’intérieur du panneau car on ne pourra plus y toucher une fois refermé. | * Nettoyer les vitres avec attention, particulièrement le côté qui sera à l’intérieur du panneau car on ne pourra plus y toucher une fois refermé. | ||
− | * Faire un cordon de mastic PU noir sur le cadre et déposer précautionneusement les verres un par un sans effectuer de pression dessus, il ne faut écraser les cordons. Pour éviter la condensation, il ne faut pas chercher à étanchéifier les panneaux. | + | * Faire un cordon de mastic PU noir sur le cadre et déposer précautionneusement les verres un par un sans effectuer de pression dessus, il ne faut écraser les cordons. Pour éviter la condensation, il ne faut pas chercher à étanchéifier à fond les panneaux. |
* Passer la ponceuse avec un disque à lamelles sur le bord du verre pour casser l’angle et ne pas se couper. | * Passer la ponceuse avec un disque à lamelles sur le bord du verre pour casser l’angle et ne pas se couper. | ||
* Faire un joint PU noir entre le bord du cadre et le verre et le lisser avec un doigt trempé dans l’eau savonneuse. | * Faire un joint PU noir entre le bord du cadre et le verre et le lisser avec un doigt trempé dans l’eau savonneuse. |
Tutorial de Low-tech Lab | Categories : Housing, Water, Energy
Capter l'énergie solaire pour l'eau chaude sanitaire ou le chauffage à haut rendement
Capter l'énergie solaire pour l'eau chaude sanitaire ou le chauffage à haut rendement
Chauffe-eau, solaire, panneau solaire, thermique, chauffage, soleil, chauffer, liquide caloporteur, frigo, réfrigérateur, récupération, upcycling, double-vitrage fr none 0
Les panneaux solaires thermiques sont très performants pour profiter du rayonnement solaire. Sous nos latitudes le soleil dispense jusqu'à 1000 Watts par m². Avec des panneaux photovoltaïques on arrive à capter 200 W/m², en thermique on monte à 800W/m², soit quatre fois plus ! Les panneaux solaires thermiques sont donc bien plus rentables que les panneaux photovoltaïques et bien moins coûteux. La solution « faite maison » que nous propose Eric Lafond dépasse allègrement les 500W/m² pour un prix de revient de 15€ le m².
Ce site permet notamment de connaître la puissance solaire reçue en fonction de la position géographique et de la saison.
Les panneaux solaires thermiques sont particulièrement intéressant pour produire l’eau chaude sanitaire, on parle dans ce cas de chauffe-eau solaire.
Pour un foyer de 2 personnes, 3 ou 4m² de panneaux solaires thermiques permettent de couvrir 90% des besoins en eau chaude à l’année. La résistance du ballon prend le relais les jours sans soleil. S’il y a plus d’habitants et donc plus d’eau consommée il faut augmenter la surface de panneaux, par exemple 6m² pour 6 personnes.
Le système qu'Eric nous propose, au complet, panneaux fait maison, tuyaux d’alimentation, liquide caloporteur, ballon solaire, circulateur et régulateur est rentabilisé en deux à trois ans. Les panneaux installés chez lui fêtent leur dix-huitième année.
Ces panneaux thermiques sont conçus de la même manière que ceux du marché, un isolant et une vitre prennent en sandwich un capteur solaire parcouru par un fluide caloporteur. Dans notre cas, le capteur solaire est la grille que l’on trouve à l’arrière des frigos. L’isolant est fourni par les portes de ces mêmes réfrigérateurs. La vitre est récupérée sur du double vitrage. Les frigos sont nombreux en décharges ou recycleries, les doubles-vitrages quant à eux encombrent les verriers.
Un grand merci à Riké, qui nous a partagé son savoir-faire, du haut de ses 20 ans d’expériences dans le solaire thermique ainsi qu’aux membres du collectif du Grand Moulin qui nous ont accueillis au stage qu’ils organisaient, particulièrement à Karine, Sylvain et Pascal.
Les panneaux solaires thermiques que nous vous proposons de réaliser devront être installés plein Sud, formant dans l’idéal un angle de 60° avec l’horizon, sinon à la verticale en façade. L’utilisation en toiture n’est pas intéressante en hiver et provoque des surchauffes en été. (plus de détails dans la phase installation)
Pour profiter au maximum de l’énergie solaire thermique, il est intéressant de minimiser l’inertie dans la captation et de la maximiser dans la diffusion : les panneaux fonctionnent dès qu’il y a un rayon de soleil, la chaleur est conservée longtemps à l’intérieur grâce au volume chauffé.
Les tuyaux des grilles de réfrigérateur sont de petits diamètres (4mm), il y a donc un faible volume de liquide caloporteur à chauffer dans le panneau. Cette faible inertie permet de monter vite en température dès qu’une éclaircie apparait entre deux nuages et donc de chauffer le ballon d’eau chaude. Plus le diamètre des tuyaux augmente, plus il faut du temps pour chauffer le grand volume de liquide et moins le système est performant.
Pour que les panneaux montent en température le plus vite possible il faut que le volume compris entre l’isolant et la vitre sois le plus faible possible. Il faut donc limiter l’épaisseur du panneau dans la limite où la grille ne touche ni le fond ni la vitre, sinon elle perdrait ses calories par conduction avec les autres éléments.
Les températures peuvent dépasser les 150°C à l’intérieur du panneau, il faut donc utiliser des matériaux résistants à ces chaleurs et aux UV. Il ne faut en aucun cas utiliser de colles ou peintures avec solvant qui ne tiennent pas aux UV. Dans notre cas nous utilisons du mastic PU et de la peinture acrylique. Pour une bonne longévité il faut également utiliser du bois local imputrescible.
Les nuits d’hiver, il peut faire très froid à l’intérieur du panneau. Les différents matériaux, isolant, métal, bois et verre vont se dilater différemment entre la nuit d’hiver et le plein soleil estival. Les joints qui les unissent doivent être épais pour absorber la déformation, s’ils ne le sont pas assez ils vont s’arracher, on dit qu’ils délaminent.
La particularité et l’ingéniosité de ces panneaux solaires thermiques est d’utiliser des grilles de réfrigérateurs. Mais attention, toutes les grilles ne sont pas bonnes et il faut les utiliser dans le bon sens ! Les grilles doivent être munies d’ailettes de refroidissement et peintes en noires (voir photo). Elles ne doivent pas être en acier galvanisé, la peinture ne tiendra pas dessus. De même, certains réfrigérateurs sont équipés de tuyaux reliés par des fils métalliques, la surface apparente de ces grilles n’est pas suffisante, elles ne sont pas intéressantes pour cet usage.
Les bonnes grilles ont un sens de montage, les ailettes, comparables à des persiennes, doivent capter le soleil. Dans un sens le soleil passera à travers, c’est le mauvais, dans l’autre sens elle capteront les rayons, c’est le bon ! Elles doivent être perpendiculaires aux rayons du soleil.
Astuce : prendre la grille et la lever entre le soleil et soi-même, dans un sens les rayons vont passer et pas dans l’autre.
Les grilles de réfrigérateurs sont parcourues par un fluide frigorifique, nocif pour l’environnement, l’effet de serre et la couche d’ozone. En France, le recyclage des gaz présents dans les systèmes domestiques, de petites tailles, tels que les réfrigérateurs ou les pompes à chaleur n’est pas économiquement intéressant. Ces gaz sont rendus à l’atmosphère dans le recyclage des produits. On peut donc ouvrir le circuit sans trop mauvaise conscience.
Les réfrigérateurs sont nombreux dans les déchèteries, il faut identifier ceux qui ont les grilles adéquates (voir Avant-propos – Grille) et de la plus grande dimension possible.
Les portes de réfrigérateurs sont remplies de mousses isolantes. En les récupérant et en les assemblant elles forment l’arrière du panneau. Elles doivent être plates (et non pas bombées), ce n’est pas grave s’il y a un chanfrein sur les bords, il sera comblé avec du mastic.
Dans l’idéal, les panneaux doivent faire entre 1,5 et 2m², s’ils sont plus gros ils seront lourd et donc plus complexes à installer. Le verre risque de se casser si les panneaux se déforment. S’ils sont plus petits il faudra augmenter le nombre de panneaux, donc plus de travail.
Il faut rassembler des grilles de taille similaire de dimension légèrement inférieure aux portes. Pour un panneau d’environ 2m² il faut en général 3 à 4 grilles pour 2 ou 3 portes. Dans notre cas nous avons 3 grilles et 3 portes.
Les portes de réfrigérateur forment la structure du panneau et en sont l’isolant. Elles seront collées côte à côté, dans la hauteur. La différence d’épaisseur des portes n’importe pas, on les aligne sur la face avant, intérieure au panneau.
Cette étape consiste à relier le capteurs solaires (grille de réfrigérateur) au circuit du fluide caloporteur via deux nourrices (tubes en cuivres). Les nourrices doivent avoir un diamètre égal à la somme des diamètres des tuyaux qu’elles alimentent, en plus clair, dans notre cas, 3 tuyaux de 3mm de diamètre intérieur, il faut une nourrice d’au moins 9mm de diamètre intérieur.
Les nourrices peuvent être sur le haut ou le bas du cadre, cela ne change rien au bon fonctionnement du panneau. A adapter en fonction de l'installation de chacun.
Pour concentrer la chaleur sur les grilles, elles ne doivent pas être en contact direct avec la tôle des portes. Elles sont espacées grâce à des entretoises en liège. Le liège est imputrescible et résiste bien aux hautes températures.
Pour créer un effet de serre et limiter la convection entre la grille et l’extérieur les panneaux vont être fermés par une vitre. Les verriers se débarrassent des vieilles fenêtres, particulièrement des doubles-vitrages, en leur demandant gentiment on peut les récupérer gratuitement. Dans l’idéal, il faut une épaisseur de vitre de 4mm pour des panneaux verticaux et de 5mm pour des panneaux inclinés, davantage soumis à la grêle et aux intempéries. Ce n’est pas la peine d’avoir des verres plus épais, cela réduit leur performance.
En fonction des besoins en eau chaude et de la puissance d’ensoleillement il faudra probablement plusieurs panneaux solaires thermiques. Pour faire des panneaux supplémentaires il faut reprendre les étapes précédentes. Cependant, à l’inverse du panneau borgne, les nourrices doivent être traversantes, c’est-à-dire que les deux tuyaux en cuivre, d’eau chaude et d’eau froide, doivent dépasser en bas du cadre de chaque côté. Le diamètre doit augmenter de 2mm dans chaque panneau supplémentaire : 12mm pour le panneau borgne, 14 dans le second, 16 dans le troisième, etc. Il faut faire attention à bien raccorder les nourrices d’eau chaude entre elle et de même pour l’eau froide.
Pour capter un maximum d’énergie solaire, de calories, le ou les panneaux solaires doivent être perpendiculaire aux rayons du soleil pour deux raisons :
Les panneaux solaires sont rarement mobiles et leur angle est donc fixé à l’installation. La puissance solaire est beaucoup plus forte en été qu’en hiver, sans parler de la durée des journées. L’énergie solaire est au moins trois fois plus importante en été qu’en hiver (voir tutoriel l'énergie dans l'habitat), les panneaux sont donc dimensionnés et orientés pour la période la plus critique : l’hiver.
En plein hiver, en France, le soleil a un zénith à 30° avec l’horizon, c’est sa hauteur maximum. En été, sous ces mêmes latitudes, il monte à 60°. Dans l’idéal, les panneaux seront installés avec un angle de 60° à l’horizon, plein Sud. Sinon, pour limiter les pertes, on peut les mettre à la verticale contre un mur, c’est plus intéressant et moins dangereux que sur les toits.
L’été, la puissance solaire étant beaucoup plus importante, l’angle importe peu, les panneaux seront vite très chauds, voire trop. Un ombrage est intéressant pour limiter la surchauffe, une casquette sur un panneau à la verticale fait très bien l’affaire.
Les panneaux solaires thermiques doivent être positionnés au plus près du ballon d’eau chaude pour minimiser les pertes de chaleur.
Il est conseillé de faire circuler un liquide antigel comme liquide caloporteur afin d’éviter une oxydation trop rapide des grilles.
Le ballon d’eau chaude doit être un ballon d’eau chaude solaire thermique avec un échangeur en plus de la résistance classique. Le système doit être équipé d’un régulateur et d’un circulateur. Dans notre cas le circulateur s’allume quand la température des panneaux est 10°C supérieure à celle du ballon, elle se coupe quand cette différence est inférieure à 5°C. Cela permet de ne pas refroidir le ballon la nuit ou quand le soleil se fait timide. Le ballon est également muni d’un vase d’expansion pour absorber la dilatation du fluide caloporteur les jours de grand soleil.
Il est possible d’utiliser le même système de panneaux solaires thermiques en chauffage basse température. Le fluide caloporteur des panneaux est envoyé directement dans le réseau de tuyaux chauffant dans le sol ou les murs. Cependant, en solaire, le chauffage est bien moins évident que l’eau chaude sanitaire. En effet, pour le chauffage, on va demander un maximum d’énergie quand elle est le moins disponible : en hiver, alors que le besoin en eau chaude sanitaire s’étale sur toute l’année. De plus l’énergie nécessaire au chauffage de la maison est 6 fois supérieure à celle de l’eau chaude (voir tutoriel l'énergie dans l'habitat), il faudra donc 6 fois plus de panneaux pour le chauffage que pour l’eau chaude.
En exemple, selon les années, Riké couvre 10 à 30% de ses besoins en chauffage avec 14m² de panneaux alors qu’il dépasse les 90% de couverture avec 6m² de panneaux dédiés à chauffer son ballon de 350 litres eau chaude.
Une solution de chauffage solaire plus simple à mettre en œuvre a été documentée en février, c’est un convecteur solaire, imaginé par Guy Isabel.
Pour les jours froids, un Poelito, poêle de masse à très haut rendement, est également documenté, grâce au travail de Vital Bies et de David Mercereau. Il est possible d’y ajouter un bouilleur pour chauffer l’eau chaude sanitaire. C’est le partenaire idéal des journées sans soleil !
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