Chauffe eau solaire

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Capter à hauts rendement l'énergie solaire pour l'eau chaude sanitaire ou le chauffage

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Introduction

Les panneaux solaires thermiques sont très performants pour profiter du rayonnement solaire. Sous nos latitudes le soleil dispense environ 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 en plus ils sont bien moins couteux.  La solution « faite maison » que nous propose Riké dépasse allégrement les 500W/m² pour un prix de revient de 15€ le m².

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 que Riké 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.

Materials

  • portes de frigo de taille similaire (support)
  • grilles à l'arrière de frigo de taille similaire (capteur)
  • liteaux en bois imputrescible (douglas, mélèze…)
  • tubes cuivre de diamètre 16mm (nourrice)
  • vitre double vitrage à séparer
  • peinture acrylique noire
  • vis à bois ou auto-foreuse,
  • rondelles
  • colle P.U (polymère haute température, sans solvant)
  • bouchons de liège
  • baguettes de brasure laiton et décapant

Tools

  • cutter et lames
  • coupe-tube
  • visseuse et embouts
  • scie à métaux et/ou disqueuse
  • chalumeau
  • scie égoïne et/ou scie circulaire
  • papier de verre
  • tube fer plein (diamètre 12mm)
  • équipement de protection (lunettes, gants, lunette protection brasage)

Step 1 - Avant-propos

Orientation panneaux

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) 

Inertie

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.

Température

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.

Grille

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.

Gaz frigorifique

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.


Step 2 - Récupération grille

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.

  • Pincer les tuyaux à la sortie du compresseur, cela limitera l’échappement des gaz frigorifiques.
  • Couper les tuyaux au plus proche du compresseur pour avoir une longueur maximale avec la grille.
  • Dévisser la grille.
  • Laver la grille à l’eau savonneuse.
  • Mettre un coup de soufflette dans les tuyaux pour chasser les impuretés.
  • Boucher les tuyaux avec un scotch pour éviter que des impuretés s’y introduisent, étant de petit diamètre ils pourraient s’obstruer.


Step 3 - Récupération porte

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.

  • Dégonder la porte du réfrigérateur.
  • Enlever tous les éléments en dehors de l’isolant et de la tôle de la porte : joint, plaintes, plots, poignées, vis, autocollants… Si la face intérieure n’est pas plane, la retirer également.
  • Si la mousse isolante est difforme, scier les parties qui dépassent pour avoir une face la plus plane possible. Ce n’est pas la peine d’avoir une surface magnifique non plus, c’est l’arrière du panneau.


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