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La productivité des capteurs

La productivité théorique des capteurs est calculée à partir de deux coefficients :
- Le Coefficient "B" qui caractérise le rendement optique du capteur (en France sa valeur est établie expérimentalement par le CSTB, ou par un autre laboratoire sous le label SolarKeymark),
- Le Coefficient "K" qui caractérise les déperditions thermiques du capteur. 

Afin d'assurer un rendement élevé d'un capteur : le Coefficient "B" doit être grand et le Coefficient "K" petit.

Tableau montrant les caractéristiques de certains capteurs solaires 
éligibles au crédits d'impôt 

Le rendement d'un capteur est défini par la formule :

_{Rendement  = Coef.B -}             Coef.K(T°fm -T°ext) 
                                         Rayonnement solaire par m² en Watt

où T°fm = la température moyenne du fluide dans le capteur en °C
et  T°ext = la température ambiante extérieure en °C

Soit, pour une puissance de rayonnement solaire donnée, le rendement varie en fonction de la différence de température entre le fluide dans les capteurs et la température ambiante.

Graphique montrant le rendement de 9 capteurs par rapport à la valeur (T°_fm -T°_ext) / Rayonnement solaire par m² d'après les Avis Techniques du CSTB

Note :
- Les lignes graphiques montrent la diminution du rendement avec l'augmentation de la température de l'eau chauffée dans les capteurs.
- C'est surtout l'inclinaison des lignes qui caractérise la performance des capteurs, car le point du départ des graphiques est souvent trompeur. En effet le coefficient B se réfère au rendement optique par mètre carré et ainsi, un capteur avec un cadre relativement large est désavantagé. C'est pour cette raison les marques des capteurs ne sont pas associés aux différentes courbes de rendement.
- Les écarts entre le rendement des capteurs certifiés sont relativement faibles et les fabricants améliorent les performances de leurs capteurs régulièrement. 

L'institut de technologie solaire suisse SPF effectue des recherches et teste les capteurs solaires depuis 1981. Les résultats des études sont disponibles en ligne à l'adresse suivante:
http://www.solarenergy.ch/spf.php?lang=fr&fam=1&tab=1

La productivité comparée

La productivité des différents chauffe-eau solaires peut être comparée, en simulant leur utilisation dans la même configuration avec la même consommation d'eau chaude. 
Cependant, la taille des capteurs est différent pour chaque fabricant, donc il est impossible de comparer le rendement des capteurs solaires de fabrication différente dans les conditions identiques.

Le tableau montre le taux de couverture solaire et la productivité par mètre carré de capteur pour un chauffe-eau solaire installé à Lyon (le rayonnement solaire reçu par des capteurs à Lyon est de 1425 kWh/m2.an, c'est une valeur moyenne pour la France)

La simulation est réalisée avec la méthode SOLO, disponible en ligne sur le site www.tecsol.fr utilisant les valeurs de rendement des différents capteurs publiées dans les avis techniques.
  
Les caractéristiques du chauffe-eau sont les suivantes :
- Un ballon intérieur de 300 litres, isolé avec 5 cm. de laine de verre.
- Une circulation forcée et transfert de chaleur avec un échangeur noyé. 
- Une consommation quotidienne de 200 litres à 50°C.
- Entre 4 et 5 m2 de capteurs (suivant les dimensions réelles des différentes marques) orientés au Sud et inclinés à 45°.

Note - Capteurs solaires "Plan" :
- Comme la surface utile des capteurs varie suivant le modèle, il est normal que le taux de couverture solaire des besoins est plus importante si la surface utile des capteurs est plus grande.
- La productivité annuelle des capteurs ramenée au mètre carré est liée au rendement des capteurs, mais aussi au taux de couverture. En effet, si le taux de couverture est élevé la productivité au mètre carré diminue. Le cas de Solahart montré dans le tableau est parlant. Si on utilise 3 capteurs au lieu de 2, le taux de couverture des besoins augmente de 49,6% à 62,5% mais la productivité annuelle diminue de 440 à 369 kWh/m2. Il est normal qu'une augmentation d'autonomie diminue le rendement global du système, car il y aura une sur-production en été, qui ne sera pas utilisé.
Ceci dit, il est difficile de comparer deux chauffe-eau solaires sans faire une simulation spécifique pour chaque système en intégrant la surface des capteurs, le volume réel du ballon, la qualité de son isolation thermique et la consommation estimée. Le coût des composants est aussi vital, car le but est de couvrir un maximum des besoins d'eau chaude avec un investissement compétitif.

Note - Capteurs solaires "sous vide" :
Il y a deux familles de capteurs sous vide;
- Dans le premier cas, l'absorbeur est soudé à l'intérieur de l'espace sous vide. Ces capteurs sont généralement fabriqués en Europe. Les capteurs Thermomax ou Viessmann sont des exemples montrés dans le tableau.
- Dans le deuxième cas, l'absorbeur est maintenu dans un espace à l'air libre, entouré par un double tube sous vide. La plupart de ces capteurs sont importés de Chine. Les capteurs  Sungeoget sont des exemples.
- Il ne faut pas croire que les performances des capteurs sous vide sont toujours supérieures aux capteurs plans.