Implantation des capteurs

1. Orientation et inclinaison

  
Le rayonnement solaire reçu par un capteur solaire varie considérablement en fonction du lieu d'implantation, de son orientation, de son inclinaison et de la présence de masques éventuels.
Suivant le cas, chaque paramètre peut avoir plus ou moins d'impact, il faut alors être capable d'apprécier leur importance cas par cas.
Le texte qui suit fait référence à plusieurs autres pages sur Outils Solaires et les termes en vert sont définis dans le glossaire.

Le lieu géographique

D'abord, il faut préciser que le rayonnement solaire est largement suffisant pour un chauffe-eau ou un système de chauffage solaire partout en Europe. Cependant les variations entre le Nord et le Sud sont réelles. Voir "Réponse à vos questions" pour quelques chiffres.

L'Europe (et la France) est divisée en 3 zones "solaires". Noter que le plus grand marché de capteurs solaires se trouve en Allemagne et dans la zone avec le plus faible ensoleillement. Voir "Ensoleillement" pour quelques chiffres.

Orientation et inclinaison

La position apparente du Soleil varie pendant la journée et suivant les saisons. A un moment donné, cette position est déterminée par les angles de son azimut et sa hauteur. En relevant ces coordonnées heure par heure on peut tracer la course apparente du soleil et dessiner un diagramme solaire. Voir aussi "L'heure solaire".

Idéalement, un capteur plan doit être orienté plein Sud et incliné à un angle perpendiculaire au rayonnement solaire, soit un angle de 50° en moyenne, par rapport à l'horizontal. Mais les écarts plus ou moins importants sont envisageables, car les pertes de performance sont souvent faibles.
Le tableau ci-dessous montre des estimations de la couverture des besoins d'eau chaude (fraction solaire) par un chauffe-eau solaire à Lyon suivant l'orientation et l'inclinaison des capteurs. 
L'installation prise comme exemple est composée de 5 m2 de capteurs avec un ballon de 300 litres et une consommation d'eau chaude chaude de 200 litres à 50°C par jour.

Fraction solaire d'un chauffe-eau solaire en %

 Inclinaison des capteurs

L'orientation des capteurs

Période de l'année

 20° 50° 90°
Sud Janvier 26% 29% 27%
Juillet 97% 96% 79%
Année 65% 66% 55%
Sud Est/Sud Ouest Janvier 25% 26% 23%
Juillet 97% 96% 84%
Année 64% 63% 53%
Est/Ouest Janvier 21% 19% 15%
Juillet 97% 95% 82%
Année 61% 57% 45%

Notes sur le tableau :
- La "fraction solaire" est la partie de l'énergie nécessaire pour produire de l'eau chaude qui est fournie par le système solaire, le restant sera fourni par l'appoint. C'est une notion commode pour estimer les performances moyennes pendant une période donnée (mois ou année). Dans ce calcul, l'énergie solaire sert au préchauffage de l'eau chaude sanitaire et il n'est pas possible de simuler le nombre de jours où l'énergie solaire fournit de l'eau chaude sans appoint. 
Ainsi en hiver, un capteur solaire faiblement incliné peut absorber le rayonnement diffus pendant toute la journée sans capter le rayonnement direct, l'énergie produite sera utile pour le préchauffage de l'eau chaude sanitaire.  toutefois la température sera trop basse pour une utilisation sans appoint. Par contre, les capteurs fortement inclinés ou même verticaux, vont capter le rayonnement direct et pendant une période relativement courte, ils peuvent fournir de l'eau chaude à une température utile sans appoint.   
- L'orientation Sud donne les meilleures performances et surtout avec une inclinaison de 40 à 50°. Cependant, une inclinaison de 20° comme les toits dans le midi de la France, offre des meilleurs résultats en été et des performances excellentes en moyenne annuelle.
- Plus l'écart de l'orientation Sud est grand, plus les performances en hiver diminuent.
- Dans le cas de systèmes de chauffage solaire, les capteurs doivent être orientés et inclinés d'une façon optimale. La position verticale est souvent favorisée car les performances sont très bonnes en hiver et relativement faibles en été. Ainsi, la surchauffe provoquée par une surface de capteurs dimensionnée pour le chauffage en hiver est réduite en été. 

   
L'inclinaison d'un capteur par rapport aux 3 composants du rayonnement solaire
Page 2 - Masques

Page 3 - Intégration


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