Comment fonctionne un capteur solaire ?

C’est principalement l’absorbeur en revêtement noir qui assure la captation du rayonnement calorifique solaire.
Cet absorbeur est traversé par des tubes dans lesquels s’écoule le fluide caloporteur qui va transmettre ses calories à l'installation intérieure pour les besoins d’eau chaude sanitaire ou/et de chauffage.

A Rayonnement céleste diffus

B Rayonnement solaire direct

C Vent, pluie, neige, convection

D Pertes par convection

E Pertes par conduction

F Rayonnement calorifique de l’absorbeur

G Rayonnement calorifique du vitrage

H Puissance utile du capteur

K Réflexion

Le capteur solaire thermique est revêtu d’une vitre solaire dont la faible teneur en fer améliore la transmission du rayonnement solaire. Le rendement du capteur solaire qui représente la proportion du rayonnement solaire qui peut être transformée en puissances thermiques utiles, dépend de plusieurs paramètres explicités aux paragraphes suivant.

Les capteurs sont caractérisés par les pertes optiques et les pertes thermiques

Ces pertes permettent par ailleurs de calculer le rendement global du capteur, pour une situation de fonctionnement donnée.

Les pertes optiques 
En premier lieu, les capteurs sont caractérisés par leur rendement optique (coefficient B).
Le rendement optique du capteur représente le pourcentage de la puissance radiative du soleil qui sera réellement absorbée par le capteur.

Remarque : le rendement optique est parfois appelé rendement solaire. Il ne faut pas le confondre avec le rendement global du capteur qui sera défini plus loin et qui ne peut se calculer que dans une condition de fonctionnement donnée.

Les pertes thermiques 
Lorsque le fluide caloporteur qui circule dans le capteur s’échauffe, une partie de la chaleur reçue est perdue par convection et par rayonnement vers l’extérieur.

Ces pertes sont caractérisées par un coefficient k (ou a1) exprimé en [W/m².°C]. Le coefficient k indique ces pertes thermiques en watts pour 1 [m²] de capteur et pour un [°C] d’écart de température entre le fluide caloporteur et l’air extérieur.

• Les capteurs plans bien isolés ont un coefficient k de l’ordre de 3 [W/m².°C]
• Les capteurs sous vide ont un coefficient k de l’ordre de 1 [W/m².°C] ;  ils perdent environ 4 fois moins de puissance par convection et conduction pour un même écart de température entre le fluide et l’air extérieur que les capteurs plans.

Remarques 

• Le coefficient k (ou a1) du capteur se rapporte à la surface avant du capteur.
• La norme européenne, EN 12975-1:2006 indique les caractéristiques minimales pour les capteurs fabriqués en Europe.