1- présentation
(article initialement publié le 16/04/2014)
Le soleil n’a pas le même trajet en hiver et en été, et par chance dans une exposition sud les hauteurs très différentes selon les saisons permettent de jouer sur l’inclinaison d’un capteur pour adapter la production à son besoin. Ainsi pour des capteurs dédiés à l’eau chaude sanitaire et orientés au sud, une inclinaison voisine de 60/70°doit permettre d’avoir de l’eau chaude à peu prés régulièrement toute l’année, selon la région bien sûr.
Mais cette méthode a deux inconvénients : d’une part l’intégration n’est pas toujours évidente, ou plutôt c’est un bon moyen pour mettre les capteurs en évidence, d’autre part avec ce procédé on sur-dimensionne l’installation pour avoir une production suffisante en hiver, et on la sous-emploie en été. Le surcoût d’une installation capable d’assurer 100% des besoins est donc important.
Malgré tout on exploite peu cette possibilité d’ajuster l’inclinaison des capteurs : pour des raisons d’intégration comme de facilité de pose, dans la grande majorité des cas les panneaux solaires sont posés selon l’inclinaison de la toiture qui les supporte. Ainsi paradoxalement ils sont pleinement efficaces les mois d’été, alors que le soleil est abondant, mais perdent de l’efficacité en hiver, en même temps que le soleil devient plus rare. Bref, la couverture des besoins hivernaux est largement insuffisante, et l’appoint reste indispensable.
L’ option que je propose est de rajouter des miroirs sur des tubes sous vide qui permettraient de démultiplier à moindre coût l’efficacité hivernale. Ces miroirs deviendraient moins efficaces en été, voire capables d’assurer un certain ombrage. Et le tout sans aucun dispositif mobile qui sous entendrait compliqué et risque de panne : simplement grâce à une forme judicieusement choisie. Les miroirs fixes sont déjà communément employés, mais avec une disposition et un objectif très différents.
Ainsi un résultat comparable à un capteur classique correctement incliné peut être obtenu, sans multiplier ce qui coûte cher dans un capteur, à savoir le nombre de tubes sous vide, puisqu’à chacun correspond connexions, support, système de transmission de chaleur à l’intérieur. Le principal surcoût est celui du miroir.
Et ce résultat s’obtient aussi en s’intégrant à n’importe quelle inclinaison de toiture, y compris un toit terrasse. Il suffit, à la pose, d’orienter correctement les miroirs, en les faisant pivoter autour de leur tube.
Pour que cette recette fonctionne, il faut :
Des tubes sous vide à double paroi, avec un absorbeur tubulaire ; les tubes sous vide avec une ailette à l’intérieur, souvent appelés (improprement) supraconducteurs, n’optimiseraient pas le résultat.
Des tubes sensiblement horizontaux ; s’il y a une pente c’est celle qui est nécessaire au bon fonctionnement d’un caloduc. S’il y a caloduc, ce qui n’est pas indispensable.
Une orientation sud du capteur, donc l’axe des tubes est orienté sensiblement est/ouest.
Enfin et surtout sur chaque tube un miroir réflecteur de forme « extrudée » le long du tube, dont la forme permet une réflexion du rayonnement solaire sur « son » tube correspondant. Et le miroir peut pivoter selon un axe coaxial avec l’axe du tube correspondant, en sorte de pouvoir régler, à la pose, l’inclinaison du miroir en fonction de la pente du capteur.
L’efficacité de la réflexion est variable selon les hauteurs saisonnières du soleil ; bien sûr, le réflecteur sera conçu pour être plus efficace en hiver qu’en été.
L’espacement entre les tubes, munis de leur réflecteur correspondant, doit être suffisant pour minimiser l’ombre portée d’un réflecteur sur le suivant ; ainsi, pour être adaptable à un toit terrasse, avec une pose à plat, les tubes doivent être très espacés.
2- fonctionnement
(article initialement publié le 24/04/2013)
Le soleil bas d’hiver est capté par le miroir et réfléchi sur le tube. ce rayonnement renvoyé par le miroir s’ajoute à celui que le tube reçoit directement. A cette hauteur, qui correspond au plus bas de l’hiver à midi, le tube est 2,3 fois plus efficace que s’il était sans miroir. (ce coefficient tient compte d’une restitution de 75% des rayons par le miroir) 
Au printemps et à l’automne, vers les équinoxes, le miroir renvoie toujours le soleil sur le tube, mais il a perdu de l’efficacité par rapport aux rayons bas de l’hiver. Ici, le tube est 1,9 fois plus efficace que s’il était sans miroir. 
En été, ce miroir ne renvoie plus le soleil sur le tube qui ne reçoit que le rayonnement direct. Il est bien sûr possible de jouer sur la forme des miroirs pour modifier le ratio hiver / été.
3- la circulation du fluide à l’intérieur des tubes
(article initialement publié le 07/05/2013)
Les tubes sous vide recourent habituellement à un système de transmission de la chaleur vers le collecteur, U pipe ou caloduc pour les intimes. Le caloduc se prête mal à une disposition proche de horizontale que requiert cette architecture ; le U pipe pourrait convenir. Mais les deux sont un peu complexes et font appel à des matériaux nobles à forte énergie grise, alu et surtout cuivre. Pour réduire l’emploi de ces matériaux, j’envisage de faire passer directement le fluide caloporteur dans les tubes, avec un dispositif de chicanes simple et léger : 
La cloison sépare l’intérieur du tube en deux parties, mais ne va pas jusqu’au fond du tube : ainsi le fluide caloporteur est obligé de circuler dans tout le tube, en étant qui plus est directement en contact avec la paroi chaude du tube. La chaleur est transmise au fluide sans intermédiaire, contrairement aux autres systèmes de transmission de chaleur ; le rendement est en théorie meilleur, avec moins de matière et une réalisation bien plus simple. La largeur de cette cloison est donc au moins égale à la largeur du tube intérieur, avec au moins une pliure ou courbure afin d’apporter un peu d’élasticité pour plaquer à la paroi du tube sous vide tout en pouvant absorber les dilatations sans pression excessive sur cette paroi. Cette conformation en s ou z semble la meilleure, avec deux courbures ou pliures de sens opposés qui séparent le tube en deux parties égales. La matière de cette cloison peut être inox, cuivre, laiton… ; une très faible épaisseur est suffisante, les pressions sont quasiment égales des deux côtés de la cloison. Et une étanchéité parfaite n’est pas nécessaire.
Par contre l’étanchéité entre le tube et le collecteur doit être parfaite, avec un joint qui reste souple, résistant à la déchirure et aux très hautes températures : en effet un tube sous vide sans liquide à l’intérieur grimpe à déjà à 200°, sans miroir… alors avec miroir, même en hiver, il faut prévoir bien plus chaud. Un casse tête pour lequel j’ai aussi une recette, facile à réaliser et ultra fiable.
Circuit du fluide caloporteur entre capteur et cumulus :
Le problème généré par le passage du fluide caloporteur directement dans le tube sous vide en verre est que toute pression est à bannir. Problème ? pas du tout, bien au contraire : la solution apporte un cortège de simplifications par rapport à la plupart des systèmes existants : un circuit ouvert, autovidangeable, où l’eau du cumulus circule directement dans le capteur. Il n’y a pas besoin d’antigel, les tubes en position horizontale se vident complètement chaque soir. Économie d’antigel : de l’argent et de la pollution en moins. Mais aussi : une économie de vase d’expansion et absence de risque de surpression en cas de surchauffe. Autre avantage de taille, l’eau chaude sanitaire est contenue dans un serpentin immergé dans le cumulus : le cumulus n’est donc soumis à aucune autre pression que celle générée par le poids de l’eau contenue à l’intérieur, ce qui est déjà pas mal mais pourtant un grand soulagement pour son enveloppe, puisque les cumulus sont habituellement soit soumis à la pression du circuit capteurs, soit, pire, à la pression du réseau d’eau. Ceci ouvre la porte à des cumulus nettement plus économiques, j’essaierai de dédier un prochain article à ce sujet. Et aussi à bien d’autres, d’ailleurs.