Trois méthodes éprouvées protègent une installation solaire thermique du gel : un circuit indirect rempli d'antigel à base de propylène glycol (un mélange à 40 % protège jusqu'à environ -21 °C, à 50 % jusqu'à environ -32 °C), une conception autovidangeable (drain-back) qui vide les capteurs par gravité à chaque arrêt du circulateur, ou, uniquement en mesure de secours, un cycle de protection antigel du régulateur qui fait circuler de l'eau chaude du ballon. Le glycol est la norme européenne ; le drain-back supprime entièrement le risque de gel.
Pourquoi le gel est-il dangereux pour un capteur solaire ?
L'eau se dilate d'environ 9 % en gelant, et avec assez de force pour fendre les tubes de cuivre de l'absorbeur, rompre les tubes collecteurs du capteur et fissurer la tuyauterie extérieure. Les dégâts apparaissent généralement sous forme de fuites le premier jour doux, après la fonte de la glace, moment où l'absorbeur peut déjà être irrécupérable. Les dégâts du gel sont évitables par la conception, c'est pourquoi toute installation sérieuse en climat froid utilise l'une des trois méthodes ci-dessous plutôt que d'espérer des hivers cléments. Ce que le gel, la grêle et les tempêtes font au vitrage et au boîtier du capteur est une autre question, traitée dans ce qu'il advient des capteurs solaires sous la grêle et le gel.
Quelles méthodes de protection antigel existent ?
| Méthode | Comment elle protège | Convient le mieux à |
|---|---|---|
| Circuit à glycol (indirect) | Le mélange antigel ne peut pas geler à la température de conception | Installations européennes standard à circulation forcée ; tout climat |
| Système autovidangeable (drain-back) | Les capteurs restent vides de fluide dès que le circulateur est arrêté | Climats froids ; installations à longues périodes d'inactivité |
| Cycle de protection antigel | Le régulateur fait circuler de l'eau chaude du ballon dans le capteur | Climats doux à gelées rares et légères ; secours uniquement |
| Thermosiphon à boucle protégée | Les thermosiphons indirects utilisent un antigel dans un circuit à double enveloppe | Zones exposées au gel utilisant des unités compactes de toiture |
Les systèmes directs qui font circuler l'eau du robinet dans le capteur n'ont aucune protection intrinsèque et sont limités aux climats pratiquement sans gel.
De quelle protection en glycol ai-je besoin ?
Adaptez la concentration de glycol à la température la plus basse que votre site peut raisonnablement connaître, avec une marge. Protection approximative contre le gel pour du propylène glycol inhibé dans l'eau :
| Part de propylène glycol | Protection contre le gel jusqu'à environ |
|---|---|
| 25 % | -10 °C |
| 30 % | -13 °C |
| 40 % | -21 °C |
| 50 % | -32 °C |
En dessous de sa température nominale, le mélange devient d'abord une bouillie qui ne fait pas éclater les tuyaux ; le véritable point d'éclatement se situe nettement plus bas que le point de gel, ce qui constitue la marge de sécurité intégrée. Ne dépassez pas environ 50 % de concentration : la viscosité augmente, le transfert thermique se dégrade et le circulateur travaille plus pour une énergie fournie moindre. Le choix du fluide à acheter et la manière de contrôler son état chaque année sont traités dans quel antigel utiliser dans une boucle solaire thermique.
Comment le drain-back supprime-t-il entièrement le risque de gel ?
Un système autovidangeable (drain-back) conserve son fluide dans un réservoir à l'intérieur du bâtiment chauffé. Quand le circulateur fonctionne, le fluide est poussé vers les capteurs ; dès qu'il s'arrête, volontairement, lors d'une coupure de courant ou en inactivité de plein hiver, la gravité vide complètement le capteur et la tuyauterie de toiture. Il ne reste plus rien sur le toit qui puisse geler : de l'eau pure ou un mélange léger de glycol suffit donc, et le même mécanisme protège aussi contre la stagnation estivale. La contrepartie, ce sont des règles d'installation plus strictes : une pente continue des tuyaux et un capteur qui se vide entièrement.
Le cycle antigel du régulateur suffit-il à lui seul ?
Non : considérez-le comme un secours, jamais comme la stratégie principale dans un véritable climat hivernal. La fonction de protection antigel fait circuler de l'eau chaude du bas du ballon dans le capteur lorsque la sonde indique une valeur proche de 0 °C. Elle fonctionne, mais elle dépense de la chaleur solaire stockée pour protéger le matériel, et elle fait défaut précisément quand le risque hivernal est maximal : lors d'une coupure de courant. Dans les climats où le gel est rare et léger, certaines installations directes s'y fient ; partout où les températures restent durablement négatives, le glycol ou le drain-back est la bonne réponse. Notez que protection antigel et performance hivernale sont deux questions différentes : la quantité de chaleur qu'une installation protégée fournit réellement en janvier est traitée dans le chauffe-eau solaire fonctionne-t-il en hiver.
Questions fréquentes
Mon installation solaire thermique gèlera-t-elle en cas de coupure de courant ?
Une installation à glycol est sûre : sa protection est chimique et ne nécessite aucune électricité. Une installation autovidangeable (drain-back) l'est aussi : l'arrêt du circulateur est précisément ce qui vide les capteurs. Seuls les systèmes qui s'appuient sur un cycle de protection antigel alimenté électriquement sont exposés lors d'une panne.
Puis-je utiliser de l'eau pure dans mon capteur solaire en hiver ?
Seulement dans un système autovidangeable, où le capteur reste vide à l'arrêt, ou dans des climats réellement sans gel. Dans un circuit rempli standard, l'eau pure gèlera et peut fendre l'absorbeur en une seule nuit froide.
Les capteurs à tubes sous vide ont-ils eux aussi besoin d'une protection antigel ?
Oui. Le vide isole superbement l'absorbeur, mais les tuyaux de collecteur, les rampes et la tuyauterie de toiture contiennent toujours du fluide qui gèle comme n'importe quel autre. Les systèmes à tubes sous vide en climat froid utilisent des circuits à glycol, tout comme les capteurs plans.
À quelle fréquence dois-je contrôler la protection antigel de mon glycol ?
Une fois par an, avant l'hiver, avec un réfractomètre ou des bandelettes de test au niveau du groupe de transfert. Le glycol se dégrade avec le temps, surtout après des épisodes de stagnation : la concentration et le pH avec lesquels vous avez rempli ne sont donc pas garantis à vie.