Un absorbeur constitué d'ailettes en aluminium serties sur des tubes en cuivre peut-il surpasser une plaque absorbante classique ? C'est la question à l'origine d'un projet de R&D TÜBİTAK 1707 (n° 3225044) que nous avons mené avec Innorma R&D, la start-up de R&D de Solimpeks, de décembre 2022 à mai 2024. L'objectif : une conception d'absorbeur qui améliore les performances des capteurs thermiques comme des capteurs hybrides PVT, tout en rendant possible une production locale en Turquie.
Qu'avons-nous construit ?
Dix prototypes au total :
| Groupe de prototypes | Unités | Configuration | | --- | --- | --- | | Capteur thermique standard | 1 | Wunder ANSG 2108 (référence) | | Capteur PV/T standard | 1 | Solimpeks PV-T (référence) | | Capteurs thermiques à ailettes | 4 | 7 ou 9 tubes d'absorbeur ; 150 ou 315 ailettes | | Capteurs PV/T à ailettes | 4 | 7 ou 9 tubes d'absorbeur ; 112 ou 229 ailettes |
Les plaques à ailettes remplacent les absorbeurs traditionnels par des ailettes en aluminium serties sur des tubes en cuivre — une construction qui peut réduire les coûts et limiter l'ombrage sous des angles obliques. Elle promet une meilleure captation de la chaleur en mode thermique et une production électrique solide en PV/T, avec des pointes d'environ 220 à 250 W par bon ensoleillement, tout en restant plus légère ou plus compacte lorsque c'est nécessaire.
Comment la conception a-t-elle pris forme ?
Le lot de travaux 1 a porté sur la conception et la simulation : modèles 3D SolidWorks, simulation CFD Flow Simulation et modèle mathématique EES pour prévoir les flux de chaleur. Nous avons testé des configurations à 7, 9, voire 11 tubes au départ, et réglé des paramètres tels qu'un espacement des ailettes de 6 mm, avec des conditions aux limites — irradiation de 1 000 W/m², température ambiante de 30 °C — choisies pour reproduire les conditions d'essai Solar Keymark. Les premières simulations se sont montrées prometteuses, mais laissaient aussi penser qu'un nombre d'ailettes plus faible pourrait éviter les ombres pour des angles solaires de 45°.
Dans le lot de travaux 2, les prototypes ont pris forme : aluminium approvisionné pour les ailettes, tubes en cuivre assemblés et cellules PV laminées sur la structure à ailettes pour les versions hybrides. Le lot de travaux 3 a affiné les conceptions — les simulations sous des angles obliques ont confirmé qu'un nombre élevé d'ailettes projette des ombres et fait baisser le rendement, si bien que nous avons réduit de moitié le nombre d'ailettes par endroits, à 150 ailettes pour le thermique et 112 pour le PV/T. Dans les modèles, cela a fait passer les écarts de température de sortie d'environ 2,5 °C pour les unités standard à 3,6 °C pour notre PV/T à 9 tubes. Nous avons aussi étudié les lignes de production.
Que montrent les essais en extérieur ?
Dans le lot de travaux 4, nous avons installé en parallèle cinq capteurs thermiques et cinq capteurs PV/T, en y faisant circuler de l'eau à 0,03–0,07 kg/s et en enregistrant l'irradiation, le vent, les températures en plusieurs points et, pour le PV/T, la production électrique — avec des données relevées toutes les 5 secondes par des enregistreurs de données. Les capteurs standard ont pris un léger avantage en plein soleil, mais les versions à ailettes les ont dépassés sous incidence oblique, en captant davantage de chaleur lorsque la lumière arrive en biais. La production électrique est restée stable, avec des pointes PV de 250 W sous 1 000 W/m², conformes aux valeurs de référence d'Eurofins, même si les nuages ont fait fléchir la production en cours d'essai.
Quelles leçons difficiles en avons-nous tirées ?
Les simulations ont bien cerné les tendances, mais ont parfois surestimé les gains — les essais réels ont montré des hausses de température plus faibles, peut-être en raison du vent ou d'ailettes irrégulières. La réduction du nombre d'ailettes a résolu le problème d'ombrage, mais a ajouté du poids par endroits, ce qui nous a poussés à repenser les matériaux. L'approvisionnement a lui aussi demandé des tâtonnements : les bobines d'aluminium et le sertissage de précision ont nécessité plusieurs itérations, les premières fuites étant corrigées par un ajustement des outils. Pour l'industrialisation, un déploiement par étapes (assemblage manuel d'abord, puis ligne dédiée à mesure que les volumes augmentent) semble la voie la plus efficace.
Les gains étaient toutefois bien réels. La conception à ailettes a atteint 3 à 4 °C d'écart de température dans les scénarios obliques, ce qui pourrait se traduire par de réelles économies sous un ensoleillement variable. Les productions PV/T étaient conformes aux normes, avec en plus la possibilité d'une fabrication locale moins chère — nos estimations placent l'amortissement à trois ans avec des ventes régulières. Une réunion d'équipe nous a marqués : en débattant de la densité d'ailettes tard dans une séance, nous avons retenu 112 pour le PV/T après avoir écarté un lot plus dense — le bon équilibre entre coût et performance. Localiser la production des absorbeurs réduit aussi la dépendance aux importations et soutient les objectifs de durabilité, et une politique de soutien à la production locale peut accélérer la montée en puissance.
À qui profitent les capteurs à ailettes ?
Aux logements, hôpitaux, hôtels, usines et exploitations agricoles — partout où une chaleur fiable soutient des activités telles que le séchage des récoltes ou le chauffage de serres, sans entretien lourd. Les entreprises d'installation et les sociétés d'énergie qui posent des systèmes solaires en sont aussi des utilisateurs clés, en particulier celles qui souhaitent remplacer les absorbeurs importés par des absorbeurs locaux pour réduire les coûts et gagner en autonomie.
Où les résultats ont-ils été publiés ?
Les résultats PV/T sont publiés dans un article à comité de lecture : Büker M.S., Onay A.E. (Innorma R&D) et Dağ H.I. (Solimpeks), « Comparative Thermal and Electrical Performance Analysis of PV/T Collectors with Different Finned Absorber Configurations », Journal of Climate Change (2025), doi:10.70917/jcc-2025-028. L'étude, financée par TÜBİTAK, indique que la variante PV/T à 229 ailettes présente un potentiel de réduction des émissions de CO₂ supérieur de 24,48 % à celui de la conception standard.
Et ensuite ?
Achevé en mai 2024, le projet souligne notre savoir-faire pour transformer des idées en matériel solaire concret : les absorbeurs à ailettes peuvent améliorer les capteurs dans des installations réelles, loin des conditions idéales. En nous appuyant sur nos travaux antérieurs — systèmes hybrides et projets européens —, nous envisageons des intégrations telles qu'une régulation plus intelligente pour une météo variable. Contactez-nous si vous souhaitez en savoir plus ou envisager un partenariat.
Pour aller plus loin
- Une revue de 2025 sur les systèmes PV/T hybrides, qui cite les nanofluides et les matériaux à changement de phase comme pistes d'avenir
- Une étude de mi-2025 sur les stratégies de refroidissement des PV/T, mêlant approches expérimentale et numérique
- Un article de fin 2024 sur de nouveaux modes de refroidissement des capteurs PV/T
