Un ami apiculteur, en parlant de cérificateur solaire (pour faire fondre la cire d’abeille) ma raconté l’histoire d’un aveyronnais qui avait fait des capteurs sous verre avec des radiateurs peints en noir, et qu’il arrivait à chauffer même en hiver avec du soleil. J’ai fais quelque recherche sur le net, du temps du modem 56k (pas d’ADSL encore), et je suis tombé sur l’expérience de Pierre Amet dans les Vosges.

Quelques années plus tard ayant aspiré le site de Pierre Amet, quand j’ai voulu faire une mise à jour, j’ai découvert autre chose, avec association, groupement d’achat naissant. C’est ce qui ma décidé de lui envoyer un petit mot, et tout à commencé. Comme j’étais jeune préretraité avec du temps devant moi, Pierre dirait même des nuits parfois, je me suis investi.

La suite : une installation, celle que nous vous décrivons ci-dessous avec mon fils, grégory92.

Nota sur ce rapport d’auto-construction :

Je ne mettrais pas de tableaux de calcul, ni les formules savantes dont je me suis servies. Il y a maintenant un livre qui a été écrit : la bible de l’auto-constructeur, lien sur le forum.

2 L'installation existante :

2.1 Descriptif :

L’installation existante comporte :

- Une chaudière fioul uniférale (Wiessman) comportant 84 litres de réserve,

- Un ballon d'ECS inox bain-marie de 100 litres connecté à la chaudière et un circulateur,

- Un plancher chauffant basse température (DTU 1981 – 96m²) relié à la chaudière par une vanne mélangeuse 4 voies et comportant un circulateur,

- Une régulation complète du chauffage (Landys & Gyr – RVP30) par action sur la 4-voies du plancher chauffant, associé à une sonde sur le départ, une sonde extérieure et un thermostat d'ambiance. La production d’Eau Chaude Sanitaire est gérée par la chaudière mais reste réglable manuellement en façade de celle-ci.

2.2 La consommation :

Le besoin en calories calculé par le logiciel « calsol » est de 18 000 Kw par an.

Je n’ai jamais dépassé 1500 litres de fioul par an, ce qui fait un peu moins de 15 000 Kw pour chauffer et faire de l’ECS, et pourtant il fait bien souvent plus de 20°C. La maison est sur un sous-sol complet enterré sur 3 faces et situé sur un plateau aux quatre vents à 300 mètres d’altitude.

Rien à voir, mais depuis 1981 j’ai également une micro-station d’épuration : déjà la fibre écolo !

3 L'installation Solaire :

3.1 Descriptif :

L'installation solaire qui vient se greffer sur l’existant, comporte :

- Six panneaux solaires (type 2510) de 2.5 m² de surface utile chacun, soit une surface totale de 15 m², reliés en deux groupes de trois panneaux connecté en montage de type "vrai" Tickelman,

- Un ballon d'ECS Solaire de 500 litres double serpentins (groupement d’achat APPER) connecté au circuit des panneaux solaires par une vanne Tout-Ou-Rien (TOR) 3 voies,

- Une vanne 3 voies tout-ou-rien, pour basculer soit sur l’ECS soit vers l’échangeur à plaques (provisoire), alimentant en calories le plancher chauffant. Dans le futur celui-ci sera remplacé par une cuve de réserve de 1 100 litres (prototype en construction, à suivre sur 2^ème partie).

- Une régulation basée sur un automate programmable M2 ; programmation et modifications à ma demande réalisés par grégory92.

- Un circulateur Salmson MXL 30-25P à trois vitesses. Puissances absorbés : V1-40W / V2-62W / V3-83W. Seulement deux vitesses seront utilisées : V2 et V3 (V1 étant trop lent).

- Un échangeur à plaques de grandes dimensions.

- Une platine de sondes 8 voies (merci à bernard42).

Platine 8 voies bernard42 qui se règle avec 2 résistances de précisions

Remarques sur les lignes de cuivre :

- Les lignes de connexion des panneaux (montage Tickelman) est en cuivre de 18*1 que j’avais déjà. Un diamètre de 16*1 aurait suffit.

- La ligne entre les panneaux et le reste de l’installation est en cuivre de 22*1, longueur de 12 m dont 8 m enterrés.

Détail des sondes de température :

- 1 sonde de température inséré dans le haut des panneaux solaires dans un doigt de gant de 30cm de long en tube cuivre 6*8, soudé à l’argent sur un bouchon en laiton, et bien centré dans le collecteur haut du 6ème panneau.

- 1 sonde à 60 cm du bas du ballon ECS, pour la commande de mise en route du circulateur, par comparaison avec la sonde des panneaux solaire.

- 1 sonde à 140 cm du bas du ballon ECS, pour la lecture de la température et déclenchement de l’alarme si la température maximum ECS est atteinte.

- 1 sonde sur le retour du plancher chauffant, pour la commande de la vanne 3 voies TOR pour le choix ECS ou plancher chauffant.

- 1 sonde sur le départ de l’échangeur à plaques, pour contrôle de la température.

- 1 sonde sur l’arrivée solaire au niveau de la 3 voies TOR, pour contrôle de la température également et mesures des pertes en lignes en fonction des différentes températures et vitesses.

Les câbles utilisés pour toutes les sondes sont de type informatique 4 fils*2, blindés. Pour la sonde aux panneaux solaire, la perte aller-retour dans les fils mesurée est de 1,5 Ohms.

Mesure de température dans le doigt de gant en haut des panneaux

3.2 Fonctionnement désiré :

Figure 1 : Schéma de l’installation solaire

Fonctionnement en été :

On ne fait que de la production d’eau chaude. Donc dès que possible, on fait circuler l’eau des capteurs dans le ballon d’ECS solaire. Au-delà d’une certaine température maximum, le stock d’ECS est considéré plein, et les calories excédentaires sont redirigées vers l’échangeur à plaques (puis dans le futur la cuve d’eau morte) ou peut-être la piscine à construire… car de 42°C à 85°C qui à dit que l’on ne pouvait pas chauffer une piscine ?!

Fonctionnement en hiver :

Un échangeur à plaques sert au transfert des calories vers le retour du plancher chauffant : je fais du PSD (plancher solaire direct) contrôlé en température par le M2 dans une plage entre 27°C et 32°C. Une fois cette température atteinte, la vanne 3 voies TOR bascule en 42 secondes de l’échangeur à plaque vers l’ECS, et vice versa.

Les 6 panneaux exposés plein sud, 1^er essais à 55° (24 septembre 2008).

Les 6 panneaux à 60° d’inclinaison (31 mars 2009)

Remarque :

A noter que les panneaux sont positionnés plein sud à 30 cm du sol, qu’ils sont à 60° d’inclinaison et que la construction métallique est prévue pour faire varier cette inclinaison par des vérins (non installés).

3.3 Les Modifications Effectuées sur l’existant :

Coté plancher chauffant :

J’ai rajouté une vanne 4 voies mélangeuse pour injecter les calories venant de l’échangeur à plaques, dans le retour du plancher. Cette vanne aura un grand rôle à jouer dans la 2^ème partie du compte rendu avec la cuve de réserve ! A suivre… Donc c’est le circulateur de la chaudière qui pousse l’eau dans l’échangeur à plaques, puis vers le plancher. Des vannes de séparations sont installées partout.

La 4 voies mélangeuse du Plancher Chauffant dédiée au solaire

Nota : l’installation existante de la 4 voies sur la chaudière ainsi que son circulateur n’étaient pas modifiables (voir ou se trouve la chaudière). De plus, le « Divicon » fourni par Wiessman est un tout.

Le circulateur et la 4 voies de la Wiessman Le ballon ECS chaudière bain marie 100 L

Coté ECS :

L’eau très chaude sortant du ballon de 500 litres (solaire) est utilisé après une vanne thermostatique à une température de 55°C environ et réglable.

La vanne thermostatique, qui mélange eau chaude venant du/des ballon(s) et l’eau froide.

En dessous un clapet anti-retour sur l’eau froide. Le tout est installé à coté du ballon de 100 L, à gauche de la chaudière.

En hiver, en mode préchauffage, les deux ballons d’ECS sont en série (du point de vue du puisage d’eau chaude) : l’eau du ballon ECS solaire va réchauffer le ballon ECS inox bain marie de 100 litres (existant) et la chaudière fioul chauffe le complément.

Nota : Des vannes (au nombre de 4) permettent de faire du préchauffage ou non. Elles permettent de mettre « hors-ligne » le ballon d’ECS chaudière ainsi que le ballon d’ECS solaire pour différentes raisons (interventions, modifications, …).

3.4 La construction :

Platine pour les sondes :

J’ai tiré le typon (Film + imprimante) de bernard42, et comme j’avais le matériel pour, j’ai fait ma platine. J’ai même refait des bobinages sur des transformateurs pour la fabrication des alimentations « maison ».

Les sondes :

Des PT1000 sont soudées et montées sur des minuscules platines époxy double-face, avec de la graisse thermo-conductrice plus du feuillard de cuivre. Le tout est enfermé dans une gaine thermo-rétractable. La liaison électrique est réalisée avec un câble coaxial en téflon (isolation au bruit électrique, tenue à la chaleur supérieure à 100°C, …).

D’un coté platine sonde, de l’autre une platine pour soudage des fils

(câble coaxial en téflon, gaine thermo-rétractable)

La ligne enterrée :

Celle-ci à été faite en deux fois : au vu de l’écrasement de l’isolant en Armaflex sur certaines parties observées à l’extérieur, j’ai émis un gros doute sur celui qui entourait les tuyaux de cuivre de la ligne enterrée. La ligne est réalisée par 2 tuyaux de cuivre en 22*1 isolé par de l’Armaflex, enrubanné avec du film plastique noir pour ensilage tout du long, et passés dans un tube pvc de 100mm. Le tout est enterré et fait 8m de long, de la base des panneaux solaire au mur de la maison. Pour ne pas tout refaire nous avons découpé des plaques de mousse isolante (Styrodur) de 4cm d’épaisseur et nous les avons collés à la bombe de mousse polyuréthane, réalisant ainsi un sarcophage isolant autour de la ligne avant de l’enterrer à nouveau.

Double isolation dans la tranchée On recouvre : sable + film d’ensilage

(gregory92)

La ligne du ballon ECS au retour du plancher chauffant :

Elle est également en cuivre de 22*1. Son installation au plafond du sous sol ne fut pas facile celui-ci étant déjà bien encombré et également isolé. Les coups de chalumeau sur le « Styrodur » ça marque !

Cintrage des tuyaux de cuivre à la cintreuse.

J’ai privilégié le cintrage des tuyaux en cuivre plutôt que d’utiliser des coudes : espérons que j’ai gagné en pertes de charge.

Châssis des panneaux solaire :

Un tableau de poids et de vitesse du vent ayant « atterri » chez moi tardivement, j’ai fait un peu fort en poids de béton : des trous de 40*40 cm remplis de béton et cailloux tiennent des fers cornières de 30*30 mm. Tout le châssis est soudé à l’arc, avec la particularité d’avoir un axe en haut et en bas ou il y a des boulons de 10 mm de diamètre non bloqués avec rondelles et écrous freins, ce qui permet d’incliner les panneaux. Les jambages ont des trous pré-percés pour permettre le blocage aux différentes inclinaisons souhaités.

Châssis replié plus les plots de béton Collage de l’alu goudronné pour protéger la peinture,

glissement parfait des panneaux

Des cornières en aluminium de 3 mm d’épaisseur maintiennent les panneaux au châssis (tout en garantissant une isolation galvanique entre aluminium et inox). Le tout devra être rigidifié par la suite pour pouvoir subir une inclinaison commandé et mécanique par vérins (non réalisé aujourd’hui).

Visserie inox, téflon isolant, rondelles en époxy Cornière aluminium entre châssis et panneaux

La liaison du collecteur du haut et du bas des panneaux à la ligne enterré, est réalisée par deux fois 1 m de tuyau EPDM gainé en inox afin de permettre l’inclinaison du châssis.

Connexion collecteurs par flexibles EPDM – inox Ligne enterrée en cours d’isolation

3.1 Si c’était à refaire :

Le châssis en cornière :

jack87 après être passé à la maison voir l’installation à fait mieux et plus simple.

Je voulais au départ faire une poursuite du soleil en site et en azimut comme pour les antennes radio qui suivent les satellites. J’ai abandonné : trop cassé et trop de douleurs !

L’isolation ligne en tranchée :

Heureusement que l’on à mis du « Styrodur » collé à la mousse.

Aujourd’hui je réaliserai plutôt 2 tuyaux ou gaines cannelées séparées. On ne peut pas poser de l’Armaflex sur une surface quelconque. Le poids du tuyau remplie d’eau écrase l’isolant définitivement : il ne reste plus qu’une pellicule isolante de 1 à 2 mm d’épaisseur.

La lyre anti thermosiphon :

Ou lyre récalcitrante : elle y est, mais ne sert plus à rien (voir les posts sur le forum : http://forum.apper-solaire.org/viewtopic.php?t=2960&highlight). Elle est donc maintenant isolée. Il y a un thermosiphon énorme dans mon installation et ceux malgré le clapet à battant monté horizontalement, puis verticalement pour qu’il est plus de poids.

Le ballon ECS 500 litres double serpentin La lyre anti thermosiphon

Au final un clapet en nylon avec un ressort est installé. On verra sa durée ! (non ce n’est pas du téflon… ou alors une imitation !).

L’installation du solaire :

Je vous passe les jurons et noms d’oiseaux concernant l’installation de la partie solaire du chauffage !!! La 4 voies mélangeuses se trouve sous l’escalier, juste au dessus de la chaudière, dans un espace qui fait en largeur… et bien la cage d’escalier ! Partout au plafond du sous-sol ce trouve une isolation en panneaux de « Styrodur » bouvetés sur 4 cotés : il faut les démonter, trouver des emplacements… Le ballon d’ECS solaire est à 5 m de la chaudière. Il faut « tirer » des lignes pour le chauffage et penser à laisser de la place pour l’ECS… Bref, j’ai vu chez « malusone » (dans le 16) plus serré que ça : il n’a pas intérêt à prendre 10 kilos, sinon fini l’entretien !

L’échangeur à plaques :

Cet élément de l’installation n’était absolument pas prévu. L’aubaine : un échangeur à plaques sorti des griffes d’un récupérateur de métaux pour le prix de l’inox, merci à Jean-Louis, un préretraité du même « pro » que moi mais pas dans le même coin. L’échangeur à plaques permet aujourd’hui de tester l’installation sans avoir fini le prototype de la cuve de réserve (cuve d’eau morte). Il pourrait servir dans le futur à délester en été, ou en demi-saison, des calories excédentaires vers une piscine qui reste à construire (doux rêve ?). Profitons au passage pour signaler que les flux doivent être inversés dans un échangeur à plaques : c'est-à-dire, l’entrée d’un circuit se trouve à l’opposé de l’autre.

Problème presque insoluble sur l’ECS de 100 litres existant :

Le ballon existant étant du type bain-marie, la canne d’arrivée d’eau froide ne se trouve pas en bas du ballon (elle est sur le dessus ballon Roca, made in Spain). De ce fait, en position préchauffage ECS en hiver, l’eau chaude venant du ballon d’ECS solaire (quand celle-ci est supérieure à celle du ballon inox de 100 litres) ne réchauffe pas celui-ci mais repart aussitôt vers l’utilisation… Le bas du ballon voit sa température baisser.

Il y a des semaines où la sonde qui actionne la fabrication d’eau chaude par la chaudière est limite mais pas suffisante (bon, elle est quand même réglable à volonté mais ça casse les pieds d’avoir dans un ballon de 500 litres une eau assez chaude et que le mélange ne se fasse pas dans le ballon suivant). Pour ne pas courir de risque de légionellose, je dois forcer la chaudière une fois par semaine à remonter le stock de 100 litres à 55°C. Quels sont les solutions ? Ouvrir le ballon et rallonger la canne ?

3.2 La régulation du chauffage solaire :

Réglages :

Les delta-T utilisés dans la régulation solaire ont été ajustés en fonction de ma station solaire, et des différents éléments qui la composent ; elle fait suite à des mois de relevés et expérimentations au cours des journées plus ou moins ensoleillées… Bref, le delta-T est très serré pour récupérer des calories en hiver : il faut ça ! Cela implique que le circulateur fonctionne plus longtemps : c’est mon choix !

Programmation de la régulation :

Un vieux PC est utilisé à demeure, ainsi qu’un câble de liaison série connecté au M2, pour intervenir dans des modifications des constantes qui servent à la régulation, afin d’optimiser la programmation de la régulation.

La programmation du M2 permet en outre en priorité de charger en calories l’ECS si la température du bas du ballon d’ECS solaire est plus basse que 32°C, cette température étant la température minimale aux capteurs pour basculer la vanne 3 voies TOR sur le plancher chauffant. Cette valeur de consigne de 32°C (au capteur) vient des mesures des pertes de lignes et d’échangeur en hiver sans grand froid. La plage du PSD utilisée pour cette période est de 27°C à 32°C.

Au centre, la 3 voies TOR.

Concernant la gestion du circulateur : celui-ci est commandé par une platine à relais. Une temporisation de 2 s sur le M2, à chaque changement de vitesse (V1, V2 et V3), permet de commuter les relais (« galette ») des différents enroulements du moteur sans aucune tension appliquée à ce moment là (a nécessité le démontage de la platine et dessoudage des fils sortant du circulateur). Cette platine comporte des relais de sécurité inspiré par dédé (merci André bayle).

Lors de la mise en route du circulateur en V2, le M2 prend en charge un cycle qui change la vitesse en V3 pendant 30 secondes toutes les 5 minutes, seulement à partir d’une certaine température des capteurs (50°C – réglable dans le programme), ceci afin de bousculer le circuit et d’éviter les fluides laminaires (merci kroutchef) et donc des mauvais échanges de calories aussi bien dans les capteurs que dans le serpentin du ballon.

On passe à la vitesse V3 vers 70°C. La vitesse V1 après de nombreux test n’est pas valable sur mon installation car trop lente.

Une alarme est en fonction à la température basse de -10°C au capteur et actionne le circulateur à la vitesse V2 (quelque soit la commande de la vanne 3 voies TOR) pour réchauffer les panneaux… J’ai fait des essais à -8°C et ça fonctionne plutôt bien. A noter que l’antigel MPG est dosé entre -12°C et -15°C : pour le Lot (46) c’est suffisant.

L’alarme encore, est réglée pour se déclencher au-delà de 83°C sur le haut du ballon d’ECS solaire : la garantie du constructeur pour le ballon ECS est d’une température maximum de 85°C. Il s’agit d’une sonnerie puissante pour l’instant. On enclenche le circulateur en vitesse V3 et on bascule la vanne 3 voies TOR sur la décharge piscine (dans le futur) ou sur la cuve de réserve de 1 100 litres. La cuve n’étant pas installée pour l’instant (ni la piscine), elle le sera cet été : cela fera l’objet d’une 2^ème partie à ce compte rendu.

La montée et la stratification du ballon ECS solaire de 500 litres est correcte. On voit très bien la montée en température par beau temps. Le bas du ballon prend 1°C de plus que le haut, puis le tout s’équilibre et au fur à mesure de la montée en température du ballon ECS, on observe la montée en température de la sonde du capteur. Pendant le puisage la stratification est très lisible avec les positions des sondes. Exemple : 65°C en haut, 55°C en bas du ballon.

Les pertes en ligne constaté pour 80°C au capteur sont : 3°C en V2, 3.5°C à 4°C en V3. Pour une température bien moindre dans les panneaux, la perte n’est plus que de 1°C à 1.5°C.

Programme M2 : Instal-f6fsk-V2.8.zip

3.3 Ce qu’il reste à faire :

Acheter un onduleur pure sinusoïde (j’ai les batteries) ou accumulateurs, pour une autonomie sans faille en cas de pannes secteur. Les onduleurs pour PC ne sorte pas une vraie sinusoïde mais plutôt un signal plus ou moins carré, et ne conviennent pas au circulateur ni aux transformateurs des alimentations d’ailleurs !

Terminer ma cuve de réserve : le prototype est inspiré d’un certain ballon « Conus », mais la circulation des flux est inversée. Elle servira uniquement au stockage de calories pour le chauffage du plancher chauffant.

Creuser au marteau piqueur un trou dans le béton du sous sol sur 35 cm de profondeur, pour pouvoir mettre en place cette cuve, et l’isoler (attention, le plafond est à 2.17 m seulement !).

Finir le coffret électrique : je suis toujours en fils volants. Je sais par expérience (montages radioamateurs) que c’est comme ça que ça marche le mieux !

4 Le Budget :

Pour l’instant un total de factures de 5 380 Euros. Je prévois pour la cuve de réserve une petite rallonge pour de la résine époxy, et des flexibles en 3/4. Sinon dans ce total, rien n’a été négligé de la meule en passant par la peinture et les baguettes de soudure… Le cuivre à été acheté au plus cher (malheureusement). Il y a pour plus de 830 euros de raccords laiton et d’isolant Armaflex.


Téréva : isolant- raccords plomberie	837,00

Crosroad acier : ferraille- châssis des capteurs	110,00

Peinture + divers, rehausse cuve, échangeur à plaques	440,71

Bricôt-dépôt cuivre	1 271,56

Solaire diffusion + M2 + vanne TOR + ballon ECS	2 722,00




Total général	5 381,27	soit en francs	35 298,82

Prévisions


	5 381,27	soit en francs	35 298,82

5 Le bilan :

Vue d’ensemble de l’installation des panneaux

Bien que provisoire, l’installation à commencé à fonctionner vers le 15 septembre 2009, pour vérifier les fuites et autres désagréments, comme ceux arrivé sur la lyre anti-thermosiphon.

Puis vers le 15 octobre, quelques modifications sont intervenues avec l’ajout de l’échangeur à plaques et l’adjonction du glycol MPG avant l’hiver, et bien sur les modifications du programme du M2 à la demande en fonction des observations.

Depuis le 10 mars 2009, l’automatisation complète de l’installation actuelle est effective. Nous sommes le 26 mars et c’est la 13^ème journée consécutive en autonomie solaire, chaudière éteinte. Tout cela reste prometteur pour la suite… Le solaire ça marche !

Ci-dessus : les panneaux à 60°, au sol de la roche concassée (calcaire) pour améliorer l’albédo du sol. Au fond les citernes d’eau de pluie. Derrière, il y a le film noir pour rabattre en cas de surchauffe ou de travaux, le tout derrière la clôture électrique (contre les sangliers !).

Nota : d’autres photos sont visible dans ma galerie personnelle sur le forum.

6 Remerciements :

A Pierre Amet, pour son initiative. Puis à tous ce que j’ai pu « embêter » comme Yves Guern, André Bayle, Kroutchef dont je respecte l’anonymat, Patrick Nies, Bernard Hermant, Emmanuel Marguet, Jean-Louis Joubert, Michel Hirigoyen et j’en passe…

7 Epilogue :

Une belle aventure, grâce aux dévouements de pas mal de gars sur le forum, chacun dans son domaine et selon ses possibilités. Nous avons pu démontrer qu’en se regroupant on devenait plus fort ; nous avons choisit dès le départ de ne pas se faire envahir par des pubs et des profiteurs professionnels. Veillons au grain, ne laissons pas pourrir le site.

Internet est une invention à plusieurs tranchants… mais là, je crois que Pierre et nous tous pouvons être fier de cette réussite. Nous avons su faire émerger la bonne facette d’Internet, quelle vive longtemps, serve d’exemple et puisse nous servir de levier pour des actions futures.

Gérard et Grégory Alagnou.

Fin de la 1^ère partie du compte rendue.