Collecteurs solaires: différents types et champs d'application

Collecteurs solaires   Transformer le rayonnement solaire en chaleur et transférer cette chaleur sur un milieu (eau, liquide solaire ou air). Ensuite, la chaleur solaire peut être utilisée pour le chauffage de l'eau, la sauvegarde des systèmes de chauffage ou le chauffage des piscines.

L'utilisation de la chaleur solaire

Le cœur d'un collecteur solaire est l'absorbeur, qui est généralement composé de plusieurs bandes métalliques étroites. Le fluide de transport pour le transfert de chaleur s'écoule à travers un tuyau de transport de chaleur qui est relié à la bande absorbante. Dans les absorbeurs de plaques, deux feuilles sont mises en sandwich ensemble ce qui permet au fluide de circuler entre les deux feuilles. Les absorbeurs sont généralement en cuivre ou en aluminium.

Les absorbeurs de piscine , d'autre part, sont généralement en plastique (principalement EPDM, mais aussi en polypropylène et en polyéthylène), car les températures inférieures ne nécessitent pas une plus grande capacité calorifique.

Le chauffage et le stockage sont réunis dans un   Collecteur de réservoir.   Les matrices des collecteurs de réservoirs n'ont pas besoin de pompes de circulation ou de mécanismes de régulation, car l'eau potable est réchauffée et stockée directement dans le collecteur.

Surfaces absorbantes très efficaces

Les absorbeurs sont habituellement noirs, car les surfaces sombres démontrent un degré particulièrement élevé d'absorption de la lumière. Le niveau d'absorption indique la quantité de rayonnement solaire à ondes courtes absorbée qui signifie ne pas être réfléchi. Lorsque l'absorbeur chauffe à une température supérieure à la température ambiante, il en résulte une grande partie de l'énergie solaire accumulée sous forme de rayons de chaleur à ondes longues. Le rapport de l'énergie absorbée à la chaleur émis est indiqué par le degré d'émission.

Afin de réduire la perte d'énergie par émission de chaleur, les absorbeurs les plus efficaces ont une   Revêtement de surface sélectif . Ce revêtement permet la conversion d'une forte proportion du rayonnement solaire en chaleur, réduisant simultanément les émissions de chaleur.

Les revêtements habituels offrent un degré d'absorption de plus de 90%. Les peintures solaires qui peuvent être appliquées mécaniquement aux absorbeurs (avec des brosses ou des pulvérisateurs) sont moins sélectives ou moins, car elles présentent un haut niveau d'émission. Les revêtements sélectifs à application galvanique comprennent le chrome noir, le nickel noir et l'oxyde d'aluminium avec du nickel. Relativement nouveau, une couche d'oxyde de nitrure de titane, appliquée via la vapeur dans un procédé sous vide. Ce type de revêtement se distingue non seulement en raison de ses très faibles taux d'émission, mais aussi parce que sa production est exempte d'émissions et économe en énergie.

Collecteurs Plateaux

  • Croquis d'un collecteur plat

Un collecteur plat se compose d'un absorbeur, d'un couvercle transparent, d'un cadre et d'un isolant. Habituellement, un verre de sécurité solaire en fer est utilisé comme un couvercle transparent, car il transmet une grande quantité de spectre de lumière à ondes courtes.

Simultanément, très peu de la chaleur émise par l'absorbeur échappe à la couverture (effet de serre).

En outre, le couvercle transparent empêche le vent et la brise de transporter la chaleur recueillie (convection). Avec le cadre, le couvercle protège l'absorbeur contre les intempéries. Les matériaux de châssis typiques comprennent l'aluminium et l'acier galvanisé; Parfois, du plastique renforcé de fibre de verre est utilisé.

L'isolation à l'arrière de l'absorbeur et sur les parois latérales diminue la perte de chaleur par conduction. L'isolation est habituellement de la mousse de polyuréthane ou de la laine minérale, mais parfois des matériaux isolants de fibres minérales comme la laine de verre, la laine de roche, la fibre de verre ou la fibre de verre sont utilisés.

Les collecteurs plats démontrent un bon rapport qualité-prix, ainsi qu'une large gamme de possibilités de montage (sur le toit, dans le toit lui-même ou détaché).

Afin de réduire la perte de chaleur dans le cadre par convection, l'air peut être pompé hors des tubes collecteurs. De tels collecteurs peuvent alors être appelés collecteurs de tubes évacués. Ils doivent être ré-évacués une fois tous les trois ou trois ans.

Collecteurs à tube d'évacuation

  • Croquis d'un collecteur de chaleur

Dans ce type de collecteur à vide, la bande absorbante est située dans un tube en verre évacué et étanche à la pression. Le fluide caloporteur circule à travers l'absorbeur directement dans un tube U ou à contre-courant dans un système tube-dans-tube. Plusieurs tubes individuels, interconnectés en série ou des tubes connectés l'un à l'autre via le collecteur, constituent le collecteur solaire. Un collecteur de chaleur contient un fluide spécial qui commence à se vaporiser même à basse température. La vapeur s'élève dans les conduites individuelles et réchauffe le fluide de transport dans le tuyau principal au moyen d'un échangeur de chaleur. Le liquide condensé retourne alors dans la base du caloduc.

Les tuyaux doivent être inclinés à un degré spécifique au-dessus de l'horizontale, de sorte que le processus de vaporisation et de condensation fonctionne. Il existe deux types de connexion de collecteur au système de circulation solaire. L'échangeur de chaleur s'étend directement dans le collecteur ("raccord humide") ou il est relié au collecteur par un matériau conducteur de la chaleur ("connexion sèche"). Une «connexion à sec» permet d'échanger des tubes individuels sans vidanger l'ensemble du système de son fluide. Les tubes à évaporation offrent l'avantage de travailler efficacement avec des températures élevées et avec un faible rayonnement. Des températures plus élevées peuvent également être obtenues pour des applications telles que le chauffage à eau chaude, la production de vapeur et la climatisation.

Combien d'énergie fournit un collecteur solaire?

  • Graphique des gammes d'efficacité et de température de différents types de collecteurs (rayonnement: 1000 W / m²)

L'efficacité d'un collecteur solaire est définie comme le quotient de l'énergie thermique utilisable par rapport à l'énergie solaire reçue. En plus de la perte thermique, il existe également une perte optique. Le facteur de conversion ou l'efficacité optique h0 indique le pourcentage de rayons solaires pénétrant dans le couvercle transparent du collecteur (transmission) et le pourcentage étant absorbé. Fondamentalement, c'est le produit du taux de transmission de la couverture et du taux d'absorption de l'absorbeur.

Les coûts spécifiques des collecteurs sont également importants. Les collecteurs de tubes à évacuation sont sensiblement plus chers (à la surface du collecteur 511,29 - 1278,23 Euro / m²) que les collecteurs à plaques plates (153,34 à 613,55 euros / m²) ou même des absorbeurs de plastique (25,60 à 102 , 26 euros / m²). Cependant, un bon collecteur ne garantit pas un bon système solaire. Plutôt, tous les composants devraient être de haute qualité et une capacité et une force similaires.

Texte et graphiques avec l'autorisation de:  
Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie eV - Société allemande pour l'énergie solaire.

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