Les spécificités de l'utilisation des capteurs solaires
La principale caractéristique des capteurs solaires, qui les distingue des autres types de générateurs de chaleur, est la nature cyclique de leur fonctionnement. S'il n'y a pas de soleil, il n'y a pas non plus d'énergie thermique. En conséquence, de telles attitudes sont passives la nuit.
La production de chaleur quotidienne moyenne dépend directement de la durée des heures de lumière du jour. Cette dernière est déterminée, d'une part, par la latitude géographique de la zone, et d'autre part, par la saison. Pendant la période estivale, qui est le pic d'insolation dans l'hémisphère nord, le collecteur travaillera avec une efficacité maximale. En hiver, sa productivité diminue, atteignant un minimum en décembre-janvier.
En hiver, l'efficacité des capteurs solaires diminue non seulement en raison d'une diminution de la durée de la lumière du jour, mais également en raison d'un changement de l'angle d'incidence de la lumière du soleil. Les fluctuations des performances du capteur solaire tout au long de l'année doivent être prises en compte lors du calcul de sa contribution au système d'alimentation en chaleur.
Un autre facteur qui peut affecter la productivité du capteur solaire est les caractéristiques climatiques de la région. Sur le territoire de notre pays, il existe de nombreux endroits où le soleil est caché derrière une épaisse couche de nuages ou derrière un voile de brouillard pendant 200 jours ou plus par an. Par temps nuageux, les performances du capteur solaire ne tombent pas à zéro, car il est capable de capter la lumière du soleil diffusée, mais elles diminuent considérablement.
L'appareil et le but des collectionneurs
En son cœur, il s'agit d'un distributeur de flux qui a un canal principal avec entrée et sortie, ainsi que des branches. Leur nombre peut varier. Dans la plupart des cas, de 4 à 6, et si vous en avez besoin de plus, vous pouvez connecter plusieurs vannes en série.
Les experts, lorsqu'on leur demande ce qu'est un collecteur d'alimentation en eau, répondent qu'il s'agit d'un peigne. Cette association est associée à une similitude externe, bien que schématique.
Le peigne pour l'alimentation en eau peut être en métal, en alliages ou en matériaux polymères. Le choix dépend du budget et du but. La caractéristique de conception est que l'entrée a un diamètre plus petit que la sortie. Ceci est nécessaire pour que la surpression s'accumule dans la zone de distribution.
Il existe des modèles disponibles dans le commerce qui sont équipés par défaut de vannes de coupure de dérivation.
La connexion de collecteur suppose que chaque branche est étendue à un consommateur distinct.
Dans ce cas, les avantages sont nombreux:
- Chaque consommateur reçoit une pression suffisante pour fonctionner correctement.
- Il est possible de désactiver l'un d'entre eux pour la réparation, la maintenance ou le remplacement sans déconnecter le reste.
- S'il est nécessaire d'éliminer les inondations, il suffit de couper une branche et d'utiliser le reste des appareils sans restriction.
Un autre avantage de l'utilisation de collecteurs dans les systèmes d'alimentation en eau est que lorsque vous allumez, par exemple, une machine à laver, la pression de l'eau dans la douche ne change pas. Cela signifie qu'il n'y a pas de changements désagréables de température. Mais il existe de nombreux modèles, configurations et fabricants, et pour faire le bon choix, vous devez connaître les caractéristiques de ces appareils.
Le principe de fonctionnement et les types de capteurs solaires
Il est temps de dire quelques mots sur la structure et le principe du capteur solaire. L'élément principal de sa conception est un adsorbeur, qui est une plaque de cuivre avec un tuyau soudé.En absorbant la chaleur des rayons du soleil tombant dessus, la plaque (et avec elle le tuyau) se réchauffe rapidement. Cette chaleur est transférée au caloporteur liquide circulant à travers le tuyau, qui, à son tour, la transporte plus loin le long du système.
La capacité du corps physique à absorber ou à réfléchir les rayons du soleil dépend principalement de la nature de sa surface. Par exemple, une surface de miroir reflète parfaitement la lumière et la chaleur, mais une surface noire, au contraire, absorbe. C'est pourquoi un revêtement noir est appliqué sur la plaque de cuivre de l'adsorbeur (l'option la plus simple est la peinture noire).
Comment fonctionne le capteur solaire
1. Collecteur solaire. 2. Réservoir tampon. 3. Eau chaude.
4. Eau froide. 5. Manette. 6. Échangeur de chaleur.
7. Pompe à eau. 8. Flux chaud. 9. Le courant froid.
Il est également possible d'augmenter la quantité de chaleur reçue du soleil en choisissant le bon verre recouvrant l'adsorbeur. Le verre ordinaire n'est pas assez transparent. De plus, il éblouit, reflétant une partie de la lumière du soleil incidente. Dans les capteurs solaires, en règle générale, ils essaient d'utiliser du verre spécial à faible teneur en fer, ce qui augmente sa transparence. Pour réduire la proportion de lumière réfléchie par la surface, un revêtement antireflet est appliqué sur le verre. Et pour que la poussière et l'humidité ne pénètrent pas à l'intérieur du collecteur, ce qui réduit également le débit du verre, le boîtier est rendu étanche, et parfois même rempli d'un gaz inerte.
Malgré toutes ces astuces, le rendement des capteurs solaires est encore loin de 100%, ce qui est dû à l'imperfection de leur conception. La plaque adsorbante chauffée irradie une partie de la chaleur reçue dans l'environnement, chauffant l'air en contact avec elle. Pour minimiser les pertes de chaleur, l'adsorbeur doit être isolé. La recherche d'un moyen efficace d'isoler l'adsorbeur a conduit les ingénieurs à créer plusieurs types de capteurs solaires, dont les plus courants sont les capteurs à vide plats et tubulaires.
Capteurs solaires plats
Capteurs solaires plats.
La conception d'un capteur solaire plat est extrêmement simple: il s'agit d'une boîte métallique recouverte de verre sur le dessus. En règle générale, la laine minérale est utilisée pour l'isolation thermique du fond et des parois du boîtier. Cette option est loin d'être idéale, car le transfert de chaleur de l'adsorbeur vers le verre au moyen de l'air à l'intérieur du caisson n'est pas exclu. Avec une grande différence de température à l'intérieur du capteur et à l'extérieur, les pertes de chaleur sont assez importantes. En conséquence, un capteur solaire plat, qui fonctionne parfaitement au printemps et en été, devient extrêmement inefficace en hiver.
Dispositif de capteur solaire plat
1. Tuyau d'entrée. 2. Verre de sécurité.
3. Couche d'absorption. 4. Cadre en aluminium.
5. Tubes en cuivre. 6. Isolant thermique. 7. Tuyau de sortie.
Capteurs solaires tubulaires à vide
Capteurs solaires tubulaires sous vide.
Un capteur solaire à vide est un panneau composé d'un grand nombre de tubes de verre relativement minces. Un adsorbeur est situé à l'intérieur de chacun d'eux. Pour exclure le transfert de chaleur par gaz (air), les tubes sont évacués. C'est en raison de l'absence de gaz à proximité des adsorbeurs que les capteurs sous vide ont de faibles pertes de chaleur même par temps glacial.
Dispositif de collecteur de vide
1. Isolation thermique. 2. Boîtier d'échangeur de chaleur. 3. Échangeur de chaleur (collecteur)
4. Bouchon scellé. 5. Tuyau d'aspirateur. 6. Condensateur.
7. Plaque absorbante. 8. Caloduc avec fluide de travail.
Application de vanne de mélange de collecteur
Le système de collecteur se compose de deux types de vannes: 2 voies et 3 voies. La vanne mélangeuse sert à mélange d'eau chaude, qui provient de la chaudière, avec refroidi du circuit de chauffage.Les vannes mélangeuses peuvent être réglées manuellement ou automatiquement à l'aide d'une commande.
Un collecteur avec une vanne mélangeuse à 3 voies est le plus souvent utilisé pour les pièces avec une grande surface de planchers d'eau (plus de 200 m2).
Souvent, ces vannes sont équipées de capteurs dépendant de la météo avec des programmes spéciaux qui définissent la température optimale, en se concentrant sur les facteurs externes. Ces vannes sont principalement utilisées pour les sols chauds, qui sont le principal élément chauffant de la pièce.
Cependant, une telle vanne a satisfait des défauts importants... Premièrement, par un signal du thermostat, il peut directement fournir de l'eau de la chaudière, dont la température est de 80 à 90 degrés. Cela peut endommager le circuit de chauffage, la chape et le sol.
Deuxièmement, ces vannes ont une capacité de débit élevée, ce qui, avec une légère modification de la régulation dans la pièce, peut montée en température fortement.
Un collecteur avec une vanne mélangeuse à 2 voies est utilisé pour les pièces d'une superficie inférieure à 200 m2. Une telle vanne régule la température en mélangeant le liquide de refroidissement de la conduite de retour.
De cette façon la quantité d'eau est contrôléeprovenant de la chaudière. Grâce à cela, le sol chaud ne surchauffera jamais. Ceci, à son tour, prolonge sa durée de vie. Une telle vanne a une faible capacité de débit, une régulation douce et stable.
Où doit être situé le collecteur d'eau de chauffage par le sol?
Le collectionneur doit être quelque part pour se cacher. Pour cela, il est utilisé armoire de collecteur spécial, qui est un produit métallique avec une porte dans laquelle se trouvent les ferrures de fixation.
Ces armoires sont extérieur et encastré... Des perforations sont faites dans les panneaux latéraux, grâce auxquelles vous pouvez facilement percer des trous aux endroits requis. De nombreux modèles ont des pieds réglables qui vous permettent de changer la hauteur. Les armoires encastrées ont un cadre mobile, avec lequel elles peuvent changer en profondeur.
Pour déterminer les dimensions requises d'un tel produit, il faut bien connaître les dimensions de tous les équipements qui y seront par la suite placés. Les armoires collectrices sont fixées au sol par les pieds ou au mur par les trous situés sur la paroi arrière.
Applications des capteurs solaires
Le principal objectif des capteurs solaires, comme tout autre générateur de chaleur, est de chauffer les bâtiments et de préparer l'eau pour un système d'alimentation en eau chaude. Reste à savoir quel type de capteurs solaires est le mieux adapté pour remplir une fonction particulière.
Les capteurs solaires plats, comme nous l'avons découvert, ont de bonnes performances au printemps et en été, mais sont inefficaces en hiver. Il en résulte que leur utilisation pour le chauffage, dont la nécessité apparaît précisément avec l'arrivée du froid, n'est pas pratique. Cependant, cela ne signifie pas qu'il n'y a pas du tout de marché pour cet équipement.
Les capteurs plats ont un avantage incontestable - ils sont nettement moins chers que les modèles à vide, par conséquent, dans les cas où il est prévu d'utiliser l'énergie solaire exclusivement en été, il est logique de les acheter. Les capteurs solaires plats font parfaitement face à la tâche de préparer l'eau pour l'approvisionnement en eau chaude en été. Encore plus souvent, ils sont utilisés pour chauffer l'eau à une température confortable dans les piscines extérieures.
Les collecteurs sous vide tubulaires sont plus polyvalents. Avec l'arrivée du froid hivernal, leurs performances ne diminuent pas autant que dans le cas des modèles plats, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés toute l'année. Cela permet d'utiliser de tels capteurs solaires non seulement pour l'alimentation en eau chaude, mais également dans le système de chauffage.
Comparaison des capteurs solaires plats et sous vide.
Disposition des capteurs solaires
L'efficacité d'un capteur solaire dépend directement de la quantité de lumière solaire tombant sur l'adsorbeur. Il en découle que le collecteur doit être situé dans un espace ouvert, où l'ombre des bâtiments voisins, des arbres situés près des montagnes, etc. ne tombe jamais (ou du moins pendant le temps le plus long).
Ce n'est pas seulement l'emplacement du collecteur qui compte, mais aussi son orientation. Le côté le plus «ensoleillé» de notre hémisphère nord est celui du sud, ce qui signifie que, idéalement, les «miroirs» du réservoir devraient être tournés strictement vers le sud. S'il est techniquement impossible de le faire, vous devez choisir la direction la plus proche possible du sud - sud-ouest ou sud-est.
Il ne faut pas perdre de vue un paramètre tel que l'angle d'inclinaison du capteur solaire. La valeur de l'angle dépend de la déviation de la position du Soleil par rapport au zénith, qui à son tour est déterminée par la latitude de la zone dans laquelle l'équipement sera utilisé. Si l'angle d'inclinaison n'est pas réglé correctement, la perte d'énergie optique augmentera considérablement, car une partie importante de la lumière du soleil sera réfléchie par le verre collecteur et, par conséquent, n'atteindra pas l'absorbeur.
Installation du collecteur
Il est important de sélectionner la bonne section de tuyau. Le tuyau d'un demi-pouce convient à la douche et à la baignoire. Dans le même temps, l'entrée du distributeur doit être plus large.
Travailler avec des matériaux modernes est assez confortable et tout artisan peut assembler le collecteur indépendamment. Mais avant de démarrer le flux de travail, vous devez encore rédiger un diagramme sur papier.
L'ensemble complet du système d'alimentation en eau se déroule en plusieurs étapes:
- Un robinet ou une vanne sur une colonne montante avec de l'eau est nécessaire pour couper l'eau afin de réparer le système d'alimentation en eau.
- Filtre à eau dure. Un tel filtre nettoie l'eau des grosses impuretés et la rend potable.
- Compteurs d'eau.
- Réducteur de pression - peut être nécessaire dans une maison privée. Le réducteur de pression réduit la pression si elle est trop élevée pour vos appareils de plomberie. S'il est réglé sur la valeur maximale autorisée, il dirigera l'excès d'eau dans la gouttière.
- Collectionneur. Il peut avoir 2 à 6 sorties. Vous pouvez installer plusieurs collecteurs pour obtenir le nombre requis de sorties.
La vidéo fournit des conseils utiles pour vous aider à installer correctement le collecteur d'alimentation en eau:
Comment choisir un capteur solaire de la bonne puissance
Si vous voulez que le système de chauffage de votre maison fasse face à la tâche de maintenir une température confortable dans les pièces, et que de l'eau chaude et non tiède coule des robinets, tout en prévoyant d'utiliser un capteur solaire comme générateur de chaleur, vous devez calculer à l'avance la puissance requise de l'équipement.
Dans le même temps, il faudra prendre en compte un assez grand nombre de paramètres, dont la fonction du capteur (alimentation en eau chaude, chauffage ou leur combinaison), la demande de chaleur de l'objet (surface totale des pièces chauffées ou consommation journalière moyenne d'eau chaude), caractéristiques climatiques de la région, caractéristiques de l'installation de capteurs.
En principe, faire de tels calculs n'est pas si difficile. Les performances de chaque modèle sont connues, ce qui signifie que vous pouvez facilement estimer le nombre de capteurs nécessaires pour fournir de la chaleur à la maison. Les entreprises engagées dans la production de capteurs solaires ont des informations (et peuvent les fournir au consommateur) sur l'évolution de la puissance de l'équipement en fonction de la latitude géographique de la zone, de l'angle d'inclinaison des «miroirs», de la déviation de leur orientation par rapport au sud, etc., ce qui permet d'apporter les corrections nécessaires lors du calcul des performances du collecteur.
Lors de la sélection de la capacité de capteur requise, il est très important de parvenir à un équilibre entre le manque et l'excès de chaleur générée. Les experts recommandent de se concentrer sur la capacité maximale possible du capteur, c'est-à-dire d'utiliser l'indicateur de la saison estivale la plus productive dans les calculs. Cela va à l'encontre du désir de l'utilisateur moyen de prendre un équipement avec une marge (c'est-à-dire de calculer par la puissance du mois le plus froid), de sorte que la chaleur du collecteur soit suffisante même les jours d'automne et d'hiver moins ensoleillés.
Cependant, si vous choisissez un capteur solaire de puissance accrue, alors au sommet de ses performances, c'est-à-dire par temps chaud et ensoleillé, vous serez confronté à un grave problème: plus de chaleur sera produite que consommée, ce qui menace la surchauffe du circuit. et autres conséquences désagréables ... Il existe deux options pour résoudre ce problème: soit installer un capteur solaire de faible puissance et connecter des sources de chaleur de secours en parallèle en hiver, soit acheter un modèle avec une grande réserve d'énergie et prévoir des moyens d'évacuer l'excès de chaleur pendant la saison printemps-été .
Stagnation du système
Parlons un peu plus des problèmes liés à un excès de chaleur générée. Alors, disons que vous avez installé un capteur solaire suffisamment puissant qui peut fournir pleinement de la chaleur au système de chauffage de votre maison. Mais l'été est arrivé et le besoin de chauffage a disparu. Si vous pouvez couper l'alimentation électrique d'une chaudière électrique ou couper l'alimentation en combustible d'une chaudière à gaz, alors nous n'avons pas d'électricité au-dessus du soleil - nous ne pouvons pas «l'éteindre» quand il fait trop chaud.
La stagnation du système est l'un des problèmes potentiels majeurs des capteurs solaires. Si la chaleur du circuit collecteur est insuffisante, le liquide de refroidissement surchauffe. A un certain moment, ce dernier peut bouillir, ce qui entraînera la fin de sa circulation le long du circuit. Lorsque le liquide de refroidissement refroidit et se condense, le système reprend son fonctionnement. Cependant, tous les types de fluides caloporteurs ne transfèrent pas calmement la transition d'un état liquide à un état gazeux et vice versa. Certains, à la suite d'une surchauffe, acquièrent une consistance gélatineuse, ce qui rend impossible le fonctionnement ultérieur du circuit.
Seule une évacuation stable de la chaleur produite par le capteur permettra d'éviter la stagnation. Si le calcul de la puissance de l'équipement est effectué correctement, la probabilité de problèmes est pratiquement nulle.
Cependant, même dans ce cas, la survenue d'un cas de force majeure n'est pas exclue, par conséquent, des méthodes de protection contre la surchauffe doivent être prévues à l'avance:
1. Installation d'un réservoir de réserve pour l'accumulation d'eau chaude. Si l'eau dans le réservoir principal du système d'alimentation en eau chaude a atteint le maximum réglé et que le capteur solaire continue de fournir de la chaleur, il basculera automatiquement et l'eau commencera à chauffer déjà dans le réservoir de réserve. L'approvisionnement créé en eau chaude peut être utilisé pour les besoins domestiques plus tard, par temps nuageux.
2. Eau de piscine chauffée. Les propriétaires de maisons avec piscine (intérieure ou extérieure) ont une excellente occasion d'éliminer l'énergie thermique excédentaire. Le volume de la piscine est incomparablement supérieur au volume de n'importe quel stockage domestique, ce qui signifie que l'eau qui s'y trouve ne chauffera pas tellement qu'elle ne pourra plus absorber la chaleur.
3. Vidange de l'eau chaude. En l'absence de possibilité de dépenser utilement l'excès de chaleur, vous pouvez simplement vider l'eau chauffée en petites portions du réservoir de stockage pour l'alimentation en eau chaude dans l'égout. Dans le même temps, l'eau froide entrant dans le réservoir abaissera la température de tout le volume, ce qui continuera à évacuer la chaleur du circuit.
4. Échangeur de chaleur externe avec ventilateur. Si le capteur solaire a une grande capacité, l'excès de chaleur peut également être très important. Dans ce cas, le système est équipé d'un circuit supplémentaire rempli de réfrigérant. Ce circuit supplémentaire est relié au système au moyen d'un échangeur de chaleur équipé d'un ventilateur et monté à l'extérieur du bâtiment. En cas de risque de surchauffe, l'excès de chaleur pénètre dans le circuit supplémentaire et est «projeté» dans l'air à travers l'échangeur de chaleur.
5. Décharge de chaleur dans le sol. Si, en plus du capteur solaire, la maison est équipée d'une pompe à chaleur géothermique, l'excès de chaleur peut être dirigé vers le puits. En même temps, vous résolvez deux problèmes à la fois: d'une part, vous protégez le circuit collecteur de la surchauffe, d'autre part, vous restaurez la réserve de chaleur dans le sol appauvri pendant l'hiver.
6. Isolement du capteur solaire de la lumière directe du soleil. D'un point de vue technique, cette méthode est l'une des plus simples. Bien sûr, cela ne vaut pas la peine de grimper sur le toit et de couvrir le collecteur manuellement - c'est dur et dangereux. Il est beaucoup plus rationnel d'installer un volet télécommandé, comme un volet roulant. Vous pouvez même connecter l'unité de commande du registre au contrôleur - en cas d'augmentation dangereuse de la température dans le circuit, le collecteur se fermera automatiquement.
7. Vidange du liquide de refroidissement. Cette méthode peut être considérée comme cardinale, mais en même temps elle est assez simple. En cas de risque de surchauffe, le liquide de refroidissement est vidangé au moyen d'une pompe dans un réservoir spécial intégré dans le circuit du système. Lorsque les conditions redeviennent favorables, la pompe renverra le liquide de refroidissement dans le circuit et le collecteur sera rétabli.
Autres composants du système
Il ne suffit pas de collecter simplement la chaleur rayonnée par le soleil. Il doit encore être transporté, accumulé, transféré aux consommateurs, tous ces processus doivent être surveillés, etc. Cela signifie qu'en plus des collecteurs situés sur le toit, le système contient de nombreux autres composants, qui peuvent être moins visibles, mais pas moins important. Concentrons-nous sur quelques-uns d'entre eux.
Caloporteur
La fonction du liquide de refroidissement dans le circuit collecteur peut être assurée soit par l'eau, soit par un liquide antigel.
L'eau présente un certain nombre d'inconvénients qui imposent certaines restrictions à son utilisation comme caloporteur dans les capteurs solaires :
- Premièrement, à des températures négatives, il se solidifie. Pour empêcher le liquide de refroidissement gelé d'éclater les tuyaux du circuit, à l'approche du froid, il devra être vidangé, ce qui signifie qu'en hiver, vous ne recevrez même pas de petites quantités d'énergie thermique du collecteur.
- Deuxièmement, un point d'ébullition pas trop élevé de l'eau peut provoquer une stagnation fréquente en été.
Le liquide sans congélation, contrairement à l'eau, a un point de congélation nettement plus bas et un point d'ébullition incomparablement plus élevé, ce qui augmente la commodité de son utilisation comme caloporteur. Cependant, à des températures élevées, le "non-gel" peut subir des changements irréversibles, il doit donc être protégé d'une surchauffe excessive.
Pompe adaptée aux systèmes solaires
Pour assurer la circulation forcée du liquide de refroidissement le long du circuit collecteur, une pompe adaptée aux systèmes solaires est nécessaire.
Échangeur de chaleur ECS
Le transfert de chaleur du circuit de capteur solaire vers l'alimentation en eau chaude ou vers le fluide caloporteur du système de chauffage s'effectue au moyen d'un échangeur de chaleur. En règle générale, un réservoir de grand volume avec un échangeur de chaleur intégré est utilisé pour accumuler de l'eau chaude. Il est rationnel d'utiliser des réservoirs avec deux ou plusieurs échangeurs de chaleur: cela permettra de prélever la chaleur non seulement du capteur solaire, mais aussi d'autres sources (chaudière à gaz ou électrique, pompe à chaleur, etc.).
Classification des réservoirs
Les appareillages de commutation diffèrent par le matériau du boîtier et des pièces et les méthodes de fixation
Ceci est important à prendre en compte lors de la sélection, cartous les produits ne conviennent pas aux tuyaux en plastique
Il existe les types de collecteurs suivants:
- Acier (en acier inoxydable). Résistant au feu et aux températures élevées. Les produits se distinguent par leur aspect soigné et leur poids léger, le collecteur se monte facilement au mur.
- Laiton (parfois nickelé). Ils ont un coût élevé, mais ils sont durables. Ils ne rouillent pas et ne se détériorent pas à cause des températures élevées.
- Polypropylène. Ils sont légers et résistants à la corrosion.
Par la méthode de fixation, les dispositifs sont classés comme suit:
- avec eurocone;
- fileté;
- avec des raccords à compression qui vous permettent de connecter fermement des tuyaux en plastique ou en métal-plastique;
- avec raccords pour tuyaux en matières plastiques à souder;
- combiné.
De plus, les collecteurs sont disponibles en 2 couleurs pour une installation sur eau chaude et froide. Les appareils sont divisés en fonction du nombre de prises.
