BTE Solar : Principe et composants d'un système de chauffage solaire de l'eau

Principe et composants d'un système de chauffage solaire de l'eau

Utilisation de l'énergie solaire :

Un chauffe-eau solaire est un appareil de chauffage qui convertit la lumière du soleil en énergie thermique, chauffant l'eau de basses températures à des températures élevées pour répondre aux besoins en eau chaude des ménages. Les chauffe-eau solaires sont classés selon leur type de structure : chauffe-eau solaires à tubes sous vide et chauffe-eau solaires à plaques planes.

Principe de fonctionnement :

La lumière du soleil traverse la première couche de verre du tube d'absorption thermique et atteint la couche noire absorbante de la seconde couche, qui absorbe l'énergie solaire. L'isolation sous vide entre les deux couches de verre réduit considérablement le transfert thermique (le transfert thermique radiatif se produit toujours, mais la conduction et la convection thermiques sont éliminées). La majeure partie de la chaleur est transférée à l'eau contenue dans le tube de verre, la chauffant. L'eau chauffée devient plus légère et remonte le long de la surface chauffée du tube de verre jusqu'au réservoir d'eau isolé. L'eau relativement froide du réservoir circule le long de la surface rétroéclairée du tube de verre pour renouveler l'eau. Ce cycle se poursuit, chauffant continuellement l'eau du réservoir isolé, produisant ainsi de l'eau chaude.

Composants d'un système de chauffage solaire de l'eau

1. Capteur solaire à plaque plate

Il s'agit de l'élément collecteur de chaleur du système. Son fonctionnement est similaire à celui de l'élément chauffant d'un chauffe-eau électrique. Contrairement aux chauffe-eau électriques et au gaz, les capteurs solaires utilisent la chaleur rayonnante du soleil ; leur temps de chauffage est donc limité à un certain niveau de rayonnement solaire.

Actuellement, le type de capteur solaire le plus répandu sur le marché chinois est le capteur solaire à tube sous vide tout verre. Il se compose d'un tube extérieur et d'un tube intérieur, ce dernier étant recouvert d'un revêtement absorbant sélectif. Les capteurs solaires plans utilisent un film absorbant la chaleur, tel que du chrome noir, sur le panneau du capteur, auquel le tube métallique est soudé. Les capteurs solaires plans sont légèrement plus chers que les capteurs à tubes sous vide, mais leur prix a augmenté ces dernières années, notamment pour les chauffe-eau solaires installés sur les balcons des immeubles résidentiels de grande hauteur. Les capteurs solaires à tube sous vide tout verre sont généralement fabriqués en verre ultra-dur à haute teneur en borosilicate de 3,3 mètres, et le revêtement absorbant sélectif est appliqué par pulvérisation cathodique sous vide.

2. Réservoir d'eau isolé

Un réservoir pour stocker l'eau chaude. L'eau chaude collectée par les tubes collecteurs doit être stockée dans un ballon isolé afin d'éviter les déperditions thermiques. Le ballon isolé d'un chauffe-eau solaire se compose d'un réservoir intérieur, d'une couche isolante et d'une enveloppe. Le revêtement intérieur du ballon est un élément essentiel pour le stockage de l'eau chaude, et sa résistance à la corrosion est primordiale. Parmi les matériaux disponibles, on trouve l'acier inoxydable et l'émail. La qualité de l'isolant a un impact direct sur l'efficacité de l'isolation thermique, particulièrement importante par temps froid. La mousse de polyuréthane intégrale est une méthode d'isolation privilégiée. L'enveloppe extérieure est généralement en acier peint, en acier galvanisé ou en acier inoxydable. Un ballon isolé requiert une excellente isolation, une excellente résistance à la corrosion et une eau propre.

3. Support

Ce support soutient le collecteur et le réservoir d'eau isolé. Il doit être robuste, stable et résistant au vent, à la neige, au vieillissement et à la rouille. Il est généralement fabriqué en acier inoxydable, en alliage d'aluminium ou en acier avec une finition plastifiée.

4. Tuyaux de raccordement

Un chauffe-eau solaire aspire d'abord l'eau froide dans le ballon d'eau chaude, où elle transfère ensuite la chaleur via le capteur vers le ballon isolé. Le ballon d'eau chaude est raccordé aux conduites d'eau froide et d'eau chaude intérieures, formant ainsi un circuit fermé pour l'ensemble du système. Une tuyauterie solaire bien conçue et correctement raccordée est essentielle au fonctionnement optimal du système solaire. Les tuyaux solaires doivent être isolés. Dans les régions nordiques froides, des câbles chauffants doivent être installés sur les parois extérieures des tuyaux pour garantir aux utilisateurs un chauffage solaire même en hiver.

5. Composants de contrôle

Régulation de la circulation de la chaleur par différentiel de température : Un système de chauffage solaire au sol à eau chaude comprend une sonde de température du capteur et une sonde de température de l'eau. Une fois le capteur absorbé par le rayonnement solaire, la température de ses tuyaux augmente. Lorsque la différence de température entre le capteur et le ballon d'eau chaude dépasse la valeur de consigne, le système de détection déclenche une commande, actionnant une pompe de circulation pour pomper l'eau froide du chauffe-eau central vers le capteur. L'eau chaude retourne ensuite au ballon, ramenant ainsi l'eau du ballon à la température de consigne.