Tubes à ailettes solaires OEM : composants hautes performances pour vos produits thermiques

Tubes à ailettes solaires OEM : composants de base à haute efficacité pour vos produits thermiques

Aujourd'hui, avec l'innovation constante des technologies d'exploitation du solaire thermique, l'amélioration de l'efficacité des systèmes repose de plus en plus sur les avancées technologiques des composants de base. Parmi eux, les tubes solaires à ailettes, véritables ponts entre la collecte et le transport d'énergie, malgré leur structure simple, jouent un rôle essentiel dans l'efficacité des échanges thermiques. Pour les fabricants de produits solaires thermiques en quête de différenciation et d'optimisation des performances, la compréhension et le choix de tubes solaires à ailettes OEM de haute qualité constituent une stratégie clé pour s'imposer sur le marché. Cet article approfondit le principe de fonctionnement des tubes solaires à ailettes, explore en détail leurs nombreux scénarios d'application, analyse objectivement la situation industrielle actuelle et anticipe leurs perspectives prometteuses.

I. Principe de fonctionnement : L'art de l'ingénierie de la conduction thermique efficace

Les tubes à ailettes solaires sont utilisés pour l'absorption thermique des capteurs à plaques. BTE Solar propose désormais des solutions de soudage par ultrasons et laser. Robuste et durable, le soudage par ultrasons est utilisé pour les ailettes et les tubes en cuivre, qui présentent une conductivité thermique élevée. Les ailettes en aluminium et les tubes en cuivre sont quant à eux soudés au laser, ce qui améliore le rendement et la stabilité des points de soudure. BTE Solar dispose actuellement de deux machines de soudage par ultrasons et de quatre machines de soudage laser pour garantir des délais de livraison rapides. Nous pouvons désormais fournir des absorbeurs solaires aux usines FPC ou produire des capteurs solaires OEM et ODM pour différents clients.

Le concept fondamental des tubes solaires à ailettes est de maximiser la surface de transfert thermique effective et d'optimiser le cheminement du flux thermique. Leurs performances exceptionnelles résultent de l'application ingénieuse de principes thermodynamiques fondamentaux.

1. Structure du noyau : La synergie entre le tube de base et les ailerons

Un tube à ailettes solaire standard se compose de deux parties principales :

Tube de base : En tant que canal d'écoulement central, il est généralement constitué de métaux à haute conductivité thermique tels que le cuivre, l'aluminium ou l'acier inoxydable, et est chargé de transporter le fluide de transfert de chaleur (eau, antigel ou vapeur).

Ailettes : Nombreuses feuilles minces s'étendant de la paroi extérieure du tube de base. Ces ailettes sont également constituées de matériaux à haute conductivité thermique et forment une liaison métallique stable avec le tube de base grâce à un procédé spécifique.

2. La danse en trois temps du transfert de chaleur

Le processus de transfert d’énergie peut être clairement divisé en trois étapes consécutives :

Phase 1 : Captage et importation d'énergie. Dans les capteurs solaires, le rayonnement solaire est capté par un revêtement à absorption sélective (généralement appliqué à la surface des ailettes) et converti en énergie thermique. La chaleur est d'abord introduite à l'intérieur du matériau des ailettes.

Phase deux : Conduction latérale et expansion de surface. La chaleur captée est conduite latéralement de toutes les parties des ailettes jusqu'à leur base, c'est-à-dire la partie reliée au tube de base. La fonction principale des ailettes se reflète ici : elles multiplient la surface de transfert thermique, initialement limitée à la surface extérieure du tube de base, vers l'ensemble du réseau d'ailettes, permettant ainsi au capteur de capter beaucoup plus d'énergie solaire.

Phase trois : Conduction radiale et transport du fluide. La chaleur est conduite de la base des ailettes à la paroi du tube de base, puis traverse la paroi du tube et est transférée au fluide de travail circulant dans le tube par convection. Le fluide de travail chauffé circule en continu, évacuant la chaleur et la transportant vers le réservoir d'eau ou l'échangeur de chaleur, complétant ainsi la chaîne de transmission d'énergie.

3. Le mécanisme physique du doublement des performances

Le gain d’efficacité des tubes à ailettes provient principalement de :

Effet de surface : La présence d'ailettes augmente la surface totale d'échange thermique de plusieurs fois, voire de dizaines de fois, par rapport aux tubes lisses (tubes sans ailettes), ce qui constitue un moyen direct d'améliorer la capacité d'échange thermique.

Effet d'équilibre de température : les ailettes à haute conductivité thermique peuvent transférer rapidement la chaleur du point à haute température au point à basse température, rendant la distribution de la température sur toute la surface de collecte de chaleur plus uniforme, réduisant la perte d'efficacité causée par la surchauffe locale et améliorant la durabilité du revêtement.

4. Spécifications et données

1. Les tubes à ailettes solaires BTE peuvent vous offrir une économie de 35 % sur votre facture d'électricité.

2. Les tubes à ailettes en cuivre ou en aluminium sont des matériaux durables et résistants à la corrosion qui réduisent vos coûts d’entretien ;

3. Forte propriété de soudage et conductivité, pour assurer une durée de vie de plus de 25 ans, ce qui rend votre investissement plus rentable ;

4. Utilisation d’une technologie de revêtement avancée brevetée offrant des performances à haut rendement ;

5. Tubes à ailettes solaires soudés ensemble avec des tuyaux en cuivre, de sorte que les capteurs solaires sont faciles à installer et à entretenir.

II. Scénarios d'application : Le noyau universel pour des produits thermiques diversifiés

Grâce à leur rendement élevé, leur compacité et leur fiabilité, les tubes à ailettes solaires OEM sont devenus des composants de base indispensables dans de nombreux produits solaires thermiques.

1. Capteur solaire plan

Il s'agit du scénario le plus classique et le plus répandu pour les tubes à ailettes. À l'intérieur du capteur plan, le noyau absorbant la chaleur est composé de plusieurs tubes à ailettes connectés en parallèle et des collecteurs supérieur et inférieur, constituant le cœur énergétique de l'ensemble de l'équipement. Ses performances déterminent directement la courbe de rendement instantané et la chaleur totale du capteur.

2. Capteur solaire à air

Dans de telles applications, l'air circule à travers le réseau de tubes à ailettes comme fluide caloporteur. Le coefficient de transfert thermique de l'air étant bien inférieur à celui des liquides, les tubes à ailettes compensent efficacement ce défaut grâce à leur grande surface étendue, assurant un échange thermique efficace entre l'air et la plaque d'absorption thermique. Ils sont largement utilisés pour le chauffage des bâtiments, le séchage des céréales et le préchauffage de l'air industriel.

3. Capteurs solaires à concentration

Dans un système de production d'énergie solaire thermique parabolique, le tube récepteur placé sur la ligne focale du miroir parabolique est essentiellement un tube à ailettes haute performance (ou un tube métallique revêtu avec une fonction similaire) protégé par un boîtier en verre sous vide, qui est utilisé pour absorber l'énergie solaire hautement concentrée et chauffer l'huile de transfert de chaleur ou le sel fondu à l'intérieur du tube à une température de plusieurs centaines de degrés Celsius.

4. Modules intégrés photovoltaïques et solaires thermiques

Dans le système PV-T, des tubes à ailettes sont intégrés à l'arrière du panneau photovoltaïque. Leur fonction principale est de servir de dissipateur thermique, améliorant ainsi le rendement énergétique des cellules photovoltaïques en les refroidissant. Parallèlement, ils convertissent la chaleur résiduelle collectée en énergie thermique utile (par exemple, la production d'eau chaude), permettant ainsi une exploitation complète de l'énergie solaire.

5. Système de récupération de chaleur industrielle

Au-delà du domaine de l'énergie solaire, les tubes à ailettes, composants d'échange thermique hautement performants, sont largement utilisés dans divers scénarios, tels que la récupération de la chaleur résiduelle des gaz de combustion des fours industriels et l'utilisation de la chaleur résiduelle des gaz d'échappement des moteurs. Leur principe de fonctionnement est identique à celui des capteurs solaires.

III. État actuel du développement : concurrence et opportunités sur les marchés matures

À l’heure actuelle, l’industrie des tubes à ailettes solaires OEM est devenue un marché hautement spécialisé et hautement compétitif.

Technologie mature et processus stable : les processus de fabrication courants, tels que le soudage par ultrasons, le soudage par résistance à haute fréquence, le brasage et le moulage monobloc de tubes en aluminium extrudé, sont tous devenus très matures, garantissant une liaison métallurgique ferme entre les ailettes et le tube de base et une faible résistance thermique.

Pression sur les coûts et fluctuations des matériaux : Les fluctuations des prix des matières premières telles que le cuivre et l'aluminium exercent une pression constante sur les coûts de production. Les fabricants doivent maîtriser leurs coûts en optimisant leurs procédés et en innovant en matière de conception, tout en garantissant les performances, afin de satisfaire la recherche de rentabilité des clients OEM.

L’objectif de la concurrence en matière de performance : La concurrence sur le marché est passée d’une simple comparaison des prix à un concours de performance globale, comprenant :

Efficacité des ailettes : recherchez une conductivité thermique plus élevée des matériaux des ailettes et des géométries plus optimisées (épaisseur, hauteur, espacement) pour obtenir la surface de transfert de chaleur efficace maximale par unité de longueur.

Qualité du collage : L'intégrité du soudage ou du collage est essentielle à la performance à long terme. Le moindre écart crée une résistance thermique importante.

Compatibilité du revêtement : la surface du tube à ailettes doit être parfaitement adaptée aux revêtements d'absorption sélective avancés tels que la pulvérisation magnétron pour garantir que le revêtement a une bonne adhérence, une faible émissivité et une longue durée de vie.

Les exigences de personnalisation sont de plus en plus importantes : les équipementiers en aval ne se contentent plus de produits standard, mais doivent concevoir des produits sur mesure en fonction des températures, pressions, fluides et espaces d'installation spécifiques à leurs produits. Cela impose des exigences accrues aux capacités de R&D des fournisseurs de tubes à ailettes.

IV. Perspectives de développement : la voie d'avenir portée par l'innovation

Face à l'amélioration continue des normes d'efficacité énergétique et à l'émergence de nouveaux scénarios d'application, la technologie des tubes à ailettes solaires évolue vers des performances supérieures, un coût inférieur et une plus grande intelligence.

1. Avancées dans la science des matériaux

Matériaux composites à haute conductivité thermique : Le développement de nouveaux matériaux tels que les composites à matrice métallique renforcés de nanotubes de carbone et les films de graphène à haute conductivité thermique devrait améliorer de manière révolutionnaire la conductivité thermique longitudinale des ailettes elles-mêmes, améliorant ainsi considérablement l'efficacité des ailettes.

Intégration des revêtements et des substrats : Développer de nouveaux substrats ou technologies de prétraitement pour former des liaisons chimiques plus solides avec des revêtements d'absorption sélective haute performance, améliorant encore la durabilité et la stabilité thermique des revêtements, en particulier dans les scénarios d'application à moyenne et haute température.

2. Innovation dans la conception structurelle et les processus de fabrication

Conception d'ailettes asymétriques et tridimensionnelles : En utilisant la dynamique des fluides numérique et des outils d'optimisation topologique, des ailettes structurées asymétriques, ondulées ou tridimensionnelles sont conçues pour atteindre l'équilibre optimal entre le transfert de chaleur et la résistance à l'écoulement dans des conditions d'écoulement spécifiques (telles que différentes directions du vent et différents débits de fluide de travail).

Fabrication additive : La technologie d'impression 3D métal permet de fabriquer des structures d'ailerons complexes, intégrées et ultra-légères qui ne peuvent pas être obtenues par des procédés traditionnels, particulièrement adaptées à la personnalisation spéciale et aux produits hautes performances en petites séries.

Intégration de microcanaux : en combinant des tubes à ailettes avec la technologie des microcanaux, des canaux d'écoulement à micro-échelle sont formés dans le tube de base ou entre les ailettes, ce qui peut améliorer considérablement l'intensité de l'échange thermique côté fluide de travail et réduire davantage la résistance thermique globale.

3. Intégration des systèmes et autonomisation intelligente

Intégration fonctionnelle : À l'avenir, les tubes à ailettes pourraient non seulement être des éléments d'échange de chaleur, mais également intégrer des capteurs de température ou de pression, devenant ainsi des « tubes à ailettes intelligents » dotés de capacités d'auto-détection, fournissant une base de données en temps réel pour la surveillance numérique, le diagnostic des pannes et l'optimisation de l'efficacité énergétique de l'ensemble du système solaire.

Combinaison de matériaux à changement de phase : l'intégration de tubes à ailettes dans des matériaux de stockage d'énergie à changement de phase permet de construire un module thermique compact intégrant la collecte, le stockage et la restitution de chaleur, permettant une utilisation transtemporelle et spatiale de l'énergie solaire. Ceci est crucial pour résoudre le problème de l'intermittence de l'énergie solaire.

Conclusion

Les tubes solaires à ailettes OEM, composants d'échange thermique apparemment basiques, constituent en réalité la pierre angulaire technique qui permet à l'ensemble du secteur de l'utilisation du solaire thermique d'évoluer vers une efficacité accrue et une application plus large. L'optimisation de leurs performances est directement liée à l'efficacité énergétique et à la compétitivité des produits finaux sur le marché. Dans le contexte de la transition énergétique mondiale et des objectifs de « double carbone », la demande de produits solaires thermiques performants, fiables et économiques va continuer de croître. Grâce à l'innovation continue des matériaux, à l'optimisation structurelle et à une fabrication intelligente, ce composant classique des tubes solaires à ailettes est voué à retrouver un nouveau souffle et à rester au cœur des produits thermiques haute performance, offrant un soutien thermique solide et puissant au secteur mondial des énergies propres et au développement durable.