Capteur solaire à tube sous vide en U : une solution technique efficace pour la production d'eau chaude sous pression

Dans le domaine de l'exploitation de la chaleur solaire, la technologie des tubes à vide se distingue par ses excellentes performances thermiques et sa large gamme d'applications. Parmi ces technologies, le capteur solaire à tubes à vide en U, produit haut de gamme de la famille des tubes à vide, allie parfaitement les avantages de la récupération de chaleur efficace des tubes à vide et du fonctionnement sous pression des systèmes plans. Il est devenu un choix incontournable pour les projets de chauffe-eau solaires de grande et moyenne envergure. Cet article approfondit le principe, les caractéristiques et la valeur ajoutée de cette technologie.

 

I. Principe de fonctionnement et structure du système 

Le collecteur à tube sous vide en U adopte une conception unique en tube métallique en forme de U. Sa structure principale comprend :

 

Assemblage du tube à vide 

1. Tube extérieur : Tube en verre borosilicaté, garantissant une transmission lumineuse élevée (≥ 91 %) 

2. Chambre à air : Également en verre, avec un revêtement d'absorption sélective (α≥0,93) appliqué sur la surface 

3. Couche de vide : Le degré de vide entre les tubes intérieur et extérieur atteint 10⁻³Pa, supprimant efficacement les pertes de chaleur par convection et conduction 

Tubes d'échange de chaleur métalliques en forme de U 

1. Un tube de cuivre violet est plié en forme de U et passé à travers l'intérieur du tube à vide 

2. La surface a subi un traitement anti-oxydation pour assurer une stabilité thermique à long terme 

3. Fluide de travail antigel à circulation interne (solution de propylène glycol, etc.) 

Système de collecteur 

1. Plusieurs tubes à vide en U sont connectés en parallèle pour former un réseau de collecteurs 

2. Connectez chaque tube en forme de U à travers le collecteur pour former une boucle de circulation complète 

3. Équipé de supports profilés en aluminium pour assurer la stabilité structurelle

 

Processus de travail :La lumière du soleil → pénètre dans le tube en verre extérieur → est capturée par le revêtement d'absorption → l'énergie thermique → est transférée aux ailettes du tube en forme de U par rayonnement → est conduite vers le fluide de travail à l'intérieur du tube en forme de U → Le fluide de travail chauffé est transporté vers l'échangeur de chaleur du réservoir d'eau par la pompe de circulation.

 

Ii. Cinq avantages fondamentaux

1. Capacité de fonctionnement sous pression 

La conception du canal d'écoulement entièrement métallique permet à la pression de travail d'atteindre 0,6 à 1,0 MPa 

Il peut être directement connecté au réseau d'alimentation en eau du bâtiment et la pression de sortie d'eau est stable 

Prend en charge l'alimentation en eau simultanée à plusieurs points pour répondre aux exigences des applications d'ingénierie 

2. Performances de collecte de chaleur à haut rendement

L'isolation sous vide garantit une perte de chaleur minimale et une courbe d'efficacité de collecte de chaleur plate 

Il peut toujours maintenir de bonnes performances même dans des environnements à faible ensoleillement et à basse température 

L'efficacité en hiver est nettement supérieure à celle des capteurs plans

3. Excellente capacité antigel 

Le tube à vide lui-même ne retient pas l'eau, éliminant ainsi complètement le risque de gel

Le point de congélation du fluide antigel peut être aussi bas que -35℃

Il est particulièrement adapté à une utilisation dans les régions froides

4. Conception modulaire

Chaque tuyau fonctionne indépendamment et les défauts locaux n'affectent pas le fonctionnement du système

Prend en charge le remplacement à chaud, ce qui rend la maintenance simple et pratique

La zone de collecte de chaleur peut être étendue de manière flexible en fonction des besoins

5. Résistance à la lumière directe du soleil

Les tubes à vide ont une excellente résistance aux températures élevées et peuvent résister à une exposition au soleil supérieure à 400 ℃

Il n'y a aucun risque d'éclatement du tuyau et il est très sûr et fiable

III. Paramètres techniques et indicateurs de performance

Paramètres de performance typiques (tube unique ∅58×1800mm) :

Surface de réception lumineuse : 0,12 m² par pièce

Capacité du milieu de travail : 0,15 à 0,2 L par tube

Température de fonctionnement : -30℃ à 150℃

Efficacité instantanée : η=0,75-0,05×(Δt/G) (Δt est la différence de température, G est l'irradiance)

Coefficient de perte de chaleur : ≤ 1,5 W/m²K

Suggestions de configuration du système

La capacité du réservoir d'eau doit être de 60 à 80 litres par mètre carré de surface de collecte de chaleur

La concentration du fluide de travail antigel est déterminée en fonction de la température ambiante minimale locale

La hauteur manométrique de la pompe de circulation doit tenir compte de la résistance du système et de la différence d'altitude.

 

IV. Solutions d'application d'ingénierie

1. Projets d'eau chaude de grande et moyenne taille

Système d'hôtel et de maison d'hôtes : zone de collecte de chaleur de 200 à 500 mètres carrés, équipée de réservoirs d'eau isolés de 30 à 100 tonnes

Système hospitalier scolaire : Il adopte une stratégie d'approvisionnement en eau programmée et de contrôle constant de la température

Système de piscine : Maintient la température de l'eau à 26-28℃, réduisant considérablement les coûts d'exploitation

2. Système d'intégration de chauffage

Combiné au système de chauffage au sol, il assure le chauffage de base en hiver

Il est équipé d'une source de chaleur auxiliaire pour assurer un chauffage stable par temps extrême

Donner la priorité à la fourniture d’eau chaude sanitaire et utiliser la chaleur perdue pour le chauffage

3. Applications de préchauffage industriel

Fournit un préchauffage pour les industries qui nécessitent une chaleur de procédé à 40-80℃

Galvanoplastie, transformation des aliments, impression et teinture textiles et autres domaines

La période de retour sur investissement est généralement de 2 à 4 ans

4. Système de séchage agricole

Séchage des récoltes, séchage des matières médicinales chinoises, etc.

Fournir de l'air chaud stable pour améliorer la qualité du séchage

Réduire la consommation de carburants traditionnels et diminuer les coûts de production

V. Points clés de la conception du système

1. Optimiser la conception de l'angle d'inclinaison

Effectuer des ajustements en fonction de la latitude locale

Accent sur l'utilisation hivernale : Latitude +10°-15°

Utilisation toute l'année : Égale à la latitude locale

Accent sur l'utilisation estivale : latitude -10°-15°

2. Protection contre la surchauffe

Définissez la limite supérieure du cycle de différence de température (généralement ≤ 90 ℃)

Adopter des mesures d’urgence telles que des radiateurs ou un refroidissement par eau souterraine

Envisager des schémas d'occlusion saisonnière

3. Conception anti-cavitation

Assurez-vous qu'un dispositif d'échappement est installé au point le plus élevé du système

La conception du pipeline évite la formation de poches d'air

Une soupape d'échappement automatique est adoptée

4. Mesures anti-tartre

Préparer le milieu de travail avec de l'eau adoucie

Surveiller régulièrement les changements de la valeur du pH

Envisager d'ajouter des inhibiteurs de corrosion

Vi. Guide d'installation et d'entretien 

Spécifications d'installation

L'espacement des tuyaux ne doit pas être inférieur à 0,8 mètre pour garantir que les sièges arrière ne soient pas bloqués par les sièges avant

La capacité portante des fondations est ≥ 30 kg/m²

Évitez d'installer dans la zone de sortie d'air

Exigences d'entretien

Vérifiez la concentration du milieu de travail et la valeur du pH chaque année

Nettoyez la surface du tube à vide tous les trimestres

Vérifiez l'état de fonctionnement de la pompe de circulation tous les mois

Gestion des défauts courants

Baisse d'efficacité : Vérifiez le degré de vide du tube à vide et remplacez le tube défectueux

Fuite : Localisez la partie vieillissante de la bague d'étanchéité et remplacez le composant d'étanchéité

Mauvaise circulation : Expulser le gaz et vérifier le fonctionnement de la pompe

 

Vii. Analyse économique 

Composition de l'investissement (en prenant comme exemple un projet de 1000 m²) :

Système collecteur : 45%-50%

Système de stockage de chaleur : 25 % à 30 %

Système de contrôle : 10%-15%

Projet d'installation : 10%-15%

Analyse des bénéfices

Économies d'énergie annuelles par mètre carré de capteur : 350-550 kWh

 Période de retour sur investissement : 3 à 6 ans (selon les prix locaux de l'énergie)

Rendement à vie : 3 à 8 fois l'investissement initial

Viii. Comparaison avec les collecteurs à tubes à vide traditionnels 

Le collecteur à tube en U est doté de tubes à vide traditionnels entièrement en verre 

Capacité de charge sous pression : fonctionnement sous pression (0,6-1,0 MPa), sans pression 

Excellentes performances antigel (circulation du fluide de travail) et bonnes (l'eau dans le tuyau peut geler) 

Le tuyau de dérivation unique d'entretien peut être remplacé si un drainage est nécessaire 

Il est très efficace et stable, mais il est affecté par la qualité de l'eau 

Le coût est relativement élevé ou faible 

Il convient aux projets domestiques de moyenne et grande envergure ainsi qu'aux projets de petite envergure

 

Conclusion 

Grâce à une conception structurelle innovante, le capteur solaire à tubes sous vide en U a surmonté les limites des capteurs solaires traditionnels en termes de fonctionnement sous pression, de maintenance et d'applicabilité technique. Il est devenu la solution privilégiée pour les projets de chauffe-eau solaire de grande et moyenne envergure. Ses performances thermiques exceptionnelles, sa fiabilité opérationnelle et sa grande évolutivité lui confèrent des avantages significatifs pour les applications nécessitant de l'eau chaude sanitaire, comme les hôtels, les écoles et les usines.

Grâce à la maturation continue des technologies d'exploitation du solaire thermique et à l'accumulation d'expérience en ingénierie, les capteurs à tubes sous vide en U continueront de jouer un rôle important dans la transition énergétique, offrant une solution technique fiable pour réduire la consommation d'énergie fossile et les émissions de carbone. Choisir un système à tubes en U ne se résume pas à choisir un chauffe-eau ; c'est aussi investir dans un avenir énergétique fiable, efficace et durable.