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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Collecteurs solaires. Collecteurs tubulaires sous vide. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Les capteurs solaires plats simples traditionnels ont été conçus pour être utilisés dans les régions aux climats chauds et ensoleillés. Ils perdent considérablement leur efficacité les jours défavorables - par temps froid, nuageux et venteux. De plus, la condensation et l’humidité induites par les intempéries provoqueront une usure prématurée des matériaux internes, ce qui entraînera une dégradation et une défaillance du système. Ces défauts sont éliminés en utilisant des collecteurs évacués.
Les capteurs sous vide chauffent l’eau domestique là où une eau à plus haute température est nécessaire. Le rayonnement solaire traverse le tube de verre extérieur, atteint le tube absorbeur et est converti en chaleur. Elle est transmise par le fluide circulant dans le tube. Le collecteur se compose de plusieurs rangées de tubes de verre parallèles, sur chacun desquels est fixé un absorbeur tubulaire (au lieu d'une plaque absorbante dans les collecteurs plans) avec un revêtement sélectif. Le liquide chauffé circule dans l'échangeur de chaleur et dégage de la chaleur à l'eau contenue dans le réservoir de stockage. Les collecteurs sous vide sont modulaires, c'est-à-dire des tubes peuvent être ajoutés ou retirés selon les besoins, en fonction du besoin en eau chaude. Lors de la fabrication de collecteurs de ce type, l'air est aspiré de l'espace entre les tubes et un vide se forme. De ce fait, les pertes de chaleur liées à la conductivité thermique de l'air et à la convection provoquée par sa circulation sont éliminées. Ce qui reste, c'est la perte de chaleur radiative (l'énergie thermique se déplace d'une surface chaude vers une surface froide, même dans le vide). Cependant, cette perte est faible et négligeable par rapport à la quantité de chaleur transférée au liquide dans le tube absorbeur. Le vide dans le tube de verre constitue la meilleure isolation thermique possible pour le capteur : il réduit les pertes de chaleur et protège l'absorbeur et le caloduc des influences extérieures défavorables. Le résultat est une excellente performance qui surpasse tout autre type de capteur solaire. Il existe de nombreux types de collecteurs sous vide. Dans certains cas, un autre troisième tube de verre passe à l'intérieur du tube absorbeur ; il existe d'autres modèles d'ailettes de transfert de chaleur et de tubes de fluide. Il y a un collecteur à vide qui contient 19 litres d'eau dans chaque tube, éliminant ainsi le besoin d'un réservoir de stockage d'eau séparé. Des réflecteurs peuvent également être placés derrière les tubes à vide pour concentrer davantage le rayonnement solaire sur le collecteur. Des facteurs tels que la pression atmosphérique et les difficultés techniques liées à l’étanchéité de la coque du collecteur rendent sa fabrication très exigeante en main d’œuvre. Pour vaincre la force colossale de la pression atmosphérique, il est nécessaire de renforcer la coque transparente avec une masse de supports internes. Le problème de la création d’un système de vide poussé efficace à un coût modéré n’a pas encore été résolu. Il est logique d’appliquer et d’adapter de meilleures technologies développées pour l’industrie de la lampe avec sa production de masse éprouvée. Il est tout à fait réalisable en pratique de créer un collecteur tubulaire sous vide et d'y maintenir un vide poussé, par analogie avec les lampes électriques et les tubes TV. Pour réduire les pertes de chaleur à travers l'atmosphère interne de gaz (c'est-à-dire les pertes par convection), il est nécessaire de maintenir une isolation sous vide idéale du capteur pendant toute la durée de son fonctionnement. Dans les régions où les différences de température sont élevées, ces capteurs sont beaucoup plus efficaces que les capteurs plats pour plusieurs raisons. Premièrement, ils fonctionnent bien dans des conditions de rayonnement solaire direct et diffus. Cette caractéristique, combinée à la capacité du vide à minimiser les pertes de chaleur vers l'extérieur, rend ces capteurs indispensables lors des hivers froids et nuageux. Deuxièmement, en raison de la forme ronde du tube à vide, la lumière du soleil tombe perpendiculairement à l'absorbeur pendant la majeure partie de la journée. A titre de comparaison, dans un capteur plan fixe, la lumière du soleil tombe perpendiculairement à sa surface seulement à midi. Les capteurs sous vide ont une température de l'eau et une efficacité plus élevées que les capteurs plats, mais ils sont également plus chers.
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