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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Collecteurs solaires. Dimensionnement du chauffe-eau solaire. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Un chauffe-eau solaire peut servir de source unique d'eau chaude ou inclure un système de secours utilisant des combustibles conventionnels pour répondre à une demande d'eau chaude accrue ou inattendue. La taille du système est généralement déterminée par le nombre de pièces, de personnes et la quantité d'eau chaude nécessaire. Il existe plusieurs configurations de base de chauffe-eau solaires. Dans les termes les plus généraux, ils se divisent en deux types : les systèmes actifs, équipés de pompes et de commandes permettant de diriger la chaleur solaire vers un réservoir de stockage thermique, et les systèmes passifs tels qu'un thermosiphon, qui utilisent la circulation naturelle de l'eau chaude. Lors de la création d'un système de chauffe-eau solaire, il est important de déterminer immédiatement la quantité d'eau chaude qui sera utilisée en moyenne pendant la journée. Sur la base de cette figure, les dimensions du système (capteurs, réservoir de stockage) sont calculées.
Le composant principal d'une installation solaire est le capteur solaire. Le plus souvent, on utilise des capteurs plans, constitués d'une plaque absorbante (absorbeur), sur laquelle le rayonnement solaire est converti en chaleur et transféré au fluide caloporteur, une isolation thermique sur les bords et sous l'absorbeur, une boîte qui contient tout cela et assure la ventilation nécessaire du couvercle en verre ou en plastique. Si du verre est utilisé pour le revêtement, il est important que la teneur en fer du verre soit faible ou nulle, afin qu'au moins 95 % du rayonnement solaire passe à travers le verre. Le plus souvent, une seule couche de verre est utilisée. Si du plastique est utilisé, il doit être résistant aux UV. Les plaques en polycarbonate ont montré d'excellents résultats dans la pratique.
L'absorbeur est une plaque à laquelle sont fixés des tubes, à travers lesquels circule le liquide de refroidissement. Il est fabriqué en cuivre, en aluminium ou en acier inoxydable. Les tubes absorbants en cuivre se sont avérés les meilleurs, car les tubes en acier sont très sensibles à la corrosion. Il est important que l'absorbeur soit résistant au rayonnement ultraviolet du soleil et à l'exposition à des températures élevées, qui peuvent atteindre 100-140°C pour les capteurs conventionnels et 150-200°C - avec revêtement sélectif. La construction d'un collecteur plat nécessite le soudage des tuyaux et leur raccordement à la plaque. Plus les tubes sont proches du contact avec la plaque, plus le transfert de chaleur du liquide qui les traverse est important. L'absorbeur est souvent recouvert d'une peinture noire sélective spéciale qui absorbe les rayons du soleil et emprisonne le rayonnement thermique à l'intérieur. La peinture noire ordinaire sous l'influence de températures élevées s'évapore de la surface du métal. Dans des conditions normales, la peinture noire rayonne plus de chaleur au lieu de la transférer au fluide caloporteur. Le corps d'un capteur solaire est fabriqué à partir d'une variété de matériaux : le bois, le plastique, l'acier et l'aluminium sont utilisés avec plus ou moins de succès, mais l'aluminium est de loin le meilleur des matériaux répertoriés. Il est résistant aux intempéries, nécessite peu d'entretien et est disponible en noir, éliminant ainsi le besoin de peindre l'extérieur du panneau solaire. De nombreuses années de pratique ont montré que le plastique est peu utile pour la fabrication de divers composants de panneaux solaires. Il ne convient pas aux pièces extérieures, car il se dégrade sous les rayons ultraviolets : il se décolore, perd de sa dureté et se fissure. Le plastique a un coefficient de dilatation élevé, ce qui signifie qu'il se dilate et se contracte tellement qu'il est difficile de sceller les joints. L'utilisation de boîtiers en acier est également associée à des difficultés. Premièrement, les panneaux doivent être teintés régulièrement, et deuxièmement, ils réagissent chimiquement avec les composants en cuivre. Les capteurs solaires sont généralement installés directement sur le toit d'un bâtiment ou sur une charpente montée sur un toit plat ou au sol. Vous pouvez également intégrer des collecteurs au toit. Parfois, il y a des difficultés à sceller l'espace entre le collecteur et le reste de l'espace du toit. La taille du capteur solaire dépend du besoin quotidien en eau chaude. En moyenne, une personne consomme jusqu'à 50 litres d'eau chaude par jour avec une température de 55 - 60°C (lavage et douche, hors lessive). Il a été prouvé que pour chauffer 50 litres d'eau par jour, la surface moyenne des capteurs solaires doit être de 1 à 1,5 m2. Le prix du collecteur dépend de sa taille et du coût de son installation. Ce dernier est plus facilement réalisé lorsque le système solaire a été pris en compte lors de l'élaboration d'un projet de construction d'une nouvelle maison. L'architecte peut alors intégrer en amont les collectionneurs dans son projet, tant d'un point de vue esthétique que d'un point de vue économique. Pour les capteurs solaires typiques avec un absorbeur sélectif, chauffant l'eau de 8 à 45 degrés, il existe des règles standard :
Si ces règles sont suivies, un capteur solaire typique en Europe centrale pourra fournir 60 à 70 % de la consommation annuelle d'eau chaude et produire 350 à 500 kWh/m2 par an. Dans les grands bâtiments (hôtels, hôpitaux, immeubles d'habitation), la surface du collecteur et le volume du réservoir par habitant sont plus petits, mais une analyse détaillée de la demande et des conditions climatiques locales est nécessaire pour déterminer avec précision la taille optimale du système. L'expérience montre que les systèmes solaires pour le chauffage de l'eau chaude doivent être aussi simples que possible et pas trop grands. Exemple Une famille de 4 personnes qui consomme 200 litres d'eau chaude par jour a besoin d'un collecteur de 6 m2. Un tel système génère jusqu'à 3000 300 kWh d'énergie écologique par an. Si la chaudière fioul est remplacée par un collecteur, les économies de fioul sont d'au moins XNUMX litres par an.
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