Capteur solaire sous vide : principe de fonctionnement + comment l'assembler soi-même

Des sommes considérables sont dépensées pour l’approvisionnement en eau chaude et le chauffage des locaux. Mais il existe une source d'énergie alternative : un capteur solaire sous vide.As-tu entendu parler de ça? Il vous permet de réduire considérablement les coûts financiers liés au maintien du confort, en offrant un effet de chauffage maximal avec une perte de chaleur minimale.

Cet appareil peut être acheté auprès des fabricants d'équipements électroménagers ou assemblé vous-même à la maison. Pour choisir le bon modèle, vous devez étudier de nombreuses informations. Nous vous aiderons à décider des principaux critères d’achat.

L'article discutera du principe de fonctionnement et de la conception d'un collecteur à vide. Nous parlerons des caractéristiques de conception de différents modèles, examinerons les avantages et les inconvénients de ces installations. De plus, nous décrirons en détail comment fabriquer et installer vous-même un capteur solaire sous vide.

Le matériel est accompagné de vidéos à partir desquelles vous découvrirez les caractéristiques importantes et les principes de fonctionnement des collecteurs à vide.

Principe de fonctionnement de l'unité de vide

Le capteur solaire sous vide diffère des systèmes solaires conventionnels dans la manière traitement de l'énergie solaire. Une batterie classique prend simplement la lumière et la convertit en électricité. Le collecteur est constitué de tubes de verre dans lesquels un vide est créé. Ils sont combinés en un seul système via des unités d'accueil spéciales.

À l'intérieur de chaque tube se trouve un canal d'une ou deux tiges de cuivre avec liquide de refroidissement. Captant les rayons du soleil, l'élément actif chauffe le matériau caloporteur, assurant ainsi le fonctionnement du collecteur.

Grâce à cette conception, le niveau d'efficacité énergétique augmente considérablement et les pertes de chaleur sont considérablement réduites, puisque la couche de vide vous permet d'économiser environ 95 % de l'énergie solaire captée.

Un capteur solaire sous vide placé sur le toit d'une maison privée fournira de l'eau chaude aux résidents tout au long de l'année, et pendant la saison froide, il vous permettra de chauffer confortablement la pièce sans dépenser beaucoup d'argent.

De plus, la dépendance de la productivité des capteurs à la saisonnalité, à la température ambiante et à diverses conditions météorologiques, telles que rafales de vent, partiellement nuageux, précipitations, etc., est réduite.

Comment fonctionne un collecteur à vide ?

Les appareils à vide modernes qui fournissent du chauffage et de l'eau chaude aux pièces grâce à l'énergie solaire varient sur le plan technologique.

Les collectionneurs sont répartis dans les types suivants :

• tubulaire sans revêtement protecteur en verre;
• module à conversion réduite ;
• version plate standard ;
• dispositif à isolation thermique transparente;
• unité aérienne;
• collecteur de vide plat.

Le capteur solaire sous vide est capable de fournir de l'eau chaude et du chauffage à tout moment de l'année et par tous les temps (+)

Ils ont tous une similitude de conception commune, ils se composent donc de :

• tuyau transparent externe, d'où l'air a été complètement pompé ;
• tuyau chauffésitué dans un gros tuyau où se déplace un liquide de refroidissement liquide ou gazeux ;
• un ou deux distributeurs préfabriqués, auquel sont connectés des tuyaux de plus gros calibre et entre un circuit de circulation de tubes minces placés à l'intérieur.

L'ensemble du design rappelle un peu un thermos aux parois transparentes, qui maintient un niveau d'isolation thermique sans précédent. Grâce à cette caractéristique, le corps de la chambre à air acquiert la capacité de se réchauffer efficacement et de transférer pleinement la ressource énergétique au liquide de refroidissement circulant à l'intérieur.

Nuances de conception et classification

Les capteurs sous vide sont classés selon le type de tubes de verre installés dans la structure, ou selon les caractéristiques des canaux thermiques. Les tubes sont généralement coaxiaux et de type plume, et les canaux thermiques sont de type à flux direct et caloduc en forme de U. .

Caractéristiques des tubes coaxiaux

Les tubes coaxiaux sont une bouteille thermos en verre double avec un espace vide créé artificiellement entre les parois. La surface intérieure du tube comporte une couche de revêtement spécial absorbant la chaleur, de sorte que le transfert de chaleur réel se produit directement à partir des parois de l'ampoule en verre.

Les tubes coaxiaux sont fabriqués en verre borosilicate à haute résistance, qui présente une transmission lumineuse élevée. Les éléments, selon le fabricant, ont jusqu'à trois couches de pulvérisation magnétron, démontrent une excellente résistance et résistance à diverses conditions atmosphériques (pluie, grêle, etc.), résistent à une pression de 1 MPa et servent de manière fiable pendant 15 ans

En tant qu'élément absorbant, un tube de cuivre contenant une composition d'éther est soudé dans un tube de verre. Pendant le processus de chauffage, il s'évapore, cède efficacement sa chaleur, se condense et s'écoule vers le fond du tube.Le cycle est ensuite répété, créant ainsi un processus d'échange thermique continu.

Caractéristiques des tubes à plumes

Les tubes à plumes sous vide ont une épaisseur de paroi plus grande que les tubes coaxiaux et ne sont pas constitués de deux, mais d'un flacon. L'élément d'absorption interne en cuivre est équipé sur toute sa longueur d'un amplificateur durable - une plaque ondulée avec un revêtement absorbant l'énergie de haut niveau.

Grâce à cette particularité de conception, le vide est situé directement dans le canal thermique dont une partie, avec l'absorbant, est intégrée directement dans le ballon.

Le tube à vide en plume contient une plaque intérieure en forme de plume. Le niveau d'efficacité dépasse les capacités de son homologue coaxial, mais a un coût nettement plus élevé et est difficile à remplacer si l'intégrité de l'ampoule est endommagée ou si l'élément chauffant tombe en panne

Les collecteurs fabriqués à partir de tubes à vide en plumes sont considérés comme les plus efficaces de leur catégorie, fonctionnent bien et fournissent un service fiable pendant de nombreuses années.

Principe de fonctionnement du caloduc

Les caloducs sont constitués de tubes fermés contenant une composition liquide qui s'évapore facilement. Sous l'influence de la lumière du soleil, il se réchauffe, se déplace vers la région supérieure du canal et s'y concentre dans un collecteur de chaleur spécial (collecteur).

À ce moment, le fluide de travail abandonne toute la chaleur accumulée et retombe pour reprendre le processus.

Le manchon de l'échangeur de chaleur à caloduc est connecté à l'échangeur de chaleur collecteur via une prise spéciale soudée dans l'échangeur de chaleur à 1 tube lui-même, ou est enroulé autour d'un échangeur de chaleur à 2 tubes.

L'élément de travail du caloduc est en cuivre et, dans des cas plus rares, en aluminium. Il présente une résistance élevée aux charges opérationnelles, fonctionne de manière fiable pendant 15 ans, a un coût raisonnable et est l'un des éléments les plus populaires des systèmes solaires sous vide modernes de type tube.

L'énergie libérée est extraite du réservoir thermique par le liquide de refroidissement et transférée davantage à travers le système, garantissant ainsi la disponibilité de l'eau chaude dans les robinets et les radiateurs. Le système de caloducs est facile à installer et démontre une efficacité de fonctionnement élevée.

Les capteurs équipés de caloducs sous vide ont un bon niveau de fiabilité et conviennent non seulement à une utilisation dans la vie quotidienne, mais également dans les systèmes solaires thermiques à haute pression

En cas de panne ou de panne sans aucune difficulté, il est possible de remplacer l'unité endommagée par une neuve sans recourir à la reconstruction de l'ensemble du système.

Les travaux de réparation peuvent être facilement effectués directement sur l'emplacement du collecteur, sans démonter l'unité et sans appliquer d'efforts inutiles aux travaux.

Description de l'échangeur de chaleur à passage unique en forme de U

Le tube de l'échangeur de chaleur à flux direct a la forme de la lettre U. L'eau ou le liquide de refroidissement de travail du système de chauffage circule à l'intérieur. Une partie de l'élément est destinée au liquide de refroidissement froid et la seconde élimine correctement celle déjà chauffée.

Lorsqu'elle est chauffée, la composition active se dilate et pénètre dans le réservoir de stockage, créant ainsi une circulation naturelle du liquide dans le système. Un revêtement sélectif spécial appliqué sur les parois internes augmente la capacité d'absorption de chaleur et améliore l'efficacité du système dans son ensemble.

Par rapport aux tubes de type caloduc, les produits en forme de U ont une plus grande résistance hydraulique, imposent des exigences plus élevées au liquide de refroidissement et sont nettement plus chers. Les capteurs fonctionnant sur des tubes en U à flux direct ne peuvent pas fonctionner sous haute pression et assurent un transfert de chaleur de haute qualité uniquement pendant la saison chaude

Les tubes de type U démontrent des performances élevées et assurent un transfert de chaleur solide, mais ils présentent un inconvénient majeur. Ils forment une structure intégrale avec le collecteur et sont toujours montés avec lui.

Il ne sera pas possible de remplacer un seul tube séparé en panne. Pour les réparations, il faudra démonter l'ensemble du complexe et en remettre un nouveau à sa place.

Comparaison de diverses modifications

Dans la fabrication d'unités solaires, les canaux thermiques et les tubes de verre sous vide pour capteurs solaires sont combinés dans une variété de combinaisons.

Les modèles coaxiaux avec caloduc sont les plus populaires parmi les consommateurs. Les acheteurs sont attirés par le prix fidèle des appareils et par un entretien très simple et abordable tout au long de leur durée de vie.

Un capteur solaire sous vide avec un canal de travail à caloduc peut être facilement réparé. Le remplacement des tubes endommagés est effectué sur place et n'implique pas le démontage du système ni son déplacement vers un autre endroit. Cependant, le transfert de chaleur dans ces modèles est difficile, ce qui fait que le rendement de sortie ne dépasse pas 65 %

Les appareils à vide dotés de canaux de caloduc font preuve d'une grande fiabilité et n'ont aucune restriction d'utilisation, même dans les complexes solaires thermiques à haute pression.

Les appareils dotés d'un flacon coaxial contenant des canaux en forme de U à flux direct sont également inclus dans la liste des produits populaires. Ils se caractérisent par des paramètres tels qu'une faible perte de chaleur et une efficacité de 70 % et plus.

Pour fonctionner correctement, un appareil à vide avec canal en U doit être installé correctement. Il est souhaitable que l'angle d'inclinaison minimum soit d'au moins 20⁰. Ce n'est qu'ainsi qu'il sera possible d'assurer un rendement maximal

La situation est quelque peu gâchée par : un processus de réparation complexe, une maintenance spécifique pendant le fonctionnement et l'impossibilité de remplacer une unité individuelle endommagée. Si quelque chose arrive à l’appareil, celui-ci est démonté et un tout nouveau collecteur est mis en place.

Les tubes à plumes sont structurellement constitués d'un seul cylindre en verre avec des parois épaisses et solides (selon le fabricant, à partir de 2,5 mm). L'insert absorbant en plumes contenu à l'intérieur s'adapte parfaitement au canal de travail, en métal conducteur de chaleur.

L'isolation presque parfaite est créée par l'espace vide à l'intérieur du récipient en verre. L'absorbant transfère la chaleur absorbée sans perte et confère au système une efficacité allant jusqu'à 77 %.

En cas de dysfonctionnement, les collecteurs équipés de tubes plumes doivent être réparés. Il n'est pas nécessaire de changer tout le système, il suffit de trouver une unité endommagée, de la démonter et d'en mettre une nouvelle à sa place.

Les modèles avec élément plume sont un peu plus chers que les modèles coaxiaux, mais en raison de leur grande efficacité, ils offrent un confort complet dans la pièce et s'amortissent rapidement.

Les flacons à plumes dotés de canaux internes à flux direct sont les plus efficaces et les plus productifs. Leur efficacité réelle atteint parfois des niveaux records de 80 %.

Lors de l'installation des tubes à plumes dans le cadre, un écrou à sertir solide avec une bague et un joint résistant à la chaleur est placé sur la tige de chaque pièce. Cela garantit l'étanchéité de toute la structure et permet au collecteur de fonctionner pleinement dans toutes les conditions.

Le prix des produits est assez élevé et lors des réparations, il est nécessaire de vidanger tout le liquide de refroidissement du système et ensuite seulement de commencer le dépannage.

À quoi doit ressembler le collecteur de chaleur ?

Le collecteur de chaleur est un autre élément de travail très important du collecteur à vide. Grâce à cette unité, la chaleur accumulée est transférée des tubes au liquide de refroidissement.

Le collecteur de chaleur est situé en haut de l'appareil. L'un de ses composants, un noyau en cuivre, reçoit de l'énergie et la transfère au liquide de refroidissement principal circulant dans un système d'échangeur de chaleur réservoir-collecteur fermé.

Le bon fonctionnement est garanti une fois connecté au système. pompe de circulation. L'automatisation qui contrôle le complexe de chauffage surveille clairement le niveau de température dans les canaux et, s'il tombe en dessous du minimum critique autorisé (par exemple la nuit), arrête la pompe.

Cela permet d'éviter le retour de chaleur, lorsque le liquide de refroidissement commence à évacuer la chaleur de l'eau chaude collectée dans le réservoir de stockage.

Avantages et inconvénients des collecteurs sous vide

Le principal avantage des unités est l'absence presque totale de perte de chaleur pendant le fonctionnement. Ceci est assuré par un environnement sous vide, qui est l’un des isolants naturels de la plus haute qualité. Mais la liste des avantages ne s’arrête pas là.

Les appareils présentent d’autres avantages distincts :

• efficacité de fonctionnement à basses températures (jusqu'à -30°C) ;
• capacité à accumuler des températures jusqu'à 300°C ;
• absorption maximale possible de l'énergie thermique, y compris le spectre invisible ;
• stabilité opérationnelle;
• faible susceptibilité aux manifestations atmosphériques agressives;
• faible dérive en raison des caractéristiques de conception des systèmes tubulaires capables de faire passer à travers eux des masses d'air de différentes densités ;
• haut niveau d'efficacité dans les régions aux climats tempérés et frais avec un petit nombre de jours clairs et ensoleillés ;
• durabilité soumise aux règles élémentaires d’exploitation ;
• l'accessibilité pour la réparation et la possibilité de modifier non pas l'ensemble du système, mais un seul fragment défaillant.

Les inconvénients incluent l'incapacité des collecteurs à s'auto-nettoyer du gel, de la glace, de la neige et le prix élevé des composants nécessaires à l'assemblage de l'unité à la maison.

Un capteur solaire est un appareil efficace qui permet de convertir l’énergie solaire en énergie thermique pratiquement sans perte.

Assemblage à faire soi-même de l'unité

Le processus d'assemblage d'un collecteur à vide commence par la fabrication d'un cadre de support pour les éléments de travail. Il est installé immédiatement à l'emplacement réservé à l'unité.

La taille et les dimensions du cadre dépendent entièrement du modèle à réaliser et sont généralement prescrites dans les instructions trouvées parmi les documents d'accompagnement des composants.

Le cadre fini du collecteur est fixé au toit de manière à occuper une position dégagée et à ne pas osciller. Si le toit du bâtiment est en ardoise, utilisez des poutres de revêtement et des vis épaisses de gros calibre. Pour les autres matériaux de toiture, des ancrages conventionnels sont utilisés

Je fixe en outre les endroits où la charpente rencontre la surface du toit avec du mastic afin qu'à l'avenir l'eau ne pénètre pas dans la maison par les trous. Ensuite, le réservoir de stockage est livré sur le site d'installation et fixé avec des vis au sommet du cadre.

À l'étape suivante, l'élément chauffant, le capteur de température et le purgeur d'air automatisé sont assemblés. Tous les composants auxiliaires et pièces associées sont placés sur les tampons adoucissants inclus. Pour fixer le capteur de température, utilisez une clé à douille.

Ensuite, l'approvisionnement en eau est organisé. À cet effet, les tuyaux sont fabriqués dans tout matériau résistant aux basses températures et pouvant supporter jusqu'à 95°C. Bien prouvé tuyaux et raccords en polypropylène.

Les tuyaux en polypropylène sont idéaux pour connecter le capteur solaire au système de plomberie résidentiel. Le renfort a de bonnes propriétés physiques et une bonne endurance opérationnelle, sert de manière fiable pendant de nombreuses années et est facilement remplacé en cas de fissures ou de déchirures.

Après avoir raccordé l'alimentation en eau, le réservoir de stockage est rempli d'eau et testé pour les fuites. Si des fuites sont détectées dans les 3 à 4 heures, elles sont réparées.

A la fin, des éléments chauffants sont installés. Pour ce faire, le tube de cuivre est enveloppé dans une feuille d'aluminium et placé dans un tube à vide en verre. Par le bas, une coupelle de fixation et une botte en caoutchouc durable et flexible sont placées sur le flacon.

La pointe supérieure en cuivre du tube est poussée jusqu'au fond du condenseur en laiton. La graisse visqueuse de contact thermique n'est pas retirée des tuyaux. Enclenchez le mécanisme de verrouillage sur le support et montez tous les tubes de verre restants en utilisant le même principe.

Les capteurs solaires tubulaires nécessitent un entretien régulier et un nettoyage obligatoire, notamment pendant les périodes de chutes de neige actives. Si vous suivez ces règles simples, ils fonctionneront longtemps et maintiendront un haut niveau d'efficacité tout au long de leur durée de vie.

Un bloc de montage est placé sur la structure, une alimentation de 220 volts y est fournie et trois unités auxiliaires sont connectées au système - un élément chauffant, un évent et un capteur de température.

La dernière chose à connecter est un contrôleur conçu pour contrôler correctement le complexe. Les paramètres de fonctionnement souhaités sont saisis dans le menu du contrôleur et le système démarre en mode standard.

Des instructions étape par étape pour la construction d'un capteur solaire sont données dans Cet article.

Comment placer correctement l'appareil ?

Pour que le collecteur sous vide fonctionne pleinement et efficacement pour fournir à l'espace de vie l'énergie nécessaire, il est nécessaire de lui trouver l'emplacement le plus favorable et d'orienter correctement l'appareil par rapport aux parties du monde.

Les capteurs solaires sous vide sont bien plus pratiques que leurs homologues plats. Lorsqu'un des tubes de travail est endommagé et tombe en panne, il est très facile de le remplacer par un neuf. Après cela, le système continuera à fonctionner comme avant. S’il n’y a pas de possibilité immédiate de remplacer l’élément endommagé par un nouvel élément, cela n’a pas d’importance. L'unité pourra remplir ses « fonctions » même si elle possède une unité avec un élément endommagé.

Pour les implantations dans l'hémisphère nord, il est important de placer le collecteur dans la partie sud du toit de la maison ou du côté ensoleillé du site. Il est conseillé d'assurer une déviation minimale du plan de l'appareil.

S'il n'est pas possible d'orienter la surface vers le sud, vous devez choisir l'angle le plus lumineux de l'espace ouvert entre l'ouest et l'est.

L'efficacité de fonctionnement élevée d'un capteur sous vide est également due au fait qu'il fonctionne sur le principe d'un miroir et égalise sa puissance thermique en fonction de la hauteur actuelle du soleil.

Le complexe solaire ne doit pas être recouvert de cheminées, de fragments décoratifs de toiture, de branches d'arbres étalées et de bâtiments résidentiels ou techniques de grande hauteur. Cela réduira l'efficacité de fonctionnement et réduira le niveau de chauffage des éléments de fonctionnement.

Si l'unité est correctement positionnée, elle assurera presque le même transfert de chaleur tout au long de l'année, quelle que soit la saison.

Si vous n'avez pas une vaste expérience dans la réalisation de travaux complexes de réparation, d'installation et de plomberie, il est irrationnel d'utiliser des tubes sous vide à la maison. Ce processus demande beaucoup de main d’œuvre et nécessite des connaissances particulières et un équipement spécialisé.

De plus, les éléments de type vide fabriqués indépendamment ont un niveau d'efficacité bien inférieur à celui des pièces d'usine. Par conséquent, il est plus judicieux d’acheter des produits auprès d’un fabricant spécialisé, puis d’essayer d’assembler plusieurs sections à la maison.

Le site propose une sélection d'articles sur l'aménagement d'un système de chauffage solaire, nous vous recommandons de lire :

1. Systèmes de chauffage solaire : analyse des technologies de chauffage basées sur des systèmes solaires
2. Chauffer une maison privée avec des panneaux solaires : schémas et dispositif
3. Panneaux solaires flexibles : types, caractéristiques + fonctionnalités de connexion

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Une description détaillée et détaillée du tube à vide, du principe de son fonctionnement et des caractéristiques de fonctionnement du capteur solaire dans son ensemble. L'auteur évoque quelques nuances intéressantes et montre que l'installation peut devenir une véritable alternative à une chaudière à gaz.

Informations intéressantes sur le fonctionnement du capteur solaire en hiver.

Comment installer correctement un capteur solaire sous vide de vos propres mains à la maison. Toutes les nuances du processus, des recommandations et des conseils utiles.

Connaissant le principe de fonctionnement de base d'un capteur solaire tubulaire sous vide, vous pouvez assembler l'unité vous-même. L’installation sera entièrement adaptée à vos exigences et besoins individuels.

Ce n'est pas une tâche très difficile, mais elle nécessite une attention accrue, un scrupule et certaines compétences, sinon le risque d'endommager l'intégrité du flacon et de rompre son étanchéité augmente considérablement.

Nous invitons toute personne intéressée à choisir, installer ou auto-assembler un capteur solaire à laisser des commentaires et à poser des questions. Le formulaire de contact se trouve dans le bloc inférieur.