Panneaux photovoltaïques énergie solaire

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Collecteur solaire

Collecteur solaire

Les capteurs solaires sont les éléments qui capturent le rayonnement solaire et le convertissent en énergie thermique, en chaleur. C'est un type de panneau solaire conçu pour être utilisé dans des installations thermiques solaires. Il est également connu comme un capteur solaire.

La fonction de l’ énergie thermique solaire est de tirer parti de l’énergie solaire pour obtenir de la chaleur, chauffer un fluide. Contrairement à l'énergie solaire photovoltaïque dont la fonction est de générer de l'électricité.

Les collecteurs solaires sont ceux avec des plaques plates, des tubes à vide et des collecteurs d'absorbeurs sans protection ni isolement. Les systèmes de collecte à plat (ou à plaque plate) avec couvercle en verre sont les plus courants dans la production d'eau chaude sanitaire. Le verre laisse passer les rayons du soleil, ils chauffent des tubes métalliques qui transmettent de la chaleur au liquide à l'intérieur. Les tubes sont de couleur sombre, les surfaces sombres chauffant davantage.

Le verre qui recouvre le capteur protège non seulement l'installation, mais permet également de conserver la chaleur en produisant un effet de serre qui améliore les performances du capteur.

Ils consistent en une coque en aluminium fermée résistant aux environnements marins, un cadre en aluminium eloxat, un joint de périmètre sans silicone, une isolation thermique respectant l'environnement en laine de roche, un cache en verre solaire à haute transparence, et enfin tubes soudés par ultrasons.

Composants d'un capteur solaire

Les capteurs solaires sont composés des éléments suivants:

  • Couverture: La couverture d'un capteur solaire est transparente, elle peut être présente ou non. Il est généralement en verre, bien que le plastique soit également utilisé, car il est moins coûteux et plus facile à gérer, mais il doit s'agir d'un plastique spécial. Sa fonction est de minimiser les pertes par convection et rayonnement et il doit donc avoir une transmittance solaire aussi élevée que possible. La présence de la couverture améliore les performances thermodynamiques du panneau solaire.
  • Canal d'air: C'est un espace (vide ou non) qui sépare le couvercle de la plaque absorbante. Son épaisseur sera calculée en tenant compte de l'équilibrage des pertes par convection et des températures élevées qui peuvent être produites si elle est trop étroite.
  • Plaque absorbante: La plaque absorbante est l'élément qui absorbe l'énergie solaire et la transmet au liquide qui circule dans les tuyaux. La caractéristique principale de la plaque est qu’elle doit avoir une absorption solaire élevée et une émission thermique réduite. Comme les matériaux courants ne répondent pas à cette exigence, les matériaux combinés sont utilisés pour obtenir le meilleur rapport absorption / émission.
  • Tuyaux ou conduits: Les tubes touchent (parfois soudés) la plaque absorbante de sorte que l’échange d’énergie soit aussi grand que possible. Pour les tubes circule le liquide qui va chauffer et aller au réservoir d'accumulation.
  • Couche isolante: La couche isolante a pour but de recouvrir le système afin d'éviter et de minimiser les pertes. Pour que l'isolation soit la meilleure possible, le matériau isolant doit avoir une faible conductivité thermique pour réduire le transfert thermodynamique de la chaleur vers l'extérieur.
  • Accumulateur: l'accumulateur est un élément occasionnel, il fait parfois partie intégrante du panneau solaire et, dans ces cas, il est souvent immédiatement visible au-dessus ou à proximité immédiate. Très souvent, l'accumulateur ne fait pas partie du panneau solaire mais du système thermique.

Types de capteurs solaires

Les capteurs solaires thermiques peuvent être divisés en certains types de construction:

  • Capteurs thermiques solaires plats
    • non émaillé ou non recouvert
    • glaçure
    • air
  • Capteurs solaires thermiques sous vide
    • Tube en U
    • Caloduc
  • Panneaux solaires thermiques avec réservoir intégré.
  • Panneaux thermosolaires concentrés.

Parmi ces types de panneaux solaires, nous soulignons les suivants:

Capteurs solaires plats

Capteur solaire plat.  Énergie solaire thermique.L'âme d'un capteur solaire à plaque plate est une grille verticale de tubes métalliques, qui conduisent l'eau froide en parallèle, reliés par un tube horizontal à la prise d'eau froide et au-dessus par un autre similaire au retour.

Le gril est monté dans un couvercle, comme décrit ci-dessus, généralement avec double vitrage sur le dessus et isolation à l'arrière.

Dans certains modèles de capteurs solaires à plaques planes, les tubes verticaux sont soudés à une plaque métallique pour tirer parti de l’insolation entre le tube et le tube.

Capteurs solaires à tubes sous vide "tout verre"

Dans un capteur solaire de tubes à vide, les tubes métalliques du système précédent sont remplacés par des tubes de verre. Les tubes de verre sont encapsulés un à un dans un autre tube de verre entre lequel le vide est créé comme isolant.

Les grands avantages des capteurs solaires à tubes à vide sont leur haute performance. Par contre, dans le cas où l'un des tubes est endommagé, il n'est pas nécessaire de changer le panneau entier avec un nouveau, mais seulement de changer le tube affecté. Au contraire, nous avons comme inconvénient que, par rapport aux capteurs solaires à plaques planes, ils sont plus chers.

Capteurs solaires à tubes sous vide avec "caloducs" par changement de phase

Ce système tire parti du changement de phase de la vapeur en liquide à l'intérieur de chaque tube pour fournir de l'énergie à un second circuit de liquide de transport.

Les éléments sont des tubes fermés, généralement en cuivre, qui contiennent le liquide qui, chauffé par le soleil, bout et se transforme en vapeur qui monte au sommet où la tête est plus large (zone de condensation), L'extérieur est en contact avec le transporteur de liquide qui, étant plus froid que la vapeur du tube, capte la chaleur et provoque la condensation de la vapeur et sa chute dans la partie inférieure du tube pour relancer le cycle.

Le liquide du tube peut être de l’eau qui, ayant réduit la pression en faisant le vide partiel, aura un point d’ébullition bas pour fonctionner même avec l’insolation des rayons infrarouges en cas de nuage.

Le caloduc peut être enveloppé d'une gaine faite de matériaux spéciaux afin de minimiser les pertes dues à l'irradiation.

Le caloduc est fermé à l’intérieur d’un autre tube en verre entre lequel le vide doit être isolé. Les tubes de verre résistants sont souvent utilisés pour réduire les dégâts lors de petites tempêtes de grêle.

Utilisation de capteurs solaires

Les capteurs solaires sont principalement utilisés pour fournir de l'eau chaude sanitaire et du chauffage ou pour générer de l'électricité.

Dans le cas de collecteurs d'eau chaude sanitaire et de chauffage, le réservoir stocke l'eau domestique qui entre en contact avec le fluide au moyen d'un serpentin. La bobine permet au fluide de transférer l’ énergie thermique stockée dans l’eau sans la contaminer. Cette eau peut être utilisée comme eau chaude dans les maisons (intégration à 80%) ou pour compléter le chauffage du sol des pièces (intégration à 10%). Les panneaux solaires thermiques sont capables de fournir de l'eau chaude en bonne quantité, mais ne peuvent pas remplacer complètement les méthodes de chauffage habituelles en raison de la non-constance de l'énergie solaire.

Les capteurs solaires destinés à la production d'électricité exigent que l'échangeur de chaleur soit chauffé jusqu'à ébullition. Une fois que le liquide a terminé le changement de phase thermodynamique et est passé en phase gazeuse, il est envoyé à une turbine thermoélectrique qui convertira le mouvement de la vapeur d'eau en énergie électrique. Ce type de système s'appelle la thermodynamique solaire et nécessite de grands espaces pour l'installation de panneaux solaires et une présence constante de la lumière solaire. Des exemples de ces plantes ont été installés dans les déserts.

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Dernier examen: 31 mai 2018

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