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Capteur solaire plat

Capteur solaire plat

Le capteur solaire à plaque plate est un type de panneau solaire thermique dont l'objectif est de transformer le rayonnement solaire en énergie thermique. Ce type de capteur solaire présente un bon rapport coût / efficacité dans des climats modérés et s'adapte correctement à un grand nombre d'applications d'énergie solaire thermique (chauffage de l'eau sanitaire, chauffage des piscines, aide au chauffage, préchauffage de fluides industriels etc.)

Nous pouvons distinguer deux types de base de capteurs solaires à plaques plates, en fonction de la configuration de l'absorbeur: le "type de grille" parallèle, dans les versions verticale et horizontale et la série "de type serpentin". Fondamentalement, la différence entre les deux est la suivante:

  • La configuration parallèle favorise que la température du capteur solaire avec un plus grand volume de circulation d'eau puisse être stratifiée par les branches de l'intérieur du capteur et obtenir un saut thermodynamique d'environ 10 ° C avec une bonne performance.
  • La configuration en série consiste en un seul circuit continu avec un petit volume d'eau en circulation et un saut thermique supérieur, avec une bonne performance.

Une autre façon de classer les capteurs solaires plats consiste à savoir s'ils sont vitrés ou non vitrés:

Le capteur solaire à vitrage plat est généralement utilisé dans les systèmes de chauffage domestique ou dans les installations. La température de fonctionnement est généralement comprise entre 30 ° C et 60 ° C. Il s'agit d'un boîtier isolé recouvert de vitrage. A l'intérieur, il y a un absorbant dans lequel le fluide caloporteur circule. Le vitrage bloque le rayonnement infrarouge et isole l'espace aérien au-dessus de l'absorbeur pour maintenir la chaleur.

Le capteur solaire plat non vitré est beaucoup moins cher mais moins répandu. Selon la température extérieure, il est généralement utilisé dans les systèmes de chauffage de piscine, mais peut parfois être utilisé comme système de chauffage à eau chaude dans les pays chauds. Dans les zones tempérées, la température de fonctionnement est généralement inférieure à 30 degrés Celsius. Il s'agit uniquement d'un absorbant dans lequel le réfrigérant circule.

Performance du capteur solaire plat 

Le fonctionnement d'un capteur solaire thermique pour l'utilisation de l'énergie solaire thermique est très basique. En fait, tout corps exposé au rayonnement solaire reçoit un flux énergétique qui le réchauffe et, par conséquent, augmente la température. Cette augmentation de température implique une augmentation de l'énergie interne.

Un corps à une température donnée émet de l'énergie autour de lui grâce à ses propriétés thermodynamiques, sous forme de rayonnement, et cela dépend directement de la différence de température entre la température corporelle et la température ambiante.

Si nous refroidissons le capteur solaire en y faisant passer un fluide, cette chaleur est utilisée, ce qui signifie qu'une partie de l'énergie capturée est transmise à ce fluide en tant qu'énergie utile. Le reste de l'énergie est toujours perdu sous forme de rayonnement du capteur solaire thermique vers l'environnement extérieur. Dans ce cas, la température de travail est toujours inférieure à la température d'équilibre.

Si nous voulons obtenir de bonnes performances, nous devons travailler les collecteurs à la température la plus basse possible, dans la mesure où cela est suffisant pour l'utilisation envisagée.

L'énergie renouvelable utilisée est extraite du capteur solaire au moyen du fluide caloporteur, généralement constitué d'un mélange d'eau avec de l'antigel et des inhibiteurs de corrosion.

Principes physiques du fonctionnement du capteur solaire plat 

Le capteur solaire plat fonctionne à partir de l'application des principes physiques suivants:

Le corps noir (l'absorbeur)

Le rayonnement solaire incident est partiellement absorbé par les corps. Le reste est réfléchi ou passe à travers eux.

La relation entre ces effets dépend de:

  • La nature du corps
  • L'état de la surface.
  • L'épaisseur du corps.
  • Le type de rayonnement. La longueur d'onde
  • L'angle d'incidence des rayons solaires.

Les corps sombres et mats captent mieux le rayonnement solaire que toute autre couleur; c'est pourquoi l'absorbeur du capteur solaire est généralement de couleurs foncées, afin de tirer le meilleur parti du rayonnement solaire.

L'effet de serre

L'effet de serre est généré dans certains corps transparents, qui ne sont normalement traversés que par un rayonnement de longueur d'onde comprise entre 0,3 et 3 microns. La majeure partie du rayonnement solaire se situant entre 0,3 et 2,4 microns, la lumière du soleil peut traverser un verre. Une fois traversé, le rayonnement trouve l'absorbeur, chauffé par le rayonnement solaire et émettant entre 4,5 et 7,2 microns de rayonnement pour lequel le verre est opaque.

Ce rayonnement solaire qui ne peut pas s'échapper est réfléchi de nouveau vers l'intérieur. Une partie de cette énergie chauffe le verre et le cristal l'envoie vers l'intérieur et l'extérieur.

Certains plastiques (comme le polycarbonate) ont un comportement similaire à celui du verre (ils laissent passer le rayonnement solaire à ondes courtes et arrêtent les émissions à ondes longues provenant de la plaque absorbante).

L'isolement

Le troisième des principes physiques impliqués dans le fonctionnement des capteurs solaires est l'isolement de l'assemblage de l'extérieur, généralement formé par un revêtement interne du boîtier du conteneur. Une bonne isolation améliore l'utilisation de l'énergie thermique solaire.

Composants d'un capteur solaire plat

Le capteur solaire plat peut être vitré ou non vitré. Le collecteur avec couvercle vitré est le plus utilisé pour les installations de production d'eau chaude sanitaire. Cette équipe est composée des éléments suivants:

Absorbeur

L'absorbeur est l'élément qui intercepte le rayonnement solaire à l'intérieur du capteur et est responsable de la transformation de l'énergie solaire en énergie thermique.

L'absorbeur est généralement constitué d'une feuille de métal, généralement en cuivre (bon conducteur thermique), qui s'assombrit avec:

1. Une fine pellicule de peinture noire résistante aux températures de travail supérieures à 100 degrés Celsius.

2. Un traitement sélectif, à base de dépôts électrochimiques ou de peintures à base d'oxydes métalliques à forte absorption du rayonnement solaire (ondes courtes) et à faible émissivité thermique (ondes longues).

L'absorbeur comprend une grille de tuyaux à travers lesquels le fluide caloporteur circulera.

Couvercle transparent

Le couvercle transparent a pour fonction d'isoler le capteur solaire des conditions environnementales extérieures - même s'il laisse passer le rayonnement solaire - qui cause l'effet de serre. Normalement, il est constitué d'une seule feuille de verre trempé (résistant) à faible teneur en fer (très transparente) d'environ 4 mm d'épaisseur.

Isolement

L'isolation est l'élément, comme c'est le cas dans le reste des applications, remplit la fonction d'éviter les pertes de chaleur de l'intérieur du capteur, en particulier de l'absorbeur, à l'extérieur et est généralement constituée de plaques de mousses synthétiques (polyuréthane, cyanure, fibre de verre, etc.) situés sur les côtés et à l'arrière du panneau solaire.

Le boîtier

Le boîtier du capteur solaire plat a pour fonction de loger le reste des composants. Cette fermeture est généralement constituée d'un profilé en aluminium anodisé qui garantira une résistance de l'assemblage, même dans des conditions de travail extrêmes. De même, le boîtier aura des trous de drainage du condensat dans la partie inférieure.

Capteurs solaires plats sans couvercle

Comme son nom l'indique, les capteurs solaires sans couvercle sont essentiellement constitués de l'élément absorbant, généralement constitué d'un ensemble de tubes en matière plastique, en EPDM, en caoutchouc ou en polypropylène.

Ce type de capteurs solaires est très économique et facile à installer car ils ont généralement une configuration flexible qui leur permet d'être placés sur n'importe quelle surface, ils sont également résistants à la corrosion et permettent des configurations de chauffage direct, comme dans le cas d'un chauffage de piscine.

En revanche, les capteurs sans couvercle avec absorbeur synthétique ont tendance à avoir des courbes de performance très raides car, en l'absence de verre, ils offrent de très bonnes performances optiques mais perdent rapidement leurs performances lorsque la température ambiante est inférieure à la température de travail. ou avec une vitesse de vent élevée.

Pour cette raison, les capteurs plats sans toit ne sont recommandés que pour les applications à basse température où la température de travail est proche de la température ambiante, par exemple, pour prolonger la saison de baignade dans les piscines ouvertes. Une variable de ce type de collecteurs sans capot est constituée par les collecteurs à plaque métallique incorporée et offset, conçus spécifiquement pour les applications en circuit fermé.

Cette variante présente une meilleure performance thermique du capteur solaire et lui permet d'être utilisé pour produire de l'eau chaude sanitaire ou d'autres applications à basse température. Un autre exemple de ce type de capteur disponible sur notre marché est constitué par un capot multifonctionnel qui combine les qualités d'un capot en acier inoxydable ne nécessitant aucun entretien et l'efficacité d'un capteur solaire de surface sélectif.

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Dernier examen: 14 juin 2019