Points d’article
- Les principaux composants du système de chauffage
- Variétés et différences de collectionneurs
- Problèmes d’énergie solaire
- Intégration dans le système de chauffage
- Calcul de puissance et étapes d’installation
- Ai-je besoin d’une pompe à chaleur
- Coût du système de chauffage solaire
Est-il réaliste d’alimenter votre maison en énergie solaire thermique? Aujourd’hui, nous discuterons de la perspective d’utiliser les systèmes solaires comme principale source de chauffage, examinerons la question de la justification économique et de l’efficacité des capteurs solaires..
Les principaux composants du système de chauffage
Les capteurs solaires servent de source de chauffage du système solaire, dont le but est le transfert le plus efficace de l’énergie du spectre infrarouge du rayonnement solaire vers le liquide de refroidissement. La plage thermique de la lumière du soleil est de 40 à 45% du flux radiatif total, en chiffres précis, elle est de 200 à 500 W / m2 selon la latitude, la période de l’année et le jour.
En principe, les capteurs à eux seuls suffisent pour construire le système solaire le plus simple. Grâce à leurs canaux, l’eau ordinaire peut être distribuée, utilisée pour les besoins domestiques et le chauffage domestique. Cependant, cette approche n’est pas assez efficace pour un certain nombre de raisons, dont la première est le manque de reconstitution des pertes d’énergie pendant une journée complète. Par conséquent, l’un des éléments les plus importants d’un système de chauffage solaire est un accumulateur de chaleur – un récipient contenant de l’eau.
Système de chauffage domestique avec capteurs solaires: 1 – alimentation en eau froide; 2 – échangeur de chaleur; 3 – accumulateur de chaleur; 4 – capteur de température; 5 – circuit de liquide de refroidissement; 6 – station de pompage; 7 – contrôleur; 8 – vase d’expansion; 9 – eau chaude; 10 – vanne à trois voies; 11 – capteur solaire
De plus, le dispositif technique du capteur solaire agit comme une sorte de limitation. Ses canaux ont une surface d’écoulement assez réduite, ce qui entraîne un risque de colmatage par des impuretés mécaniques. Il existe également une forte probabilité que le liquide de refroidissement gèle la nuit, tandis que la limite supérieure de la plage de températures de fonctionnement est de 200 à 300 ° С. Les collecteurs sont conçus pour une circulation continue et rapide du liquide de refroidissement, qui entre à basse température, est rapidement chauffé par la lumière du soleil et dégage tout aussi rapidement de la chaleur vers la batterie..
Tubes collecteurs solaires en U sous vide
Pour ces raisons, il est courant d’utiliser du propylène glycol avec un ensemble d’additifs spéciaux pour le chauffage direct dans les caloducs. Ainsi, le troisième élément obligatoire du système solaire de chauffage est un liquide de refroidissement spécial et un circuit d’échange, qui sont souvent structurellement inclus dans l’accumulateur de chaleur, ou peuvent faire partie du collecteur lui-même..
Variétés et différences de collectionneurs
Sans entrer dans les détails techniques de l’appareil, la principale différence entre les capteurs plats et sous vide réside dans l’opportunité de leur utilisation dans différentes zones climatiques. Les collecteurs plats sont mieux utilisés sous les latitudes sud avec des températures dominantes au-dessus de zéro, les collecteurs sous vide plus proches de ceux du nord.
La conception d’un capteur solaire plat: 1 – sortie de liquide de refroidissement; 2 – cadre de collecteur; 3 – verre structuré résistant à la grêle; 4 – absorbeur; 5 – tubes en cuivre; 6 – isolation thermique; 7 – entrée de liquide de refroidissement
La faisabilité de l’utilisation de certains types de capteurs solaires est due à un certain nombre de caractéristiques:
- l’incapacité des collecteurs sous vide à déblayer la neige de manière indépendante;
- pertes de chaleur élevées des capteurs solaires plats, augmentant avec la différence de température;
- faible résistance des capteurs plats aux charges de vent;
- coût élevé du projet sur les capteurs solaires sous vide;
- plage de températures basses utilisation efficace des capteurs plats.
La conception du collecteur à vide avec transfert de chaleur indirect: 1 – entrée du caloporteur refroidi; 2 – échangeur de chaleur (collecteur); 3 – bouchon hermétique; 4 – tube à vide; 5 – plaque d’aluminium (absorbeur); 6 – caloduc; 7 – fluide de travail; 8 – sortie de liquide de refroidissement chauffée; 9 – corps du dissipateur thermique; 10 – condenseur à caloduc; 11 – isolation
L’une des différences les plus importantes réside dans le processus d’installation. Les collecteurs à plaque plate doivent être livrés sur le toit entièrement assemblés, tandis que les collecteurs à vide peuvent être assemblés sur place. De plus, les capteurs plats n’ont généralement pas leur propre accumulateur de chaleur et circuit d’échange..
Problèmes d’énergie solaire
Les systèmes de chauffage solaire ne sont pas sans inconvénients, dont le plus important est l’inconstance de la source d’énergie. La nuit, le système ne chauffe pas, et par temps nuageux prolongé, s’attendre à un ciel clair pour réchauffer la maison est un plaisir inférieur à la moyenne. Si la batterie, avec un volume suffisamment important, est capable de conserver la quantité de chaleur requise au moins jusqu’au matin, alors plusieurs jours de fonctionnement autonome dans des conditions d’éclairage insuffisant ne peuvent être attendus qu’avec une expansion significative du parc solaire. Ceci, à son tour, pose le problème inverse: en atteignant le mode de puissance maximale (par exemple, par temps clair de printemps), un tel système solaire nécessitera une évacuation plus intensive de la chaleur ou un arrêt temporaire de plusieurs absorbeurs avec leur ombrage.
Il est important de comprendre que les systèmes solaires dans les réalités du climat russe ne peuvent pas être utilisés comme seule ou principale source de chauffage. Cependant, ils sont capables de réduire considérablement la consommation d’énergie pendant la saison de chauffage. Les collecteurs hybrides fonctionnent particulièrement efficacement, dans lesquels les radiateurs sont combinés avec des cellules photoélectriques. Si la nébulosité retarde la plupart du rayonnement infrarouge, la perte de la partie photoélectrique du spectre n’est pas si importante.
Un autre inconvénient des capteurs solaires est la nécessité d’une circulation forcée du liquide de refroidissement dans le système de capteurs-accumulateurs. Certains capteurs à vide sont équipés d’un réservoir pour la circulation naturelle et situé au-dessus de l’absorbeur. De telles installations sont généralement utilisées dans les systèmes d’alimentation en eau chaude avec prise d’eau sous la pression d’une alimentation en eau froide. Mais il existe encore des moyens d’établir le fonctionnement conjoint de ces capteurs solaires avec un système de chauffage..
Capteur solaire sous vide avec réservoir
Intégration dans le système de chauffage
Il existe deux façons de combiner des capteurs solaires avec un système de chauffage liquide arbitrairement complexe. La principale source d’énergie peut être le gaz ou l’électricité – il n’y a pas de différence significative.
La première option consiste à chauffer la batterie quotidienne totale. L’accumulateur communique avec la chaudière conjointement et séquentiellement; si la température n’est pas suffisamment élevée, celle-ci est mise en service et chauffe le liquide. Un système bien conçu de ce type peut fonctionner efficacement même sans circulation forcée..
1 – circuit de chauffage; 2 – liquide de chauffage; 3 – capteur de température; 4 – station de pompage; 5 – contrôleur; 6 – pompe; 7 – vase d’expansion; 8 – eau sanitaire; 9 – eau froide; 10 – alimentation en eau chaude; 11 – capteur solaire; 12 – chaudière de chauffage
Le deuxième type de combinaison implique l’utilisation d’un accumulateur de chaleur à deux circuits. Grâce à l’un, la chaleur est retirée du collecteur, à travers le second – chauffage du liquide de refroidissement dans le système, l’eau de l’accumulateur sert de source d’alimentation en eau chaude. Comme les circuits sont isolés les uns des autres, davantage de fluides absorbant la chaleur ou d’antigel peuvent être utilisés dans le système de chauffage et le cycle d’échange thermique du capteur solaire. Le principal inconvénient est la volatilité du système, car dans les deux circuits la circulation est forcée.
1 – alimentation en eau froide; 2 – capteur de température; 3 – échangeur de chaleur à capteur solaire; 4 – échangeur de chaleur de chaudière; 5 – circuit de refroidissement du collecteur; 6 – station de pompage; 7 – contrôleur; 8 – vase d’expansion; 9 – pompe de circulation; 10 – sortie d’eau chaude; 11 – chaudière de chauffage; 12 – capteur solaire
Calcul de puissance et étapes d’installation
La transition vers l’énergie solaire n’accepte pas la précipitation et une approche superficielle. Souvent, les conclusions sur l’opportunité d’installer un système solaire ne peuvent être tirées qu’après plusieurs années d’observations et de calculs..
Malheureusement, cela n’a pas beaucoup de sens de se fier aux cartes du soleil, car les conditions météorologiques locales peuvent considérablement fausser la moyenne. Par conséquent, la première chose à faire est de compiler indépendamment un rapport sur l’intensité du rayonnement solaire à l’endroit où les capteurs sont installés. Les pyranomètres sont utilisés pour les mesures; à moins de 5000 roubles, vous pouvez acheter un appareil économique avec un ensemble suffisant de fonctions.
Pyranomètre
Les mesures doivent être effectuées à différents moments de la journée avec une fréquence d’environ une semaine tout au long de l’année. Lors des mesures, l’angle d’inclinaison et l’orientation des capteurs doivent être pris en compte. Les données résultantes sont finalement vérifiées avec les statistiques du centre hydrométéorologique sur le pourcentage de jours nuageux par an..
Pour assurer un rendement élevé de la centrale solaire, le scénario le plus négatif doit être considéré, c’est-à-dire que la période la plus longue avec le plus faible éclairage doit être prise comme point de référence. Idéalement, vous pouvez tenir compte de la probabilité de conditions météorologiques encore pires en utilisant les statistiques météorologiques des 15 à 20 dernières années. Les données obtenues sur l’énergie solaire entrante aideront à établir la surface totale requise du champ d’absorption et à déterminer le nombre de capteurs à acheter.
Comme mentionné, les capteurs sont très rarement utilisés comme source principale de chauffage, ils jouent généralement un rôle auxiliaire. Mais la part de participation peut être calculée, elle est indiquée en pourcentage de la puissance totale du système électrique de la maison ou de sa perte de chaleur. Après avoir reçu le nombre de kilowatts requis, il est multiplié par l’efficacité optique des absorbeurs, plusieurs coefficients sont ajoutés – corrections pour l’orientation, l’inclinaison, les conditions de température, ainsi qu’une marge de sécurité.
En fonction de la valeur «nette» de la puissance générée, on sélectionne:
- le nombre requis de capteurs d’un certain modèle et, en moyenne, un capteur solaire de secours pour 10 à 15 en fonctionnement;
- système de tuyauterie avec débit et résistance thermique recommandés par le fabricant;
- groupe de circulation, vannes d’arrêt, autres dispositifs auxiliaires;
- volume et emplacement du réservoir de stockage. Dans les systèmes avec une capacité journalière de stockage ou d’extraction de chaleur de plus de 20 kW, il est judicieux de construire des réservoirs en béton isolés d’un volume de 15 à 20 m3.
Pour l’auto-installation et la maintenance, il est nécessaire d’élaborer un projet du système, d’allouer un emplacement pour placer les dispositifs auxiliaires et de fixer le capteur solaire sur la pente du toit sud (pour l’hémisphère nord), en tenant compte des recommandations de l’équipementier concernant les charges de vent. N’oubliez pas qu’en achetant une gamme complète d’équipements auprès d’un seul distributeur, vous avez la possibilité d’élaborer, sinon un projet de système de chauffage solaire, puis au moins une liste d’équipements et de composants bien compatibles.
Ai-je besoin d’une pompe à chaleur
L’un des principaux inconvénients des systèmes de chauffage solaire est le coût élevé. Bien que la technologie de production de collecteurs à plaques plates soit bien maîtrisée, les absorbeurs de vide restent chers et, dans certaines conditions météorologiques, seuls ils peuvent être utilisés avec succès. Mais il existe une autre alternative – les collecteurs à air.
Capteur solaire à air
En raison de l’appareil plus simple, leur coût est moindre, et il existe une possibilité de fonctionnement autonome. L’efficacité des collecteurs d’air est augmentée avec l’installation d’un ventilateur soufflant alimenté par un panneau solaire intégré. En raison du refroidissement accéléré, mais proportionnel au chauffage, des canaux, les pertes de chaleur de retour à travers le collecteur sont minimisées. La limitation de puissance peut être obtenue en contrôlant la vitesse du ventilateur ou en bloquant simplement le flux – les collecteurs d’air n’ont pas peur des chocs thermiques, de plus, il est facile de mettre en place une recirculation naturelle.
Manque de systèmes d’air dans un petit degré de chauffage du liquide de refroidissement. La capacité thermique de l’air est moindre, et l’absorbeur est presque toujours chauffé sans concentration. Pour pouvoir s’intégrer au système de chauffage (ce qui est le plus souvent nécessaire en raison de l’impossibilité de poser un conduit de ventilation dans une pièce chauffée), une pompe à chaleur ou un système split est vraiment nécessaire.
Mais les pompes à chaleur à air peuvent également être utilisées pour augmenter l’efficacité de la climatisation. Avec eux, le débit de circulation peut être augmenté à des valeurs qui ne sont pas acceptables dans les systèmes de ventilation domestiques, ce qui donne une augmentation de 2 à 3 fois le rendement en raison de la différence de température élevée. La nuit, le capteur aura également un faible taux de production dans la plage de température de fonctionnement.
L’air utilisé comme caloporteur peut être déshumidifié ou remplacé par du dioxyde de carbone ou un autre gaz plus rétenteur de chaleur. Cependant, cela n’a aucun sens d’utiliser des pompes à chaleur avec un circuit primaire d’eau: elles sont initialement conçues pour fonctionner avec une différence de température élevée et donc l’augmentation de puissance n’est pas suffisante pour justifier le coût de l’installation.
Coût du système de chauffage solaire
Le plaisir d’utiliser une énergie propre a un prix élevé, du moins pour aujourd’hui. Pour être honnête, il y a des nouvelles positives: au cours des cinq dernières années, le coût de production des capteurs plats a baissé de 2 à 2,5 fois, on peut s’attendre bientôt à la même chose pour les appareils avec absorbeurs de vide..
Le coût des capteurs plats et sous vide est déterminé par le volume de production – la valeur du rayonnement solaire dans des conditions d’éclairage idéales, c’est-à-dire la puissance spécifique. En moyenne, pour 1 kW de capteurs solaires de type plat, vous devrez payer environ 350-500 $, et pour une installation complète avec une batterie externe – environ 800-1000 $. Le coût des capteurs solaires sous vide fluctue dans une fourchette plus élevée – de 600 $ à 1000-1200 $ par complexe, en fonction de la qualité des performances, du matériau du tube, de l’isolation de l’échangeur de chaleur et d’autres caractéristiques.
Pour les capteurs capacitifs, la norme de mesure s’applique en litres d’eau chauffée à la température la plus élevée possible. La quantité d’électricité produite peut être calculée soit par la surface totale de l’absorbeur, soit en l’exprimant à travers la capacité calorifique spécifique de l’eau. En fonction de la complexité du système, le coût varie fortement, le prix de l’un des exemples du segment intermédiaire du marché atteint 1500 $ pour 300 litres (pour 4-5 résidents) avec une différence de température d’environ 50 ° C, ce qui équivaut à 2,5 kW de puissance spécifique.
Bonjour, pouvez-vous s’il vous plaît expliquer le principe de fonctionnement des capteurs solaires pour le chauffage à domicile ? Je voudrais également connaître les différents types de capteurs disponibles et avoir une idée des prix associés à leur installation. Merci d’avance pour votre réponse éclairante !
Je suis intéressé(e) par l’installation d’un système de chauffage solaire à domicile avec des capteurs. Pourriez-vous expliquer brièvement le principe de fonctionnement de ce système ? De plus, j’aimerais avoir une idée des prix associés à cette installation. Merci d’avance pour vos réponses !