Chauffe-Eau Solaires

Collecteurs solaires

L’énergie thermique peut être utilisée pour chauffer les piscines, les SPA, les planchers des maisons et pour produire de l’eau chaude. Dans plusieurs pays du monde, les chauffe-eau solaires sont une solution ou une alternative économique et écologique majeure par rapport à l’utilisation de l’électricité, du mazout ou du gaz naturel. En investissant dans l’énergie solaire, nous réduirons les émissions de CO2, principal facteur responsable du réchauffement planétaire. En général, une maison familiale (deux adultes et deux enfants) équipée d’un chauffe-eau solaire peut réduire l’émission de CO2 de 20%.
Les collecteurs solaires munis de plaques thermiques plates sont utilisés depuis plusieurs décennies, à échelle réduite, surtout dans les pays occidentaux. Les collecteurs solaires équipés de tubes à vide, utilisés depuis 20 ans, étaient beaucoup plus chers que les collecteurs en plaques. Depuis quelques années, la production des collecteurs solaires équipés de tubes à vide a «explosé». Grace à deux avantages significatifs : les prix raisonnables pour l’utilisateur et les bénéfices d’une meilleure isolation, les collecteurs solaires équipés de tubes à vide sont devenus le premier choix des consommateurs.

Tubes à vide ou vacuum

Les tubes à vide transfèrent la chaleur du soleil à l’eau. Il existe sur le marché plusieurs types des tubes à vide mais les plus connus sont les tubes à vide « twin glass tubes » (tubes jumeaux en verre). Ce type de tube est très performant, moins cher à produire et d’excellente qualité. Il est formé de deux tubes en verre en basilicate. Le tube extérieur est transparent ce qui permet aux rayons du soleil de le traverser. Le tube intérieur est couvert d’une très mince couche métallique AL-N/AL qui fait de lui un excellent absorbant de chaleur. Les deux tubes sont connectés dans la partie supérieure et l’air qui circule entre les deux tubes est rejeté sous l’effet de la chaleur, quand le tube est exposé au soleil. Conséquence : entre les deux tubes est créée une zone de vacuum qui constitue un très bon isolant.

Le fonctionnement de ce type de tube ressemble au principe du thermos. Cela est très important parce qu’au moment où le tube absorbe la chaleur du soleil nous ne voulons pas la perdre mais la conserver.  Donc, le vacuum nous aide à éviter la perte d’air chaud.  A titre d’exemple : si la température à l’intérieur du tube intérieur atteint 150C ou 340F, à l’extérieur du tube elle est égale à la température ambiante. Cela fait que les collecteurs solaires à tube à vide fonctionnent très bien quand la température ambiante est négative, à la différence des collecteurs solaires à plaques.
Pour maintenir le vide entre les deux tubes on utilise un getter de baryum. Pendant la fabrication, le tube à vide est exposé à une température très élevée, ensuite une fine couche de baryum se forme au fond du tube. Cette couche de baryum absorbe CO; CO2; N2; H2O et H2 pour maintenir le vide. Le getter de baryum est un indicateur visuel du niveau de vide. En conditions normales, il est de couleur métallique. Si la couleur devient blanche, cela signifie que le vide a disparu. C’est le meilleur indice de la bonne condition du tube.

Elément chuffant (Tuyau en cuivre)

Les tubes à vide sont alignés en parallèle; l’angle d’inclinaison est en fonction de la latitude. Pour une orientation Nord-Sud, les tubes captent le soleil toute la journée. Une orientation Est-Ouest permet de capter le soleil toute l’année.  A l’interieur du deuxieme tube en verre, il y l'élément chauffant en cuivre qui, sans être un concept nouveau, est utilisé tous les jours sur une large échelle. Par exemple, les ordinateurs personnels sont équipés avec ce type de tuyau pour refroidir la mémoire vive (CPU, ainsi que tous les systèmes de climatisation).
L'élement chauffant en cuivre (Heat pipe) contient de l’eau distillée mélangée avec quelques additifs.
Nous savons que l’eau bout à une température de 100C au niveau de la mer mais, si nous somme en altitude, l’eau bout à une température plus basse.
Selon ce principe, nous pouvons arriver à faire bouillir l’eau qui est à l’intérieur de l'élément chauffant en cuivre en diminuant la pression interne.
Les tuyaux utilisés dans les collecteurs solaires ont une température d’ébullition de +30C. Les vapeurs qui se forment à l’intérieur du tube montent au bout du tuyau et cette chaleur est transférée au collecteur parce que les tuyaux de chauffage sont insérés dans le collecteur. En perdant cette chaleur, les vapeurs se transforment en eau et le cycle se répète.

Le collecteur solaire

Lorsque les tubes à vacuum absorbent l’énergie solaire, ils la transfèrent au collecteur solaire à l’aide des éléments chauffants en cuivre qui y sont insérés. Le liquide qui passe dans le collecteur (eau mélangée avec glycol) sera dans ce cas chauffée et il circulera dans le réservoir d’eau ou à travers l’échangeur de chaleur situé là où il va transférer sa chaleur à l’eau potable qui sera utilisée dans la maison. Le processus va durer jusqu’à ce que la température désirée soit atteinte.

Chauffe-eau en circuit fermé

Énergie Solaire DC Inc., offre le système le plus efficace nommé « chauffe-eau en circuit ferme ».
Ce système est très utilisé sur le marché nord-américain parce qu’il offre deux protections : une contre le gel et l'autre contre la surchauffe.
Le système est equipé d’un contrôleur électronique avec possibilité de réglage de la température de l’eau; il peut aussi fonctionner en interaction avec un système de point comme l’électricité ou le gaz naturel.
La circulation du liquide (eau +glycol) est assurée par une pompe de circulation. Des capteurs de chaleurs sont installés à la sortie du collecteur et dans le réservoir d’eau pour assurer un meilleur fonctionnement du système.
Le contrôleur électronique reçoit toutes les informations des capteurs installés et la pompe de circulation sera mise en marche quand la température à la sortie du collecteur est de 8-10C supérieure à la température du réservoir. La pompe sera arrêtée quand le différentiel de température sera de 3-5C. Ce réglage permet d’assurer que l’eau prenne la température du collecteur pendant que la pompe fonctionne et évite que la pompe démarre trop souvent.

Pour des applications où le réseau électrique n’est pas disponible, des panneaux solaires sont installés pour assurer le fonctionnement de la pompe de circulation.

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