La technologie du tube sous vide
Garantie de 2 ans sur
Comparaison en imagerie thermique IR des deux technologies: Les tubes sous vide génèrent moins de pertes que les capteurs plans.
Sur la photo thermique on voit que la chaleur en blanc se concentre uniquement au niveau du collecteur sur le capteur à tube, et ne se perd pas.
Un capteur solaire "sous vide" est composé d'une série de tubes transparents en verre. Dans chaque tube il y a un absorbeur pour capter le rayonnement solaire et un échangeur pour permettre le transfert de l'énergie thermique. Les tubes sont mis sous vide pour éviter les déperditions thermiques convectives de l'absorbeur et l'absorbeur reçoit un traitement sélectif pour empêcher le rayonnement. Ainsi, on peut réaliser des capteurs solaires performants sans une isolation thermique rapportée ou un coffre de protection.
Pour être efficace le vide doit être poussé < 10-3 Pa. Un tube devient inutile s'il n'est pas totalement hermétique et il faut le changer pour préserver la performance de l'ensemble du capteur. Afin de visualiser cette éventualité, les tubes sont munis d'un témoin (getter) en baryum, qui dépose une couche métallisée sur l'intérieur du tube pendant la fabrication. Cette couche argentée de baryum devient blanc en contact avec l'air et ainsi sert de témoin à la perte de vide.
Témoin et clips pour fixation en bout de tube
Le bout du tube est argenté si le vide
est effectif, sinon il devient blanc
A surface d'absorbeur égale, le rendement est généralement meilleur que celui d'un capteur plan, surtout à des températures élevées (>60°C).
Graphique schématique montrant les performances comparées des différents types de capteurs solaires thermiques.
Mais attention, les surfaces utiles d'un capteur à tubes sous vide et d'un capteur plan sont difficilement comparables.
Le capteur à tube sous vide à "Caloduc"
La différence avec le capteur à circulation directe est que l'échange de chaleur a lieu suivant un mécanisme naturel d'évaporation et de condensation d'un fluide. Cet instrument d'échange thermique est appelé un caloduc.
Le caloduc est en contact avec l'absorbeur, il permet de transmettre la chaleur captée hors du tube pour chauffer un fluide dans le collecteur..
Il y a toujours une liaison verre/métal hermétique entre le tube sous vide et le passage du caloduc, mais la liaison entre le tube et le collecteur est à sec. Ainsi, les tubes peuvent être fixés au collecteur après son installation et dans le pire des cas, un tube cassé peut être remplacé sans déposer le restant du capteur. Par contre, les tubes doivent être inclinés afin de permettre la thermocirculation du fluide dans le caloduc.
Schéma de fonctionnement du capteur sous vide à caloduc et sa liaison avec le collecteur
- Collecteur isolé à l'intérieur de l'enveloppe de protection
- Condenseur du caloduc
- Circulation de l'eau dans le collecteur
- Tube cuivre étanche
- Absorbeur
- Liquide descendant
- Vapeur montante
- Tube de verre sous-vide
C'est le principe d'enveloppe sous vide utilisée pour garder les boissons chaudes dans une bouteille Thermos. Le tube intérieur sert d'absorbeur car la surface est traitée pour être absorbante et sélective. Ca veut dire qu'elle capte le rayonnement solaire, mais en chauffant, elle émet très peu de rayonnement infrarouge. La chaleur est transmise hors de l'enveloppe sous vide du tube par la circulation d'un fluide en contact avec l'absorbeur ou par un caloduc.
Cette technique a été développée tout d'abord à l'Université de Sydney en Australie. Actuellement elle est une technique chinoise, où quelques 5 millions de mètres carré de capteurs à tube sous vide sont fabriqués chaque année. En effet, cette technique considérée comme "Hi-Tech" en Europe représente 65% du marché chinois.
La fabrication des tubes et l'assemblage des capteurs sont simplifiés, car il n'y a pas de soudures verre/métal.
Transfert et échange de chaleur par caloduc
Eau Chaude Gratuite, Grâce à l'Énergie Solaire
La technologie de chauffage solaire par tubes sous vide existe depuis plusieurs années, mais était plus complexe à installer mais grâce à notre chauffage solaire à tube sous vide d'air il est maintenant encore plus facile de transformer l'énergie du soleil pour profiter d'une quantité infinie d'eau chaude gratuite. Chaque panneau solaire installé, peut réduire de 150 à 300kg le CO² chaque année. Nous pouvons vous fournir le meilleur système de production d'eau chaude solaire disponible sur le marché et au meilleur prix. Nous allons vous permettre d'économiser sur vos factures d'eau chaude sanitaire, tout en préservant notre planète ! Le tube sous vide pour le chauffage solaire est conçu pour chauffer l'eau à une température minimum de 65°C avec des conditions climatiques favorables, dans des applications domestiques ou commerciales. L'énergie solaire peut être utilisée pour chauffer un chauffe-eau, un plancher chauffant ou pour le chauffage des piscines. Les 12 m² de panneaux utilisés pour chauffer un bassin de 10 x 5 m réduiraient à eux seul 2700 kg d'émission de co² en UNE SEULE ANNEE ! Les panneaux solaires par tubes sous vide, sont la clef des principales économies d'énergie, mais aussi, de par leur conception, sont exceptionnellement et terriblement efficaces.
Fonctionnement du système solaire
Fonctionnement d'un Tube Solaire sous vide
ATTENTION TRES CHAUD
La pipe en cuivre, sur le sommet du tube sous vide, peut atteindre une température de 250 C°
Le rayonnement solaire reçu par un capteur solaire varie considérablement en fonction du lieu d'implantation, de son orientation, de son inclinaison et de la présence de masques éventuels.
Suivant le cas, chaque paramètre peut avoir plus ou moins d'impact, il faut alors être capable d'apprécier leur importance cas par cas.
Le lieu géographique
D'abord, il faut préciser que le rayonnement solaire est largement suffisant pour un chauffe-eau ou un système de chauffage solaire partout en Europe. Cependant les variations entre le Nord et le Sud sont réelles.
Est-ce qu'il y a assez de soleil dans le Nord de la France pour une installation solaire ?
Oui ! il y a assez de soleil pour utiliser l'énergie solaire partout en Europe, mais c'est évident que le rendement est meilleur quand l'ensoleillement est plus favorable.
Dans le cas d'un chauffe-eau solaire utilisé pendant toute l'année, le rendement augmente en allant du Nord au Sud. Dans un cas d'exemple, un chauffe-eau solaire moyen peut fournir 50% des besoins d'eau chaude à Lille, 56% à Paris, 66% à Bordeaux et 75% à Marseille. Mais les besoins sont plus importants dans le Nord et tout de même, le chauffe-eau solaire à Lille produit 50% des besoins en eau par an.
Une installation dans le Sud de la France peut être plus petite qu'une installation dans le Nord de la France, avec les mêmes résultats, diminuant ainsi l'investissement. Cependant, un ou deux mètres carrés de capteurs de plus ou de moins ont relativement peu d'incidence sur le coût global de l'installation.
Pour une utilisation saisonnière, la différence entre le Nord et le Sud est plus nuancée.
En été, l'ensoleillement ne varie pas beaucoup entre le Nord et le Sud. Ainsi, un système de chauffage d'une piscine en plein air peut être plus avantageux dans le Nord que dans le sud de la France, car les besoins seront plus importants et l'installation dans le Nord sera utilisée avec un bon rendement pour plus longtemps.
Pour un chauffage solaire, les régions avec une période de chauffage longue sont favorisées. Il est vrai que les apports solaires en hiver seront faibles dans le Nord de la France, mais pendant le printemps et l'automne le système solaire pourrait marcher à plein régime pour satisfaire les besoins de chauffage encore importants.
L'Europe (et la France) est divisée en 3 zones "solaires". Noter que le plus grand marché de capteurs solaires se trouve en Allemagne et dans la zone avec le plus faible ensoleillement.
Orientation et inclinaison
Idéalement, le capteur doit être orienté plein Sud et incliné à un angle perpendiculaire au rayonnement solaire, soit un angle de 50° en moyenne, par rapport à l'horizontal. Mais les écarts plus ou moins importants sont envisageables pour suivre la pente de votre toit, car les pertes de performance avec les panneaux à tubes sont souvent faibles.
Le tableau ci-dessous montre des estimations de la couverture des besoins d'eau chaude (fraction solaire) par un chauffe-eau solaire à Lyon suivant l'orientation et l'inclinaison des capteurs.
L'installation prise comme exemple est composée de 5 m2 de capteurs avec un ballon de 300 litres et une consommation d'eau chaude chaude de 200 litres à 50°C par jour.
|
Fraction solaire d'un chauffe-eau solaire en % |
Inclinaison des capteurs |
|||
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L'orientation des capteurs |
Période de l'année |
20° |
50° |
90° |
|
Sud |
Janvier |
26% |
29% |
27% |
|
Juillet |
97% |
96% |
79% |
|
|
Année |
65% |
66% |
55% |
|
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Sud Est/Sud Ouest |
Janvier |
25% |
26% |
23% |
|
Juillet |
97% |
96% |
84% |
|
|
Année |
64% |
63% |
53% |
|
|
Est/Ouest |
Janvier |
21% |
19% |
15% |
|
Juillet |
97% |
95% |
82% |
|
|
Année |
61% |
57% |
45% |
|
Notes sur le tableau :
- La "fraction solaire" est la partie de l'énergie nécessaire pour produire de l'eau chaude qui est fournie par le système solaire, le restant sera fourni par l'appoint. C'est une notion commode pour estimer les performances moyennes pendant une période donnée (mois ou année). Dans ce calcul, l'énergie solaire sert au préchauffage de l'eau chaude sanitaire et il n'est pas possible de simuler le nombre de jours où l'énergie solaire fournit de l'eau chaude sans appoint.
Ainsi en hiver, un capteur solaire faiblement incliné peut absorber le rayonnement diffus pendant toute la journée sans capter le rayonnement direct, l'énergie produite sera utile pour le préchauffage de l'eau chaude sanitaire. toutefois la température sera trop basse pour une utilisation sans appoint. Par contre, les capteurs fortement inclinés ou même verticaux, vont capter le rayonnement direct et pendant une période relativement courte, ils peuvent fournir de l'eau chaude à une température utile sans appoint.
- L'orientation Sud donne les meilleures performances et surtout avec une inclinaison de 40 à 50°. Cependant, une inclinaison de 20° comme les toits dans le midi de la France, offre des meilleurs résultats en été et des performances excellentes en moyenne annuelle.
- Plus l'écart de l'orientation Sud est grand, plus les performances en hiver diminuent.
- Dans le cas de systèmes de chauffage solaire, les capteurs doivent être orientés et inclinés d'une façon optimale. La position verticale est souvent favorisée car les performances sont très bonnes en hiver et relativement faibles en été. Ainsi, la surchauffe provoquée par une surface de capteurs dimensionnée pour le chauffage en hiver est réduite en été.
L'inclinaison d'un capteur par rapport aux 3 composants du rayonnement solaire.
Un Chauffe eau solaire fonctionne même par temps nuageux grâce au rayonnement diffus et aidera par exemple votre chaudière à compenser sans effort les degrés manquants.
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