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parts solar water heater

Comment fonctionnent les panneaux solaires d’eau chaude?

Photo de panneaux solaires d'eau chaude sur le toit de la maison.

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Chris Woodford. Dernière modification: 4 avril 2020




NL’avant-dernière fois que vous obtenez est vraiment génial
facture d’électricité ou de gaz, la vôtre
les pensées peuvent se tourner vers les panneaux solaires. Ce ne serait pas bien si tu pouvais
capturer toute la puissance dont vous avez besoin du soleil? Des millions de personnes déjà
ils obtiennent leur énergie de cette façon, bien que principalement sous forme de chaleur
et pas pour l’électricité. Panneaux électriques solaires (également appelés cellules solaires)
ou cellules photovoltaïques) qui convertissent la lumière du soleil en électricité
seulement ils deviennent vraiment populaires; panneaux solaires thermiques, qui utilisent la lumière du soleil pour
produit de l’eau chaude, sont courants depuis des décennies. Même par temps relativement froid,
climat nordique, les systèmes solaires d’eau chaude peuvent couper
des montants importants pour les factures de carburant. Les systèmes typiques génèrent
quoi que ce soit de 10 à 90 pour cent de votre eau chaude et payer
dans environ 10-15 ans (même plus tôt si vous êtes
les utiliser pour quelque chose comme une piscine). Examinons de plus près comment ils
affaires!

Photo: faire de l’eau chaude gratuitement (enfin, après avoir payé l’équipement). Ce grand système de chauffage solaire est situé sur le toit face au soleil d’une maison de la ville de Golden, au Colorado.
Photographié par Warren Gretz par gentillesse US Department of Energy / National Renewable Energy Sources
Laboratoire d’énergie (DOE / NREL)
.

Comment construire un système de chauffage solaire

Photographie de tuyaux entrant et sortant du capteur solaire thermique sur le toit.

Photo: tuyaux qui amènent l’eau chaude vers et depuis le capteur solaire thermique et qui entrent dans votre maison.
Un joint en caoutchouc solide (colliers) empêche également la pluie froide! Photographié par Warren Gretz du Département américain de l’énergie / Laboratoire national des énergies renouvelables (DOE / NREL).

Imaginez que vous êtes un inventeur en charge d’un problème de développement
un système qui peut chauffer toute l’eau chaude dont vous avez besoin dans votre maison.
Vous avez probablement remarqué qu’il faut du temps pour se réchauffer?
En effet, il détient bien l’énergie thermique.
Nous disons qu’il a un high capacité thermique spécifique et c’est pourquoi nous l’utilisons
pour le transport de l’énergie thermique dans les systèmes de chauffage central. Pouvons-nous concevoir un simple solaire
système de chauffage utilise uniquement de l’eau?

Mettez une bouteille en plastique remplie d’eau froide dans la fenêtre, au soleil et
il se réchauffera un peu en quelques heures. Le problème est, un
une bouteille d’eau n’ira pas très loin si vous avez une maison pleine
les gens. Comment pouvez-vous faire plus d’eau chaude? La solution la plus simple serait
remplir beaucoup de bouteilles d’eau et les mettre en rang sur la fenêtre.

Ou peut-être que vous êtes plus rusé. Et si vous coupez le haut et
le fond d’une bouteille en plastique et des tubes placés à chaque extrémité, les amenant
tuyaux dans un réservoir d’eau chaude dans votre maison pour faire de l’eau complète
assemblage. Maintenant, montez la pompe quelque part dans cette boucle, puis l’eau
il tourne sans fin. Ce qui va arriver c’est qu’il y aura du soleil
chauffer systématiquement toute l’eau chaude de votre ballon (même si cela vous arrivera
ne chauffe jamais parce que les bouteilles en plastique
Les volets des fenêtres ne sont pas très efficaces pour capter la chaleur). Mais u
théoriquement, vous avez ici un système de chauffage solaire qui n’est pas
à un million de kilomètres de ceux que les gens ont mis par eux-mêmes
les maisons. C’est très brut, mais cela fonctionne exactement de la même manière.

Parties d’un système d’eau chaude solaire thermique

« … L’une des mesures les plus efficaces et les plus efficaces qu’un État puisse prendre est d’encourager l’utilisation de systèmes d’eau chaude solaire – une méthode bien développée et relativement peu technologique pour utiliser l’énergie solaire. « 

Larry Hunter, New York Times (Op Ed), 2009

En pratique, les systèmes de chauffage solaire sont un peu plus sophistiqués que cela. Ce sont les principales parties:

Collectionneur

Photographie d'un capteur de chaleur solaire avec des panneaux sur le toit de la maison.

Photo: Un panneau d’eau chaude solaire typique utilise ce capteur plat. Photographié par Alan Ford, gracieuseté du Département américain de l’énergie / Laboratoire national des énergies renouvelables (DOE / NREL).

Il s’agit du nom technique d’un grand tableau noir posé sur votre toit. Petites maisons (ou ces maisons)
dans les climats plus chauds) peuvent être abrités avec des plaques beaucoup plus petites que les plus grandes
les maisons (ou celles aux climats plus froids); généralement les collectionneurs varient en taille
d’environ 2 à 15 mètres carrés (~ 20 à 160 pieds carrés). Sans surprise, les collectionneurs travaillent
plus efficace sur les toits qui ont un accès direct non débloqué
une vue sur le soleil (avec quelques arbres ou bâtiments le long du chemin). Large
parlant, il existe deux types de collecteurs appelés plaques plates et
tuyau évacué.

Collecteurs plats

Les assiettes plates sont les collectionneurs les plus simples: dans leur
ils sont un peu plus que des conduites d’eau traversant un métal peu profond
boîtes doublées de verre noir épais. Le verre recueille et piège le verre
la chaleur (comme une serre), que l’eau passe à travers les tuyaux
prend et transfère à votre réservoir d’eau chaude.

Tuyaux évacués

Ce sont un peu plus sophistiqués. Ils ressemblent à une chaîne
lampes latérales fluorescentes, autres que d’absorber la lumière plutôt que de la diffuser.
Chaque tube de la série est en fait composé de deux tubes en verre, intérieur et extérieur, séparés par un vide isolant
l’espace (comme les bouteilles à vide).
Le tube intérieur est recouvert d’un produit chimique absorbant la lumière et est rempli d’un conducteur en cuivre et
un liquide volatil qui se réchauffe, s’évapore, transfère sa chaleur au tube intérieur jusqu’à ce qu’il recueille
Un appareil (appelé collecteur) en haut, où il se condense et retourne au bas du tuyau, recueille plus de chaleur.
Le collecteur récupère la chaleur de toute une série de tuyaux et la transfère à votre ballon d’eau chaude.
Contrairement aux capteurs plats, les tuyaux évacués ne permettent pas à tant de chaleur de s’échapper
encore une fois, ils sont donc plus efficaces. Cependant, depuis l’année
ils sont un peu plus high-tech et plus sophistiqués, ils sont généralement beaucoup plus
cher.

Photographie d'un capteur solaire thermique tubulaire évacué sur le toit de la maison.
Le brevet US 4 474 170 montrant des parties clés d'un panneau solaire à eau chaude sous la forme d'un tube évacué.

Photo: collecteur de tuyaux évacué. Remarquez le collecteur gris en haut et le tuyau d’eau blanche qui le traverse. Photo gracieuseté de Kent Bullard, du U.S.National Park Service et du U.S.Department of Energy / National Renewable Energy Laboratory (DOE / NREL). Oeuvre: Comment ça marche: De nombreux tuyaux parallèles évacués (bleu) reçoivent l’énergie solaire concentrée des réflecteurs paraboliques de chaque côté (jaune), qu’ils envoient à un échangeur de chaleur et à un collecteur combinés (brun), à travers lesquels l’eau chaude (ou d’autres flux) liquide)
des tuyaux d’entrée et de sortie. Oeuvres d’art de
Brevet américain 4 474 170: capteur solaire à tube de verre évacué de la chaleur du verre par Robert D. McConnell et James H. Vansant, U.S.Department of Energy, 2 octobre 1984.

Fonctionnement du collecteur de tuyaux évacué.

Oeuvre d’art: un regard plus attentif sur le fonctionnement du collecteur évacué. 1) Le cuivre dans le tube intérieur absorbe la chaleur solaire et évapore les liquides volatils. 2) Le liquide évaporé soulève le tuyau vers le collecteur en haut et cède sa chaleur. 3) L’eau qui coule à travers le collecteur récupère la chaleur de tous les tuyaux qui y sont connectés. 4) Le liquide se condense et retourne à travers le tuyau pour répéter la procédure.

Ballon d’eau chaude

Il ne sert à rien de recueillir la chaleur du toit si vous en avez
nulle part où le stocker. Heureusement, votre maison a déjà la sienne
ballon d’eau chaude (sauf si vous ne disposez pas d’une chaudière dite « combinée » à gaz
qui fait de l’eau chaude instantanée) qui peut être utilisée pour stocker la chaleur de votre collecteur; c’est une sorte « d’eau chaude »
une batterie que vous chauffez en période économique favorable (généralement
nuit) prêt à l’emploi pendant la journée. Si vous n’avez pas de ballon d’eau chaude,
vous devrez en avoir un équipé. Plus il y a de personnes dans votre ménage
le plus grand réservoir dont vous aurez besoin. Un réservoir typique pour
une maison familiale peut représenter environ 100 à 200 litres (30 à 60 gallons).

Échangeur de chaleur

Les panneaux solaires fonctionnent généralement en transférant la chaleur de
collecteur dans le réservoir à travers un circuit spécial et un
échangeur de chaleur
La chaleur collectée par la plaque chauffe l’eau (ou l’huile ou
un autre liquide) qui est versé dans du cuivre à travers un cercle de tuyaux
serpentin à l’intérieur de votre réservoir d’eau chaude. La chaleur est ensuite transférée au chaud
le réservoir d’eau et l’eau refroidie (ou liquide) est renvoyée au collecteur
pour récupérer plus de chaleur. L’eau dans le collecteur ne se dessèche jamais réellement
dans votre réservoir: à aucun moment l’eau qui était sur votre toit ne sort
à travers le robinet!

Photographie de capteurs d'énergie solaire et thermique utilisant des miroirs et des conduites d'eau.

Photo: un système d’eau chaude solaire différent et beaucoup plus grand. Cela utilise des miroirs paraboliques pour collecter l’énergie solaire
et se concentrer sur les conduites d’eau qui traversent leurs centres. L’eau est pompée dans le bâtiment en arrière-plan
(Prison du comté de Jefferson à Golden, Colorado). Photographié par Warren Gretz du Département américain de l’énergie / Laboratoire national des énergies renouvelables (DOE / NREL).

Pompe

L’eau ne coule pas entre le collecteur et le réservoir
seul: il faut une petite pompe électrique pour circuler.
Si vous utilisez l’électricité ordinaire pour le débit d’eau, l’énergie
dépenser la pompe compensera
certains des avantages de l’utilisation de l’énergie solaire thermique réduisent les bénéfices
ce que vous faites et prolongez le délai de remboursement. Intelligent, certains
les systèmes solaires thermiques utilisent des pompes solaires électriques (photovoltaïques)
au lieu de cela, ce qui signifie qu’ils travaillent entièrement sur les énergies renouvelables.
La bonne chose à propos de cette conception est que la pompe solaire est la plus
actif les jours très ensoleillés (lorsque la plupart de l’eau chaude est produite)
et moins actif les jours froids et sombres (quand, peut-être, vous ne voulez pas votre propre
panneau solaire du tout pour travailler).

Système de contrôle

Si c’est le milieu de l’hiver et que votre toit gèle, le
La dernière chose que vous voulez est de transférer l’eau glacée dans la vôtre
réservoir d’eau chaude! Par conséquent, un système de contrôle est généralement inclus
à un panneau solaire thermique avec une vanne d’arrêt
circuit d’eau par temps froid. Un système de contrôle typique peut contenir tout ou partie
suivants: pompe, débitmètre, manomètre, thermomètre
(pour voir à quel point l’eau est chaude) et le thermostat (si vous éteignez la pompe si
l’eau devient trop chaude).

Quelle est la qualité de l’énergie solaire?

En pure efficacité, les panneaux solaires thermiques sont trois fois plus efficaces (50% ou plus) dans la récolte
l’énergie sous forme de panneaux solaires-électriques (photovoltaïques) (généralement environ 15 pour cent), mais cela ne signifie pas qu’ils sont
trois fois mieux: tout dépend de ce que vous voulez de l’énergie solaire. Si vous vivez dans une telle maison familiale, les gens sont emmenés
bains et douches tout le temps, surtout en été, le bain solaire prend tout son sens.
Un système décent devrait être en mesure de produire environ la moitié ou les deux tiers des besoins annuels totaux en eau chaude dans une maison
(toute votre eau chaude au milieu de l’été et très moins en hiver). Manque évident de chaleur solaire
c’est qu’elle ne produit que de l’eau chaude – et vous ne pouvez en faire que beaucoup; contrairement au photovoltaïque, les panneaux solaires thermiques ne peuvent pas vous aider à chauffer votre maison ou à produire de l’énergie vraiment polyvalente et de haute qualité sous forme d’électricité.
Le temps de récupération typique pour la chaleur solaire (lorsque l’investissement initial en capital a porté ses fruits pour économiser du carburant) est
environ une décennie, avec une plage de 5 à 15 ans (en fonction du prix du carburant économisé, de la quantité de soleil
votre maison et la quantité d’eau chaude que vous utilisez).

Voici un très une comparaison approximative des délais de remboursement pour différents types d’énergie verte.
Cela dépend complètement de ce que vous installez, de ce que vous remplacez, vous n’utilisez pas de carburant existant
au lieu de cela, combien vous avez utilisé les anciens et les nouveaux systèmes et divers autres facteurs (tels que les allégements fiscaux),
alors ne prenez pas les chiffres trop à la lettre.

Mesurer Retour
Eau chaude solaire 5-30 ans
Solaire photovoltaïque 8-25 ans
Isolation du grenier 2 à 5 ans
Isolation des murs creux 2-3 ans
Un petit moulin à vent 5 à 15 ans
Pompe à chaleur géothermique 10-50 ans
Brûleur à bois 2 à 5 ans

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