Catégories
parts solar water heater

Régulateur solaire. Régulateur différentiel Solartwin pour le chauffage solaire de l’eau

Régulateur solaire pour systèmes solaires thermiques avec pompe PV: Introduction.

Comment Solartwin est-il contrôlé? Cet appareil est un contrôleur solaire différentiel à zéro carbone, conçu en interne exclusivement pour les systèmes de chauffe-eau solaires à énergie solaire. Le contrôleur solaire surveille les trois températures, le panneau solaire, le haut et le bas du cylindre et permet à la pompe solaire de fonctionner lorsqu’il y a de la chaleur utile qui peut être stockée dans le panneau. Les jours d’été les plus ensoleillés, lorsque peu d’eau est utilisée, le régulateur peut également signaler un excès de chaleur en fin de journée pour empêcher le cylindre de surchauffer à cause des rayons du soleil.
Régulateur solaire

Régulateur solaire: comment ça marche

Le régulateur solaire thermique de Solartwin n’utilise pas d’électricité car il est alimenté par le soleil sur un panneau photovoltaïque (PV). Il stocke ensuite l’énergie pendant la nuit dans des supercondensateurs, qui libèrent de l’énergie en continu pendant 24 heures. Contrairement aux batteries rechargeables, les supercondensateurs sont bien meilleurs. Ils sont conçus pour 500 000 cycles de charge-décharge, de sorte que votre contrôleur solaire thermique est conçu pour que vous n’ayez pas besoin d’entretien pendant la durée de vie de vos panneaux. Le contrôleur solaire lui-même consomme généralement moins de 0,1 W d’énergie lors d’une utilisation normale, donc la balance, i. Jusqu’à 5 W, disponible pour pomper l’eau à travers le panneau solaire.

Que doit faire le client?

Vous n’avez rien à faire pour un système entièrement installé. Le contrôleur solaire sera entièrement installé pour vous et sera dans votre confort (généralement dans l’armoire de rayonnement juste à côté du cylindre). La lecture de la température à l’avant du régulateur est la température en haut du cylindre. Vous verrez également une image du panneau solaire dans le coin supérieur gauche (comme illustré ci-dessus). Si les flèches pointent vers l’intérieur, la table de cuisson peut économiser de l’énergie et la pompe doit être démarrée une fois le régulateur chargé. En d’autres termes, il est pompé lorsque la température sur la table de cuisson est plus chaude que l’eau au fond de votre ballon d’eau chaude. En de rares occasions, lorsque les flèches pointent vers l’extérieur, cela indique que le contrôleur solaire tente de refroidir le cylindre à sa température de fonctionnement maximale normale. C’est pour votre sécurité dans des conditions extrêmement ensoleillées. Dans l’état extrêmement improbable où le symbole de clé apparaît dans le coin supérieur droit, cela indique une erreur. Ensuite, vous devez immédiatement appeler Solar Twin au 0344 567 9032.

Nous espérons que vous apprécierez l’utilisation du contrôleur solaire Solartwin Zero Carbon et apprécierez de regarder
le système vous fait économiser de l’argent.

Vous trouverez ci-dessous le texte du travail avec le contrôleur de pompe solaire Solartwin présenté lors des conférences Eurosun à Lisbonne, Portugal, en octobre 2008.

Régulateur thermo-solaire Zero Carbon Solar

Barry Johnston BSC, MSC, PGCE-FE1 * et Simon Sharp2
1Solar Twin Ltd., 50 Watergate Street, Chester, Cheshire, CH1 2LA, Royaume-Uni, Tél: +44 1244403404
2 Solar Twin, Ageito, 4940-681 Rubià £ es, Paredes de Coura, Portugal, Tel: +351 913 759 291

Auteur correspondant, barry (at) solartwin.com

Résumé (Régulateur solaire thermique solaire à zéro carbone ES0833)
Le régulateur solaire zéro carbone est une innovation de Solar Twin qui permet au chauffage solaire de l’eau de se débarrasser du talon d’Achille: important gaspillage de CO2 associé à l’utilisation de pompes de puissance pour faire circuler le liquide dans les panneaux solaires. La présente invention est un contrôleur solaire photovoltaïque (PV) qui comprend une pompe CC sans balais sans balai lorsque l’eau sur la plaque est suffisamment chaude pour s’accumuler. Cette innovation pourrait augmenter les économies de carbone dans les systèmes de chauffage solaire de l’eau d’environ 20%. Ces systèmes offrent une plus grande durabilité de l’industrie solaire thermique en évitant le retour de l’énergie potentielle à l’énergie solaire thermique conventionnelle. Le chauffage solaire de l’eau peut maintenant devenir vert.

Mots-clés: chauffe-eau solaire, régulateur solaire, zéro carbone, solartwin.

1. Introduction

Solartwin est un système solaire thermique innovant conçu pour le chauffage solaire de l’eau, utilisant un certain nombre de caractéristiques de conception uniques, le pompage PV, des tuyaux flexibles en caoutchouc de silicone, un régulateur solaire à énergie solaire et une large gamme de polymères. La principale préoccupation de l’industrie des énergies renouvelables dans son ensemble concerne l’empreinte carbone dans la production, l’installation et l’exploitation des technologies des énergies renouvelables.

Se concentrer sur les facteurs opérationnels du carbone (récupération du carbone) et la nécessité de le maintenir au minimum ou même de l’éliminer complètement a été un défi majeur pour l’industrie solaire thermique. En ce qui concerne les systèmes solaires thermiques, une étude du gouvernement britannique qui a financé1 huit systèmes de chauffe-eau solaires domestiques a confirmé ce que l’on soupçonnait depuis longtemps: l’utilisation de l’environnement solaire peut être considérablement améliorée en supprimant le réseau électrique. Dans ce rapport, les systèmes de chauffe-eau solaires à écran plat ont rejeté en moyenne 17% de leurs avantages potentiels du réchauffement climatique (c’est-à-dire des économies de CO2) en utilisant le réseau électrique. Pour les tuyaux évacués, leur perte est en moyenne encore plus élevée, généralement de 23%. En d’autres termes, si l’alimentation solaire fonctionne depuis dix ans, la consommation d’électricité peut annuler les économies de CO2 en deux ans environ.

Cependant, alors que la majeure partie de l’Europe utilise des systèmes solaires thermiques avec des grilles de pompage, même trois, trois formes relativement bien connues de systèmes solaires thermiques ont un retour carbone. Il s’agit des systèmes dans lesquels le volume d’eau stocké fait partie du collecteur lui-même, refusant ainsi tout besoin de pompage, et deux autres systèmes dans lesquels le collecteur est séparé du stockage d’eau. Dans le premier d’entre eux, où le panneau solaire est situé sous le stockage, le thermosystème peut être pompé, car l’eau chaude est moins dense. Dans le second, la plaque peut être située au dessus du réservoir d’eau, et le pompage se fait entièrement avec des appareils photovoltaïques. C’est cette dernière option qui est envisagée dans cet article.

Le cycle de vie récent de trois technologies de microgénération2 éolien, photovoltaïque et solaire thermique a révélé que l’eau chaude solaire à zéro carbone restitue six fois l’énergie utilisée dans la production du système sur une durée de vie estimée de 25 ans. Par conséquent, en tant qu’innovateurs dans le secteur des énergies renouvelables, nous avons considéré que l’adoption d’eau chaude solaire sans carbone est un problème qui doit être résolu, non pas spécifiquement pour le système solaire jumelé car il s’agissait déjà d’une pompe photovoltaïque et de zéro carbone en fonctionnement, mais pour l’industrie dans son ensemble. . En gardant à l’esprit les améliorations de l’impact opérationnel du carbone, nous avons développé un contrôleur de température différentielle qui peut être utilisé pour contrôler une variété de systèmes de chauffage solaire photovoltaïque (ou basse tension CC), y compris le système Solartwin.

Tableau 1. Comparaison de la consommation d’électricité du système solaire thermique. La valeur gaz-électrique du carbone 2,5 a été utilisée dans le document. (Données tirées d’une étude financée par le gouvernement britannique1 de huit systèmes de chauffe-eau solaires http://www.berr.gov.uk/files/file16826.pdf)

2. Développement

Notre objectif principal dans le développement de cette innovation était la carbonisation zéro de la plupart des systèmes solaires thermiques domestiques standard. Nous avons considéré divers éléments pour permettre cela et nous avons estimé que les critères suivants doivent être appliqués à notre régulateur solaire thermique solaire nucléaire. Devrait:

  • Utilisez uniquement de l’énergie photovoltaïque (bien qu’avec l’option DC à faible puissance)
  • Soyez suffisamment flexible pour travailler avec une large gamme de pompes PV et DC
  • Avoir une variété de programmes logiciels embarqués standard facilement sélectionnés pour personnaliser une gamme de systèmes solaires thermiques et permettre une personnalisation plus poussée par l’ingénieur dans les programmes d’exploitation standard

Nous étions également convaincus que le régulateur devait être axé sur le consommateur et non sur l’ingénierie, ce qui signifie qu’il devait:

  • Soyez impeccablement sûr et facilement adapté aux professionnels et à ceux qui installent des panneaux solaires à domicile pour le faire vous-même
  • Soyez simple et protégé contre les actions non autorisées, par exemple, sans bouton d’interface à l’avant de l’unité, ce qui signifie qu’il ne peut pas être programmé ou déprogrammé sans d’abord dévisser l’unité.
  • Avoir un besoin minimal de remplacer les composants en retirant les batteries et les relais mécaniques. (La plupart des batteries rechargeables ne peuvent fonctionner qu’avec 200 à 1000 cycles de charge / décharge, tandis que les relais se dégradent aux points de contact physiques.)

D’autres éléments essentiels à la conception et au fonctionnement optimal du régulateur ont également été ressentis:

  • Il devrait utiliser très peu d’énergie en fonctionnement car l’alimentation PV est chère
  • Utilisez un microprocesseur intégré
  • Offrir un affichage de diagnostic simple des situations où le contrôleur ne fonctionne pas correctement (par exemple, éteindre le capteur)
  • Que le contrôleur doit être livré préprogrammé

Lors de l’élaboration du système, nous avons jugé important d’élaborer un plan de développement pour nous assurer de répondre aux besoins des consommateurs et des organismes de réglementation concernés. Notre perspective initiale après avoir identifié l’écart sur le marché de l’énergie solaire thermique était de mettre de la valeur sur cet écart, puis d’identifier les problèmes réglementaires pour les marchés mondiaux pertinents. La phase préparatoire suivante consistait à définir les limites avec une note où les extensions de bordure sont optimales.

En commençant par le développement de produits, nous avons défini plusieurs solutions au problème du retour du carbone dans la technique de l’industrie solaire, techniquement, à la fois dans le cœur et dans l’extension. Nous avons ensuite examiné les problèmes frontaliers et décidé ensuite, sur la base des coûts et des avantages, où ils devraient être:

  • Inclus dans la version 1
  • Autorisé comme une simple itération de la version 1
  • Il ne peut être intégré que comme une version mise à jour 1

Nous avons progressé dans la résolution de ces problèmes dans le développement de matériel et de logiciels, ainsi que dans la réalisation de tests en laboratoire et sur le terrain, puis dans le développement de produits.

Enfin, nous avons effectué un examen réglementaire, terminé la documentation du produit et mis sur le marché la version 1 d’une manière prédéfinie, après avoir précédemment effectué des études de marché et sur les concurrents.

3. Spécifications du produit

Nous avons conçu le système avec un fonctionnement à très faible consommation, en gardant à l’esprit un contrôleur conçu à partir de zéro, et non comme une modification d’un contrôleur de réseau. La commutation des pompes se fait à l’aide d’un thyristor et non d’un relais pour économiser l’énergie.

L’une de nos premières spécifications de conception était que le régulateur ne devrait pas exiger le remplacement de la batterie pendant un cycle de vie supérieur à 20 ans. Notre contrôleur innovant utilise le stockage d’électricité via un super condensateur avec 500 000 cycles de charge / décharge (les batteries rechargeables n’offrent qu’environ 600 cycles). Les supercondensateurs se chargent dans la lumière du petit matin, lorsque le système solaire thermique est probablement froid et qu’il n’y a pas assez d’énergie pour démarrer le pompage PV autour du système.

Nous utilisons également la logique de détection du mode jour / nuit pour réduire la consommation d’énergie en augmentant le temps de test des capteurs la nuit. Les super condensateurs offrent plus de 30 heures de sauvegardes d’écran et plus de 7 jours de programmes de sauvegarde sans alimentation. Le contrôleur passera à 1A DC et intégrera la protection de surcharge interne contre la surcharge. Il convient pour un fonctionnement avec des PV de 18 et 36 cellules, une tension nominale de 11-21 V en circuit ouvert jusqu’à 20 W, avec la possibilité de l’augmenter si nécessaire. Il existe également une option alternative pour faire fonctionner une alimentation DV basse tension.

Notre contrôleur innovant utilise un microprocesseur intégré avec trois capteurs (capteur de panneau PT1000) et un affichage de la température qui peut être supérieur à la température du cylindre (par défaut) ou un affichage avec les trois capteurs. L’opération utilise à la fois la logique primaire et secondaire.

La logique primaire offre:

  • Contrôle différentiel
  • SUR DT de 4-15C
  • OFF DT = de 2 degrés en dessous de ON DT à 2 degrés
  • Le temps de débordement de la pompe peut être réglé entre 0 et 300 secondes

Alors que la logique secondaire offre:

Que faire à des températures élevées du cylindre? – Il y a 3 options
je. Pompe en marche (toujours utilisée avec Solartwin)
ii. Pompage (pour la plupart des panneaux solaires thermiques conventionnels)
iii. La pompe reste différente (parfois utilisée avec l’énergie solaire thermique conventionnelle)
La température de mise en œuvre de la logique secondaire peut être sélectionnée entre 65 et 85C

La spécification technique du contrôleur était une préoccupation majeure, et avec des spécifications supérieures à l’esprit, nous avons développé une unité avec les spécifications suivantes:

  • Plage de température: -30C ~ + 200C sur le panneau et 0C à 105C sur le cylindre
  • Temps d’échantillonnage de la température: 30 secondes pendant la journée, mais plus lent la nuit
  • Types de capteurs

je. Capteur TP: PT1000 (-30C ~ + 200C), silicone 12m / 15m noir ou jaune
ii. Capteur TA: 103AT2 (0 C ~ + 110C), fil PVC coaxial noir ou rouge
iii. Capteur TB: 103AT2 (0 C ~ + 110C), fil coaxial PVC coaxial noir ou bleu

  • Alimentation externe PV 18 – 36 cellules PV, 5-30W, toutes dans ces limites globales, max 24V DC et max. 1,7 A, la valeur la plus basse étant retenue.
  • Sortie et contrôle de la pompe. (La vitesse variable provient de la sortie PV).
  • Mémoire au design économe en énergie
  • Matériaux du boîtier: La boîte principale est en ABS.
  • Programme avec 3 clés à l’intérieur du cadre
  • Supercondensateur de condensateur 2 x 50F. (Généralement 500 000 cycles de recharge)
  • Le commutateur est un mosfet max 60V 3.7A top 25A
  • Le courant de fusible maximum avec réinitialisation automatique est de 1,5 A à 1,8 A.
  • Tolérance de tension CI 4-24V normale ou temporaire (moins de 1 seconde) à 40V

4. Régulateur solaire thermique solaire à zéro carbone Solartwin en cours d’utilisation

Ce régulateur solaire permet potentiellement à la plupart des types de systèmes solaires thermiques pompés de devenir zéro carbone. Comme utilisé avec Solartwin, en amont du régulateur est une carte PV, et en aval d’une pompe avec un moteur à courant continu à balais. Le contrôleur fournira un contrôle différentiel de la pompe ainsi que des fonctionnalités supplémentaires. L’alimentation est stockée pour le processeur et affichée la nuit, mais pas pour la pompe, bien que cela puisse être ajouté en option. Le contrôleur fera fonctionner des pompes CC CC jusqu’à 25 W et 22 V. Sur le système solaire thermique Solartwin, nous utilisons un moteur 12V DC DC sur une pompe à membrane avec un cristal PV à 18 cellules.

Sl. 1. Chauffage solaire de l’eau simplifié de Solartwin

La conception du contrôleur offre à l’utilisateur final un boîtier attrayant qui affiche les températures, un écran de travail et 5 câbles: 2 pour l’alimentation et 3 capteurs. Le consommateur reçoit des aspects flexibles du programme, notamment:

  • différences de température
  • temps de débordement de la pompe
  • sélection de 3 options de surchauffe: marche, arrêt et différentiel.

La conception globale est facile à utiliser et convient aux panneaux de chauffage solaire à faire soi-même pour un usage domestique, par exemple, les câbles des capteurs sont colorés.

Sl. 2. Contrôleur solaire Solartwin avec énergie solaire

Lorsque le système est utilisé avec un système solaire thermique non Solartwin, de petits ajustements de différence de température peuvent être effectués lorsque le chauffage solaire de l’eau implique un mouvement prolongé du tuyau (ce n’est pas si important avec le système Solartwin, car Solartwin utilise un tube flexible en caoutchouc de silicone de petit volume, pas plus grand tuyaux en cuivre de la chaleur solaire traditionnelle). Le tableau suivant présente les paramètres suggérés.

Longueur TOTALE (c’est-à-dire ajoutée ici et à l’arrière) des tuyaux non chauffés (par exemple dans les greniers et les toits PLUS LA MOITIÉ longueur des tuyaux chauffés (par exemple dans l’armoire de ventilation et dans les pièces chauffées) Réglage proposé du temps de débordement de la pompe par seconde. Différence proposée au démarrage ( au-dessus du bas de la température du cylindre) en degrés C Différence de butée proposée (au-dessus du bas de la température du cylindre) en degrés C

jusqu’à 10 m 30 à 90 s 4C 2C
10,1 à 15 m 120 s 6C 3C
15,1 à 20 m 180 s 8C 4C
20,1 à 25 m 240 s 10C 5C
25,1 à 30 m 300 s 12C 6C

Tableau 2. Réglage de la différence de température pour des débits plus longs.

5. Avantages de la régulation thermique solaire à zéro carbone pour l’ensemble de l’industrie de la chaleur solaire

Notre objectif dans le développement de ce régulateur est d’offrir à l’industrie solaire thermique la capacité de zéro carboniser tous les systèmes solaires thermiques. Il est de plus en plus admis que la conception sans carbone est la référence en matière de conception d’appartements européens. Un document de consultation du gouvernement britannique3 publié en décembre 2006 intitulé «Construire un avenir vert: vers un développement zéro émission de carbone» en discute en détail et déclare que «en développant de nouvelles maisons à des normes faibles et nucléaires dans une large mesure, nous pouvons promouvoir des technologies et des innovations qui aideront réduire les émissions des stocks existants.

Notre objectif principal est de réaliser de nouvelles maisons en carbone dans les dix ans. Par ailleurs, un document récent sur le cycle de vie2 de trois microgénérateurs indique que «le secteur britannique de la construction, qui contribue pour environ 30% à la consommation finale d’énergie et à environ 23% pour les émissions de gaz à effet de serre, peut jouer un rôle important dans la réduction du CO2. Une consommation d’énergie faible ou nulle en carbone (LZC) aiderait ce secteur à réduire sa consommation d’énergie et ses émissions de CO2.

6. Conclusions
Les alimentations photovoltaïques à zéro carbone et les pompes pour les systèmes solaires thermiques devraient être considérées comme la nouvelle référence. Ces systèmes d’énergie solaire offrent une plus grande durabilité pour l’industrie solaire thermique, en évitant de renvoyer l’énergie potentielle jusqu’à 33% à l’énergie solaire thermique conventionnelle. L’occasion pour les fabricants de panneaux solaires thermiques et leurs clients de profiter pleinement de la technologie solaire thermique sans carbone est devenue une réalité simple.

Étant donné que la technologie est maintenant disponible pour réaliser ce changement d’étape, on peut affirmer que tous les nouveaux systèmes solaires thermiques en Europe devraient être pompés par PV à une date cible convenue (comme 2012), et une approche quelque peu atomisée de l’industrie de l’efficacité des composants serait bientôt devrait être remplacé par un accent sur la durabilité du système. Cela devrait exiger le fonctionnement nucléaire des systèmes solaires thermiques comme obligatoire dans toutes les installations solaires thermiques.

EuroSun08 Reference
[1] Martin C, Watson M. Grâce à un essai de huit systèmes de chauffe-eau solaires. ETSU S / P3 / 00275 / REP / 2, DTI / Pub URN 01/1292
[2] Allen, S.R., G.P. Hammond, H.Harajili, C.I. Jones, M.C. McManus et A.B. Winnett, 2008. Estimation intégrée des microgénérateurs: méthodes et applications. Proc. Micro-Cogen 2008, Ottowa, Canada, 29 avril – 1er mai, papier MG2008-SG-005, 8 pages
[3] Construire un avenir plus vert: selon Zero Carbon Development 07HC04711, rapport disponible pour téléchargement le 1er juillet 2007 à http://www.communities.gov.uk/publications/planningandbuilding/futuretowardszerocarbon

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *