Chauffage solaire d'une maison privée: options et schémas des appareils

L'utilisation d'énergie «verte» fournie par des éléments naturels peut réduire considérablement les coûts des services publics. Par exemple, après avoir organisé le chauffage solaire d'une maison privée, vous fournirez des radiateurs à basse température et des systèmes de chauffage par le sol avec un liquide de refroidissement pratiquement gratuit. D'accord, c'est une économie.

Vous apprendrez tout sur les «technologies vertes» dans notre article. Avec notre aide, vous pouvez facilement déterminer les variétés d'installations solaires, comment les organiser et les spécificités de fonctionnement. Vous serez sûrement intéressé par l'une des options populaires qui fonctionnent intensément dans le monde, mais pas trop populaire chez nous jusqu'à présent.

Dans l'examen présenté à votre attention, les caractéristiques de conception des systèmes sont analysées, les schémas de connexion sont décrits en détail. Un exemple de calcul d'un circuit de chauffage solaire pour évaluer les réalités de sa construction est donné. Pour aider les maîtres indépendants, des collections de photos et des vidéos sont jointes.

Technologies de la chaleur verte

1 m en moyenne² La surface de la terre reçoit 161 watts d'énergie solaire par heure. Bien sûr, à l'équateur, ce chiffre sera beaucoup plus élevé que dans l'Arctique. De plus, la densité du rayonnement solaire dépend de la période de l'année.

Dans la région de Moscou, l'intensité du rayonnement solaire en décembre-janvier diffère de mai-juillet de plus de cinq fois. Cependant, les systèmes modernes sont si efficaces qu'ils peuvent fonctionner presque partout sur terre.

Les systèmes solaires modernes sont capables de fonctionner efficacement par temps nuageux et froid jusqu'à -30 ° C

Tâche d'utilisation énergie de rayonnement solaire avec une efficacité maximale est résolu de deux manières: chauffage direct dans les capteurs thermiques et batteries solaires photovoltaïques.Les panneaux solaires convertissent d'abord l'énergie des rayons du soleil en électricité, puis la transmettent via un système spécial aux consommateurs, comme une chaudière électrique.

Les collecteurs de chaleur, chauffés par l'action du soleil, chauffent le liquide de refroidissement des systèmes de chauffage et l'approvisionnement en eau chaude.

Les collecteurs thermiques se présentent sous plusieurs formes, y compris les systèmes ouverts et fermés, les structures planes et sphériques, les collecteurs hémisphériques, les concentrateurs et de nombreuses autres options. L'énergie thermique reçue des capteurs solaires est utilisée pour chauffer de l'eau chaude ou un fluide caloporteur.

Un large éventail d'industries produit des systèmes de collecteur à intégrer dans un réseau de chauffage indépendant. Cependant, l'option la plus simple pour une résidence d'été est facile à faire avec la vôtre:

Malgré les progrès manifestes dans le développement de solutions pour la collecte, le stockage et l'utilisation de l'énergie solaire, il y a des avantages et des inconvénients.

Utilisation efficace de l'énergie solaire

L'avantage le plus évident de l'utilisation de l'énergie solaire est sa disponibilité générale. En fait, même par temps sombre et nuageux, l'énergie solaire peut être collectée et utilisée.

Le deuxième avantage est zéro émission. En fait, c'est la forme d'énergie la plus écologique et la plus naturelle. Panneaux solaires et les collectionneurs ne font pas de bruit. Dans la plupart des cas, ils sont installés sur les toits des bâtiments sans occuper la surface utile d'une zone suburbaine.

L'efficacité du chauffage solaire sous nos latitudes est assez faible, en raison du nombre insuffisant de jours ensoleillés pour le fonctionnement régulier du système (+)

Les inconvénients liés à l'utilisation de l'énergie solaire sont l'inconstance de l'éclairage. Dans l'obscurité, il n'y a rien à collecter, la situation est aggravée par le fait que le pic de la saison de chauffe tombe aux heures de clarté les plus courtes de l'année. Il est nécessaire de surveiller la propreté optique des panneaux, une pollution mineure réduit fortement l'efficacité.

De plus, on ne peut pas dire que le fonctionnement du système à l'énergie solaire est totalement gratuit, il y a des coûts constants pour l'amortissement des équipements, le fonctionnement de la pompe de circulation et de l'électronique de commande.

Un inconvénient important du chauffage basé sur l'utilisation de capteurs solaires est l'incapacité à stocker l'énergie thermique. Seul le vase d'expansion est inclus dans le circuit (+)

Capteurs solaires ouverts

Un capteur solaire ouvert est un système de tubes non protégé des influences extérieures, à travers lequel circule un caloporteur chauffé directement par le soleil.

L'eau, le gaz, l'air et l'antigel sont utilisés comme caloporteur. Les tubes sont soit montés sur un panneau de support sous la forme d'une bobine, soit connectés en rangées parallèles au tuyau de sortie.

Les capteurs solaires de type ouvert ne sont pas en mesure de faire face au chauffage d'une maison privée. En raison du manque d'isolation, le liquide de refroidissement se refroidit rapidement. Ils sont utilisés en été principalement pour chauffer l'eau des douches ou des piscines

Les collecteurs ouverts n'ont généralement pas d'isolation. La conception est très simple, donc elle a un faible coût et est souvent réalisée indépendamment.

En raison du manque d'isolation, ils ne préservent pratiquement pas l'énergie reçue du soleil et se caractérisent par une faible efficacité. Ils sont principalement utilisés en été pour chauffer l'eau des piscines ou des douches d'été.

Ils sont installés dans des régions ensoleillées et chaudes, avec de petites différences de température ambiante et d'eau chauffée. Ils ne fonctionnent bien que par temps ensoleillé et calme.

Le capteur solaire le plus simple avec un dissipateur de chaleur fabriqué à partir d'une baie de tuyaux en polymère assurera l'approvisionnement en eau chauffée au chalet pour l'irrigation et les besoins domestiques

Collecteurs tubulaires

Les capteurs solaires tubulaires sont assemblés à partir de tubes séparés le long desquels l'eau, le gaz ou la vapeur s'écoule. C'est l'une des variétés d'héliosystèmes ouverts. Cependant, le liquide de refroidissement est déjà beaucoup mieux protégé contre les négatifs externes. Surtout dans les installations à vide, disposées sur le principe des thermos.

Chaque tube est connecté au système séparément, parallèlement les uns aux autres. Si un tube tombe en panne, il est facile de le remplacer par un nouveau. La structure entière peut être assemblée directement sur le toit du bâtiment, ce qui facilite grandement l'installation.

Le collecteur tubulaire a une structure modulaire. L'élément principal est un tube à vide, le nombre de tubes varie de 18 à 30, ce qui vous permet de sélectionner avec précision la puissance du système

Un avantage considérable des capteurs solaires tubulaires est la forme cylindrique des principaux éléments, grâce à laquelle le rayonnement solaire est capté toute la journée sans l'utilisation de systèmes de suivi coûteux pour le mouvement du soleil.

Un revêtement multicouche spécial crée une sorte de piège optique pour la lumière du soleil. Le diagramme montre partiellement la paroi extérieure de l'ampoule à vide reflétant les rayons sur les parois de l'ampoule intérieure (+)

Selon la conception des tubes, les capteurs solaires en plumes et coaxiaux sont distingués.

Le tube coaxial est un récipient Dyayur ou un thermos familier. Composé de deux flacons entre lesquels l'air est pompé. Un revêtement hautement sélectif qui absorbe efficacement l'énergie solaire est appliqué sur la surface intérieure de l'ampoule intérieure.

Avec la forme cylindrique du tube, les rayons du soleil tombent toujours perpendiculairement à la surface

L'énergie thermique de la couche sélective interne est transférée vers un caloduc ou un échangeur de chaleur interne à partir de plaques d'aluminium. À ce stade, une perte de chaleur indésirable se produit.

Le tube de plumes est un cylindre en verre avec un absorbeur de plumes inséré à l'intérieur.

Le système tire son nom d'un absorbeur de plumes qui s'enroule étroitement autour d'un canal de chaleur en métal thermoconducteur

Pour une bonne isolation thermique, l'air est pompé hors du tube. Le transfert de chaleur de l'absorbeur se produit sans perte, donc l'efficacité des tubes de plumes est plus élevée.

Selon la méthode de transfert de chaleur, il existe deux systèmes: à passage unique et avec caloduc. Le thermotube est un récipient scellé avec un liquide volatil.

Étant donné que le liquide volatil s'écoule naturellement vers le bas du caloduc, l'angle d'inclinaison minimum est de 20 ° C

À l'intérieur du tube thermique se trouve un liquide volatil qui absorbe la chaleur de la paroi intérieure du ballon ou de l'absorbeur de plumes. Sous l'influence de la température, le liquide bout et monte sous forme de vapeur. Une fois la chaleur transférée au fluide caloporteur ou à l'eau chaude, la vapeur se condense en liquide et s'écoule.

En tant que liquide volatil, l'eau est souvent utilisée à basse pression. Dans un système à flux direct, un tube en U est utilisé, à travers lequel circule de l'eau ou un fluide chauffant.

Une moitié du tube en forme de U est conçue pour le liquide de refroidissement froid, la seconde enlève celle chauffée. Lorsqu'il est chauffé, le liquide de refroidissement se dilate et pénètre dans le réservoir de stockage, assurant une circulation naturelle. Comme dans le cas des systèmes avec thermotube, l'angle d'inclinaison minimum doit être d'au moins 20⁰.

Avec une connexion à flux direct, la pression dans le système ne peut pas être élevée, car il y a un vide technique à l'intérieur du ballon

Les systèmes à flux direct sont plus efficaces car ils chauffent immédiatement le liquide de refroidissement. Si les systèmes de capteurs solaires sont prévus pour une utilisation toute l'année, des antigels spéciaux y sont pompés.

L'utilisation de capteurs solaires tubulaires présente plusieurs avantages et inconvénients. La conception du capteur solaire tubulaire se compose des mêmes éléments, qui sont relativement faciles à remplacer.

Avantages:

• faible perte de chaleur;
• capacité à travailler à des températures allant jusqu'à -30⁰С;
• productivité efficace tout au long des heures de clarté;
• bonnes performances dans les zones à climat tempéré et froid;
• faible vent, justifié par la capacité des systèmes tubulaires à traverser les masses d'air à travers lui-même;
• la possibilité de produire du liquide de refroidissement à haute température.

Structurellement, la structure tubulaire a une surface d'ouverture limitée.

Il présente les inconvénients suivants:

• pas capable de s'auto-nettoyer de la neige, de la glace, du givre;
• coût élevé.

Malgré le coût initialement élevé, les collecteurs tubulaires sont plus rentables. Ils ont une longue durée de vie.

Les capteurs tubulaires sont des systèmes solaires de type ouvert, par conséquent, ne conviennent pas à une utilisation toute l'année dans les systèmes de chauffage (+)

Systèmes plats fermés

Le collecteur plat se compose d'un cadre en aluminium, d'une couche absorbante spéciale - un absorbeur, un revêtement transparent, une canalisation et un réchauffeur.

En tant qu'absorbeur, une feuille de cuivre noirci est utilisée, caractérisée par une conductivité thermique idéale pour la création de systèmes solaires. Lorsque l'énergie solaire est absorbée par l'absorbeur, l'énergie solaire reçue par celui-ci est transférée au liquide de refroidissement circulant à travers le système de tubes adjacent à l'absorbeur.

A l'extérieur, le panneau fermé est protégé par un revêtement transparent. Il est fait de verre trempé antichoc ayant une bande passante de 0,4 à 1,8 microns. Cette plage représente le rayonnement solaire maximal. Le verre antichoc offre une bonne protection contre la grêle. À l'arrière, l'ensemble du panneau est isolé de manière fiable.

Les capteurs solaires plats offrent des performances maximales et une construction simple. Leur efficacité est augmentée grâce à l'utilisation d'un absorbeur. Ils sont capables de capter la lumière solaire diffusée et directe.

La liste des avantages des écrans plats fermés comprend:

• simplicité de conception;
• bonnes performances dans les régions à climat chaud;
• la possibilité d'installer à n'importe quel angle avec des dispositifs pour changer l'angle d'inclinaison;
• la capacité de s'auto-nettoyer de la neige et du givre;
• petit prix.

Les capteurs solaires plats sont particulièrement avantageux si leur application est prévue au stade de la conception. La durée de vie des produits de qualité est de 50 ans.

Les inconvénients comprennent:

• perte de chaleur élevée;
• poids lourd;
• vent élevé lors de la mise en place des panneaux à l'horizon;
• limitations de performances avec des différences de température supérieures à 40 ° C.

La portée des capteurs fermés est beaucoup plus large que celle des installations solaires de type ouvert. En été, ils sont en mesure de satisfaire pleinement les besoins en eau chaude. Les jours frais, non inclus par les services publics pendant la saison de chauffage, ils peuvent fonctionner à la place des radiateurs à gaz et électriques.

A ceux qui le souhaitent faire un capteur solaire de vos propres mains pour un appareil de chauffage dans le pays, nous vous suggérons de vous familiariser avec les schémas éprouvés et les instructions de montage étape par étape.

Comparaison des caractéristiques des capteurs solaires

L'indicateur le plus important d'un capteur solaire est l'efficacité. Les performances utiles de différents capteurs solaires de conception dépendent de la différence de température. Dans le même temps, les collecteurs plats sont beaucoup moins chers que les collecteurs tubulaires.

Les valeurs d'efficacité dépendent de la qualité de fabrication du capteur solaire. Le but du graphique est de montrer l'efficacité de différents systèmes en fonction de la différence de température

Lors du choix d'un capteur solaire, il convient de prêter attention à un certain nombre de paramètres montrant l'efficacité et la puissance de l'appareil.

Il existe plusieurs caractéristiques importantes pour les capteurs solaires:

• coefficient d'adsorption - montre le rapport de l'énergie absorbée au total;
• facteur d'émission - indique le rapport entre l'énergie transmise et absorbée;
• surface totale et ouverture;
• L'efficacité.

La zone d'ouverture est la zone de travail du capteur solaire. Dans un collecteur plat, la zone d'ouverture est maximale. La zone d'ouverture est égale à la zone de l'absorbeur.

Façons de se connecter au système de chauffage

Étant donné que les appareils à énergie solaire ne peuvent pas fournir une alimentation électrique stable et 24 heures sur 24, un système résistant à ces lacunes est nécessaire.

Pour la Russie centrale, les appareils solaires ne peuvent garantir un approvisionnement constant en énergie, ils sont donc utilisés comme système supplémentaire. L'intégration dans le système de chauffage et d'eau chaude existant est différente pour le capteur solaire et le panneau solaire.

Circuit collecteur d'eau

Différents systèmes de connexion sont utilisés en fonction de l'utilisation du collecteur de chaleur. Il peut y avoir plusieurs options:

1. Option d'été pour l'eau chaude
2. Option hiver pour le chauffage et l'eau chaude

L'option d'été est la plus simple et peut se passer même pompe de circulationen utilisant la circulation naturelle de l'eau.

L'eau est chauffée dans le capteur solaire et en raison de la dilatation thermique entre dans le réservoir de stockage ou la chaudière. Dans ce cas, la circulation naturelle se produit: l'eau froide est aspirée à la place de l'eau chaude du réservoir.

En hiver, à basse température, le chauffage direct de l'eau n'est pas possible. Un antigel spécial circule en circuit fermé, assurant le transfert de chaleur du collecteur à l'échangeur de chaleur dans le réservoir

Comme tout système basé sur la circulation naturelle, il ne fonctionne pas très efficacement, nécessitant le respect des biais nécessaires. De plus, le réservoir de stockage doit être plus haut que le capteur solaire. Pour conserver l'eau aussi longtemps que possible, le ballon chaud doit être soigneusement isolé.

Si vous voulez vraiment réaliser le fonctionnement le plus efficace du capteur solaire, le schéma de connexion est compliqué.

Pour éviter que le collecteur ne se transforme en radiateur de refroidissement la nuit, il est nécessaire d'arrêter la circulation de l'eau de force

Le liquide de refroidissement antigel circule à travers le système de capteur solaire. La circulation forcée est assurée par une pompe commandée par un contrôleur.

Le contrôleur contrôle le fonctionnement de la pompe de circulation sur la base des relevés d'au moins deux capteurs de température. Le premier capteur mesure la température dans le réservoir de stockage, le second - sur le tuyau d'alimentation du caloporteur chaud du capteur solaire.

Dès que la température dans le réservoir dépasse la température du liquide de refroidissement, dans le collecteur, le contrôleur arrête la pompe de circulation, arrêtant la circulation du liquide de refroidissement à travers le système. À son tour, lorsque la température dans le réservoir de stockage descend en dessous d'une valeur prédéterminée, la chaudière de chauffage est allumée.

Avec un nouveau mot et une alternative efficace aux capteurs solaires avec liquide de refroidissement, les systèmes en acier avec tubes à vide, avec le principe de fonctionnement et les dispositifs dont nous proposons de prendre connaissance.

Circuit solaire

Il serait tentant d’appliquer un schéma de connexion solaire au réseau électrique, comme c'est le cas dans le cas du capteur solaire, accumulant l'énergie reçue par jour. Malheureusement, il est très coûteux de créer un bloc-batterie d'une capacité suffisante pour le système d'alimentation électrique d'une maison privée. Par conséquent, le schéma de connexion est le suivant.

Avec une diminution de la puissance du courant électrique de la batterie solaire, l'unité ABP (inclusion automatique de la réserve) assure la connexion des consommateurs à un réseau électrique commun

Depuis les panneaux solaires, la charge va au contrôleur de charge, qui remplit plusieurs fonctions: il assure une recharge constante des batteries et stabilise la tension. En outre, le courant électrique est fourni à l'onduleur, où la conversion du courant continu 12V ou 24V en courant alternatif monophasé 220V.

Hélas, nos réseaux électriques ne sont pas adaptés pour recevoir de l'énergie; ils ne peuvent fonctionner que dans un sens, de la source au consommateur. Pour cette raison, vous ne pourrez pas vendre l'électricité produite ou au moins faire tourner le compteur dans la direction opposée.

L'utilisation de panneaux solaires est bénéfique en ce sens qu'ils fournissent une forme d'énergie plus polyvalente, mais en même temps, ils ne peuvent pas être comparés en termes d'efficacité avec des capteurs solaires. Cependant, ces derniers n'ont pas la capacité d'accumuler de l'énergie, contrairement aux batteries solaires photovoltaïques.

Exemple de calcul de la puissance requise

Lors du calcul de la puissance requise du capteur solaire, il est très souvent erroné de faire des calculs basés sur l'énergie solaire entrante dans les mois les plus froids de l'année.

Le fait est que dans les derniers mois de l'année, l'ensemble du système surchauffera constamment. La température du liquide de refroidissement en été à la sortie du capteur solaire peut atteindre 200 ° C avec chauffage de vapeur ou de gaz, 120 ° C d'antigel, 150 ° C d'eau. Si le liquide de refroidissement bout, il s'évapore partiellement. En conséquence, il devra être remplacé.

Les fabricants recommandent de partir des figures suivantes:

• fournir un approvisionnement en eau chaude ne dépassant pas 70%;
• fournissant un système de chauffage ne dépassant pas 30%.

Le reste de la chaleur nécessaire doit être généré par un équipement de chauffage standard. Néanmoins, avec de tels indicateurs par an, une moyenne d'environ 40% est économisée sur le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude.

La puissance générée par un tube du système de vide dépend de l'emplacement géographique. Le taux d'énergie solaire en baisse par an à 1 m² la terre est appelée insolation.

Connaissant la longueur et le diamètre du tube, vous pouvez calculer l'ouverture - la zone d'absorption effective. Il reste à appliquer les facteurs d'absorption et d'émission pour calculer la capacité d'un tube par an.

Exemple de calcul:

La longueur standard du tube est de 1800 mm, efficace - 1600 mm. Diamètre 58 mm. Ouverture - une zone ombrée créée par le tube. Ainsi, l'aire du rectangle d'ombre est:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

L'efficacité du tube moyen est de 80%, l'insolation solaire pour Moscou est d'environ 1170 kWh / m² par an. Ainsi, un tube produira par an:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kW * h

Il convient de noter qu'il s'agit d'une estimation très approximative. La quantité d'énergie générée dépend de l'orientation de l'installation, de l'angle, de la température annuelle moyenne, etc.

Avec toutes sortes sources d'énergie alternatives et les moyens de les utiliser, vous pouvez trouver dans l'article.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo n ° 1. Démonstration de l'action du capteur solaire en hiver:

Vidéo n ° 2. Comparaison de différents modèles de capteurs solaires:

Tout au long de sa propre existence, l'humanité consomme de plus en plus d'énergie chaque année. Des tentatives pour utiliser le rayonnement solaire gratuit ont été faites depuis longtemps, mais ce n'est que récemment qu'il est devenu possible d'utiliser efficacement le soleil sous nos latitudes. Il ne fait aucun doute que l'avenir appartient aux systèmes solaires.

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