Le travail de l'armature et du collecteur dans un générateur DC

Les spécificités de l'utilisation des capteurs solaires

La principale caractéristique des capteurs solaires, qui les distingue des autres types de générateurs de chaleur, est la nature cyclique de leur fonctionnement. S'il n'y a pas de soleil, il n'y a pas non plus d'énergie thermique. En conséquence, de telles attitudes sont passives la nuit.

La production de chaleur quotidienne moyenne dépend directement de la durée des heures de lumière du jour. Cette dernière est déterminée, d'une part, par la latitude géographique de la zone, et d'autre part, par la saison. Pendant la période estivale, qui est le pic d'insolation dans l'hémisphère nord, le collecteur travaillera avec une efficacité maximale. En hiver, sa productivité diminue, atteignant un minimum en décembre-janvier.

En hiver, l'efficacité des capteurs solaires diminue non seulement en raison d'une diminution de la durée de la lumière du jour, mais également en raison d'un changement de l'angle d'incidence de la lumière du soleil. Les fluctuations des performances du capteur solaire tout au long de l'année doivent être prises en compte lors du calcul de sa contribution au système d'alimentation en chaleur.

Un autre facteur qui peut affecter la productivité du capteur solaire est les caractéristiques climatiques de la région. Sur le territoire de notre pays, il existe de nombreux endroits où le soleil est caché derrière une épaisse couche de nuages ​​ou derrière un voile de brouillard pendant 200 jours ou plus par an. Par temps nuageux, les performances du capteur solaire ne tombent pas à zéro, car il est capable de capter la lumière du soleil diffusée, mais elles diminuent considérablement.

Système d'alimentation en eau du collecteur

Si un collecteur est inclus dans le système, quel que soit l'appareil installé dans le circuit, une branche distincte lui sera posée. Dans le même temps, la longueur totale des tuyaux augmente, mais les aspects positifs suivants apparaissent:

1. À tous les points de la prise d'eau, il y aura toujours une pression stable et égale;
2. En tapant dans la sortie de collecteur du réducteur dans cette branche, appropriée à n'importe quel appareil de plomberie, vous pouvez ajuster la pression, et elle sera différente de la valeur totale;
3. Chaque encoche entre le collecteur et le point de prélèvement d'eau est un seul morceau de tuyau qui peut être fixé secrètement dans le sol, dans le mur ou dans une niche murale;
4. Tout appareil de plomberie peut être éteint sans interrompre la totalité de l'approvisionnement en eau froide ou en eau chaude pour réparation ou remplacement.

Inconvénients du circuit collecteur:

1. Des longueurs de tuyau plus longues augmentent automatiquement la résistance hydraulique de la ligne;
2. En raison de l'augmentation de la longueur de la ligne, le collecteur ne fonctionnera pas en mode de circulation naturelle de l'eau, ce qui peut affecter le choix ou le changement du système de chauffage;
3. S'il est impossible de fixer secrètement le système de tuyaux dans des murs ou des niches, une grande accumulation de tuyaux peut obliger à changer l'intérieur ou même la conception des locaux.

Le principe de fonctionnement et les types de capteurs solaires

Il est maintenant temps de dire quelques mots sur la structure et le fonctionnement du capteur solaire. L'élément principal de sa conception est un adsorbeur, qui est une plaque de cuivre avec un tuyau soudé. En absorbant la chaleur des rayons du soleil tombant dessus, la plaque (et avec elle le tuyau) se réchauffe rapidement. Cette chaleur est transférée au caloporteur liquide circulant à travers le tuyau, qui, à son tour, la transporte plus loin le long du système.

La capacité du corps physique à absorber ou à réfléchir les rayons du soleil dépend principalement de la nature de sa surface. Par exemple, une surface de miroir reflète parfaitement la lumière et la chaleur, mais une surface noire, au contraire, absorbe. C'est pourquoi un revêtement noir est appliqué sur la plaque de cuivre de l'adsorbeur (l'option la plus simple est la peinture noire).

Comment fonctionne le capteur solaire

1. Collecteur solaire. 2. Réservoir tampon. 3. Eau chaude.

4. Eau froide. 5. Manette. 6. Échangeur de chaleur.

7. Pompe à eau. 8. Flux chaud. 9. Le courant froid.

Il est également possible d'augmenter la quantité de chaleur reçue du soleil en choisissant le bon verre recouvrant l'adsorbeur. Le verre ordinaire n'est pas assez transparent. De plus, il éblouit, reflétant une partie de la lumière du soleil incidente. Dans les capteurs solaires, en règle générale, ils essaient d'utiliser du verre spécial à faible teneur en fer, ce qui augmente sa transparence. Pour réduire la proportion de lumière réfléchie par la surface, un revêtement antireflet est appliqué sur le verre. Et pour que la poussière et l'humidité ne pénètrent pas à l'intérieur du collecteur, ce qui réduit également le débit du verre, le boîtier est rendu étanche, et parfois même rempli d'un gaz inerte.

Malgré toutes ces astuces, le rendement des capteurs solaires est encore loin de 100%, ce qui est dû à l'imperfection de leur conception. La plaque adsorbante chauffée irradie une partie de la chaleur reçue dans l'environnement, chauffant l'air en contact avec elle. Pour minimiser les pertes de chaleur, l'adsorbeur doit être isolé. La recherche d'un moyen efficace d'isoler l'adsorbeur a conduit les ingénieurs à créer plusieurs types de capteurs solaires, dont les plus courants sont les capteurs à vide plats et tubulaires.

Capteurs solaires plats

Capteurs solaires plats.
La conception d'un capteur solaire plat est extrêmement simple: il s'agit d'une boîte métallique recouverte de verre sur le dessus. En règle générale, la laine minérale est utilisée pour l'isolation thermique du fond et des parois du boîtier. Cette option est loin d'être idéale, car le transfert de chaleur de l'adsorbeur vers le verre au moyen de l'air à l'intérieur du caisson n'est pas exclu. Avec une grande différence de température à l'intérieur du capteur et à l'extérieur, les pertes de chaleur sont assez importantes. En conséquence, un capteur solaire plat, qui fonctionne parfaitement au printemps et en été, devient extrêmement inefficace en hiver.

Dispositif de capteur solaire plat

1. Tuyau d'entrée. 2. Verre de sécurité.

3. Couche d'absorption. 4. Cadre en aluminium.

5. Tubes en cuivre. 6. Isolant thermique. 7. Tuyau de sortie.

Capteurs solaires tubulaires à vide

Capteurs solaires tubulaires sous vide.
Un capteur solaire à vide est un panneau composé d'un grand nombre de tubes de verre relativement minces. Un adsorbeur est situé à l'intérieur de chacun d'eux. Pour exclure le transfert de chaleur par gaz (air), les tubes sont évacués. C'est en raison de l'absence de gaz à proximité des adsorbeurs que les capteurs sous vide ont de faibles pertes de chaleur même par temps glacial.

Dispositif de collecteur de vide

1. Isolation thermique. 2. Boîtier d'échangeur de chaleur. 3. Échangeur de chaleur (collecteur)

4. Bouchon scellé. 5. Tuyau d'aspirateur. 6. Condensateur.

7. Plaque absorbante. 8. Caloduc avec fluide de travail.

Applications des capteurs solaires

Le principal objectif des capteurs solaires, comme tout autre générateur de chaleur, est de chauffer les bâtiments et de préparer l'eau pour un système d'alimentation en eau chaude. Reste à savoir quel type de capteurs solaires est le mieux adapté pour remplir une fonction particulière.

Les capteurs solaires plats, comme nous l'avons découvert, ont de bonnes performances au printemps et en été, mais sont inefficaces en hiver. Il en résulte que leur utilisation pour le chauffage, dont la nécessité apparaît précisément avec l'arrivée du froid, n'est pas pratique. Cependant, cela ne signifie pas qu'il n'y a pas du tout de marché pour cet équipement.

Les capteurs plats ont un avantage incontestable - ils sont nettement moins chers que les modèles à vide, par conséquent, dans les cas où il est prévu d'utiliser l'énergie solaire exclusivement en été, il est logique de les acheter.Les capteurs solaires plats font parfaitement face à la tâche de préparer l'eau pour l'approvisionnement en eau chaude en été. Encore plus souvent, ils sont utilisés pour chauffer l'eau à une température confortable dans les piscines extérieures.

Les collecteurs sous vide tubulaires sont plus polyvalents. Avec l'arrivée du froid hivernal, leurs performances ne diminuent pas autant que dans le cas des modèles plats, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés toute l'année. Cela permet d'utiliser de tels capteurs solaires non seulement pour l'alimentation en eau chaude, mais également dans le système de chauffage.

Comparaison des capteurs solaires plats et sous vide.

Coût de l'équipement

De nombreux propriétaires se trompent en pensant qu'un collecteur de chaufferie vaut de l'argent fabuleux. Dans les magasins de plomberie, vous pouvez trouver de nombreux modèles sans cloches ni sifflets, qui ne coûtera que 200 à 500 roubles. Un tel équipement n'aura pas de mécanismes de régulation, de têtes thermiques et d'autres éléments supplémentaires, et ils sont conçus pour un maximum de 2-3 circuits.

Les modèles avec des fonctionnalités étendues coûteront environ 4 à 5 000 roubles au propriétaire d'une maison ou d'un bâtiment industriel qui souhaite organiser un système de chauffage compétent. Un long tuyau avec plusieurs sorties supérieures et inférieures sera complet avec des têtes thermiques, des débitmètres, des flèches et d'autres pièces. Ces structures sont souvent produites par des fabricants russes ou des marques de commerce de pays voisins. Le plus cher est l'équipement importé avec ajustement automatique, qui coûtera 10 à 16 mille roubles.

Disposition des capteurs solaires

L'efficacité d'un capteur solaire dépend directement de la quantité de lumière solaire tombant sur l'adsorbeur. Il en découle que le collecteur doit être situé dans un espace ouvert, où l'ombre des bâtiments voisins, des arbres situés près des montagnes, etc. ne tombe jamais (ou du moins pendant le temps le plus long).

Ce n'est pas seulement l'emplacement du collecteur qui compte, mais aussi son orientation. Le côté le plus «ensoleillé» de notre hémisphère nord est celui du sud, ce qui signifie, idéalement, que les «miroirs» du réservoir doivent être tournés strictement vers le sud. S'il est techniquement impossible de le faire, vous devez choisir la direction la plus proche possible du sud - sud-ouest ou sud-est.

Il ne faut pas perdre de vue un paramètre tel que l'angle d'inclinaison du capteur solaire. La valeur de l'angle dépend de la déviation de la position du Soleil par rapport au zénith, qui à son tour est déterminée par la latitude de la zone dans laquelle l'équipement sera utilisé. Si l'angle d'inclinaison n'est pas réglé correctement, la perte d'énergie optique augmentera considérablement, car une partie importante de la lumière du soleil sera réfléchie par le verre collecteur et, par conséquent, n'atteindra pas l'absorbeur.

Enroulements d'excitation

Le dispositif générateur de courant continu a le potentiel d'être utilisé uniquement dans de petites machines électriques. Tout d'abord, parce que pour les appareils de faible puissance, l'utilisation d'aimants permanents est autorisée. Dans d'autres cas, seuls les solénoïdes - des bobines avec un noyau - ou des enroulements d'excitation peuvent créer un flux magnétique d'une force suffisante. Par le type de nourriture qu'ils mangent les générateurs peuvent être divisés dans les classes suivantes:

• avec une excitation indépendante;
• auto-excité.

Pour la première opération, une source de courant auxiliaire est nécessaire. C'est le principal inconvénient de ce type de machine, leur utilisation est donc limitée. Dans les générateurs à excitation indépendante, les enroulements sont alimentés par l'armature. Machines électriques disposées selon ce schéma, sont divisés à leur tour en trois types:

• shunt (avec excitation parallèle);
• série (avec série);
• générateurs composés (avec bobines d'excitation parallèle et série).

Comment choisir un capteur solaire de la bonne puissance

Si vous voulez que le système de chauffage de votre maison fasse face à la tâche de maintenir une température confortable dans les locaux, et que de l'eau chaude et non tiède coule des robinets, tout en prévoyant d'utiliser un capteur solaire comme générateur de chaleur, vous devez calculer à l'avance la puissance requise de l'équipement.

Dans le même temps, il faudra prendre en compte un assez grand nombre de paramètres, dont la fonction du capteur (alimentation en eau chaude, chauffage ou leur combinaison), la demande de chaleur de l'objet (surface totale des pièces chauffées ou consommation journalière moyenne d'eau chaude), caractéristiques climatiques de la région, caractéristiques de l'installation de capteurs.

En principe, faire de tels calculs n'est pas si difficile. Les performances de chaque modèle sont connues, ce qui signifie que vous pouvez facilement estimer le nombre de capteurs nécessaires pour fournir de la chaleur à la maison. Les entreprises engagées dans la production de capteurs solaires ont des informations (et peuvent les fournir au consommateur) sur l'évolution de la puissance de l'équipement en fonction de la latitude géographique de la zone, de l'angle d'inclinaison des «miroirs», de la déviation de leur orientation par rapport au sud, etc., ce qui permet d'apporter les corrections nécessaires lors du calcul des performances du capteur.

Lors de la sélection de la capacité de capteur requise, il est très important de parvenir à un équilibre entre le manque et l'excès de chaleur générée. Les experts recommandent de se concentrer sur la capacité maximale possible du capteur, c'est-à-dire d'utiliser l'indicateur de la saison estivale la plus productive dans les calculs. Cela va à l'encontre du désir de l'utilisateur moyen de prendre un équipement avec une marge (c'est-à-dire de calculer par la puissance du mois le plus froid), de sorte que la chaleur du collecteur soit suffisante même les jours d'automne et d'hiver moins ensoleillés.

Cependant, si vous choisissez un capteur solaire avec une puissance accrue, alors au sommet de ses performances, c'est-à-dire par temps chaud et ensoleillé, vous serez confronté à un grave problème: plus de chaleur sera produite que consommée, ce qui menace la surchauffe du circuit. et autres conséquences désagréables ... Il existe deux options pour résoudre ce problème: soit installer un capteur solaire de faible puissance et connecter des sources de chaleur de secours en parallèle en hiver, soit acheter un modèle avec une grande réserve de marche et prévoir des moyens d'évacuer l'excès de chaleur pendant la saison printemps-été. .

Caractéristiques du

Le collecteur de distribution dans le réseau d'alimentation en eau vous permet de connecter de manière autonome un certain nombre d'appareils à une entrée. De plus, chaque appareil dispose d'une connexion personnelle, et le jet d'eau est coupé directement dans le tube collecteur.

Outre le fait que la présence d'un distributeur vous permet de couper l'alimentation en eau d'une ou plusieurs unités de plomberie dans un appartement à partir d'un point, un tel schéma est pratique dans les bâtiments sociaux, les centres commerciaux ou les hôtels: si quelque part coule, le blocage de l'écoulement de l'eau dans la canalisation correspondante est possible même sans accès aux locaux où l'incident s'est produit.

Inconvénients de l'approvisionnement en eau par le collecteur:

1. La longueur des conduites d'eau utilisées sera plusieurs fois plus longue qu'avec le schéma traditionnel, ce qui augmentera le coût d'installation.
2. Les tuyaux ne peuvent pas être placés dans le mur, respectivement, la structure prendra de l'espace et réduira la surface utilisable, ce qui pose un problème pour les petits appartements ou les locaux non résidentiels.

Stagnation du système

Parlons un peu plus des problèmes liés à un excès de chaleur générée. Alors, disons que vous avez installé un capteur solaire suffisamment puissant qui peut fournir pleinement de la chaleur au système de chauffage de votre maison. Mais l'été est arrivé et le besoin de chauffage a disparu. Si vous pouvez couper l'alimentation électrique d'une chaudière électrique ou couper l'alimentation en combustible d'une chaudière à gaz, alors nous n'avons pas d'électricité au-dessus du soleil - nous ne pouvons pas «l'éteindre» quand il fait trop chaud.

La stagnation du système est l'un des problèmes potentiels majeurs des capteurs solaires. Si la chaleur du circuit collecteur est insuffisante, le liquide de refroidissement surchauffe. A un certain moment, ce dernier peut bouillir, ce qui entraînera la fin de sa circulation le long du circuit. Lorsque le liquide de refroidissement refroidit et se condense, le système reprend son fonctionnement. Cependant, tous les types de fluides caloporteurs ne transfèrent pas calmement la transition d'un état liquide à un état gazeux et vice versa. Certains, à la suite d'une surchauffe, acquièrent une consistance gélatineuse, ce qui rend impossible le fonctionnement ultérieur du circuit.

Seule une évacuation stable de la chaleur produite par le capteur permettra d'éviter la stagnation. Si le calcul de la puissance de l'équipement est effectué correctement, la probabilité de problèmes est pratiquement nulle.

Cependant, même dans ce cas, la survenue d'un cas de force majeure n'est pas exclue, par conséquent, des méthodes de protection contre la surchauffe doivent être prévues à l'avance:

1. Installation d'un réservoir de réserve pour l'accumulation d'eau chaude. Si l'eau dans le réservoir principal du système d'alimentation en eau chaude a atteint le maximum réglé et que le capteur solaire continue de fournir de la chaleur, il basculera automatiquement et l'eau commencera à chauffer déjà dans le réservoir de réserve. L'approvisionnement créé en eau chaude peut être utilisé pour les besoins domestiques plus tard, par temps nuageux.

2. Eau de piscine chauffée. Les propriétaires de maisons avec piscine (intérieure ou extérieure) ont une excellente occasion d'éliminer l'énergie thermique excédentaire. Le volume de la piscine est incomparablement supérieur au volume de n'importe quel appareil de stockage domestique, ce qui signifie que l'eau qui s'y trouve ne chauffera pas tellement qu'elle ne pourra plus absorber la chaleur.

3. Vidange de l'eau chaude. En l'absence de possibilité de dépenser utilement l'excès de chaleur, vous pouvez simplement vider l'eau chauffée en petites portions du réservoir de stockage pour l'alimentation en eau chaude dans l'égout. Dans le même temps, l'eau froide entrant dans le réservoir abaissera la température de tout le volume, ce qui continuera à évacuer la chaleur du circuit.

4. Échangeur de chaleur externe avec ventilateur. Si le capteur solaire a une grande capacité, l'excès de chaleur peut également être très important. Dans ce cas, le système est équipé d'un circuit supplémentaire rempli de réfrigérant. Ce circuit supplémentaire est relié au système au moyen d'un échangeur de chaleur équipé d'un ventilateur et monté à l'extérieur du bâtiment. En cas de risque de surchauffe, l'excès de chaleur pénètre dans le circuit supplémentaire et est «projeté» dans l'air à travers l'échangeur de chaleur.

5. Décharge de chaleur dans le sol. Si, en plus du capteur solaire, la maison est équipée d'une pompe à chaleur géothermique, l'excès de chaleur peut être dirigé vers le puits. En même temps, vous résolvez deux problèmes à la fois: d'une part, vous protégez le circuit collecteur de la surchauffe, d'autre part, vous restaurez la réserve de chaleur dans le sol appauvri pendant l'hiver.

6. Isolement du capteur solaire de la lumière directe du soleil. D'un point de vue technique, cette méthode est l'une des plus simples. Bien sûr, cela ne vaut pas la peine de grimper sur le toit et de recouvrir le collecteur manuellement - c'est dur et dangereux. Il est beaucoup plus rationnel d'installer un volet télécommandé, comme un volet roulant. Vous pouvez même connecter l'unité de commande du registre au contrôleur - en cas d'augmentation dangereuse de la température dans le circuit, le collecteur se fermera automatiquement.

7. Vidange du liquide de refroidissement. Cette méthode peut être considérée comme cardinale, mais en même temps, elle est assez simple. En cas de risque de surchauffe, le liquide de refroidissement est vidangé au moyen d'une pompe dans un réservoir spécial intégré dans le circuit du système. Lorsque les conditions redeviennent favorables, la pompe renverra le liquide de refroidissement dans le circuit et le collecteur sera rétabli.

Installation du bloc collecteur

L'installation du collecteur de chauffage est effectuée à proximité immédiate de la chaudière... Les tuyaux de radiateur du radiateur sont souvent posés le long du sol, après quoi la structure est bétonnée et isolée, ce qui minimise les pertes de chaleur. Le bloc collecteur lui-même est monté dans un écran ou une niche murale spécialement préparé. Un écran spécial peut être articulé ou intégré, avec une porte et un emboutissage latéral, ou ouvert. S'il n'y a pas de possibilité de montage de l'armoire, le bloc collecteur est fixé au mur à une faible hauteur du sol.

Si le bâtiment est à plusieurs étages, le distributeur sera installé à chaque étage de la maison, ce qui permettra de chauffer n'importe quelle pièce. Un tel système vous permettra de réguler, connecter et déconnecter un ou plusieurs radiateurs de chauffage, toute la pièce, un circuit complet. Cela élimine la nécessité de couper l'alimentation en liquide de refroidissement des autres sources de chauffage. Les débarras, les couloirs, les couloirs, les armoires sont utilisés comme locaux pour l'installation du collecteur de distribution.

Autres composants du système

Il ne suffit pas de collecter simplement la chaleur rayonnée par le soleil. Il doit encore être transporté, accumulé, transféré aux consommateurs, tous ces processus doivent être surveillés, etc. Cela signifie qu'en plus des collecteurs situés sur le toit, le système contient de nombreux autres composants, qui peuvent être moins visibles, mais pas moins important. Concentrons-nous sur quelques-uns d'entre eux.

Caloporteur

La fonction du liquide de refroidissement dans le circuit collecteur peut être assurée soit par l'eau, soit par un liquide antigel.

L'eau présente un certain nombre d'inconvénients qui imposent certaines restrictions à son utilisation comme liquide de refroidissement dans les capteurs solaires:

• Premièrement, à des températures négatives, il se solidifie. Pour empêcher le liquide de refroidissement gelé d'éclater les tuyaux du circuit, à l'approche du froid, il devra être vidangé, ce qui signifie qu'en hiver, vous ne recevrez même pas de petites quantités d'énergie thermique du collecteur.
• Deuxièmement, un point d'ébullition pas trop élevé de l'eau peut provoquer une stagnation fréquente en été.

Le liquide sans congélation, contrairement à l'eau, a un point de congélation nettement plus bas et un point d'ébullition incomparablement plus élevé, ce qui augmente la commodité de son utilisation comme caloporteur. Cependant, à des températures élevées, le "non-gel" peut subir des changements irréversibles, il doit donc être protégé d'une surchauffe excessive.

Pompe adaptée aux systèmes solaires

Pour assurer la circulation forcée du liquide de refroidissement le long du circuit collecteur, une pompe adaptée aux systèmes solaires est nécessaire.

Échangeur de chaleur ECS

La chaleur est transférée du circuit de capteurs solaires à l'alimentation en eau chaude ou au fluide de chauffage du système de chauffage au moyen d'un échangeur de chaleur. En règle générale, un réservoir de grand volume avec un échangeur de chaleur intégré est utilisé pour accumuler de l'eau chaude. Il est rationnel d'utiliser des réservoirs avec deux ou plusieurs échangeurs de chaleur: cela permettra de prélever la chaleur non seulement du capteur solaire, mais aussi d'autres sources (chaudière à gaz ou électrique, pompe à chaleur, etc.).

Schéma de câblage classique

Le schéma de câblage habituel pour les tuyaux d'alimentation en eau autour de la maison est en T ou séquentiel: un pipeline est détourné de la colonne montante principale, à laquelle les appareils et équipements nécessaires sont connectés via des tés et des robinets.

Cette technologie de connexion est intéressante dans les points suivants:

1. Longueur totale minimale du tuyau;
2. Faible résistance hydraulique dans le système d'alimentation en eau.

Dans la pratique, ce schéma n'a pas fait ses preuves du meilleur côté - il s'est avéré qu'il était préférable de mettre en œuvre une connexion via un peigne. L'inconvénient de la connexion traditionnelle est que lorsque plusieurs vannes sont ouvertes en même temps, la pression dans l'une d'elles, ou dans les deux, chute.