Les différents concepts de capteurs à tubes sous vide

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Les capteurs à tubes sous vide sont vraiment la nouvelle génération du solaire thermique.

Fonctionnant comme pour les bouteilles isothermes, on a fait le vide dans ces tubes afin de réduire les déperditions de chaleur par convection et par conduction thermique.

L’intensité du vide est d’une importance décisive pour l’interruption du mécanisme de transfert de chaleur à l’enveloppe extérieure du tube et donc, la dispersion de la chaleur.

La pression doit être réduite très en dessous de la pression atmosphérique si l’on veut réaliser une réduction significative des coefficients de déperdition du capteur et ainsi garder un maximum de chaleur pour le chauffe-eau solaire.

Les tubes sous vide à flux direct

Dans ce type de capteurs, le fluide caloporteur passe directement par l’absorbeur dans les tubes sous vide.

Un rendement élevé est obtenu par ce transfert thermique direct.

On peut par ailleurs orienter l’absorbeur par rapport au soleil au moment de l’installation, ce qui en fait un très bon capteur pour les implantations en façade par exemple.

Les tubes sous vide à flux direct ont un second avantage par rapport aux tubes sous vide classiques : on peut les monter directement en toitures-terrasses, mais seulement dans des régions à faible enneigement.

Cela signifie que les coûts du support de fixation peuvent être réduits au minimum.

Les tubes sous vide à caloduc

Dans les tubes sous vide à caloduc, le tube de l’absorbeur contient une petite quantité d’eau (ou un liquide antigel selon les consignes de température).

Ce liquide est vaporisé sous vide partiel et cette vapeur s’élève dans le conduit de l’absorbeur, condense dans le condenseur et retourne sous forme liquide dans l’absorbeur.

Le condenseur transfère la chaleur au fluide de transfert thermique.

Ce principe exige une inclinaison minimale du tube absorbeur, contrairement aux tubes à flux direct.

Les fabricants préconisent une pente de 20 à 30° pour l'installation des panneaux solaires, ce qui convient à beaucoup de toitures françaises.

Si le condenseur a une température supérieure à la température d’évaporation du fluide absorbeur, il y a vaporisation complète.

Cela peut se produire à la stagnation, quand le soutirage est insuffisant.

Dans ce cas, aucune chaleur n’est transportée au condenseur par le fluide caloporteur.

Cette limitation peut avoir un effet positif dans les systèmes qui sont exposés à des phases de stagnation fréquentes mais courtes.

La température potentielle de fonctionnement de ces capteurs est inférieure à celle des tubes à flux direct en raison du transfert thermique supplémentaire entre le condenseur et le fluide caloporteur.

Les tubes sous vide de type Sydney/CPC

Le tube « Sydney » est tout simplement un tube de verre à double paroi pour éviter une possible perte du vide par la jonction métal/verre qui caractérisent les autres types de capteur à tube.

Contrairement aux autres tubes sous vide, la surface absorbante des tubes « Sydney » est directement placée sur le tube en verre intérieur.

Un réflecteur est nécessaire pour utiliser la totalité de la surface de l’absorbeur, à cause de l’arrondi du tube.

Ces réflecteurs sont aussi utilisés comme concentrateurs, et l’ensemble est commercialisé sous l’appellation CPC (Concentrateur Parabolique Composé).

Ces réflecteurs extérieurs ont l’inconvénient de se salir par les intempéries.

Il convient donc de faire un entretien régulier.

Une variante a été développée par la société Schott-Rohrglas, qui inclut le réflecteur dans le tube « Sydney » et le protège ainsi des intempéries.

Les capteurs avec des tubes sous vide de type « Sydney » ont un coût relativement moins cher que les autres, mais un rendement inférieur à cause de leur absorbeur arrondi et relativement petit.

En conclusion

Les capteurs à tubes sous vide n’ont pas encore fini d’évoluer.

C’est encore une technologie jeune mais prometteuse.


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