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La magie du soleil : comment utiliser la lumière du soleil pour chauffer l'eau ?
Avec l’augmentation spectaculaire de la demande en énergie renouvelable, les systèmes de chauffage solaire de l’eau (SWH) sont devenus une solution importante pour répondre aux besoins de chauffage de l’eau. Cette technologie chauffe l’eau en convertissant la lumière du soleil en chaleur à l’aide de capteurs solaires thermiques. En fonction des différents types de climat et des conditions économiques, il existe sur le marché de nombreuses configurations différentes de systèmes SWH, qui sont largement utilisées dans les scénarios résidentiels et certains scénarios industriels.
Le principe de base d'un système de chauffage solaire de l'eau est qu'un capteur orienté vers le soleil chauffe un fluide de travail, qui entre ensuite dans un système de stockage pour une utilisation ultérieure. Selon le mode de fonctionnement du système, le SWH peut être divisé en actif (nécessitant une pompe) et passif (reposant sur un entraînement par convection). Ces systèmes peuvent utiliser de l’eau seule ou une combinaison d’eau et d’autres fluides de travail, et peuvent chauffer directement ou avec des miroirs focalisant la lumière. La popularité de ces systèmes en a fait une solution emblématique dans le secteur mondial des énergies renouvelables.
La capacité thermique des systèmes de chauffage solaire de l'eau a atteint 472 GW en 2017, menée par la Chine, les États-Unis et la Turquie.
Histoire
L’histoire des capteurs solaires thermiques remonte au 19e siècle. Dès 1900, on trouve des traces de réservoirs d'eau peints en noir installés sur les toits aux États-Unis. En 1896, Clarence Kemp de Baltimore a inventé le premier « chauffe-eau par lots ». La technologie a évolué au fil du temps et a suscité une nouvelle attention lors des crises énergétiques des années 1950 et 1970.
Israël, Chypre et la Grèce sont les leaders en matière de chauffage solaire de l’eau par habitant, prenant en charge 30 à 40 % des ménages utilisant cette technologie.
Exigences de conception
Plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la conception d’un système de chauffage solaire de l’eau. Par exemple, les exigences courantes incluent : les changements de température ambiante, les changements de rayonnement solaire et la manière d’éviter la surchauffe ou le gel de l’eau. La configuration minimale requise du système est généralement déterminée en fonction de la demande en eau chaude en hiver, tandis que la puissance maximale est conçue pour empêcher la surchauffe de l'eau.
Protection antigel et contre la surchauffe
Le but des mesures antigel est d'empêcher le liquide de geler et d'endommager le système. La protection la plus courante est un système de drainage qui permet au liquide de s'échapper lorsque la pompe cesse de fonctionner. De plus, certains systèmes indirects utilisent de l’antigel. À mesure que les systèmes d’énergie solaire deviennent de plus en plus populaires, divers mécanismes de protection innovants sont introduits pour garantir un fonctionnement sûr.
Qu'il s'agisse d'un système actif ou passif, une conception raisonnable et des mesures de protection efficaces sont essentielles pour garantir le fonctionnement normal du système de chauffage solaire de l'eau.
Structure et principe de fonctionnement
Les systèmes simples de chauffage solaire de l'eau se composent généralement d'un boîtier isolé avec un couvercle en verre et d'un capteur à plaque plate. Ces systèmes peuvent utiliser pleinement l’énergie thermique pour chauffer l’eau à la température requise. Dans de nombreux cas, la chaleur collectée est stockée dans un réservoir d’eau plus grand pour être utilisée lorsque les conditions météorologiques sont mauvaises ou que la demande augmente.
Catégories de configuration du système
En fonction du mode d'alimentation, les systèmes de chauffage de l'eau peuvent être divisés en systèmes directs et indirects. Les systèmes directs font circuler l’eau potable à travers des capteurs, tandis que les systèmes indirects utilisent des échangeurs de chaleur pour transférer la chaleur à l’eau. Bien que les systèmes directs soient moins chers, ils offrent peu ou pas de protection contre le gel, tandis que les systèmes indirects offrent généralement une protection efficace contre le gel et la surchauffe.
Conclusion
Le chauffage solaire de l’eau présente un grand potentiel aussi bien dans les maisons individuelles que dans les grandes applications industrielles. À mesure que la technologie continue de progresser, la dépendance mondiale à l’énergie solaire va augmenter. Commençons-nous à profiter pleinement de cette magie du soleil ?
