DOSSIER INSTALLATION SOLAIRE

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Sylvain Hugues Morency
il y a 7 ans
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1 DOSSIER INSTALLATION SOLAIRE TECHNOLOGIES DES CAPTEURS SOLAIRE THERMIQUE EFFICACITE DU CAPTEUR SOLAIRE EN FONCTION DU SOLEIL LE CAPTEUR PLAN VITRE LE CAPTEUR A TUBES SOUS VIDE LE CAPTEUR «MOQUETTE SOLAIRE» CALCULER LE RENDEMENT D UN CAPTEUR SOLAIRE!!!!! 1

2 1 EFFICACITE DU CAPTEUR EN FONCTION DU SOLEIL En fonction de la position du soleil sur sa trajectoire journalière, les performances des capteurs varies de façon importantes. L efficacité d un capteur dépend du rayonnement solaire reçu, plus le rayonnement sera perpendiculaire, plus l'efficacité du capteur sera maximum. Il dépend aussi des composants utilisés pour capter et transmettre la chaleur au fluide colporteur. FAIBLE EFFICACITE LARGEUR EQUIVALENTE FAIBLE EST MATIN OUEST SOIR EFFICACITE REDUITE LARGEUR EQUIVALENTE AUGMENTE EST MATIN OUEST SOIR EFFICACITE MAXIMUM LARGEUR EQUIVALENTE MAXIMUM EST MATIN OUEST SOIR 2

3 2 LE CAPTEUR SOLAIRE THERMIQUE PLAN VITRE COMPOSITION DU CAPTEUR Le capteur thermique plan vitré est composé de plusieurs matières permettant d optimiser la captation du rayonnement solaire et par conséquent de chauffer efficacement le fluide caloporteur Matière transparente le verre Matière réfléchissante le miroir Matière absorbante le revêtement noir Le rôle de l'absorbeur est capital puisque qu il transforme le rayonnement solaire en chaleur pour la transmettre au fluide caloporteur. L'absorbeur est muni de tubes assurant la circulation du fluide caloporteur à chauffer. La surface absorbante (revêtement) absorbe et transforme le rayonnement solaire en chaleur, la température peut atteindre entre 70 et 80. Un bon revêtement doit être fortement absorbant : il est en général noir ou de teinte sombre. 3

4 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Rayonnement solaire Vitre Joint Coffre Isolant Absorbeurs avec ses tubes Température de l air: 10 C Température du fluide caloporteur: 30 C Rayonnement incident 100% Pertes par rayonnement 21% Pertes par conduction et convection 29% Energie Récupérée 50% Température de l air: 10 C Température du fluide caloporteur: 60 C Rayonnement incident 100% Pertes par rayonnement 21% Pertes par conduction et convection 54% Energie Récupérée 25% 4

5 RENDEMENT DU CAPTEUR SOLAIRE THERMIQUE PLAN VITRE Température de l air: 10 C Ensoleillement: 600W/m2 Rendement du capteur % Température moyenne du capteur C Nous remarquons dans l ensemble que le rendement d un capteur thermique plan vitré est très faible mais surtout se dégrade rapidement avec la montée en température. Pour améliorer le rendement du capteur, il faudrait diminuer le pouvoir réfléchissant des surfaces vitrées par l emploi de verre sélectif, diminuer la convection autour de l absorbeur par l emploi de capteur sous vide d air dans le cas de hautes températures et diminuer la température du fluide caloporteur par un bon calcul de l installation. 5

6 3 LE CAPTEUR SOLAIRE THERMIQUE A TUBES SOUS VIDE Le capteur sous vide est constitué d une série de tubes de verre sous vide à l intérieur desquels se trouve un absorbeur avec un circuit hydraulique, qui capte l énergie solaire et la transfère au fluide caloporteur. Grâce aux propriétés isolantes du vide, les déperditions de chaleur sont faibles. Ainsi, on peut obtenir des gains de température de 100 C et plus. Ce type de capteur est particulièrement bien adapté aux applications nécessitant des hautes températures. COMPOSITION DU CAPTEUR Tube de verre extérieur. Les tubes en verre en borosilicate à double paroi présentent une transmission optique maximale. Vide. Le vide élevé présent dans les tubes en verre offre une isolation thermique optimale. Tube Absorbeur. Le rayonnement solaire est converti en chaleur dans l absorbeur. Cette surface absorbante sélective est obtenue par procédé plasma. Tube d alimentation Un tube caloduc contient un fluide caloporteur qui transporte efficacement la chaleur du tube vers le collecteur. Ses caractéristiques de conduction sont 1000 à fois supérieures à celles du cuivre ou de l aluminium. Fluide caloporteur Réflecteur. Ailette en aluminium 6

7 Un tube devient inutile s'il n'est pas totalement hermétique, si celui-ci ne l est plus, il faut le changer pour préserver la performance de l'ensemble du capteur. Afin de visualiser cette éventualité, les tubes sont munis d'un témoin en baryum*, qui dépose d une couche métallisée sur l'intérieur du tube disposée lors de la fabrication. Cette couche argentée de baryum devient blanche au contact avec l'air et ainsi sert de témoin à la perte de vide. le bout du tube est argenté si le vide est effectif, sinon il devient blanc. *Métal blanc argenté qui fait partie des alcalino-terreux et qui décompose l eau à la température ordinaire (symbole Ba, numéro atomique 56, masse atomique 137,34). Fluide caloporteur froid Fluide caloporteur chaud 7

8 RENDEMENT DU CAPTEUR SOLAIRE THERMIQUE A TUBES SOUS VIDE Rendement du capteur % Température moyenne du capteur C Nous remarquons que le rendement du capteur sous vide est nettement supérieur au capteur plan vitré. De plus, le rendement ne chute pas aussi vite lors de la monté en température. C est l une des raisons pour la quelle le capteur sous vite est utilisé pour des hautes températures. 8

9 4 LE CAPTEUR SOLAIRE THERMIQUE «MOQUETTE SOLAIRE» La moquette solaire est un capteur rudimentaire qui a un très bon rendement p o u r l a p l a g e d e t e m p é r a t u r e s correspondant au réchauffage de l eau d une piscine. Elle apporte quelques degrés à la température de l eau et permet d augmenter la période d utilisation de la piscine. Très utilisée pour les piscine municipales. L'eau de la piscine est pompée jusqu'aux capteurs, chauffée puis retourne dans la piscine. En règle générale, la surface des capteurs doit être de 25 à 40 % plus grande que la piscine. Dans des conditions normales, avec une température ambiante de 15 C, les c a p t e u r s p e u v e n t a u g m e n t e r l a température de l'eau d'une dizaine de degrés. Rendement du capteur % Température moyenne du capteur C

10 5 CALCULER LE RENDEMENT D UN CAPTEUR SOLAIRE Pour calculer le rendement d un capteur solaire nous utiliseront la formule suivante: η = B K. T m T e H B : Facteur optique du capteur K : Coefficient de déperditions du capteur [W/m².K] Tm : Température moyenne du capteur [ C] Te : Température extérieure [ C] H : Irradiation solaire [W/m²] Le rendement des différents capteurs solaires: Le facteur optique B Ce facteur (sans dimension) est le produit du coefficient d'absorption de l'absorbeur par le coefficient de transmission du vitrage. Il varie entre 0,5 et 0,8 suivant la nature du capteur (par rapport à la surface hors tout du capteur). Il correspond aussi au rendement maximum du capteur. Le coefficient K [W/m².K] Ce coefficient est représentatif des pertes thermiques du capteur. Il dépend essentiellement du niveau d'isolation du capteur et de la nature de l'absorbeur. Il varie fortement en fonction du type de capteur : Capteur non vitré : 20 à 25 [W/m².K] Capteur vitré standard : 5 à 8 [W/m².K] Capteur vitré sélectif : 4 à 6 [W/m².K] Capteur sous vide : 1 à 2 [W/m².K] 10

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