OPTIMISATION DE LA CONVERSION PHOTOTHERMIQUE PAR LES SURFACES SELECTIVES, NATURE ET TAILLE DE L ABSORBEUR C. BOUTGHAN 1, A.

Documents pareils
Système d énergie solaire et de gain énergétique

Étude d un système solaire thermique : Effet de l orientation des panneaux solaires

2 e partie de la composante majeure (8 points) Les questions prennent appui sur six documents A, B, C, D, E, F (voir pages suivantes).


Performances énergétiques de capteurs solaires hybrides PV-T pour la production d eau chaude sanitaire.

Module HVAC - fonctionnalités

CONSTRUCTION D UN CHAUFFE EAU SOLAIRE

Apports thermiques avec collecteurs solaires pour de l eau chaude sanitaire dans la Maison de retraite Korian Pontlieue

ConneCtez-vous au soleil. au soleil

Production électrique : la place de l énergie éolienne

DROUHIN Bernard. Le chauffe-eau solaire

Chapitre 1: Facteurs d'échelle

LAMPES FLUORESCENTES BASSE CONSOMMATION A CATHODE FROIDE CCFL

Etude expérimentale d un cuiseur solaire de type boîte à trois réflecteurs plans et une surface d ouverture inclinée

Pourquoi étudier l aérosol atmosphérique?

Correction ex feuille Etoiles-Spectres.

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Domosol : Système solaire combiné (SSC) de production d eau chaude et chauffage

Remeha ZentaSOL. La nouvelle norme en matière de simplicité, design et rendement

Long Carbon Europe Sections and Merchant Bars. Poutrelle Angelina. L alchimie réussie entre résistance, légèreté et transparence

CHAÎNES ÉNERGÉTIQUES I CHAÎNES ÉNERGÉTIQUES. II PUISSANCE ET ÉNERGIE

Une introduction aux chauffe-eau solaires domestiques

Il se peut que le produit livré diffère de l illustration.

kst ag Module thermoactif klima system technologie klima system technologie

Que nous enseigne la base de données PAE?

TPE : La voiture solaire. Présentation de Matthys Frédéric, Soraya Himour et Sandra Thorez.

Système multicouche raccords à sertir et tubes

1 RÉPUBLIQUE FRANÇAISE MINISTÈRE DE L EMPLOI, DE LA COHÉSION SOCIALE ET DU LOGEMENT ARRÊTÉ

Formulaire standardisé pour un chauffe-eau solaire

L incidence des hausses de prix des produits de base sur la balance commerciale du Canada 1

Formulaire standardisé pour un chauffe-eau solaire

Calculs Computional fluide dynamiques (CFD) des serres à membrane de Van der Heide

QUESTIONS DE PHYSIQUE AUTOUR DE L ÉNERGIE SOLAIRE

GIRAFE ENERGIES RENOUVELABLES MATERIAUX RENOUVELABLES LA SYNERGIE PARFAITE

Dalle Activ Kerkstoel Activation du noyau de béton

LE RÉFRIGÉRATEUR PRÊT À INSTALLER

Défi Transition énergétique : ressources, société, environnement ENRS Projet Exploratoire PALEOSTOCK

NOTICE TECHNIQUE SSC : Système Solaire Combiné eau chaude sanitaire / appui chauffage maison / appui eau chaude piscine

Les calculatrices sont autorisées

Energie solaire

Contrôle par commande prédictive d un procédé de cuisson sous infrarouge de peintures en poudre.

2.0. Ballon de stockage : Marque : Modèle : Capacité : L. Lien vers la documentation technique :

PROGRAMMES DONT LES UNIVERSITES PARTENAIRES SONT DIPLOMANTES. N.B : DIPLOME DE TECHNICIEN SUPERIEUR(DTS) : équivaut au BAC+2

IR Temp 210. Thermomètre infrarouge. Des techniques sur mesure

Mesures de PAR. Densité de flux de photons utiles pour la photosynthèse

Séquence 9. Étudiez le chapitre 11 de physique des «Notions fondamentales» : Physique : Dispersion de la lumière

4.14 Influence de la température sur les résistances

GSE AIR SYSTEM V3.0 L indépendance énergétique à portée de mains

Plan d actions Bilan Carbone. Périmètres d étude Sources d émissions Nbre d actions

ÉCOCONCEPTION ET ÉTIQUETAGE ÉNERGÉTIQUE

LE CETIME votre partenaire pour le progrès et l innovation:

FILTERS. SYSTEM CARE - Filtres en derivation INFORMATIONS TECHNIQUES CODIFICATION POUR COMMANDE INDICATEUR DE COLMATAGE

Coffrets de table Accessoires

R-SUN Le toit canadien

PANNEAUX SOLAIRES THERMIQUES

TP 2: LES SPECTRES, MESSAGES DE LA LUMIERE

EP A1 (19) (11) EP A1 (12) DEMANDE DE BREVET EUROPEEN. (43) Date de publication: Bulletin 2011/09

Eau. Chaude. Gratuite. La nouvelle génération des solutions solaires compactes design

Formation Bâtiment Durable :

Que sont les sources d énergie renouvelable?

Eau chaude Eau glacée

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

La sécurité des biens et des personnes Comment se protéger des intrusions?

Exemple d application du EN : Poutre fléchie avec section tubulaire reconstituée

Soltherm Personnes morales

Économie d énergie dans les centrales frigorifiques : La haute pression flottante

C3. Produire de l électricité

NOUVEL ALPHA2 FIABILITÉ ET RENDEMENT REDÉFINIS Gamme complète de circulateurs professionnels pour le chauffage, la climatisation et le refroidissement

SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES D AVENIR

C est prêt! VISOR. Le capteur de vision avec lequel vous pouvez commencer tout de suite.

Chaudières et chaufferies fioul basse température. Olio 1500, 2500, 3500, 4500, 7000

Biomasse forestière et bioénergie: Danger ou solution?

Manomètre pour pression différentielle avec contacts électriques Exécution soudée Types DPGS43.1x0, version acier inox

PHYSIQUE-CHIMIE. Partie I - Spectrophotomètre à réseau

Les lières. MSc in Electronics and Information Technology Engineering. Ingénieur civil. en informatique. MSc in Architectural Engineering

Rosemont- La Petite-Patrie. Îlots de chaleur urbains. Tout. savoir! ce qu il faut

Appel à financement participatif

L énergie en France et en Allemagne : comparaisons

Application à l astrophysique ACTIVITE

LES PROS DE L AFFICHAGE

Expérimentation de capteurs solaires thermiques peu coûteux et intégrés au bâtiment

Chapitre 2 : Caractéristiques du mouvement d un solide

Forum annuel Plan Climat des Alpes-Maritimes

Pompes à chaleur pour la préparation d eau chaude sanitaire EUROPA

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR AGRICOLE SUJET

Sciences de l ingénieur. Création et Innovation Technologique

Colle époxydique multi usages, à 2 composants

L énergie de l air extérieur pour une eau chaude sanitaire naturellement moins chère

ÉNERGIE : DÉFINITIONS ET PRINCIPES

Liste et caractéristiques des équipements et matériaux éligibles au CITE

Le système FLEX Une solution intelligente pour le chauffage et la production d eau chaude

MANUEL D INSTALLATION ET DE MISE EN SERVICE SOMMAIRE. Fonction. Avertissements Gamme de produits Caractéristiques techniques

Chapitre 1 : Qu est ce que l air qui nous entoure?

Information. BASES LITTERAIRES Etre capable de répondre à une question du type «la valeur trouvée respecte t-elle le cahier des charges?

L HABITAT. Technologie 5ème

«La sécurité d investissement comme préalable à un approvisionnement fiable» Le 5 octobre 2011 Foire du Valais, Journée de l énergie

Étude et modélisation des étoiles

Colonnes de signalisation

LA CAMÉRA THERMIQUE GUIDE PRATIQUE DE. pour les activités du bâtiment 4SOMMAIRE

Transcription:

Third International Conference on Energy, Materials, Applied Energetics and Pollution ICEMAEP2016, October 30-31, 2016, Constantine,Algeria OPTIMISATION DE LA CONVERSION PHOTOTHERMIQUE PAR LES SURFACES SELECTIVES, NATURE ET TAILLE DE L ABSORBEUR C. BOUTGHAN 1, A. CHAKER 2 1 Laboratoire Physique Energétique, Université des frères mentouri, boutaghanecherifa@yahoo.fr 2 Laboratoire Physique Energétique, Université des frères mentouri, chakamine@yahoo.fr RÉSUMÉ Le gaspillage effréné des combustibles fossiles (charbon, gaz naturel et pétrole) à épuisé en moins d un siècle la quasi-totalité de ce que la nature avait patiemment fabriqué et conservé au sein de la terre pendant des millions d années. La conversion photo thermique de l énergie solaire, pourrait alors procurer un apport d énergie non négligeable pour un grand nombre d application thermiques. Parmi toutes les sources d énergies renouvelables, la concentration solaire pourrait être l une des technologies majeures pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux. L objectif principal de notre travail est d adopter différentes technologies, qui favorisent encore plus la concentration solaire, tel que la surface acier/chrome noir qui possède un coefficient d émissivité faible de l ordre de 0,07. Et même les résultats paraient acceptable par rapport à la référence [1]. Mots Clés: surfaces sélectives, modélisation mathématique, concentrateur cylindro parabolique. NOMENCLATURE Symboles : T ab température de l absorbeur C q i les différents échanges thermiques j A c aire total du recepteur m 2 p i le terme de la source W A b surface soumise à l ombre m 2 M ab masse de l absorbeur kg Lettres grecques : Cp ab chaleur spécifique J/kg.k ρ c coefficient de reflexion P ab puissance absorbée W α ab coefficient d absorptivité abs S composante directe du rayonnement directe solaire W/m 2 τ v coefficient d émissivité vitre S * composante normale directe du rayonnement solaire W/m 2 Indices / Exposants : P c puissance recue à l ouverture du collecteur W i différents éléments du capteur A i surface inactive des extrémités du collecteur m 2 1. INTRODUCTION Si l on veut produire du travail à partir de l énergie solaire, il faut atteindre des températures de source chaude plus élevées que celles rencontrées avec les capteurs plans, qui en général ne permettent pas de dépasser une température de 130 C au niveau de la surface absorbante. Pour cela il faut accroitre le flux incident au moyen des surfaces optiques qui permettront de le concentrer. L utilisation des surfaces sélectives, participent à la prédiction des pertes thermiques. Différents critères doivent intervenir lors du choix d une surface sélectif tel qu une absorptivité élevé et une faible émissivité dans l infrarouge. La longueur de l absorbeur, plus elle est élevée le fluide caloporteur prend plus de temps en contact avec l absorbeur d où température de sortie élevée du fluide caloporteur. 749

2. MODELE MATHEMATIQUE 2.1. Description du système Notre système est un long miroir cylindro parabolique, de (2 m) de long, (4 m 2 ) comme surface d ouverture et une distance focale de (50 cm). La couverture transparente est en verre pyrex, le tube absorbeur en cuivre et le miroir réfléchissant est en aluminium pur. En pratique, le flux solaire ainsi que tous les variables climatiques sont en évolution permanente, aussi l étude sera menée en régime transitoire. Lorsqu'un matériau se trouve à l'équilibre thermique, sa température est fixe et les échanges de chaleur (échange par conduction, convection, rayonnement) qu il a avec son environnement sont équilibrés (autant de chaleur reçue de son environnement que de chaleur cédée à cet environnement). On utilise le terme de l inertie thermique, pour dresser notre bilan thermique, qui a pour expression [2] : M i Cp i dt i / dt Cette énergie stockée est donnée par la relation : M i Cp i dt i/dt = q i+p i (1) 2.2. Bilan thermique (tube absorbeur) Ces échanges sont donnés par la relation : M ab Cp ab dt ab / dt = -q conv.ab-v q conv-ab-f -q ray.ab-v + P ab (2) 2.3. Puissance absorbée par le récepteur La puissance reçue à l ouverture du récepteur est réduite par les pertes thermiques. La puissance totale nette absorbée est donnée par [3] : P ab=α ab ρ c τ v P c A c (3) P c= S * A e (4) S * =S Cos(ϴ) (5) A e, étant la surface active donnée par [4] : A e= A c - (A i +A b) (5) A i=4 f D tg (θ /3) (6) Ab = 2 f D tg (θ/3) (7) θ: angle d incidence 3. RESULTATS 3.1. Evolution temporelle de la puissance absorbée 750

n=230, ciel bleu n=82, ciel dégradé 40 Puissances absorbées (W/m 2 ) 30 20 10 0 FIGURE 1. Evolution temporelle de la puissance absorbée pour deux journées types Il apparait clairement sur la (FIGURE 1), que la puissance absorbée au mois de Mars est moins importante que celle absorbée au mois d Aout, ce qui s explique par l intensité importante de l irradiation solaire en ce dernier mois. Les deux courbes présentent une période ou la puissance absorbée reste constante (l absorbeur atteint son maximum d énergie interne). Pendant ce temps, l énergie captée sera transmise au fluide caloporteur. 3.2. Effet de la sélectivité de l absorbeur Deux types de matériaux ont été étudiés. Il apparaît sur la (FIGURE 2) que l utilisation d une surface cuivre/chrome noir pour l absorbeur engendre plus de pertes thermiques qu une surface acier/chrome noire (FIGURE 2), ce qui peut être expliqué par le coefficient d absorptivité de la première surface (0,95) plus élevé que celui de la seconde. De plus le coefficient d émissivité de la surface acier/chrome noir (0,07) est faible, d où des pertes thermiques moindres. Par ailleurs, l effet de la surface sélective de l absorbeur sur le rendement thermique du concentrateur a été examiné. L observation de la (FIGURE 3), permet de constater que les courbes représentant l évolution temporelle du rendement thermique instantané du concentrateur, pour les deux types de surfaces sélectives utilisées, sont quasi confondues. Par conséquent, il est économiquement préférable d utiliser la surface sélective acier/chrome noire de moindre coût, ce qui a été également recommandé par les laboratoires SANDIA [5]. 751

acier et chrome noir cuivre et chrome noir Puissance perdue (W/m 2 ) 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 Rendement thermique instantané 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 acier et chrome noir cuivre et chrome noir FIGURE 2. Evolution temporelle de la puissance perdue pour deux surfaces sélectives 3.3. Effet de la nature du matériau de l absorbeur FIGURE 3. Evolution temporelle du rendement thermique instantané du concentrateur avec deux surfaces sélectives L analyse des courbes des (FIGURES 5, 6), montrent clairement que malgré le bon rendement atteint en utilisant de l aluminium, les pertes thermiques sont très importantes, cela est due à la légèreté de l aluminium et a son inertie thermique qui est faible par rapport à celle du cuivre. 0,85 Cu Al 0,80 Puissances perdues (W/m 2 ) 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 FIGURE 5 Evolution temporelle des pertes thermiques pour les deux matériaux Matériau Absorptivité Masse volumique [Kg/m 3 ] Chaleur spécifique [J/kg.k] Cuivre 0,92 8940 380 Aluminium 0,5 2700 86 TABLEAU 1 Propriétés thermo physiques des matériaux constituant l absorbeur 752

Les propriétés thermo physiques des matériaux constituant l absorbeur utilisés dans notre travail sont présentées en dessus dans le TABLEAU 1 : Cu Al 1,0 Rendement thermique instantané 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 FIGURE 6 Evolution temporelle du rendement thermique instantané pour les deux matériaux 3.4. Effet de la taille de l absorbeur 3.4.1. Le diamètre Puissances perdues (W/m 2 ) 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 1 cas 2 cas 3 cas 4 cas FIGURE 7. Evolution temporelle des pertes thermiques pour différents diamètres de l absorbeur L analyse des courbes de la (FIGURE 7), permet de noter que l augmentation du diamètre de l absorbeur conduit a un accroissement sensible des pertes thermiques, il en résulte un effet très défavorable sur les performances du collecteur. 753

3.4.2. La longueur Il apparaît clairement sur la (FIGURE 8), que la température de sortie du fluide caloporteur est d autant plus élevée que le tube absorbeur est long. Température de sortie du fluide caloporteur (k) 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 L=2m L=3m L=5m FIGURE 8. Evolution temporelle de la température de sortie du fluide pour différentes longueurs 4. CONCLUSIONS L étude théorique et numérique d un concentrateur cylindro parabolique menée dans le cadre de ce travail a permis de préciser l effet de différents paramètres sur les performances du concentrateur. Le coefficient d émissivité de la surface sélective acier/chrome noir (0.07) faible, présente un effet très favorable sur les pertes thermiques, et pour la longueur du tube absorbeur, il y a lieu d observer que si une augmentation de celui-ci permet d augmenter la température de sortie du fluide caloporteur. REFERENCES [1] A. Gama, M. Hadadi et A. Malek, Etude et réalisation d un concentrateur cylindro parabolique avec poursuite solaire aveugle, Revue Des Energies Renouvelables. Vol.11, N 3, pp 437-451, (2008). [2] J. Bernard, Energie Solaire, Calculs et Optimisation. Ellipse Edition Marketing. Paris. (2004). [3] I. Zeghib, Etude et Réalisation d un Concentrateur Solaire Parabolique, thèse de magistère, Université de Constantine. (2005). [4] S. M. Jeter, D. I. Jarrar and S. A. Moustafa, Geometrical Effects on the Performance of Trough Collectors. Solar Energy. vol 30 N 2.pp.109-113.(1983). [5] T. A. Stuetzele, Automatic Control of the 30 MWe SEGS VI Parabolic Trough Plant, thesis of Master of Science, University of Wisconsin-Madison. (2002). 754