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Chauffe-eau solaire individuel (CESI) (dossier pédagogique destiné aux enseignants) Objectifs : S INFORMER des différentes structures d installations solaires thermiques domestiques pour le chauffage de l eau sanitaire et DÉFINIR le rôle des différents constituants (capteurs, ballon de stockage) DIMENSIONNER et CHOISIR les constituants d une installation solaire thermique domestique (surface des capteurs, capacité du ballon de stockage) S INFORMER des autres applications solaires thermiques domestiques (systèmes combinés, planchers solaires directs) S INFORMER des aspects administratifs et financiers pour concrétiser un projet domestique. Élèves et filières concernés : Élèves des formations de niveau 4 des filières de l électrotechnique et de l électronique (baccalauréats technologiques et professionnels). Supports didactiques recommandés : Ouvrage de la collection Technique Pratique : «Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables» (www.elektor.fr/e-choppe) Diaporama «Chauffe-eau solaire individuel» téléchargeable en ligne sur www.elektor.fr/ NRJ Évaluation (questionnaire) : E1 Le croquis ci-contre illustre la structure type d un chauffe-eau solaire individuel (CESI). RÉDIGER un commentaire explicatif qui décrit le principe de fonctionnement de ce chauffe-eau solaire :
Évaluation (questionnaire suite) : E2 Le rendement des capteurs solaires diminue quand la différence entre la température du fluide caloporteur et la température ambiante extérieure augmente. Ainsi, le constructeur VIESSMANN rend compte de cette diminution du rendement de ses capteurs solaires plats par les courbes suivantes : Ces courbes de rendement relèvent de l équation mathématique suivante : DÉMONTRER, calculs à l appui, que le rendement du capteur solaire Vitosol 100 2,5 avoisine 50 % quand la différence de température est de 60 K entre celle du fluide caloporteur et celle de l air ambiant extérieur : NOTA : Considérer un ensoleillement reçu caractérisé par une puissance calorifique de 800 W / m².
Évaluation (corrigé du questionnaire suite) : 43 CALCULER le rendement des capteurs solaires plats de type VIESSMANN Vitosol 200 F en tenant compte des coefficients fournis par le constructeur : η c = 0,837 (1,75 x ((70 28) / 800)) - (0,008 x ((70 28) 2 / 800)) = 0,7274 = 72,74 % 44 CALCULER l irradiation solaire journalière moyenne pour la période d avril à septembre : Irradiation solaire journalière moyenne = (5,39 + 5,75 + 6 + 6,5 + 6,15 + 5,3) / 6 = 5,85 kwh/m² 45 CALCULER la surface théorique des capteurs solaires et en DÉDUIRE la surface réelle en considérant un rendement de l installation de 70 % : Surface théorique = Énergie calorifique journalière / Irradiation solaire journalière Surface théorique = Ej / Hj = 6 106 / 5 850 = 1,04 m² Surface pratique = Surface théorique / (rendement des capteurs x rendement de l installation) Surface pratique = 1,04 / (0,7274 x 0,7) = 2,04 m² 46 En DÉDUIRE le nombre de capteurs solaires plat VIESSMANN Vitosol 200 F à implanter sur le toit de la maison : On retiendra l implantation d un seul capteur solaire plat VIESSMANN Vitosol 200 F (référence SH2 ou SV2) dont la surface de l absorbeur est de 2,32 m².