CHAPITRE 3 : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
3.6. Application des résultats expérimentaux
Les résultats de cette étude portant sur l’influence des phénomènes environnementaux peuvent avoir plusieurs impacts sur le développement des capteurs plans et la vie socio-économique de la population :
- Une économie financière en faisant un dépoussiérage des capteurs plans et en les installant de manière à éviter le maximum que possible des aléas climatiques.
- La réduction des rejets des gaz à effets de serre, car cette étude encourage l’utilisation des capteurs plans solaire thermique
- L’augmentation du rendement des capteurs plans en les rendant exemptent des phénomènes environnementaux.
- Cette étude donne la confirmation sur la possibilité d’utiliser les capteurs plans solaires avec vitrage ou sans vitrage dans la ville de Cotonou.
- Faire le choix du capteur que l’on désire utilisé.
- Vérifier le rendement d’un capteur (en particulier un capteur plan installé dans la ville de Cotonou).
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Les performances des capteurs plans thermiques sont conditionnées par divers paramètres qui leur sont propres et les phénomènes environnementaux. La poussière, le brouillard, les papiers et d’autres objets sont entre autres des phénomènes qui peuvent considérablement amenuiser les performances des capteurs plans. Il urge donc de protéger les capteurs plans des aléas climatique
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Conclusion générale
Au thème de cette étude nous retiendrons qu’il existe deux types de configurations d’un capteur plan solaire thermique :
- Le capteur solaire plan thermique avec la plaque de couverture en verre (avec vitrage)
- Le capteur solaire plan thermique sans la plaque de couverture en verre (sans vitrage)
Les calculs numériques des rendements avec la méthode de calcul en régime stationnaire nous ont permis de déterminer l’évolution du rendement d’un capteur plan sans la vitre et celui avec la vitre ; ce qui nous a amenés à déduire pour chaque application la technologie de capteur à utiliser notamment dans la ville de Cotonou. D’autre part, cette étude nous a permis de ressortir l’influence de la vitre sur le rendement d’un capteur plan. Nous sommes ainsi donc arrivés à montrer de manière théorique à travers des expériences au laboratoire que les capteurs thermiques subissent l’influence des phénomènes environnementaux par la diminution de température.
L’étude des performances des capteurs solaires plans thermiques face aux phénomènes environnementaux nous ont également conduits aux constatations suivantes :
le débit de circulation du fluide caloporteur influe le rendement global d’un capteur solaire plan thermique. Plus le débit est faible, plus le fluide caloporteur séjourne longuement dans l’absorbeur afin de recevoir un maximum de chaleur pour se réchauffer et plus le rendement croit.
la puissance du rayonnement incident influe le rendement global du capteur solaire plan thermique. Le rendement du capteur augmente proportionnellement à la puissance des rayonnements incidents
Pour de faibles températures de fonctionnement (avoisinant la température ambiante), les capteurs plans sans la couverture en verre sont plus efficaces
Les capteurs non vitrés sont capables de réchauffer efficacement de l’eau froide, pour l’amener aux environs de la température ambiante
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que l’éclairement baisse, le rendement chute fortement.
le capteur vitré améliore fortement le rendement par rapport au non vitré. Il atteint typiquement un ∆𝑇 𝑑𝑒 50°𝐶 par bon ensoleillement.
Les phénomènes environnementaux et leurs corollaires tels que le brouillard, la poussière les objets et feuilles d’arbres, etc…
contribuent également à la baisse du rendement des capteurs plan (capteur solaire plan avec vitrage et sans vitrage).
Les pertes thermiques, sous l’influence des phénomènes environnementaux en particulier la poussière, sont plus élevées lorsque le capteur est vitré.
Nous pouvons affirmer avec certitude qu’il a une part de rendement estompé du capteur solaire, imputable aux aléas climatiques. Il urge donc de manifester une volonté politique afin d’encourager des études allant dans ce sens pour mieux parfaire les performances d’un capteur plan en général.
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Perspectives
Nous pensons que les recherches sur les performances des capteurs plans solaires ne font que commencer ; Parmi tant d’autres sujets de recherche, nous mettons en perspectives les imminents que voici :
Etude approfondie sur une politique de maintenance de capteurs plan thermiques, notamment le dépoussiérage de la surface des capteurs (vitre)
Trouver des solutions technologiques pour le contrôle à distance des capteurs (détection d’un quelconque objet perturbant la performance pour les grandes installations de capteurs plans).
Une étude approfondie sur la part de pourcentage de rendement imputable aux phénomènes environnementaux.
Etablir un modèle théorique des pertes thermique au niveau du ballon d’eau lorsque le capteur est par exemple influencé par la poussière.
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Références Bibliographiques
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A nnexe : 01
Figure I: Variation type de l’éclairement solaire au cours d’une journée non-perturbée. [14]
L’éclairement solaire reçu par un capteur varie typiquement de la manière représentée sur la figure 1.15 au cours d’une journée non-perturbée : nul la nuit, il augmente dès le lever du jour pour atteindre un maximum au midi solaire avant de décroître de nouveau jusqu’à s’annuler à la tombée de la nuit. [14]
L’utilisation de l’énergie solaire est donc bien adaptée aux applications dont les besoins coïncident avec les heures d’ensoleillement maximum. Dans la plupart des cas, il existe un décalage qui nécessite un stockage pour satisfaire les besoins de la période de non-ensoleillement : ballon d’eau chaude associée à un capteur solaire pour les besoins en eau chaude en début de matinée, château d’eau associé à une pompe solaire pour les besoins nocturnes en eau. [14]
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Figure II : rayonnement solaire global quotidien moyen mensuel des stations synoptiques de l’ASECNA au BENIN et au TOGO (en KWh/m2.j) [2].
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Annexe 03 :
Propriétés thermo-physiques de l’air [12]
La masse volumique de l’air qui se comporte comme un gaz parfait peut s’écrire dans les conditions normales de pressions (P=101325 Pa) sous la forme de : 𝜌 = 𝜌0+ 273/(𝑇 + 273). 𝜌0 Est la masse volumique de l’air à 0°C et T la température de l’eau en °C
Propriétés thermo-physiques de l’eau[12]
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Coefficient d’échange pour l’air en convection naturelle (régime laminaire) [12]
MAMADOU Abdel-farid/Mémoire d’ingénieur/GME-EPAC 63 Absorbeur
L’absorbeur d’un capteur a pour rôle de transformer en chaleur le rayonnement électromagnétique qu’il reçoit et de transmettre cette chaleur au fluide caloporteur. Ses principales qualités seront donc [4]:
- Un facteur d’absorption aussi voisin que possible de l’unité, - Un pourvoir émissif dans l’infrarouge aussi faible que possible, - Une bonne conductibilité thermique et diffusivité thermique, - Une faible inertie thermique,
- Une bonne résistance chimique vis- vis-à-vis du fluide qui le beigne.
La première génération d’absorbeur utilisait l’un des trois métaux suivants, recouvert extérieurement d’une mince couche de peinture noire mate [4]:
- Le cuivre, le meilleur mais aussi le plus couteux, - L’acier et
- L’aluminium.
Figure III : Propriété de quelques surfaces sélectives [4].
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Figure IV : Résultats statistiques des données climatiques à 10 m du sol [9].
La figure IV présente les résultats statistiques du vent (paramètres de weibul, vitesse moyenne 𝑉𝑚, puissance disponible, énergie disponible obtenus à partir de l’étude statistique des données de la vitesse du vent [9].
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Figure V : Différentes valeur du nombre de prendtl pour quelques fluides.
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Mesure des températures
Les températures seront prisent dans cinq différents points du circuit selon les différentes constitutions du montage. Pour cela, cinq thermocouples sont placés en ces différents points. On a :
- La température du circuit d’eau à l’entrée de l’absorbeur (𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟é𝑒) - La température du circuit d’eau à la sortie de l’absorbeur (𝑇𝑠𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒)
- La température à la surface de l’absorbeur (𝑇𝑎𝑏𝑠) (cas d’un panneau solaire sans vitrage)
- La température à la surface de la vitre (𝑇𝑣) (cas d’un panneau solaire avec vitrage)
- La température de l’eau dans l’accumulateur (𝑇𝑎𝑐𝑐) - La température de l’ambiance
Les différentes températures sont mesurées toutes les minutes pendant une durée d’une heure (60mn).
Présentation du tableau des mesures
Le tableau I résume les différentes températures recueillies pendant nos mesures.
Tableau I : Températures des différents points de mesures du capteur plan Tempéra
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(a)
(b)
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rendements selon la norme européenne, (b) courbes de rendements selon la norme ISO.
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Figure VII: courbe de Rendement d’un capteur thermique en fonction de
(𝐓𝐚𝐛 − 𝐓𝐚)/𝐪𝐢 obtenue par R. BERNARD, G. MENGUY et M. SCHWARTZ