Application à deux types de capteurs, synthèse de résultats

5.2.7.1 Pour des capteurs à tubes évacués simples

La méthode de prédimensionnement précédemment utilisée (chapitre 3), mais appliquée avec la modélisation du capteur proposé par SAED mène à une plage de température optimale différente des spécifications systèmes MiCST : L'optimum de fonctionnement se situerait davantage entre 110 et 140°C en considérant une variation relative de température du stock raisonnable: ^̃Δ

(

)

T^max_st −T_amb^≃0,3

Sans tenir compte de la consommation des pompes, on déduit que le flux exergétique brut capté est presque toujours maximal lorsqu'on ajuste le débit de manière à réduire au minimum la différence de température entre l'entrée et la sortie du champ de capteurs (figure 5.2). Des différences de températures optimales ne seraient obtenues que pour des températures d'entrée basses (en fin de décharge du stock thermique) ou relativement basse (jusqu'à environ la mi-charge du stock thermique) mais avec un ensoleillement relativement élevé (800 à 1000 W/m²), ce qui en principe ne sera pas le cas en début ni en fin de journée.

La prise en compte de la consommation des pompes change sensiblement le résultat : La figure (figure 5.14) montre que, lorsque la température d'entrée T_{rec E} est conforme au cycle thermique journalier du système (entre 120°C et 180°C), la température différence optimale

ΔT_recopt entre la sortie et l'entrée du captage est petite, mais d'une valeur finie, lorsque l'ensoleillement incident est inférieur à E_i≃655W.m−2 . Pour des ensoleillements plus élevés

ΔT_recopt peut atteindre plusieurs dizaines de degrés.

Figure 5.14 : Différences de températures, entre l'entrée et la sortie d'un champ de capteurs évacués simples maximisant le flux exergétique capté en fonction de la température d'entrée et pour quelques valeurs d'ensoleillement incident. Les températures sont les mesures les plus facilement accessibles à moindre coût. Des profils de ce type constituent donc une référence pour l'élaboration pratique de l'automatique de commande.

On en déduit de la figure (5.14) que le maximum de flux éxergétique capté sera presque toujours exploitable au cours du le cycle thermique journalier envisagé. Cependant, la figure 5.15 montre que le maximum de flux éxergétique exploitable pour un cycle journalier sera souvent inférieur au maximum maximorum de flux éxergétique qui, pour un ensoleillement incident donné, ne peut être atteint que pour une valeur particulière de la température d'entrée.

Figure 5.15 : Flux exergétique optimal pour un champ de capteurs à tubes évacués simples. Pour les basses valeurs d'ensoleillement les performances chutent lorsque la température d'entrée s'approche de la température limite envisageable (170°C à 180°C).

Figure 5.16 : Profils des débits maximisant le flux exergétique capté en fonction de la température d'entrée et pour quelques valeurs d'ensoleillement incident, pour un champ de capteurs à tubes évacués simples.

Cette valeur particulière sera d'autant plus basse que l'ensoleillement sera faible : Lorsque l'ensoleillement E_i est inférieur à 655W.m−2 , le maximum maximorum de flux exergétique est atteint pour des températures d'entrées inférieures à 120°C. Il en résulte que, pour ce type de

capteurs, le maximum de flux exergétique ne pourra être atteint ou approché que pour des ensoleillements incidents relativement élevés.

La figure 5.16 montre l'évolution du débit de caloporteur maximisant le flux éxergétique capté, en fonction de la température d'entrée T_{rec E et selon l'ensoleillement incident. On note une très}

forte non-linéarité de ces profils, et il est relativement difficile de corréler ces courbes par des régression : Quelques essais d'interpolation polynomiale ont donné des concordances très approximatives. Aussi, en vue d'élaborer une stratégie de contrôle et commande optimale, il semble préférable d'utiliser les différence de températures optimales ΔT_recopt représentées à la figure 5.14 : la valeur de ΔT_{rec pouvant être mesurée en pratique assez fidèlement peut servir de}

variable de contrôle.

5.2.7.2 Pour des capteurs à tubes évacués et renforcement optique

La figure 5.17 montre les différences de température optimales ΔT_recopt permettant d'atteindre le flux exergétique maximal, pour un champ de tubes identiques à ceux du 5.2.7.1 mais équipés de renforcateurs optiques et pour la même surface utile de captage, en fonction de la température d'entrée T_{rec E et selon l'ensoleillement. On remarque cette fois que ces valeurs optimales} ΔT_recopt

induiraient des dépassements de la température maximale techniquement admissible de l'eau (environ 170°C). Aussi le résultat de l'optimisation exergétique ne sera pratiquement pas exploitable avec ce type de capteurs dès que l’ensoleillement dépassera une certaine valeur , de

400W.m−2 à 550W.m−2 environ selon la température d'entrée.

Figure 5.17 : Différences de températures, entre l'entrée et la sortie d'un champ de capteurs évacués et renforçateurs optiques, maximisant le flux exergétique capté en fonction de la température d'entrée et pour quelques valeurs d'ensoleillement incident.

Toutefois, la figure 5.18 montre que les flux éxergétiques optima sont nettement plus élevés que dans le cas de la figure 5.15. Si le maximum maximorum de flux exergétique restera hors d'atteinte dans les conditions d'exploitation de la microcentrale (températures de cycle journalier bornées), l'usage de CPC permettra tout de même de réaliser un gain en éxergie captée par rapport aux tubes évacués simples (cf comparaison des figures 5.6 et 5.7), en particulier pour l'exploitation des basses valeurs d'ensoleillement.

Figure 5.18 : Flux exergétique optimal pour un champ de capteurs à tubes évacués à renforçateur optique. Pour les basses valeurs d'ensoleillement les performances chutent lorsque la température d'entrée s'approche de la température limite envisageable (170°C à 180°C).

Figure 5.19 : Profils des débits maximisant le flux exergétique capté en fonction de la température d'entrée et pour quelques valeurs d'ensoleillement incident, pour un champ de capteurs à tubes évacués et renforçateurs optiques. On note que ces profils sont similaires à ceux de la figure 5.16 mais avec un facteur d'échelle différent de l'axe des températures.

La figure 5.19 représente les débits maximisant le flux éxergétique capté par les capteurs à CPC, en fonction de la température d'entrée du captage et selon l'ensoleillement. On retrouve la même non-linéarité que celle observée pour les tubes évacués simples (figure 5.16), mais décalés vers des niveaux de température plus élevés.