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
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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
EFFICACITE REDUITE
1
EFFICACITE MAXIMUM
LARGEUR EQUIVALENTE FAIBLE
LARGEUR EQUIVALENTE AUGMENTE
LARGEUR EQUIVALENTE MAXIMUM
EST
MATIN OUEST
SOIR
EST
MATIN OUEST
SOIR
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.
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.
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2
Matière transparente le verre
Matière réfléchissante le miroir
Matière absorbante le revêtement noir
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PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Coffre Absorbeurs avec
ses tubes Isolant
Vitre
Joint
Rayonnement solaire
Rayonnement incident 100%
Pertes par conduction et convection 29%
Energie Récupérée 50%
Pertes par rayonnement 21%
Rayonnement incident 100%
Pertes par conduction et convection 54%
Energie Récupérée 25%
Pertes par rayonnement 21%
Température de l’air: 10°C
Température du fluide caloporteur: 30°C
Température de l’air: 10°C
Température du fluide caloporteur: 60°C
RENDEMENT DU CAPTEUR SOLAIRE THERMIQUE PLAN VITRE
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.
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15 30
45 60
20° 30°
40° 50°
60° 70°
80°
Température moyenne du capteur °C
Rendement du capteur %
Température de l’air: 10°C Ensoleillement: 600W/m2
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
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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.
Fluide caloporteur
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 10000 fois supérieures à celles du cuivre ou de l’aluminium.
Tube Absorbeur. Le rayonnement solaire est converti en chaleur dans l’absorbeur. Cette surface absorbante sélective est obtenue par procédé plasma.
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).
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Fluide caloporteur froid
Fluide caloporteur chaud
RENDEMENT DU CAPTEUR SOLAIRE THERMIQUE A TUBES SOUS VIDE
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.
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20 30
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80
20° 30° 40°50° 60° 70° 80°
90° 100°
110° 120° 130° 140°
Température moyenne du capteur °C
Rendement du capteur %
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.
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0 15
30 45 60 75
90
20° 30°
40° 50° 60° 70°
Température moyenne du capteur °C
Rendement du capteur %
CALCULER LE RENDEMENT D’UN CAPTEUR SOLAIRE
Pour calculer le rendement d’un capteur solaire nous utiliseront la formule suivante:
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]
