Solaire Thermique 11 12
Solaire Thermique 11 12
Solaire Thermique 11 12
thermique
1
Conversion thermique basse température
Solaire
thermique
2
Principes de base d’un capteur
T supposée uniforme
En régime permanent, le bilan
thermique du corps s'écrit, en admettant
que celui-ci se trouve dans le vide :
Capteur Plan
6
Températures d’équilibre
Température d'équilibre
pour diverses surfaces
normales au
rayonnement solaire.
Capteur Plan
7
Absorbeurs
Capteur Plan
8
Surfaces sélectives
Capteur Plan
9
Capteur Plan idéal
Capteur Plan
11
L'effet de serre d'un vitrage
1.2
Transmissivité d'une vitre avec la longueur d'onde
0.8
T=350 K
M0(T)/M0max(T)
0.6
M(T=5780K)/Mmax(5780K)
M(T=350K)/Mmax(350K)
Transmissivité
0.4
0.2
T=5780 K
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Capteur Plan Longueur d'onde (m)
12
Étude radiative simplifiée d'un capteur plan
ES Indice 1 : CLO
Indice 2 : GLO
Simple vitrage
1 2 T1
1 2
2
1
T2
Tubulures Absorbeur
Isolant
(Corps Noir)
Capteur Plan
13
Bilan radiatif simplifié
• Absorbeur=corps noir
Capteur Plan
14
Bilan sur l'absorbeur (S=1 m2)
Apports:
Fraction transmise de ES
t 1 ×ES
Pertes:
Fraction du flux émis par
Flux radiatif émis par l'absorbeur réfléchie par la vitre
l'absorbeur (hypothèse
corps noir) r 2 ×s ×T24
s ×T24
Flux émis par la vitre
e ×s ×T14
Capteur Plan
15
Bilan sur la vitre
Apports:
Fraction absorbée de ES
Pertes:
a 1 ×ES
Flux radiatif émis par
les 2 faces de la vitre Fraction absorbée du flux radiatif
émis par l'absorbeur
2 ×e ×s ×T14
a 2 ×s ×T24
Capteur Plan
16
Calcul de T absorbeur
4 a 1 ×ES + a 2 ×s ×T24
Eq. 2 e ×s ×T1 =
2
Ce terme remplacé dans l'éq. 1 donne
4 4 a 1 ×ES + a 2 ×s ×T24
s ×T2 = t 1 ×ES + r 2 ×s ×T2 +
2
4 ES (a 1 + 2 ×t 1) s ×T24 (a 2 + 2 ×r 2 )
s ×T2 = +
2 2
ES (a 1 + 2 ×t 1)
T24 =
s 2 - a 2 - 2 ×r 2
1
0.95
On obtient:
0.8
0.65
0.6
1/4
æa ×E + a ×s ×T 4 ö
ç
T1 = çç 1 S 2 2 ÷÷
÷
÷
ççè 2 ×e ×s ÷
ø
Application numérique:
On évalue (émissivité du vitrage) à 0.88
T1=358 K = 86 °C
De la circulation du fluide
Capteur Plan
20
Bilan radiatif
Capteur Plan
21
Bilan énergétique global
Capteur Plan
22
Puissance absorbée
a . T
2
T Text Text
0
moy moy
a. 1 2
G G
Tentrée Tsortie
avec : Tmoy
2
0 : coefficient de conversion optique (%)
a1 : coefficient de déperdition thermique 1er ordre (W.m-2.K-1)
a2 : coefficient de déperdition thermique 2ème ordre (W.m-2.K-2)
Capteur Plan
24
Rendement instantané
Généralement :
Tmoy en France
T entrée aux USA
Capteur Plan
25
Rendement instantané
= 0 – a1.T* - a2.G.(T*)2
avec toujours :
0 : coefficient de conversion optique (%)
a1 : coefficient de déperditions thermiques 1er ordre (W/m2.K)
a2 : coefficient de déperditions thermiques 2ème ordre (W/m2.K2)
Capteur Plan
26
Rendement
' a '.
T
moy Text
E
Dans la norme française NF P50-501, les coefficients ’ et a’
sont également nommés respectivement :
• Facteur optique du capteur (B)
• Conductance thermique totale des pertes (K)
Exemples de valeurs
Capteur Plan
28
Efficacité d’un capteur plan
Capteur Plan
29
Rendement global d’un capteur plan
Capteur Plan
30
Rendement=f(T*)
Capteur Plan
31
Isolation thermique
Capteur Plan
34
Capteurs à eau sans vitrage
Capteur Plan
35
Capteur à air
Capteur Plan
36
Capteur plan
Capteur Plan
37
Les capteurs sous vides
Capteur Plan
38
Absorbeur=échangeur
Capteur Plan
39
Production d’ECS et capteur plan
Capteur Plan
40
ECS
Capteur Plan
41
Intégration de capteur plan
Capteur Plan
42
La régulation du circuit primaire
Capteur Plan
43
Capteur Plan
44
Capteur Plan
45
Capteur Plan
46
Capteur Plan
47
Couverture des besoins ECS
Capteur Plan
48
Conversion de l’Energie Solaire
49
Organisation de la maison
Capteur Plan
50
Thermocirculation
Capteur Plan
51
Maison solaire passive
Capteur Plan
52
Une application: le mur Trombe
Mur Trombe
53
Mur Trombe(remarques)
Capteur Plan
54
Mur Trombe (variante)
Capteur Plan
55
Le solaire thermique actif
Objectif:
Récupérer la chaleur du rayonnement solaire au sein d'un fluide,
parfois l'air, le plus souvent l'eau, par la mise en œuvre de capteurs
solaires.
Capteur Plan
56
Distillateur solaire
Capteur Plan
58
PSD ou plancher solaire direct
Le fluide qui est chauffé par les capteurs solaires circule directement
dans le plancher sans passer par un réservoir de stockage
meilleur rendement car toutes les pertes de chaleurs intermédiaires
sont supprimées .
Capteur Plan
59
La réfrigération par absorption
Capteur Plan
61
Centrales solaires à concentration
62
Zones propices aux centrales solaires
63
Solaire haute température
64
Les fours solaires
65/Total
Four solaire Odeillo
66
Les centrales à tour
67
Principe des centrales à tour
68
Principe des centrales à tour
69
Centrales à tours (Thémis)
Puissance 2MW
champ nord de 200
héliostats (54m²/u)
tour de 80 mètres de
hauteur
facteur de
concentration de 670
Le fluide de transfert de
chauffe à 430°C.
70
Centrales à tours (Thémis)
71
Centrales à tours
72
Collecteurs cylindro-paraboliques
74
Collecteurs cylindro-paraboliques
Réflecteur
Tube absorbeur
Structure métallique
76
Le système à collecteurs paraboliques
77
Collecteur parabolique - illustrations
78
Les cheminées solaires
Principe:
Les systèmes à cheminée solaire combinent
captage de l'énergie solaire et aérogénérateurs.
L'air chaud produit par le soleil sous une large
verrière subit un mouvement ascendant dans une
cheminée placée au centre de la verrière.
Ce flux d'air entraîne des aérogénérateurs qui
produisent de l'électricité.
Un seul système peut développer une puissance
de 100 à 200 MWe.
79
cheminées solaires - principe
80
Les tours solaires (illustration)
81
Les tours solaires (+/-)
Inconvénient:
Seule une très faible fraction de l'énergie solaire (1%) est convertie en
électricité.
Cette faible efficacité est cependant compensée par les faibles coûts de
construction et d'entretien.
82
Exemple de projet de cheminées solaires
83
Montagne solaire - projet
84
Solaire haute température – synthèse 1
85
Solaire haute température – synthèse 2
86
Équations de bilan thermique
Capteur Plan
87
Équations de bilan thermique
Capteur Plan
88
Équations de bilan thermique
Capteur Plan
89
Équations de bilan thermique
Capteur Plan
90
Équations de bilan thermique
Capteur Plan
91
Équations de bilan thermique
Capteur Plan
92
Résolution
Capteur Plan
93
Résolution
Courbe permettant de
calculer le rendement
d'une installation
donnée avec
circulation naturelle ou
forcée.
Capteur Plan
95
Température équivalente de ciel
Habituellement on prend Tc Ta - 12 K.
Capteur Plan
96