Laboratoire de Systèmes Energétiques L'énergie solaire 5 - Capteurs... · Le rayonnement solaire...

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Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques L'énergie solaire Dans le passé passé, la seule disponible A présent, présent, profite d'énormes progrès technologiques Dans l'avenir l'avenir, la seule utilisable Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Le rayonnement solaire Rayonnement solaire : 170'000 TW aux confins de l'atmosphère 50'000 TW à la surface du globe 15'000 TW à la surface des continents Surface du globe : 5x10 14 m 2 Ensoleillement à la surface du globe : Moyenne : 1'200 kWh/m 2 .an 130 W/m 2 .an Sahara : 2'000 kWh/m 2 .an 230 W/m 2 .an Suisse : 1'400 kWh/m 2 .an 160 W/m 2 .an 170 000 TW 40 000 35 000 55 000 40 000 50 000 25 000 40 000 15 000 35 000 Océans Continents

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L'énergie solaire

Dans le passépassé, la seule disponible

A présent,présent, profite d'énormes progrès technologiques

Dans l'avenirl'avenir, la seule utilisable

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Le rayonnement solaireRayonnement solaire :

170'000 TW aux confins de l'atmosphère50'000 TW à la surface du globe15'000 TW à la surface des continents

Surface du globe : 5x1014 m2

Ensoleillement à la surface du globe :Moyenne : 1'200 kWh/m2.an 130 W/m2.anSahara : 2'000 kWh/m2.an 230 W/m2.anSuisse : 1'400 kWh/m2.an 160 W/m2.an

170 000 TW

40 00035 000 55 000

40 000

50 000

25 00040 000

15 000 35 000OcéansContinents

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Ensoleillement en Suisse

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Ensoleillement en Suisse

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Disponibilité de l’énergie solaire

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Disponibilité de l’énergie solaire

Corps noir à 5800 K

Rayonnement solaire aux confins de l'atmosphère

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Ener

gie

[kW

/(m²·µ

)]

0

0,5

1,0

1,5

2,0

-

-

-

Longueur d'onde [µm]

visibleUV IR

Ciel serein, soleil à 30°au-dessus de l'horizon

Rayonnement solaireau niveau de la mer.

-

-

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Capteurs solaires

Suivant le fluide caloporteurcapteur à eau ou liquide caloporteurcapteur à aircapteur à ébullition ou caloducs

Suivant la géométriecapteurs plans avec ou sans couverturecapteurs à concentration paraboliques ou cylindro-paraboliquescapteurs à concentration anidoliques

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Capteurs solaires

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Capteurs à concentration

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Capteurs à concentration

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Capteurs à concentration

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Capteurs plans

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Capteur solaire plan

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Capteurs solaires - performances

Φ r

p

s

b

u

Φ

Φ

Φ

ΦΦu = Φs- Φr- Φp-Φb

q = A qs - K (Tc- Te)

KxAq

TTKAqq

s

ec

s

−=−

−==η

A rendement optiqueK facteur de déperditions

srs Φ AΦΦ ⋅=−

[W/m2.K]................

......................

[-]

( )ecbp T-TKS ΦΦ ⋅=+

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Déperditions de chaleur

faire fonctionner le capteur à la température la plus basse possible ;diminuer la surface de l'absorbeur par rapport à la surface de captage (capteurs à concentration) ;isoler avec un matériau convenable la face arrière et les côtés de l'absorbeur ;diminuer les pertes au travers de la couverture en doublant celle-ci ou en utilisant un revêtement sélectif sur l'absorbeur et/ou la couverture ;faire le vide d'air autour de l'absorbeur (capteurs à vide).

Les pertes thermiques Φp + Φb sont inévitables, mais on peut en diminuer l'importance en prenant une ou plusieurs des mesures suivantes :

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Capteurs solaires - rendement

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,05 0,1 0,15 0,2x [m²K/W]

Ren

dem

ent

Capteur évacuéBon capteur planCapteur plan non sélectifAbsorbeur nu sélectif

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Critères de choix des capteurs

Niveau de températureIntégration au siteCaractéristiques pour l'emploi prévu

rendement pression de servicepertes de chargecapacité thermique

Qualité et compatibilité des matériauxDurée de viePrix

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Installations héliothermiques

Captage

Contrôle

Echange

Accumulation

Utilisation Appoint

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Installation héliothermique

RTch

Tfr

( )frchpu T-TCmΦ ⋅= &

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ApplicationsChauffage de piscine

L’offre coïncide avec la demandeLe bassin joue aussi le rôle d’accumulateur de chaleurRendements excellents avec des capteurs tout à fait ordinaires

Chauffage des locauxL’ensoleillement étant beaucoup plus faible en hiver qu’en été, le chauffage de locaux ne se justifie économiquement que si les capteurs sont utilisés en été d’une manière ou d’une autre :

Stockage saisonnier :stocks de grandes dimensionsvolume de stockage égal au volume à chaufferCouplage avec un chauffage de piscine

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Chauffe-eau solaire

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Chauffe-eau à thermosiphon

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Caractéristiques de capteurs

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Caractéristiques de capteurs

80-100 [l/m2 capteurs]2-2.5 [m2/kWth]Eau chaude & chauffage

30 [l/m2 capteurs]1-2 [m2/100 l]Eau chaude seule (cons. > 1’000 l/jour)

30-40 [l/m2 capteurs]2-4 [m2/100 l]Eau chaude seule

Taille de l’accumulateur

Surfacede capteurs

Typed’installation