CHAUFFE-EAU SOLAIRE A MOINDRE COÛT

Soleil

Le Soleil est un corps céleste lumineux et une énergie répartie et présente partout (voir figure 1). Ensuite, il est disponible tout le temps. Le Soleil possède un diamètre d’environ 1 400 000km. Et est 110 fois plus gros que la Terre. C’est de la photosphère que part le rayonnement que nous recevons sur Terre. Le Soleil nous transmet son énergie sous forme de photons qui se transforment en chaleur lorsqu’ils sont absorbés par la matière, [1]. Le Soleil représente 99% de la masse totale de son ensemble et c’est grâce à l’énergie lumineuse qu’il envoie que la vie peut se développer sur Terre. Il est si proche de nous que nous pouvons connaître avec précision ses caractéristiques exactes après quelque 4,5milliards d’années d’existence. Sa structure interne est composée de 92% d’hydrogène, de 7,8% d’hélium et seulement de 0,2% des métaux lourds (carbone, fer, oxygène…), [2]. La température de son noyau est de plusieurs millions de degré Celsius et sa pression, milliards d’atmosphères. La surface du Soleil s’étend sur la photosphère d’environ 300km d’épaisseur. Elle est la responsable de presque la totalité du rayonnement solaire que nous recevons. L’énergie solaire est la seule source d’énergie externe de la Terre et elle présente les propriétés suivantes, [3] :
– Malgré les changements saisonniers et quotidiens de l’ensoleillement, l’alternance du jour et de la nuit, elle est permanente et variable ;
– L’énergie reçue par une surface donnée est abondante ;
– Elle est propre ;
– Elle est universelle.

Système thermosiphon

Le système thermosiphon est un phénomène de circulation naturelle d’un liquide. L’eau chaude plus légère monte dans le réservoir de stockage situé au dessus du capteur et y cède sa chaleur puis elle descend ensuite dans le capteur par la tuyauterie de retour en cas de non utilisation comme le montre la figure7. Ainsi, le ballon de stockage doit être impérativement placé dans une position plus élevée que le capteur afin de permettre la montée « naturelle » du fluide vers le réservoir. Le thermosiphon présente des avantages appréciables : ce type de chauffe-eau solaire est très simple et les risques de panne sont faibles. En plus, les coûts sont réduits et les performances, élevées. Dans les régions ensoleillées, l’énergie d’appoint n’est pas nécessaire. Ce système n’inclut ni un système de régulation, ni de sondes et fonctionne alors de façon autonome, [10]. Selon son principe, la circulation naturelle de l’eau due à la variation de sa masse volumique avec la température est imposée selon ses besoins de fonctionnement.

Effet de la température ambiante

Les allures croissantes des courbes représentatives de la variation de la température instantanée du capteur en fonction de la température ambiante sont indiquées sur les figures 20 ,21et 22. Un abaissement de la température ambiante conduit à une diminution de la température de l’eau. L’analyse des courbes des figures 20, 21 et 22 permet de remarquer que les températures augmentent lorsque l’ensoleillement augmente d’intensité. La température maximale est atteinte vers 13h30 et non à 12h à cause de l’effet d’inertie. Au fur et à mesure que le Soleil monte la température aussi augmente. L’énergie reçue par le capteur est un paramètre fondamental qui agit sur le rendement du système. Après, dans un ordre décroissant, nous avons la température du fluide caloporteur résultant à une diminution. Cette perte est due aux pertes nocturnes. Nous constatons alors que les conditions climatiques sont des facteurs très importants pour la température maximale. Nous voyons que sur l’image du 8/10/16, la température dépasse jusqu’à 60°C. Notons que les journées des vendredi et dimanche étaient un peu nuageuse à cette époque d’experimentation.

Motivations d’un système solaire thermique

Les principales motivations des usagers pour l’acquisition d’un équipement solaire thermique sont :
– le respect de l’environnement ;
– la préservation des ressources fossiles ;
– le confort ;
– l’indépendance énergétique ;
– la sécurité d’approvisionnement ;
– la diminution des risques par rapport à d’éventuelles hausses des prix du pétrole ;
– la réduction des dépenses d’énergie ;
– l’augmentation de la valeur marchande de l’habitation.
Pour bon nombre d’applications, le temps de retour sur investissement des systèmes solaires est intéressant .Dans d’autres cas où ce temps de retour demeure plus long, l’investissement se justifie sur d’autres bases : les dépenses énergétiques liées à l’utilisation de systèmes conventionnels sont amenées à augmenter avec la diminution des ressources de pétrole et de gaz et l’apparition de nouvelles taxes sur l’énergie destinées à la protection de l’environnement. Ainsi l’intérêt des équipements solaires thermiques sur le plan économique et environnemental ne peut que se renforcer.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : L’ASSOCIATION PATMAD
1.1 Historique
1.2 Contexte du stage
1.3Activités globales
CHAPITRE II : CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE DE L’ETUDE
II.1 GISEMENT SOLAIRE
II . 1.1 Soleil
II.1.2 Energie solaire
II .1.2.a Calcul des flux solaires
II.1.2.b Coordonnées azimutales
II.1.2 c. Coordonnées horaires
II.1.2.d Angle d’incidence du Soleil
II.2 THEORIE D’UNE CHAUFFE-EAU SOLAIRE
II.2.1 Transfert thermique au niveau d’un chauffe-eau
II.2.1.a Conduction
II.2.1.b Convection
II.2.1. c Rayonnement
II.2.1.d Effet de serre
II.3 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN CHAUFFE EAU
II.3.1 Système thermosiphon
II.3.2 Capteur
II.3.2.1 Différents composants d’un capteur solaire
II.3.2.2 Principe de base du capteur solaire plan
II.3.2.3 L’orientation du capteur
II.3.2.4 Inclinaison du capteur
CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT ET REALISATION D’UN CHAUFFE EAU SOLAIRE
III .1 Dimensionnement d’un chauffe eau solaire
III.1.2. Etude des besoins
III.1.3. Choix des matériaux et dimensionnement
III.2 REALISATION ET EXPERIMENTATION
III.2.1 Réalisation du capteur
III.2.2 Réalisation d’un stockeur
III.2.3 Installation
CHAPITRE IV : RESULTATS DE L’ETUDE
III.1 Resultats et interprétation
III.1.1 Effet de la température ambiante
III.1.2 Comparaison du besoin
III.1.3 Effet du rayonnement global
III.2 Discussions
III.2.1 Sur le plan économique
III.2.2 Sur l’impact écologique
CONCLUSION