Classification des capteurs solaires thermiques

Classification des capteurs solaires thermiques

Gisement solaire

L’énergie solaire est l’une des formes des énergies renouvelables (ENR) primaires (Soleil, eau douce, océans, vent, biomasse) pouvant être convertie en énergies finales (chaleur, électricité carburants). L’énergie solaire est à l’origine de toutes les énergies sur Terre à l’exception de l’énergie nucléaire, de la géothermie et de l’énergie marémotrice. Elle est à l’origine du cycle de l’eau, du vent et de la photosynthèse créée par le règne végétal, dont dépend le règne animal via les chaines alimentaires. L’’énergie solaire par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l’atmosphère est utilisée pour la transformer en d’autres formes d’énergie : énergie alimentaire, énergie cinétique, énergie thermique, électricité ou biomasse. L’énergie solaire, transmise par rayonnement, rend possible la vie sur Terre par apport de chaleur et de lumière, permettant la présence d’eau à l’état liquide et la photosynthèse des végétaux. Le rayonnement du Soleil est aussi responsable des climats et de la plupart des phénomènes météorologiques observés sur notre planète.

Le Soleil : (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l’étoile centrale du système solaire, de notre système planétaire. Il est composé d’hydrogène (74 % en masse ou 92,1 % en volume) et d’hélium (24 % en masse ou 7,8 % en volume). Autour de lui gravitent la Terre, 7 autres planètes, 5 planètes naines, des astéroïdes, des comètes et de la poussière. Le Soleil représente à lui seul 99,86 % de la masse du système solaire ainsi constitué (Jupiter représente presque tout le reste). La densité thermique à la surface de la Terre est (en moyenne) à 99,97 % d’origine solaire. Les 0,03 % restants proviennent de la chaleur issue de la Terre ellemême. Comme pour tous les autres corps, ces flux thermiques sont continuellement émis dans l’espace, sous forme de rayonnement infrarouge, la Terre restant ainsi en « quasi-équilibre». Le Soleil fait partie d’une galaxie constituée de matière interstellaire et d’environ 200 à 400 milliards d’étoiles : la Voie lactée. Il se situe à 15 parsecs du plan équatorial du disque, et est distant de 8 600 parsecs (environ 25 000 annéeslumière) du centre galactique. Le demi-grand axe de l’orbite de la Terre autour du Soleil, 149 597 870 km, est la définition originale de l’unité astronomique (ua). Il faut 8 minutes (et une vingtaine de secondes) pour que la lumière du Soleil parvienne jusqu’à la Terre.Le symbole astronomique et astrologique du Soleil est un cercle avec un point en son centre

Nature de l’énergie solaire

L’énergie solaire provient de la fusion nucléaire d’atomes (ou plutôt de noyaux d’atomes) d’hydrogène qui se produit au coeur du Soleil. Elle se propage dans le système solaire et dans l’Univers sous la forme d’un rayonnement électromagnétique (photons) selon la théorie corpusculaire. La Terre est illuminée par le Soleil en permanence. L’une des deux faces du globe terrestre se trouve privée d’énergie solaire pendant la nuit,en raison de la rotation de la Terre. La puissance solaire reçue en un point du globe varie en fonction de l’heure de la journée, de la saison et de la latitude du lieu considéré. L’énergie solaire envoyée par le Soleil (fluctuations décennales, saisonnières, et Même si certaines formes de vies au fond des océans peuvent s’en passer, la lumière du soleil est la première source d’énergie des écosystèmes terrestres, via la photosynthèse. Elle contrôle donc les cycles écogéobiologiques et le stockage fossile du carbone tels qu’ils existent depuis 3,7 milliards d’années. Elle joue aussi un rôle important en entretenant la couche d’ozone et en limitant la pullulation des microbes sensibles aux ultra-violets et/ou à l’infrarouge. Cette sensibilité est utilisée par certaines techniques de stérilisation. Elle contribue à certaines formes de pollution dites « photochimiques » (ozone troposphérique, oxydes d’azote) et inversement à dégrader (photodégradation) certains polluants de l’air, du sol superficiel ou de l’eau (certains pesticides présents dans l’air) par exemple. C’est encore la lumière qui via la durée du jour corrige les horloges biologiques animales, par la production de mélatonine qui est une hormone uniquement produite la nuit, chez la plupart des animaux. Chez les plantes, la durée du jour contrôle aussi, avec la température, l’apparition des bourgeons, feuilles, fleurs, ou l’ouverture ou la fermeture de fleurs. C’est pourquoi la présence de lumière artificielle dans l’environnement nocturne peut altérer le comportement ou les fonctions de certaines espèces ou des écosystèmes, phénomène généralement décrit sous le nom de « pollution lumineuse ».

Composante du rayonnement solaire

Le rayonnement qui nous parvient du soleil est émis par sa surface extérieure dont la température est d’environ 6000 K. A une telle température, 40% de l’énergie est émise dans le domaine visible (gamme de longueur d’onde allant de 0,3 μm (violet -bleu) à 0,7 μm (rouge).Ladécomposition du rayonnement solaire peut être réalisée en projetant un faisceau lumineux sur un prisme de verre ou sur un réseau de diffraction. Tout un éventail de couleurs apparaît, du bleu au rouge en passant par le vert et le jaune. Chacune de ces couleurs est associée à un rayonnement d’une certaine longueur d’onde. William Herschell (Vers 1800) qui étudiait le rayonnement solaire, avait placé un thermomètre derrière un tel prisme. Il s’aperçut qu’il indiquait une élévation de température (et donc qu’il recevait de l’énergie) non seulement dans le domaine visible mais également dans la région au- delà du rouge. Ce fut la découverte du rayonnement infrarouge qui représente 50% du rayonnement émis par le soleil. Les 10% restant du rayonnement solaire total sont émis à l’opposé du domaine visible, à des longueurs d’onde plus petites que celles du violet (l’ultra-violet).

Solaires photovoltaïques

L’énergie solaire photovoltaïque est une forme d’énergie, elle produit de l’électricité à partir du rayonnement solaire. L’énergie solaire étant une énergie renouvelable, l’énergie solaire photovoltaïque l’est aussi. Le terme photovoltaïque désigne indifféremment le phénomène physique – l’effet photovoltaïque – et/ou la technologie associée. La cellule photovoltaïque est un composant électronique qui est la base des installations produisant cette énergie. Elle fonctionne sur le principe de l’effet photoélectrique. Plusieurs cellules sont reliées entre-elles sur un module solaire photovoltaïque, plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire. Cette installation produit de l’électricité qui peut être stockée, consommée sur place ou servir à l’alimentation d’un réseau de distribution.

Une cellule photovoltaïque (ou ≪ photo-galvanique ≫) est un composant électronique qui, expose à la lumière (photons), génère de l’électricité. C’est l’effet photovoltaïque qui est àl’origine du phénomène. Le courant obtenu est fonction de la lumière incidente. L’électricité produite est fonction de l’éclairement, la cellule photovoltaïque produit un courant continu. Les cellules photovoltaïques les plus répandues sont constituées de semiconducteurs, principalement à base de silicium (Si) et plus rarement d’autre semiconducteurs : sulfure de cadmium (CdS), tellurure de cadmium (CdTe), etc. Elles se présentent généralement sous la forme de fines plaques, rondes ou carrées, d’une dizaine de centimètres de cote, prends-en sandwich entre deux contacts métalliques, pour une épaisseur de l’ordre du millimètre. Les cellules sont souvent réunies dans des modules solaires photovoltaïques (ou « panneaux solaires »), en fonction de la puissance recherchée.

Table des matières

CHAPITRE I : Gisement solaire
I.1 Introduction
I.2 Le Soleil
I.3 Nature de l’énergie solaire
I.4 Composante du rayonnement solaire
I.4.1 Solaire thermique
I.4.1.1Capteurs photothermiques
I.4.1.2 Effet photothermique (Principe de l’effet de serre)
I.4.2 Energie solaire thermodynamique
I.4.3 Solaires photovoltaïques
I.4.3.1 Principe de fonctionnement
CHAPITRE II : Classification des capteurs solaires thermiques
II.1Introduction
II.2 Les capteurs plans
II.2.1 Capteurs plan à air (SAC)
II.2.2 Capteur plan à eau (FPC)
II.2.2 moquette solaire
II.2.3 Capteur sous vide
II.4 Les capteurs solaires à concentration
II.4.1 Les capteurs paraboliques et sphériques
II.4.2 Les centrales solaires à tour
II.4.3 Les capteures cylindro-paraboliques
II.4.4 Les captures solaires type Fresnel
II.4.5 Les capteurs à parabole composé (CPC)
CHAPITRE III : Matériaux à changement de phase
III.1 Stockage de l’énergie solaire thermique
III.1.1Introduction
III.1.2 Stockage par chaleur sensible
III.1.3 Le stockage par chaleur latente
III.1.3.1 Les contraintes technologiques du stockage par chaleur latente
III.1.3.2 Les avantages du stockage par chaleur latente
III.2 Classification des matériaux à changement de phase
III.2.1 Les MCP inorganiques
III.2.2 Les MCP organiques
III.2.3 Les MCP eutectiques
III.3 Les applications des MCP dans l’industrie
a/ Le refroidissement électronique
b/ Autres applications
c/ Chauffage des serres avec stockage d’énergie à MCP
CHAPITRE IV : Position du problème
IV.1 Formulation mathématique
IV.1.1 Dans la région fluide
IV.1.1.1Model dynamique
IV.1.1.1.1 Equation de conservation de la masse
IV.1.1.1.2 Equation de la quantité de mouvement
IV.1.1.2 Model thermique
IV.1.2.1 Equation de l’énergie
IV.1.2 Dans la région solide
IV.1.2.1 Equation de l’énergie
IV.1.2.2 Dans les sphères type MCP
IV.1.2.2.1 Equation de l’énergie
IV.2 Conditions initiales et aux limites
IV.2.1Conditions initiales
IV.2.2 Conditions aux limites
IV.2.2.1 A la frontière des parois
IV.2.2.2 A la sortie du capteur
IV.2.2.3 A l’entrée du capteur
IV.3 L’équation de la variation de l’éclairement en fonction de temps
IV.4 L’équation de la variation de température ambiante en fonction de temps
IV.5 maillage
CHAPITRE V : Interprétation et discutions des résultats
V Interprétation et discutions des résultats
V.1 Introduction
V.2 La distribution de la température à l’intérieur des trois capteurs
V.2.1 distribution de la température au niveau des trois capteurs à 10h
V.2.2 distribution de la température au niveau des trois capteurs à 12h
V.2.3 distribution de la température au niveau des trois capteurs à 16h
V.2.4 distribution de la température au niveau des trois capteurs à 18h
V.2.1 distribution de la température au niveau des trois capteurs à 20h
V.2.1 distribution de la température au niveau des trois capteurs à 00h
V.3 L’évolution de la température à la sorties
V.3.1Capteur sans milieu poreux
V.3.2 Capteur avec milieu poreux (gravier
V.3.3 Capteur avec milieu poreux (mcp
V.3 L’influence de la vitesse sur la température de la sortie
V.3.1 L’influence de la vitesse sur la température à 10h
V.3.2 L’influence de la vitesse sur la température à 16h
V.3.3 L’influence de la vitesse sur la température à 20h
Conclusion
Conclusion générale

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