Soutenance mémoire
Etude théorique d’un capteur solaire plan
Les capteurs thermiques
Principe des panneaux solaires thermiques
Le solaire thermique actif permet de récupérer la chaleur du rayonnement solaire au sein d’un fluide, parfois de l’air, le plus souvent de l’eau, par la mise en œuvre de capteurs solaires. Ces techniques peuvent assurer la production d’eau chaude sanitaire ou d’eau distillée, le chauffage des piscines et des habitations ainsi que le séchage de céréales, par exemple. Un capteur solaire est composé des éléments suivants :
Le corps opaque qui absorbe le rayonnement solaire en s’échauffant, Un système de refroidissement par le fluide caloporteur.
Un isolant thermique (dos et côtés non exposés), Une couverture transparente (face avant, exposée au rayonnement) qui assure l’effet de serre, Subsidiairement un coffrage étanche à l’eau et un système de support mécanique de l’ensemble.
Les capteurs solaires à concentration
Les systèmes solaires à concentration offrent la possibilité de produire de l’électricité à partir de l’énergie solaire, les températures pouvant aisément dépasser les 500 °C et le rendement de conversion est élevé généralement. En exploitant le rayonnement solaire direct, considéré comme la ressource principale, qui est très considérable à l’échelle planétaire, ces technologies offrent une véritable alternative à la consommation des ressources fossiles avec un faible impact environnemental et un fort potentiel de réduction des coûts ainsi que la possibilité de l’hybridation de ces installations. La majorité des systèmes utilise des miroirs de verre pour réfléchir la radiation solaire. Des recherches sont en actuellement en cours avec comme objectif d’améliorer les propriétés physiques des matériaux réflecteurs, (réflectivité, résistance aux chocs, etc.)
Un aspect très important des systèmes à concentration et que seule la radiation directe peut être mise à profit, la radiation diffuse ne pouvant pas être focalisé par le concentrateur. La centrale solaire ne peut donc fonctionner que si le ciel est dégagé et que la radiation directe n’est pas diffusée par la couverture nuageuse.
capteur solaire photovoltaïque
C’est une manière d’obtenir l’énergie électrique à travers les panneaux photovoltaïques. Dans une cellule photovoltaïque, la lumière (Radiation solaire) excite les électrons qui sautent entre les nappes (avec charges électriques contraires) des matériaux semi-conducteurs de silicium, de type diode, et tout ça produit les courants électriques, par une différence de potentiel entre les extrêmes, qui sont proportionnelles à la radiation incident, c’est l’effet photovoltaïque. Une partie des radiations incidentes est perdu par réflexion, et une autre par transmission.
La cellule solaire, unité de base d’un panneau solaire photovoltaïque, produit typiquement une puissance de 1,3 W pour une surface de 100 cm2. Pour produire plus de puissance, des cellules solaires identiques sont assemblées pour former un module solaire (ou panneau photovoltaïque). La mise en série de plusieurs cellules solaires somme les tensions pour un même courant, tandis que la mise en parallèle somme les courants en conservant la tension. La plupart des panneaux solaires photovoltaïques destinés à un usage général sont composés de 36 cellules en silicium mono ou polycristallin connectées en série pour des applications en 12 V nominal.
L’échangeur de chaleur et la tuyauterie isolée
Le fluide caloporteur qui circule dans le capteur solaire capte la chaleur et la transporte à travers la tuyauterie jusqu’au réservoir de stockage d’eau chaude.
Le système d’échangeur de chaleur permet au fluide caloporteur de circuler dans des conduits (en circuit fermé) à l’intérieur du réservoir de stockage d’eau chaude. Progressivement, le fluide cède sa chaleur à l’eau domestique. Bien sûr ce transfert se réalise sans mélange ni contamination.
Le fluide caloporteur refroidi remonte ensuite vers les capteurs solaires pour démarrer un nouveau cycle.
Le fluide caloporteur circule généralement à l’aide d’une pompe électrique et d’un régulateur.
Le réservoir de stockage d’eau chaude
Le réservoir de stockage d’eau chaude est alimenté par de l’eau froide provenant du réseau municipale à une température d’environ 7 ºC. Grâce à la chaleur fournie par le fluide caloporteur, l’eau domestique subit un préchauffage dans le réservoir de stockage.
Le chauffe-eau solaire chauffe au maximum l’eau contenue dans le réservoir de stockage avant de la transférer dans le chauffe-eau existant adjacent. Ce n’est donc pas de l’eau froide qui alimente le chauffe-eau traditionnel, mais l’eau chaude du réservoir de stockage solaire.
Le chauffe-eau traditionnel intervient comme système de chauffage d’appoint pour compléter, au besoin, le chauffage de l’eau jusqu’à la température d’utilisation (60 ºC). L’utilisation du chauffe-eau traditionnel variera selon le degré d’ensoleillement et les besoins en eau chaude des occupants.
Principe de fonctionnement d’un capteur solaire a eau
Les panneaux solaires thermiques transforment la lumière en chaleur, le plus souvent pour des chauffe-eau solaire.
Pour cela, les rayons du soleil passent d’abord par une plaque de verre transparente à la lumière. Sous ce verre, un absorbeur noir (plaque de métal recouverte d’une fine couche de couleur noir) absorbe 80 à 90% des rayons lumineux. L’absorbeur transforme ces rayons lumineux en chaleur, grâce au transfert thermique par rayonnement.
En s’échauffant, l’absorbeur émet des infrarouges. Ces infrarouges sont bloqués entre la plaque de métal et la plaque de verre, c’est le principe de l’effet de serre. Ainsi, l’air entre les deux plaques s’échauffe et améliore le rendement.
Par conduction, l’énergie thermique ou chaleur de l’absorbeur est transmise à un circuit d’eau (c’est le liquide caloporteur). Celle-ci s’échauffe et est ensuite acheminée vers un ballon d’eau chaude à l’aide d’une pompe, ou bien par la simple gravité.
Dans l’accumulateur, le liquide caloporteur chaud parcourt un circuit et transfère sa chaleur à l’eau domestique.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire
I-Introduction
I-1-Le potentiel solaire en Algérie
I-1-1-Présentation du soleil
I-1-2-Le système terre-soleil
I-2-Types d’énergies renouvelables
I-2-1-Énergie éolienne
I-2-2-Énergie hydraulique
I-2-3-Énergie géothermique
I-2-4-Énergie Biomasse
I-2-5-Énergie solaire
I-3- Les différents types de capteurs solaires
I-3-1-Les capteurs thermiques
I-3-2- capteur solaire photovoltaïque
I-4- conclusion
Chapitre II : Etude théorique d’un capteur solaire plan
II-1-Introduction
II-2-Description d’une installation thermique
II-2-1-L’échangeur de chaleur et la tuyauterie isolée
II-2-2-Le réservoir de stockage d’eau chaude
II-2-3-Principe de fonctionnement d’un capteur solaire a eau
II-3-Différent modes de transfert de chaleur dans un capteur solaire
thermique plan
II-3-1 Notions sur la conduction thermique
II-3-2-notion sur la convection thermique
II-3-3-Notion sur le rayonnement
II-3-4-Répartition d’un flux incident de rayonnement sur un solide
• Corps noir (le tube du capteur)
II-4- Modélisation du chauffe-eau solaire
II-4-1-Détermination des facteurs FR et (UG )
II-5-Le Rendement du capteur thermique plan
II-6-Orientation et Inclinaison d’un capteur
II-7-Loi de conservation de l’énergie
Réflexion des radiation
II-8-Les pertes thermiques d’un capteur
II-8-1-Pertes thermiques vers l’avant du capteur
II-8-2-Pertes thermiques vers l’arrière d’un capteur
II-8-3-Pertes thermiques vers les côtés d’un capteur
II-9-Cas de pertes de charge
II-9-1-Les pertes de charge linéaires
II-9-2-Les pertes de charge singulière
Bilan thermique d’un capteur solaire
II-10-Conclusion
Chapitre III : Etude expérimentale du capteur solaire
III-Introduction
III-1-Description du dispositif expérimental
III-2- Les composants du capteur
III-2-1 Une couverture transparente
III-2-2- Une plaque absorbante
Caractéristiques de l’aluminium
III-2-3- L’échangeur
Caractéristiques du cuivre
III-2-4- L’isolation
III-2-5-le boitier
III-2-6-Le support en acier
III-3-Instrumentation du capteur
III-3-1-Mesure de l’éclairement
III-3-2-Mesure des températures
III-4-Les différents paramètres d’un capteur
III-4-1-Paramètres externes
III-4-2-Paramètres internes
III-4-3-Paramètres de fonctionnement
III-5-Déroulement des expériences
III-6-Résultats et interprétation
III-6-1-Les pertes vers l’avant
III-6-2- Les pertes vers l’arrière
III-6-3- Les pertes vers les côtés
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