Le gisement solaire

Le gisement solaire

Le soleil

Le soleil est l’origine principale de toute forme d’énergie sur terre. Ceci étant vrai autant pour les énergies conventionnelles d’origine fossile, comme les hydrocarbures qui sont la conséquence de la photosynthèse ; que pour les énergies non conventionnelles dites renouvelables, comme l’énergie solaire, l’énergie éolienne, la biomasse, et l’énergie géothermique.
Le soleil est une sphère gazeuse composée d’hydrogène (74 % de la masse ou 92,1 % du volume) et d’Hélium (24 % de la masse ou 7,8 % du volume). L’hydrogène se transforme en hélium par fusion nucléaire, chaque seconde 700 milliards (7 1011) de kilogrammes d’hydrogène se transforme en 695.7 milliards de kilogrammes d’hélium. La différence -4.3 milliards de kilogrammes se transforment en énergie -38.7 1025 joules, c’est équivalent a 26 mille milliards de fois la consommation énergétique mondiale dans le même temps. Avec un diamètre de 1391000 km, Il est situé à une distance de la terre égale à environ 150 millions de km. Sa luminosité totale, c’est-à-dire la puissance qu’il émet sous forme de photons, est à peu prés égale à 4x1026w.

Le mouvement de la terre

Dans son mouvement autour du soleil, la terre décrit une ellipse dont le soleil est l’un de ses foyers, la révolution complète s’effectue en une période de 365,25 jours. Le plan de cette ellipse est appelé l’écliptique.
C’est au solstice d’hiver (21 décembre) que la terre est la plus proche du soleil : 147 millions de km. Au 22 juin la distance terre-soleil vaut 152 millions de km, c’est le jour ou la terre est la plus éloignée, c’est le solstice d’été. Le 21 mars et le 21 septembre sont appelés respectivement équinoxes de printemps et équinoxe d’automne. Aux équinoxes le jour et la nuit sont égaux .
En plus de sa rotation autour du soleil, la terre tourne également sur elle-même autour d’un axe appelé l’axe des pôles. Cette rotation s’effectue en une journée. Le plan perpendiculaire à l’axe des pôles et passant par le centre de la terre est appelé l’équateur. L’axe des pôles n’est pas perpendiculaire à l’écliptique, ils font entre eux un angle appelé inclinaison égale à 23°27’ .

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, c’est-à-dire dans une gamme de longueur d’onde allant de 0,3 μm (violet – bleu) à 0,7 μm (rouge). La décomposition 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 de là 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 .

Les capteurs plans

Les capteurs plans peuvent assurer des températures variant de 30°C à 150°C et ne nécessitent ni concentration du rayonnement incident, ni un suivi du soleil. Le niveau relativement bas de la température du capteur plan est dû à la réémission par rayonnement du récepteur, et les pertes de chaleur périphérie du capteur.
Il existe trois types de capteurs solaires plans : les capteurs à air, à eau et sous vide.
Fonctionnement d’un capteur solaire plan
Le principe de fonctionnement d’un capteur solaire plan est très simple. Le rayonnement solaire traverse la vitre et arrive sur l’absorbeur muni d’une surface sélective où il est converti en chaleur à sa surface. Le fluide caloporteur qui circule dans l’absorbeur conduit la chaleur captée vers un échangeur de chaleur, à partir duquel elle est transmise au consommateur.
Le vitrage est transparent pour le rayonnement visible et le proche mais opaque pour le rayonnement lointain émis par l’absorbeur, ainsi, la couverture transparente crée un effet de serre.
L’isolation thermique en dessous et autour du capteur diminue les déperditions thermiques et augmente ainsi son rendement .

Types de capteurs solaires plans

Capteurs plan à air
Ils sont utilisés pour le chauffage direct de l’air, généralement pour le préchauffage de l’air neuf. Ils sont utilisés lorsque la température de fonctionnement doits pas dépassée (70°C), car le rendement baisse fortement avec l’augmentation de la température de l’air caloporteur.
L’avantage de ces capteurs ses présente dans leur faible coût ainsi que la faible complexité d’installation. Des ailettes sont dessinées dans l’absorbeur pour augmenter le coefficient d’échange convectif entre le fluide caloporteur (l’air) et l’absorbeur.
Capteur plan à eau
Le capteur plan à eau est constitué d’une plaque de verre sous laquelle est situé des tuyaux contenant l’eau et de l’antigel. Ce tuyau repose sur une plaque isolante peinte en noir afin d’avoir une absorption de l’énergie solaire maximale .
Ils s’adaptent aux appareils de chauffage à liquide, y compris ceux dont le liquide entre en ébullition pendant le chauffage (la production de l’eau chaude sanitaire).
Les capteurs à eau peuvent être classés en capteurs à :
– Faible pression de circulation, tel est le cas du chauffage des piscines.
– Haute pression de circulation où le circuit d’eau est généralement constitué de tubes de cuivre et de plaques métalliques qui augmentent la surface d’absorption.
Capteur sous vide
Le capteur solaire à tubes sous vide est constitué des rangées de tubes de verre parallèles, reliées à un tuyau d’en-tête . L’air à l’intérieur de chaque tube est retiré est atteint des pressions de vide autour de 10-3 mbar. Cela crée des conditions d’isolation élevées pour éliminer les pertes de chaleur par convection et par rayonnement, pour atteindre des températures plus élevées. Dans les tubes à passage direct, le fluide s’écoule à travers l’absorbeur.
Ces capteurs sont classés en fonction de leurs nœuds de liaison-matériaux ; par exemple verre-métal ou verre-verre et par l’agencement des tubes (concentriques ou tube en U). A l’intérieur de chaque tube une ailette métallique plane ou incurvée est attachée à un tube de cuivre. L’ailette est revêtue d’un film mince dont les propriétés optiques sélectives permettent d’atteindre une forte absorbance du rayonnement solaire et réduisent les pertes de chaleur par rayonnement .

Table des matières

Introduction général
Chapitre I : Recherche bibliographique
I.1 Introduction
I.2 Étude bibliographique
I.3 Conclusion
Chapitre II : Le gisement solaire
II.1 Introduction
II.2 Le soleil
II.3 Structure du soleil
II.3.1 La photosphère
II.3.2 La chromosphère
II.3.3 La couronne solaire
II.3.4 l’intérieur
II.3.5 Le cœur ou noyau
II.3.6 L’héliosphère
II.3.7 La zone de radiation
II.3.8 La zone de convection
II.4 Le mouvement de la terre
II.5 Caractéristiques de la terre
II.6 Position du soleil par rapport à la terre
II.6.1 Repérage d’un site à la surface de la terre
II.6.2 Repère de coordonnés équatoriales
II.6.3 Repère de coordonnées horizontales
II.6.4 Orientation d’un plan
II.6.5 Angle d’incidence sur un plan
II.7 L’atmosphère terrestre
II.7.1 Atténuation du rayonnement solaire
II.8 Temps solaires
II.8.1 Temps solaire vrai (TSV)
II.8.2 Temps solaire moyen(TSM)
II.8.3 Le temps universel
II.8.4 Temps légal (TL)
II.8.5 Equation du temps
II.8.6 Durée de jour
II.9 Le rayonnement solaire
II.9.1 Composante du rayonnement solaire
II.9.2 Le rayonnement solaire reçu au niveau du sol
II.10 Constante solaire « I0»
II.11 L’albédo
II.12 Le gisement solaire en Algérie
II.13 Conclusion
Chapitre III : Généralité sur les capteurs solaires
III.1 Introduction
III.2 Les capteurs plans
III.3 Fonctionnement d’un capteur solaire plan
III.4 Types de capteurs solaires plans
III.4.1 Capteurs plan à air
III.4.1.1 Différents types des capteurs solaires plans à air
1- capteurs à absorbeur plan
2- capteurs à absorbeur à géométrie variable
3- capteurs à absorbeur perméable
III.4.2 Capteur plan à eau
III.4.3 Capteur sous vide
1 – Circulation directe
2 – Capteur à caloduc
3 – Capteur de type “Sydney”
4- Capteur à tube sous vide « Schott »
III.5 Constituants d’un capteur solaire plan
III.5.1 L’absorbeur
III.5.2 Les vitres
III.5.3 Le fluide caloporteur
III.5.4 Le coffre
III.5.5 L’isolation
III.6 Applications des capteurs solaires plans à air
III.6.1 Chauffages et climatisations des habitations
III.6.2 Le séchage
III.7 Les différents modes de transferts thermiques dans un capteur solaire
III.7.1 La convection
III.7.2 La conduction
III.7.3 Le rayonnement
III.8 L’effet de serre
III.9 Le bilan thermique d’un capteur solaire plan
III.9.1 Bilan thermique global de la paroi absorbante
III.9.2 Rendement du capteur
III.9.3 Coefficients des pertes thermiques du capteur solaire
III.9.3.1 Coefficients de pertes thermiques vers l’avant
III.9.3.2 Coefficient de pertes thermique vers l’arrière
III.9.3.3 Coefficient de pertes thermiques latérales
III.10 Conclusion
Chapitre IV : Etude expérimentale
IV.1 Introduction
IV.2 Données du lieu
IV.3 Constituant du dispositif
IV.4 Paramètre et caractéristiques du capteur solaire
IV.5 dimensionnement d’extracteur
IV.6 Equipements pour la réalisation
IV.7 Préparation de l’extracteur
IV.8 Placement de l’extracteur sur le capteur
IV.9 Placement de ventilateur
IV.10 Fixation du capteur
IV.11 Description des appareils de mesure
IV.11.1 Mesure de l’éclairement
IV.11.2 Mesure des températures
IV.11.3 L’acquisition de données
IV.11.4 Variateur de tension
IV.12 Conclusion
Chapitre V : Résultat et interprétation
V.1 Introduction
V.2 Notation des thermocouples
V.3 Présentation de «ORIGIN 9»
V.4 Résultats
V.4.1 Configuration N-1
V.4.1.1 Variation du rayonnement incident du 09/03/2017
V.4.1.2 Variation de température du 09/03/2017
V.4.1.3 Variation du rayonnement incident du 10/03/2017
V.4.1.4 Variation de température du 10/03/2017
V.4.1.5 Variation du rayonnement incident du 11/03/2017
V.4.1.6 Variation de température du 11/03/2017
V.4.1.7 Effet de la vitesse d’écoulement sur la température
V.4.2 Configuration N-2
V.4.2.1 Variation du rayonnement incident du 13/03/2017
V.4.2.2 Variation de température du 13/03/2017
V.4.2.3 Variation du rayonnement incident du 14/03/2017
V.4.2.4 Variation de température du 14/03/2017
V.4.2.5 Variation du rayonnement incident du 15/03/2017
V.4.2.6 Variation de température du 15/03/2017
V.4.2.7 Effet de la vitesse d’écoulement sur la température
V.4.3 Configuration N-3
V.4.3.1 Variation du rayonnement incident du 16/03/2017
V.4.3.2 Variation de température du 16/03/2017
V.4.3.3 Variation du rayonnement incident du 17/03/2017
V.4.3.4 Variation de température du 17/03/2017
V.4.3.5 Variation du rayonnement incident du 18/03/2017
V.4.3.6 Variation de température du 18/03/2017
V.5 Interprétations
V.6 Conclusions
Conclusion général

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