CARACTERISATION THEORIQUE DU CAPTEUR SOLAIRE PLAN

Le capteur étudié est une enceinte parallélépipédique de longueur L et largeur l et de hauteur H. Il comporte un double vitrage transparent et est pourvu à l’arrière et sur les côtés d’un isolant. La surface utile de l’absorbeur est S=L.l Le schéma de principe d’un capteur solaire plan est donné par la figure III-1 Couverture transparente en énergie thermique utilisable, le plus souvent par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur (air, eau…). La paroi absorbante peinte en noire s’échauffe sous l’effet de l’absorption du r ayonnement solaire incident transmis par la couverture. L’air confiné entre l’absorbeur et la couverture récupère une partie de cette énergie absorbée par convection et subit une élévation de température. La couverture, en verre, transparente est utilisée pour principalement deux raisons : • La deuxième raison c’est de réaliser l’effet de serre : la vitre est transparente au rayonnement solaire et opaque au rayonnement émis par l’absorbeur. Ce rayonnement est absorbé par la vitre interne qui s’échauffe par conséquent et rayonne à son tour par toute sa surface (autant sur ses deux faces). Finalement la paroi absorbante recevra le rayonnement solaire incident augmenté d’une partie du rayonnement de la vitre interne.

Dans cette relation proposée par Isaac Newton hc est le coefficient d’échange de chaleur par convection et s’exprime W .m−2 .K −1 tandis que ∆T est l’écart de température entre le fluide loin de la surface et la surface elle-même. La détermination de coefficient est très importante et délicate. L’étude de la convection dans les volumes limités a été faite par Mac Adams. Dans ce cas le nombre de Nusselt s’exprime en fonction du nombre de Rayleigh. On considère que le coefficient de convection entre les deux couvertures est la même que celui utilisé entre deux capteurs plans parallèles. Pour une surface verticale de dimension caractéristique L et d’épaisseur de la lame d’air e entre les deux surfaces, le nombre de Nusselt s’écrit La vitre interne absorbe une partie du rayonnement solaire transmis par la vitre externe. Elle échange de l’énergie par rayonnement à la fois avec la vitre externe et l’absorbeur. Elle échange également de la chaleur par convection naturelle à la fois avec l’air confiné entre elle et la vitre externe et l’air statique au dessus de l’absorbeur.

APPLICATION AU CAISSON

Réalisé avec du bois contreplaqué d’épaisseur 1,5cm, le bac intérieur a l a forme d’une pyramide tronquée et renversée figure VI-2. Les faces latérales sont recouvertes d’un mince film d’aluminium permettant de réfléchir les rayons solaires incidents transmis par la couverture vers une tôle peinte en noir mât reposant au fond du bac. Il est composé d’une paroi externe en plexiglas de 0,3 cm d’épaisseur et d’une paroi interne en verre clair de 0,4 cm d’épaisseur, espacé de 1,5 cm. Cette disposition permet au système de résister aux chocs externes ainsi qu’aux températures internes relativement élevées, produites encours de fonctionnement. Le double vitrage permet de limiter les pertes par convection.

La couverture externe est soumise à l’effet du vent, elle s’échauffe en absorbant le flux solaire incident et le flux solaire réfléchi par les parois latérales. Elle échange par rayonnement à la fois avec le ciel et la couverture interne et par convection avec l’air entre les deux couvertures. L’équation globale du bilan s’écrit : La couverture interne absorbe le flux solaire incident transmis par la couverture externe et le flux solaire réfléchi par les parois latérales. Elle échange par rayonnement à la fois avec la couverture externe et l’absorbeur et par convection naturelle avec l’air entre elle et la couverture externe et l’air confiné dans le caisson. L’équation globale du bilan s’écrit : L’absorbeur absorbe à la fois le flux solaire incident transmis par la double couverture et celui réfléchi par les parois latérales. Il échange par rayonnement avec la couverture interne et par convection naturelle avec la lame d’air statique. L’équation globale du bilan s’écrit : Comme indiqué dans le chapitre III la discrétisation consiste à r emplacer pour obtenir une équation linéaire.