ETUDE ET REALISATION D’UN CAPTEUR SOLAIRE A ABSORBEUR ALVEOLAIR

Les capteurs solaires 

Principe

Le capteur solaire thermique transforme le rayonnement solaire qu’il reçoit en énergie calorifique utilisable. L’énergie est utilisée par un fluide caloporteur. Les fluides les plus utilisés sont l’eau et l’air. L’air est généralement utilisé pour le séchage et l’eau pour la climatisation. L’énergie solaire est captée par la surface absorbante du capteur solaire. Le fluide caloporteur absorbe et transmet une partie de l’énergie captée par l’absorbeur.

Types de capteurs Il existe différents types de capteurs solaires 

Capteurs plans sans vitrage Ils sont faits de plastique polymère noir et sont posés sur un support en bois ou sur un toit. Ces capteurs absorbent bien l’énergie solaire mais les pertes thermiques vers l’environnement augmentent rapidement avec la température extérieure. Ils sont la plupart du temps utilisés pour des applications nécessitant une basse température (piscines, chaleur industriel,…) 

Capteurs plans avec vitrage

L’énergie solaire est emprisonnée dans le capteur à cause du vitrage (effet de serre). Ils sont utilisés pour des applications à température modérée (chauffage de l’eau sanitaire, chauffage de locaux,…)

Capteurs à tubes sous vides

Ces capteurs solaires sont composés d’un absorbeur revêtu d’une surface sélective et enfermé sous vide dans un tube de verre. Le vide d’air dans les tubes réduit les pertes par convection et par conduction. Pour le reste, ces capteurs fonctionnent comme un capteur plan. Ils sont utilisés pour des applications nécessitant des températures moyennes ou hautes (eau chaude domestique, chauffage de locaux et applications de chauffage industriel pour des températures de 60°C à 80°C selon la température extérieure) GENERALITES RAZAFINDRABE ANDRIANJAKA Manantsoa 4 Figure 1 : Capteur à tubes sous vide Source : Etude et conception d’un convertisseur solaire pour la production d’eau chaude sanitaire [1] Dans notre étude, on utilise un capteur plan avec vitrage. Figure 2 : Capteur plan [1] Source : Etude et conception d’un convertisseur solaire pour la production d’eau chaude sanitaire [1] 

Composants du capteur plan 

L’absorbeur L’absorbeur est l’élément principal du capteur. Le choix du matériau et le mode de construction ont une grande influence sur la qualité du capteur. Il est soit en cuivre, soit en acier, soit en aluminium. Les absorbeurs en cuivre ou en acier sont généralement revêtus d’une couche sélective. 

La couverture transparente

On utilise du verre sécurisé résistant aux chocs, auxcontraintes mécaniques et aux chocs thermiques (brusque refroidissement). Le verre est généralement pauvre en oxyde de fer, de ce fait transparent à l’entrée du rayonnement solaire mais opaque aux rayonnements infrarouges. On distingue des capteurs à plusieurs vitrages. 

L’isolation thermique

Il est constitué soit de laines minérales ou de matières synthétiques. Il doit résister aux hautes températures à l’intérieur du capteur. L’isolant n’est pas utilisé pour les capteurs à tubes évacués

Le cadre

Il est fait en aluminium ou en acier mais aussi en bois pour qu’il soit léger et facile à déplacer. GENERALITES RAZAFINDRABE ANDRIANJAKA Manantsoa 6 CHAPITRE 2 Le gisement solaire 2-1 Description du soleil[2] et [3] Le soleil est une sphère gazeuse formée d’hydrogène H et de hélium He et 70 autres éléments plus lourds. Le rayon solaire est composé de : Lumière Rayon γ, rayon X Rayon ultra-violet (UV) λ = 0.05µm (longueur d’onde) Rayons visibles (violet, bleu, vert, jaune, rouge) λ = 0.4 à 0.7µm Rayon infrarouge IR λ> 2.5µm 2-2 Mouvement de la Terre autour du soleil Figure 3 : Course du soleil Source : Ingénierie des systèmes solaire applications à l’habitat [2] 

Position du soleil

a position du soleil peut être repérée par les coordonnées azimutales et horaires.

Coordonnées horaires

Figure 4 : Coordonnées horaires Déclinaison horaire δ C’est l’angle entre la direction Terre-Soleil et le plan équatorial terrestre. Il varie de – 23°24’ au solstice d’hiver (21 Juin) et nul aux équinoxes. (2.1) j = n° du jour dans l’année Angle horaire ω C’est l’angle le long de l’équateur céleste et le plan de méridien du lieu (plan passant par la direction sud) et celui contenant la direction des pôles célestes. Cet angle est compté rétrograde vers l’ouest. (2.2) Avec TSV : Temps solaire vrai Le TSV est défini à partir de la rotation de la Terre sur elle-même. 

Coordonnées azimutales

Figure 5 : Coordonnées azimutales [2] Hauteur du Soleil C’est l’angle formé par le plan horizontal du lieu considéré et de la direction point local-Soleil. h= arcsin[sin(L)sin(δ)+cos(L)cos(δ)cos(ω)] (2.5) Avec L : la Latitude du lieu est positive dans l’hémisphère Nord et négative dans l’hémisphère Sud δ : Déclinaison horaire ω : Angle horaire Azimut du soleil α C’est l’angle entre la projection de l’axe OS sur le plan horizontal et le Sud. Il est compté positivement vers l’Est et négativement vers l’Ouest. (2.6) 

Angle d’incidence du rayonnement solaire sur un plan incliné et d’orientation quelconque

Une surface est repérée par: L’inclinaison β : C’est l’angle entre le plan horizontal et le plan considéré. Azimut γ : C’est l’angle entre la normale et le plan méridien. Figure 6: Position d’un capteur  Le cosinus directeur l, m, n du vecteur u normal au plan est : Le cosinus directeur X, Y, Z de la direction du soleil est défini par : L’angle i entre la normale et le plan d’incidence du soleil sur le plan est : (2.7) α,h : azimut et hauteur du soleil 2-3-4 Problème d’heure Heure de lever et de coucher du soleil On a : [Heure] (2.8) [Heure] (2.9) Durée de l’ensoleillement Elle se détermine par la formule (2.10)

Le rayonnement solaire Le soleil émet plusieurs rayons dont une partie est captée par la Terre. Ces rayons sont classés en : Figure 7 : Rayonnement solaire

Le flux direct (2.11) Io : constante solaire ; Io = 1367 W/m2 C : coefficient de correction de la distance Terre – Soleil ; (2.12) XMOIS= n° du mois dans l’année XJOUR= n° du jour dans le mois A et B étant des coefficients de trouble en fonction des phénomènes météorologique