Les capteurs solaires Insolateurs et concentrateurs Concentration Le

Les capteurs solaires Insolateurs et concentrateurs

Concentration �Le facteur de concentration géométrique d’un système solaire, Cg, est égal rapport entre la surface d’admission « utile » du rayonnement et la surface éclairée de l’absorbeur : Cg = Ao/Aa. �Le facteur d’amplification de l’éclairement est égal au produit du facteur de concentration par le facteur de « transmission » entre l’ouverture et l’absorbeur: Ea/Eo = C x t

2 types de capteurs : �Les insolateurs : C 1 �Les concentrateurs : C>1 (jusqu’à quelques milliers en pratique) �N. B : Seul le rayonnement direct peut être concentré. �Augmenter la concentration permet d’augmenter le rendement.

Insolateurs & concentrateurs

Schéma « linéaire » d’un capteur E rc. t. r. C. E Absorbeur rc. t. C. E rc. t. a. C. E Pu /Aa Pp/Aa =(Ta-Te)/(Rth. Aa)

Nomenclature du schéma précédent �E = éclairement de la surface d’entrée « ouverture » �C = facteur de concentration géométrique = Ao/Aa �t = facteur de transmission de la couverture (s’il n’y en a pas =1) �rc = facteur de réflexion du concentrateur à miroir (s’il n’y en a pas =1) �r = facteur de réflexion de la couverture (s’il n’y en a pas de l’absorbeur) �a = facteur d’absorption de l’absorbeur �Pu , Pp : puissance utile, puissance des déperditions �Rth = résistance thermique entre l’absorbeur et l’extérieur [K/W] �Ta , Te : température moyenne de l’absorbeur, température représentative du milieu extérieure (tenant compte de la convection et du rayonnement IR)

Conséquences �Le bilan apport – déperdition permet de calculer la puissance utile en régime permanent et le rendement du capteur. �Rendement, rendement « optique » ou à déperditions nulles �Température de stagnation (à Pu =0) �Eclairement de seuil dans des conditions de température imposées par l’installation.

Capteur plan : principes

Les insolateurs (constitution et définition des surfaces) �Capteur sans vitrage (sélectif/non sélectif) �Capteurs à simple (ou multiple) vitrage �Capteurs à tube sous vide ou sous gaz isolant (avec ou sans réflecteur concentrateur) �Seul le rayonnement direct est concentré! �Les réflecteurs soumis aux conditions extérieures ne vieillissent pas toujours bien!

Attention à la définition des surfaces ! � Quand on doit choisir un capteur il faut comparer ce qui est comparable : les résultats dépendent de la surface prise pour référence et des conditions de mesure.

Normes européennes �Pour rationaliser l’information fournie par les fabricants de capteurs, les normes imposent des essais et la détermination de paramètres caractéristiques �Les déperditions du capteurs , Pp , qui résultent du rayonnement IR intermédiaire, de la convection et de la conduction comportent des termes en puissance de DT = Ta -Te d’exposants compris entre 1 et 4 �Pour simplifier Pp est approché par l’équation du second degré en DT qui reproduit au mieux les résultats mesurés dans la gamme de températures « utile » .

Les paramètres normés

Exemples de fiches techniques �Capteurs plans vitrés �Capteur à tubes sous vides. Exemple de circulation du fluide. �Le choix doit être fait en fonction de l’implantation (angle – surface disponible) et du climat. �Les capteurs plans sont moins coûteux, plus robustes et présentent de bonnes performances en climat tempéré ou bien ensoleillé. Ils représentent plus de 90% du marché en France. Les capteurs à tubes sous vides présentent moins de déperditions et sont plus adaptés aux climats froids. Leur rapport surface d’absorption surface « hors tout » est plus faible.

Réflexion spéculaire sur les vitrages �La réflexion au passage d’un dioptre est un phénomène inévitable, qu’on peut atténuer par des traitements multicouches d’indice variable (antireflet). �La multiplication des vitrages n’est pas toujours opportune : les capteurs commerciaux actuels sont généralement à simple vitrage. �Le « modificateur d’angle » indiqué par le fabricant caractérise la perte d’efficacité à l’incidence 50° par rapport à l’incidence normale. �Formules, courbes

Systèmes à concentration Voir la présentation d’Alain Ferrière sur http: //www. coriolis. polytechnique. fr (onglet « Conférences) Conférence donnée le 30 janvier 2009 par Alain Ferriere CNRS, Font-Romeu