Capteurs solaires thermiques
Définition :
Un capteur solaire thermique (ou simplement capteur solaire) est un dispositif conçu pour recueillir l'énergie provenant du Soleil sous forme de chaleur (rayonnement) et la transmettre à un fluide caloporteur (gaz ou liquide). Ils transforment la lumière en chaleur, le plus souvent pour des chauffe-eaux.
Les panneaux solaires thermiques sont composés d'un ensemble de capteurs. Un fluide caloporteur (eau et antigel) est chauffé par ce système et apporte ainsi la chaleur emmagasinée au ballon de stockage de l'eau. Pour cela, les rayons du soleil passent d'abord par une plaque de verre transparente à la lumière, plus ou moins pure en qualité. Sous ce verre, un absorbeur noir (plaque de métal recouverte d'une fine couche de chrome) 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, 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 acheminée vers un ballon d'eau chaude à l'aide d'une pompe. Dans l'accumulateur, le liquide caloporteur chaud parcourt un circuit et transfère sa chaleur à l'eau domestique.
Bilan thermique d'un capteur
Le bilan thermique d'un capteur plan est présenté dans la figure ci-contre : |  |
Informations[4]Bilan énergétique d'un capteur
Le bilan énergétique d'un capteur est présenté ci-dessous :
Qe : énergie entrant du capteur
Qs : énergie sortant du capteur
S : surface du capteur
G* : rayonnement global
Te : température du fluide caloporteur en entrée du capteur
Ts : température du fluide caloporteur en sortie du capteur
Cp : capacité calorifique du fluide caloporteur
Qp : pertes
Rendement des capteurs solaires
Le rendement d'un capteur plan se calcule comme suit, avec :
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Courbe de rendement d'un capteur solaire plan
A partir des calculs précédents, on peut tracer la courbe de rendement d'un capteur solaire plan :
0 : coefficient de conversion optique (%)k1 : coefficient de déperditions thermiques par conduction (W/m2.K)
k2 : coefficient de déperditions thermiques par convection (W/m2.K2)
Tm : température moyenne de l’absorbeur (°C)
Ta : température ambiante moyenne (°C)
K : coefficient de déperdition
G* : éclairement énergétique global mesuré dans le plan du capteur (W/m2 de surface d’entrée)
