Les capteurs solaires plan

Constitution du capteur

un vitrage pour •favoriser l’effet de serre •réduire les pertes par convection.

un isolant afin de •limiter les pertes vers l’extérieur.

enfermés dans un caisson ou bien intégrés en toiture serti d’un joint d‘étanchéité

Principe de fonctionnement



m

Propriétés optiques des matériaux (émission)

2898 (

Propriétés optiques des matériaux

   : facteur de réflexion : facteur d’absorption ou absorptivité : facteur de transmission ou transmissivité On a bien évidemment :            1  1

Spectres Emission et Réflexion de l’absorbeur

Ou absorption

Propriétés optiques des matériaux absorption

Les absorbeurs sont recouverts d’un revêtement sélectif pour l'absorption et l'émission et leur état de surface est tel qu’ils piègent les rayonnements infra rouges qui sont émis lors de l’échauffement. •coefficient d'absorption  proche de 1 (du visible) •coefficient émission ε proche de 0 (de l’infrarouge).

Les principaux traitements sélectifs sur le marché •Alanod : Mirotherm (  = 0.95, ε = 0.05) sur aluminium : Allemagne •Alanod : Sunselect (  = 0.95, ε = 0.05) sur cuivre : Allemagne •ChromeCoat (  •MTI Krosol : (  = 0.95, ε = 0.10) sur cuivre : Danemark = 0.96, ε = 0.12) sur cuivre : Etats Unis •Tinox : Classic (  = 0.95, ε = 0.05) sur cuivre : Allemagne •Sunstrip : (  = 0.96, ε = 0.07) sur aluminium : Suède

Propriétés optiques des matériaux (vitrage) transmission

Effet de serre

Il est possible d’obtenir des verres à haute transmission énergétique (  = 0,92) en éliminant la plupart des oxydes de fer lui donnant sa couleur verte

Propriétés optiques des matériaux réflexion

Un traitement antireflet diminue la part perdue par réflexion On utilise aussi des verres polis ou prismés qui réfléchissent moins les rayonnements dont les angles d’incidences sont supérieurs à 45°.

Propriétés thermiques des matériaux l’absorbeur

il doit • absorber la plus grande partie du rayonnement solaire • transmettre la chaleur produite vers le fluide caloporteur avec le minimum de perte. • être le plus léger possible afin d’éviter l’inertie de mise en régime • être construit avec un matériau bon conducteur.

Propriétés thermiques des matériaux l’isolant

Les isolants pour face arrière des capteurs les plus souvent utilisés sont les fibres minérales (laine de verre ou laine de roche) ou les mousses de polyuréthane.

Il faut que les produits utilisés résistent aux températures de fonctionnement qui dépassent largement les 100°C pour les capteurs modernes, dans certains cas (capteur en stagnation).

Les isolants tels que le polystyrène sont donc à bannir (il commence à mollir et à fondre à partir de 80°C).

Dans le cas d’utilisation de laines minérales, il convient de veiller à se qu’elles restent sèches, car l’humidité altère les performances thermiques de ces matériaux.

K

 1

R th

 1

e

  1

h e

 1

h i

Bilan thermique d'un capteur

Energie incidente

Q T e dm dt T s T P u



dm

 

dt

Puissance récupérée 

s



T e



Les pertes du capteur

 

abs vitre E

 

E



E

 

m



T ext

 

dm

  

s dt



T e



P u

E

100% Réfléchi sur le verre : 8% Réfléchi sur l’absorbeur : 5% Réémis par le verre vers ext : 1% Réémis par l’absorbeur :8% Pertes par rayonnement l’absorbeur (1  )E 

E

Pertes par convection : 15% Pertes par conduction 3%

P u

60% 

dm dt



s



T e

 

m



T ext



Rendement du capteur

Au premier ordre

K



T m



T ext



E

Au second ordre   0  

a

1 

T m



T ext

 

a

2

E K



T m



T ext

 2

E

Les capteurs solaires plan

Seuil de démarrage

  0 

E



K



T m

 

T ext

 devient   0 

E



a

1  0 

T m



T ext

 

a

2  0 

T m



T ext

 2

Logasol SKS 3.0 : capteur plan Thermomax Solamax 30 : tube sous vide

Les capteurs solaires plan

Température de stagnation

  0  La production et égale au pertes

T s



E



K



T ext

ou   0 

T s



a

1 2  4 2

a

2  0 2 

T ext Logasol SKS 3.0 : capteur plan Thermomax Solamax 30 : tube sous vide