Caractéristiques techniques des capteurs solaires

 

Les capteurs sont caractérisés par :

  • Leurs pertes optiques
  • Leurs pertes thermiques

Ces pertes permettent par ailleurs de calculer le rendement global du capteur, pour une situation de fonctionnement donnée.

Les pertes optiques :

En premier lieu, les capteurs sont caractérisés par leur rendement optique (coefficient B).
Le rendement optique du capteur représente le pourcentage de la puissance radiative du soleil qui sera réellement absorbée par le capteur.

Remarque : le rendement optique est parfois appelé rendement solaire. Il ne faut pas le confondre avec le rendement global du capteur qui sera défini plus loin et qui ne peut se calculer que dans une condition de fonctionnement donnée.

Question:
Quel est le rendement optique B du capteur ci-dessous ?



Les pertes thermiques :

Lorsque le fluide caloporteur qui circule dans le capteur s’échauffe, une partie de la chaleur reçue est perdue par convection et par rayonnement vers l’extérieur.
Ces pertes sont caractérisées par un coefficient k (ou a1) exprimé en [W/m².°C]. Le coefficient k indique ces pertes thermiques en watts pour 1 [m²] de capteur et pour un [°C] d’écart de température entre le fluide caloporteur et l’air extérieur.

  • Les capteurs plans bien isolés ont un coefficient k de l’ordre de 3 [W/m².°C]
  • Les capteurs sous vide ont un coefficient k de l’ordre de 1 [W/m².°C] ; ils perdent environ 4 fois moins de puissance par convection et conduction pour un même écart de température entre le fluide et l’air extérieur que les capteurs plans.

Remarques :

  • Le coefficient k (ou a1) du capteur se rapporte à la surface avant du capteur.
  • La norme européenne, EN 12975-1:2006 indique les caractéristiques minimales pour les capteurs fabriqués en Europe.

Exemple des caractéristiques d’un capteur :

text

Question:
Calculez la puissance réellement récupérée sur le capteur ci-dessous, sachant que son rendement optique est de 85% et son coefficient k de 3 [W/m²°C].



Le rendement global :

Le rendement global d’un capteur se calcule à partir des rendements optiques et thermiques dans des conditions données de fonctionnement du capteur.

On peut définir le rendement global du capteur comme le rapport entre l'énergie récupérée pendant un intervalle de temps donné et l’énergie solaire reçue par le capteur pendant le même intervalle de temps, dans des conditions données de fonctionnement stable.

Question:
Quel est le rendement global du capteur solaire étudié dans l'exercice précédent ?



Pour 1 [m²] de capteur on peut écrire :

text

  • Coefficient B : Rendement optique
  • Rayonnement solaire en [W/m²]
  • Déperditions :Pertes thermiques du capteur en [W/m²]

Soit :

text

ou

text

Avec :

  • k : coefficient de pertes thermiques  en [W/m².°C]
  • Tmf : température moyenne du fluide caloporteur en [°C] 
  • Text : température extérieure en [°C]  

Question:
En utilisant la formule de calcul du rendement, pour un rayonnement solaire de 1000 [W/m²], un rendement optique de 85% et un coefficient k de 3 [W/m²°C], calculez le rendement global du capteur défini dans le 1er exercice.

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