Insolateurs et concentrateurs 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 rc.t.C.E rc.t.r.C.E rc.t.a.C.E Pu /Aa Pp/Aa =(Ta-Te)/(Rth.Aa) Absorbeur

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