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Energétique du Bâtiment2007-2008
Laboratoire de Systèmes EnergétiquesLaboratoire de Systèmes EnergétiquesLaboratoire de Systèmes Energétiques
L'énergie solaire
Dans le passépassé, la seule disponible
A présent,présent, profite d'énormes progrès technologiques
Dans l'avenirl'avenir, la seule utilisable
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Le rayonnement solaireRayonnement solaire :
170'000 TW aux confins de l'atmosphère50'000 TW à la surface du globe15'000 TW à la surface des continents
Surface du globe : 5x1014 m2
Ensoleillement à la surface du globe :Moyenne : 1'200 kWh/m2.an 130 W/m2.anSahara : 2'000 kWh/m2.an 230 W/m2.anSuisse : 1'400 kWh/m2.an 160 W/m2.an
170 000 TW
40 00035 000 55 000
40 000
50 000
25 00040 000
15 000 35 000OcéansContinents
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Ensoleillement en Suisse
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Ensoleillement en Suisse
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Disponibilité de l’énergie solaire
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Disponibilité de l’énergie solaire
Corps noir à 5800 K
Rayonnement solaire aux confins de l'atmosphère
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Ener
gie
[kW
/(m²·µ
)]
0
0,5
1,0
1,5
2,0
-
-
-
Longueur d'onde [µm]
visibleUV IR
Ciel serein, soleil à 30°au-dessus de l'horizon
Rayonnement solaireau niveau de la mer.
-
-
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Capteurs solaires
Suivant le fluide caloporteurcapteur à eau ou liquide caloporteurcapteur à aircapteur à ébullition ou caloducs
Suivant la géométriecapteurs plans avec ou sans couverturecapteurs à concentration paraboliques ou cylindro-paraboliquescapteurs à concentration anidoliques
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Capteurs solaires
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Capteurs à concentration
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Capteurs à concentration
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Capteurs à concentration
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Capteurs plans
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Capteur solaire plan
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Capteurs solaires - performances
Φ r
p
s
b
u
Φ
Φ
Φ
ΦΦu = Φs- Φr- Φp-Φb
q = A qs - K (Tc- Te)
KxAq
TTKAqq
s
ec
s
−=−
−==η
A rendement optiqueK facteur de déperditions
srs Φ AΦΦ ⋅=−
[W/m2.K]................
......................
[-]
( )ecbp T-TKS ΦΦ ⋅=+
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Déperditions de chaleur
faire fonctionner le capteur à la température la plus basse possible ;diminuer la surface de l'absorbeur par rapport à la surface de captage (capteurs à concentration) ;isoler avec un matériau convenable la face arrière et les côtés de l'absorbeur ;diminuer les pertes au travers de la couverture en doublant celle-ci ou en utilisant un revêtement sélectif sur l'absorbeur et/ou la couverture ;faire le vide d'air autour de l'absorbeur (capteurs à vide).
Les pertes thermiques Φp + Φb sont inévitables, mais on peut en diminuer l'importance en prenant une ou plusieurs des mesures suivantes :
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Capteurs solaires - rendement
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,05 0,1 0,15 0,2x [m²K/W]
Ren
dem
ent
Capteur évacuéBon capteur planCapteur plan non sélectifAbsorbeur nu sélectif
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Critères de choix des capteurs
Niveau de températureIntégration au siteCaractéristiques pour l'emploi prévu
rendement pression de servicepertes de chargecapacité thermique
Qualité et compatibilité des matériauxDurée de viePrix
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Installations héliothermiques
Captage
Contrôle
Echange
Accumulation
Utilisation Appoint
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Installation héliothermique
RTch
Tfr
( )frchpu T-TCmΦ ⋅= &
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ApplicationsChauffage de piscine
L’offre coïncide avec la demandeLe bassin joue aussi le rôle d’accumulateur de chaleurRendements excellents avec des capteurs tout à fait ordinaires
Chauffage des locauxL’ensoleillement étant beaucoup plus faible en hiver qu’en été, le chauffage de locaux ne se justifie économiquement que si les capteurs sont utilisés en été d’une manière ou d’une autre :
Stockage saisonnier :stocks de grandes dimensionsvolume de stockage égal au volume à chaufferCouplage avec un chauffage de piscine
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Chauffe-eau solaire
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Chauffe-eau à thermosiphon
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Caractéristiques de capteurs
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Caractéristiques de capteurs
80-100 [l/m2 capteurs]2-2.5 [m2/kWth]Eau chaude & chauffage
30 [l/m2 capteurs]1-2 [m2/100 l]Eau chaude seule (cons. > 1’000 l/jour)
30-40 [l/m2 capteurs]2-4 [m2/100 l]Eau chaude seule
Taille de l’accumulateur
Surfacede capteurs
Typed’installation