Insolateurs et concentrateurs - LIMSI

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 τ

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

E

ρc.τ.C.E

ρc.τ.ρ.C.E

ρc.τ.α.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 τ = facteur de transmission de la couverture (s’il n’y en a pas

=1) ρc = facteur de réflexion du concentrateur à miroir (s’il n’y

en a pas =1) ρ = facteur de réflexion de la couverture (s’il n’y en a pas de

l’absorbeur) α = 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 ∆T = Ta -Te d’exposants compris entre 1 et 4

Pour simplifier Pp est approché par l’équation du second degré en ∆T 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

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