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Le solaire thermique

Le principe du solaire thermique

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  • Le soleil source d'énergie




Le soleil est une source d'énergie inépuisable .
On peut l'assimiler à un radiateur intégral (corps noir) à 5 504° C qui nous fait parvenir 1 367 W/m² depuis l'espace.

 

  • Angles significatifs

Pour placer correctement une installation solaire, il faut connaître les principaux angles de position du soleil et des capteurs.

Les angles optimum dépendent de l'utilisation que l'on veut en faire et de l'emplacement de l'installation solaire.



En France l'azimut optimum est situé plein sud.

Tandis que l'angle d'inclinaison optimum du capteur dépend de l'utilisation finale de l'énergie:

- Pour la production de l'eau chaude sanitaire : 45° qui prévilégie une utilisation sur toute l'année

- Pour le chauffage : 60° pour favoriser le rendement en hiver


  • Graphiques sur la position du soleil – Altitude-Azimut



 

 


               
 Chaque jour, le soleil décrit une trajectoire dont les deux principales coordonnées, l'azimut et la hauteur, sont représentées sur le graphique. Ce dernier permet également de faire figurer l'azimut et la hauteur des obstacles possibles se dressant devant une installation solaire déterminée.
Ce graphique permet par conséquent de déterminer les périodes de temps et les jours au cours desquels l'installation solaire ne recevra pas directement le rayonnement solaire direct.
  •  Interaction entre le rayonnement solaire et l'atmosphère

 

Le rayonnement solaire traverse l'atmosphère et, pendant cette traversée, subit des modifications d'intensité et de direction dues à son interaction avec les composantes atmosphériques.
Il existe deux types d’interactions principales:
L'absorption: les composantes atmosphériques d'assez grande taille (en liaison avec la longueur d'onde du rayonnement solaire) peuvent absorber entièrement le faisceau de rayonnement qui les pénètre, diminuant ainsi l'intensité de ce rayonnement. D'un autre côté, l'énergie interne de cette composante atmosphérique augmente, donc en conséquence sa température, raison pour laquelle ces composantes deviennent des émetteurs de rayonnement à onde longue qui parviennent en partie sur Terre, contribuant ainsi au rayonnement diffus qui arrive.
Diffusion: les composantes de moindre taille (les molécules d'air par exemple) font varier la direction du faisceau de rayonnement, provoquant ainsi une dispersion et donnant lieu au rayonnement diffus de courte longueur d'onde qui parvient depuis tout point de la voûte céleste.

Le rayonnement global et ses composantes
Compte tenu de tout ce que nous avons examiné, il est clair que le rayonnement solaire parvenant à une installation de captage présente les composantes suivantes, bien visibles sur l'image:
La composante directe: celle qui provient du disque solaire sans que sa direction n'ait subi de modification.
La composante diffuse: celle en provenance de toute la voûte céleste.
La composante réfléchie: celle qui provient du sol environnant en raison de la réflexion par ce dernier des composantes directe et diffuse.
Les installations solaires thermiques sans concentration exploitent les composantes directe, diffuse et réfléchie du rayonnement solaire. Les installations de concentration n'exploitent que la composante directe.
Il est évident que le coefficient de réflexion par le sol (l'albédo) influe sur cette composante et que l'angle de vision du sol depuis les capteurs de l'installation, a une grande importance dans la quantité de rayonnement arrivant à l'installation. En général, et dans des situations habituelles, cette composante est réduite.

  • Rayonnement solaire en fonction de la météo

 

 


Ce graphique illustre les valeurs approximatives du rayonnement solaire global parvenant sur une surface horizontale en fonction du temps. De toute évidence, les niveaux de rayonnement sont élevés lorsque le ciel est dégagé (ceci dépendant aussi de l'époque de l'année), et peuvent atteindre 800 à 1 000 W/m², tandis que, par temps très couvert, la surface ne reçoit plus que 200 W/m², voire moins.
L'irradiance solaire représente la puissance du rayonnement solaire par unité de surface. Elle s'exprime en W/m².
L'irradiation solaire représente l'énergie du rayonnement solaire sur un intervalle de temps déterminé. Elle s'exprime en J/m² et en kWh/m². Un jour de grand soleil estival, l'irradiation peut atteindre des valeurs de l'ordre de 7 kWh/m². 

 

L'énergie solaire thermique

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Le soleil brille pour tout le monde

Où que vous résidiez, apprenez donc à en tirer le meilleur profit…
L’énergie solaire est à votre service : livrée directement du producteur au consommateur,
elle n’envoie pas de facture. Année après année, elle vous apporte confort, indépendance
et économies.Tous les jours, elle contribue à la protection de votre environnement.
Pour produire une large part de votre eau chaude sanitaire ou de votre chauffage, il vous suffit d’un équipement
qui transforme le rayonnement solaire en chaleur: le chauffe-eau solaire individuel (CESI) ou le chauffage solaire combinée ( COMBI ).

 

Energie solaire :elle n’a que des avantages

C’est une énergie qui rapporte : une fois fait l’investissement initial, elle vous permet de réaliser d’importantes économies d’énergie conventionnelle, en douceur et pendant longtemps.
L’énergie solaire ignore les compteurs et les taxes.
C’est une énergie naturellement propre : chez vous, pas de fumée, pas de bruit, pas la moindre
nuisance. Elle ne crée aucun déchet toxique ou dangereux. En évitant le rejet de gaz polluants,
tel que le CO2 , dans l’atmosphère, elle réduit
l’effet de serre qui menace notre planète.
C’est un grand pas vers l’autonomie énergétique :aux périodes de bon ensoleillement, elle suffit à
produire toute votre eau chaude sanitaire ou une partie de votre chauffage, sans recours à l’appoint.

 

Une petite expérience significative

Prenez un tuyau d’arrosage en plastique souple, et disposez-le en serpentin sur le sol. Laissez-le
rempli, en plein soleil pendant une heure ou deux.
A la remise en service, vous constatez que la température de l’eau qui s’écoule du tuyau s’est fortement élevée (plus la couleur du tuyau est foncée - noire ou vert sombre - plus l’eau devient chaude). Et si vous aviez placé une simple vitre à plat sur le tuyau enroulé, le liquide serait sorti brûlant.
De façon rudimentaire, vous venez de redécouvrir l’eau chaude solaire.
Le chauffe-eau solaire fonctionne selon ces principes. C’est un équipement robuste et fiable,
conçu et fabriqué pour tirer le meilleur parti du moindre rayon de soleil.

 

Les composants d’un chauffe-eau solaire

L’équipement comprend des capteurs solaires (placés le plus souvent en toiture) et un ballon
de stockage (installé à l’intérieur de la maison ou au dehors près des capteurs). Pour relier
capteurs et ballon, une tuyauterie calorifugée assure la circulation d’un liquide primaire. Et
pour compléter le système on lui associe, selon les modèles, un échangeur intégré au ballon,
une régulation, un circulateur et un dispositif de chauffage d’appoint.

 

Le chauffe-eau solaire en quelques mots :

Le capteur solaire : une plaque et des tubes métalliques noirs reçoivent le rayonnement
solaire et s’échauffent. C’est l’absorbeur, le cœur du système solaire. Ces éléments sont placés
sous un vitrage, dans un coffre rigide et thermiquement isolé, à l’arrière et sur les
côtés. La vitre laisse pénétrer le soleil et retient la chaleur, comme dans une petite serre.

Le circuit primaire : il contient quelques litres d’un liquide (eau additionnée d’antigel)
enfermé dans un circuit étanche. En parcourant le capteur placé au soleil, le liquide s’échauffe
avant de se diriger vers la cuve de stockage.
Là, grâce à un échangeur thermique, il cède les calories solaires à l’eau sanitaire du ballon.
Refroidi au passage, le liquide primaire retourne alors au capteur, tant que l’ensoleillement reste
efficace.

Le ballon solaire : une cuve métallique bien isolée constitue la réserve d’eau sanitaire. L’eau
chaude soutirée est remplacée immédiatement par la même quantité d’eau froide du réseau.
Si le soleil est présent, le liquide primaire joue alors son rôle de réchauffeur en quelques
minutes. S’il n’y a plus assez, ou plus du tout de soleil, un dispositif d’appoint prend le relais
pour reconstituer le stock d’eau chaude.
Partout en métropole, l’appoint est indispensable pour assurer la permanence du service
d’eau chaude en hiver, en demi-saison ou par longue période de mauvais temps.
Sur nos modèles, cet appoint est assuré par une résistance électrique placée à la moitié supérieur
du ballon solaire ou par un deuxième échangeur qui sera raccordé à une chaudière (gaz, fioul…)
disposée en aval du ballon solaire

Le circulateur : cette petite pompe électrique met en mouvement le liquide primaire,
tant que sa température dépasse celle de l’eau sanitaire du ballon solaire.

La régulation différentielle : elle compare à tout moment la température du capteur et
celle de la partie basse ou médiane du ballon. Si le ballon est le plus chaud, la régulation arrête
le fonctionnement du circulateur. A l’inverse, quand le capteur est plus chaud que le ballon,
le circulateur est automatiquement remis en route, et le liquide primaire transmet sa chaleur
à l’eau sanitaire du ballon.

 

Le chauffage solaire en quelques mots :

Le chauffage solaire adopte le même principe que le chauffe eau et intègre les mêmes composants. Seule la surface de panneaux et le volume de stockage d'eau seront plus grand.

 

Explications plus techniques sur le principe de la récupération de l'énergie solaire thermique 

 

Alter Eco - 8 rue neuve 60210 Cempuis

S.N.C au capital de 7800 euros - SIRET : 48897278700011 - RM : 6001 - APE 453F - N de TVA intracommunautaire FR 80 488 972 787