Thermique solaire

Yves JANNOT Mars 2011

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TABLE DES MATIERES

NOMENCLATURE .................................................................................... 5

1 LENERGIE SOLAIRE..................................................................... 7

1.1 Introduction ...................................................................................................................................... 7 1.1.1 Le contexte..................................................................................................................................... 7 1.1.2 Aperu de la ressource .................................................................................................................... 7

1.2 Aspects gomtriques ........................................................................................................................ 8 1.2.1 Mouvements de la Terre ................................................................................................................. 8 1.2.2 Mouvement apparent du Soleil........................................................................................................ 8 1.2.3 Heures et temps ............................................................................................................................ 10 1.2.4 Dure et taux densoleillement ...................................................................................................... 12

1.3 Aspects nergtiques ....................................................................................................................... 12 1.3.1 Latmosphre terrestre .................................................................................................................. 12 1.3.2 Rayonnement solaire au sol........................................................................................................... 14 1.3.3 Rayonnement solaire sur un plan quelconque ................................................................................ 17 1.3.4 Variations types du rayonnement .................................................................................................. 18

2 LES CAPTEURS SOLAIRES PLANS .......................................... 21

2.1 Principe ........................................................................................................................................... 21

2.2 Bilan thermique global.................................................................................................................... 21

2.3 Bilans thermiques des diffrents constituants ................................................................................ 23 2.3.1 Capteur solaire couvert de type 1 .................................................................................................. 23 2.3.2 Capteur solaire couvert de type 2 .................................................................................................. 26 2.3.3 Capteur solaire non-couvert de type 3 ........................................................................................... 26 2.3.4 Capteur solaire non-couvert de type 4 ........................................................................................... 27

2.4 Relations flux cd au fluide / tempratures................................................................................... 29 2.4.1 Capteurs de type 1 et 3.................................................................................................................. 29 2.4.2 Capteurs de type 2 et 4.................................................................................................................. 31

2.5 Autres grandeurs caractristiques .................................................................................................. 34

2.6 Mthode de calcul dun capteur solaire .......................................................................................... 35 2.6.1 Simulation dun capteur solaire..................................................................................................... 35 2.6.2 Simulation dun capteur solaire coupl un stockage .................................................................... 35 2.6.3 Dimensionnement......................................................................................................................... 36 2.6.4 Calcul approch............................................................................................................................ 36

3 UTILISATIONS DE LENERGIE SOLAIRE .................................. 39

3.1 Production deau chaude ................................................................................................................ 39 3.1.1 Chauffe-eau solaire capteur-stockeur............................................................................................. 39 3.1.2 Chauffe-eau solaire monobloc....................................................................................................... 39 3.1.3 Chauffe-eau solaire lments spars.......................................................................................... 41 3.1.4 Elments de dimensionnement ...................................................................................................... 43

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3.2 Froid et climatisation ...................................................................................................................... 43 3.2.1 Rfrigration ................................................................................................................................ 43 3.2.2 Climatisation ................................................................................................................................ 43

3.3 Distillation ....................................................................................................................................... 45 3.3.1 A un tage .................................................................................................................................... 45 3.3.2 A plusieurs tages......................................................................................................................... 45

3.4 Cuisson ............................................................................................................................................ 46

4 LE SECHAGE SOLAIRE............................................................... 47

4.1 Gnralits sur le schage et dfinitions ......................................................................................... 47

4.2 Principe et description du schage.................................................................................................. 48 4.2.1 Principe........................................................................................................................................ 48 4.2.2 Temprature de schage................................................................................................................ 48 4.2.3 Vitesse de schage........................................................................................................................ 49 4.2.4 Rendements relatifs au schage..................................................................................................... 50 4.2.5 Pouvoir vaporatoire dun schoir ................................................................................................. 51

4.3 Les diffrents types de schoirs solaires.......................................................................................... 53 4.3.1 Schoirs solaires convection naturelle......................................................................................... 53 4.3.2 Schoirs solaires convection force ............................................................................................ 54

4.4 Mthodes simplifies de dimensionnement ..................................................................................... 54 4.4.1 Schoirs solaires convection naturelle......................................................................................... 54 4.4.2 A convection force...................................................................................................................... 55

BIBLIOGRAPHIE .................................................................................... 57

ANNEXES ............................................................................................... 59

A.0.1 : Corrlations pour le calcul des coefficients de transfert en convection force................................. 60

A.0.2 : Corrlations pour le calcul des coefficients de transfert en convection naturelle ............................ 62

A.0.3 : Emissivit de certains corps .............................................................................................................. 64

A.1.1 : Diagramme solaire cylindrique......................................................................................................... 65

A.1.2 : Valeurs de lalbdo............................................................................................................................ 66

A.3.1 : Formules de calcul des pertes de charge singulires......................................................................... 67

A.3.2 : Courbe caractristique de fonctionnement dun ventilateur............................................................ 68

A.4.1 : Activit de leau dans certains produits ............................................................................................ 69

A.4.2 : Diagramme de lair humide .............................................................................................................. 70

A.4.4 : Schoirs directs couverts convection naturelle ......