[discut] Choix du verre pour les capteurs maison

[cauchy]

Si vous pouviez me confirmer que les capteurs peuvent monter à 150°C cela voudrait dire qu'ils rayonnent 1800W/m² (loi de Stefan) alors que le soleil apporte au maximum 1000W/m² (source http://www.marseille.archi.fr/~M35/Ensoleill2004.pdf)
On aurait un verre qui se comporte au mieux comme ça :

(je dis au mieux car j'ai pris 0% de réflexion du visible et isolation parfaite)

D'où l'importance de l'aptitude du verre à réfléchir les Infra-Rouges.

Quel verre avez vous utilisé pour vos capteurs et quelle température max obtenez vous ?

[tsm33]

Je connais pas grand chose mais je ne pense pas que ce soit la vitre qui atteint cette température, c'est l'eau se trouvant à l'intérieur qui en plus est sous pression. et plus la pression monte, plus la température augment. la nous parlons de chaleur par conduction qui 'n'est pas la meme par rayonnement ou induction, je sait plus.

Si je dit des bétises, faut le dire

[gegef6fsk]

bonjour ,
il doit y avoir d'autres paramètres qui rentre en jeux,
va voir dans ma galerie privée ....159°
en début février a 11.30 le matin ,depuis comme il n'y a pas d'eau dedans pour l'instant,j'ai baché pour ne pas faire vieillir prématurément le tinox.

ça fait quand meme caison d'isolation,effet serre ,et pour les capteurs a tubes ,c'est pire,c'est du vide,et pour les tubes a caloduc, ça monte encore plus ,revoir la litérature sur le principe du caloduc.
cordialement gérard

[photon]

Petit bémol: le capteur (Tinox ou CuO) rayonne moins qu'un support peint. L'epsilon n'est pas du même ordre de grandeur.

Le CuO va transferer l'energie par conduction à l'eau.
Le verre n'atteindra pas les 150° car
a) il n'est pas au contact de l'absorbeur.
b) Il a une grande surface d'échange avec l'extérieur.

Le verre n'a aucun interêt à refléchir les IR sinon l'absorbeur ne recevrait pas d'énergie.
A la limite un traitement de surface sur la face interne du verre peut améliorer la chose. Mais comme l'epsilon du CuO dépasse les 90%, ce traitement permettrait de réduire les pertes par rayonnement sur le 10% qui s'échappent en rayonnement. Le jeu n'en vaut pas la chandelle.
Les capteurs marvel que j'ai vu possèdent un verre granuleux en face interne; cela doit être la limite qu'un industriel doit apporter à un traitement de surface.

[Yves Guern]

Bonjour

=Le verre n'a aucun interêt à refléchir les IR sinon l'absorbeur ne recevrait pas d'énergie.

désolé mais ça c'est une connerie et une grosse!
Tout l'intérêt d'une vitre c'est de laisser passer l'énergie solaire (située dans le visible et le très proche infrarouge) et de réfléchir (vers l'intérieur) l'énergie produite par le rayonnement du capteur. Cette énergie de rayonnement (c'est de la lumière) se situe, elle, dans l'infrarouge 'beaucoup plus lointain'. Et tout ce que le commun des mortels appelle 'verre' réfléchi naturellement cet infrarouge là...
C'est cela que l'on appelle l'effet de serre...

Les capteurs marvel que j'ai vu possèdent un verre granuleux

Le verre n'est pas granuleux, il possède des facettes (pyramides) qui en augmentant l'angle d'incidence des rayons lumineux qui voudraient sortir en augmente le coefficient de réflexion, et ce, sans changer le coefficient dans l'autre sens (c'est quasi magique!)

Quand à la question initiale de cauchy:
Je ne sais pas bien où tu veux en venir? Ton shéma fait plein de raccourcis, certain sont en trop. Sur les 1800w/m2 qu'un corps à 150° émet, seuls 900 sont réémis vers la vitre, les 900 autres vers l'isolant à l'arrière...
Sur ces 900W émis vers la vitre 100% (j'exagère mais à peine) sont réfléchis vers le panneau qui les absorbe à nouveau... (Nota: avec des peintures sélectives le raisonnement reste vrai)
Si le vitrage monte en température c'est beaucoup plus par convection de la couche d'air située entre lui et le panneau, mais il ne montera jamais à 150°.
Pour un panneau bien fait, l'équilibre avec les 1000W/m[sup]2[/sup] du soleil se fait par pertes thermiques dans l'isolant à l'arriere et par echanges convectif sur les deux faces du vitrage.

Si on ne parle que de vitrage, de mon point de vue les facettes c'est une cerise sur le gâteau qui ne change pas significativement le rendement. L'intéret des capteurs industriels réside plus dans le fait qu'ils utilisent du verre trempé qui résiste à la grêle pour une épaisseur 'raisonnable' et donc un poids plus faible...

A+

[p_bricoleur]

Bonjour,

1800 W/M2 de pertes avec seulement 1000 W/M2 de captage solaire !

Il faut voir les chose d'un point de vue thermodynamique.
Il a 2 cas de fonctionnement du capteur :

1- en stagnation : pas de circulation de caloporteur.
Apports d'énergie : captage solaire
Pertes d'énergie : rayonnement via la vitre, pertes par les côtés du capteurs

La température va monter puis s'équilibrer quand les pertes sont égales à la chaleur captée.
C'est dans ce cas qu'un capteur atteint de 150 à 200°C.

Donc :

- On ne peut pas écrire que la puissance captée est de 1000 W/m2 et que la puissance ré-émise est de 1800 W/m2 (d'où viendrait la différence ?)

- Une partie de l'énergie est dissipée par isolation imparfaite (convection et conduction) et cela d'autant plus que la température extérieure au collecteur est froide.

Attention à l'équation de Stefan-Boltzman "dans la vie courante", car elle suppose que le rayonnement est la seule perte d'énergie.
A l'origine, son application est pour l'astronomie et l'astrophysique.

2- en fonctionnement : circulation du caloporteur
Le captage solaire est compensé par le retrait de chaleur du caloporteur et les pertes. Le capteur étant beaucoup moins chaud, les pertes sont beaucoup plus faibles.
La température d'équilibre est de l'ordre de 40 à 70°C.

Cordialement

[jean-pierre peretti]

Bonjour à tous

Yves, lorsque tu écris
" Le verre n'est pas granuleux, il possède des facettes (pyramides) qui ..."
sais-tu s'il s'agit réellement de gravure ou moulure du verre ou bien d'un film appliqué sur la face interne? L'aspect des zones de condensation (si on doit développer sur ce point de condensation, je basculerai sur le fil approprié) me fait me poser la question...

JpPeretti

[photon]

[quote="Yves Guern"]Bonjour

désolé mais ça c'est une connerie et une grosse!
A+[/quote]

Euh, c'est dur de recevoir ce genre de remarque lorsque l'on est d'accord

Le verre peut reflechir la lumière à 2 endroits: à l'interface extérieure et à l'interface intérieure.

S'il reflechit à l'extérieur, alors l'absorbeur ne reçoit rien (Se voit on lorsque l'on est de l'autre coté d'un miroir?)
S'il reflechit à l'intérieur, l'effet est interessant, mais il n'impacte que ce que l'absorbeur rayonne vers l'extérieur, soit compte tenu de l'epsilon tu Tinox, moins de 10 % de l'énergie reçue. D'ou le manque d'intérêt.

Il ne faut pas confondre l'effet de serre d'un capteur et l'effet de serre de l'atmosphère.

L'effet de serre de la planète empêche le rayonnement IR de repartir vers l'espace. Ce rayonnement IR a pour origine le soleil qui se reflete sur le sol, qui lui n'étant pas tinox, nous fait le joli coup du corps noir et ré emet tout ce qu'il reçoit (ou presque)

L'effet de serre du capteur tient en premier ordre de grandeur le confinnement de l'atmosphere, qui ne pouvant se deplacer ne perd de l'energie que par convection (le medium étant de l'air l'échange est très mauvais. Pas aussi mauvais que le vide mais quand même)

Les sacs plastiques de nos supermarchés ne sont pas franchement des merveilles d'efficacité pour la transmission de la lumière, mais un thermometre placé sous un de ces sacs plastique grimpera et claquera. Parce que le premier ordre de grandeur de la perte de chaleur est le refroidissement par l'air qui se déplace. Pas de déplacement d'air, moins de pertes.


[referp=10293;quote="Yves Guern"]

Le verre n'est pas granuleux, il possède des facettes (pyramides) qui en augmentant l'angle d'incidence des rayons lumineux qui voudraient sortir en augmente le coefficient de réflexion, et ce, sans changer le coefficient dans l'autre sens (c'est quasi magique!)
+[/quote]

Le verre des capteurs que j'ai vu samedi dernier est granuleux, je n'y ai pas vu de structure réguliere en forme de pyramide; Il s'agit d'un capteur de la commande de novembre. C'est cela que j'appelle un traitement de surface.
Encore une fois, il s'agit d'un traitement qui apporte peu, puisqu'il s'agit de renvoyer vers l'intérieur du capteur une partie du rayonnement qui s'échappe de l'absorbeur, soit moins de 10% du rayonnement. La preuve que cela est peu efficace: de l'extérieur du capteur on en voit l'intérieur et la longueur d'onde n'y est quasi pour rien. ( C'est valable pour l'IR et pour le visible). Il 'agit d'une bataille pour gagner qq % sur une fraction faible de l'énergie reçue.

Autre indice que cela est du deuxième ordre de grandeur, les verres utilisés par Sebasol sont clairement transparents. (Voir les photos du site)


[referp=10293;quote="Yves Guern"]
(c'est quasi magique!)
+[/quote]

C'est pas magique, et la lumière incidente est aussi détournée par la surface granuleuse, (mais cela n'a pas d'importance car l'absorbeur se trouve très pres de la vitre)

Allez dans votre casto préféré et placez votre main d'un coté puis de l'autre de la vitre granuleuse. Votre main apparait moins lumineuse, mais elle apparait tout de même. Et ceci quel que soit le coté de la vitre.
Par contre votre main parait plus diffuse. (Déformée)

Bon tout ca pour dire que cela c'est vraiment du 2 eme ordre de grandeur. et bref qu'on s'en fic.....

[Yves Guern]

Il ne faut pas confondre l'effet de serre d'un capteur et l'effet de serre de l'atmosphère.

Je ne vais pas faire un doublon...

c'est exactement la même chose sauf que c'est plus efficace avec une vitre qu'avec de la vapeur d'eau ou des polluant. La vitre réflechi 100% du flux infrarouge vers 'le bas', la vapeur d'eau et les polluants absorbent 100% du flux infrarouge puis ré-émettent 50% vers le haut et 50% vers le bas.

Le reste de ton commentaire semble indiquer que tu mélange lumière visible et infra rouge... Le rayonnement infrarouge provenant du soleil au niveau de la mer (et même sur le mont blanc) est strictement négligeable.

L'effet de serre de la planète empêche le rayonnement IR de repartir vers l'espace. Ce rayonnement IR a pour origine le soleil qui se reflete sur le sol, qui lui n'étant pas tinox, nous fait le joli coup du corps noir et ré emet tout ce qu'il reçoit (ou presque).

Pour être vraiement précis la lumière solaire n'est pas réflechie par la terre (seulement 18% en moyenne) mais asborbée par la terre ce qui la réchauffe. Pour se maintenir en équilibre la terre ré-émet cette énergie sous forme de lumière également mais dans un autre domaine de fréquenceinvisibles à l'oeil nu les infra rouge (lointains).
C'est ce changement de fréquence qui explique que le matériaux traversé change de propriété non pas suivant le sens de la lumière mais selon la fréquence de la lumière. Une vitre est transparente pour la lumière visible, c'est un miroir pour la lumière infra rouge!

Tinox: c'est un revêtement qui lui aussi change de propriété avec la fréquence de la lumière... Il est noir dans le visible (pour absorber le plus possible la lumière) et c'est un miroir dans la bande infra rouge. C'est plus compliqué que cela mais c'est comme s'il se renvoyait sa propre lumière, on a ainsi une sorte d'effet double vitrage...

Quand je dit c'est quasi magique :P : c'est que j'ai le droit de m'émerveiller devant de la physique bien faite?

Toutes les améliorations prises individuellement sont effectivement du deuxième ordre de grandeur mais, à la fin, la somme de ces petits plus peu ne pas être négligeable et, paradoxalement, surtout quand il n'y a pas de soleil (journée nuageuse). Même sans soleil les panneaux marvel arrivent à préchauffer significativement mon ECS...

A+

[Yves Guern]

[quote="jean-pierre peretti"] ...s'il s'agit réellement de gravure ou moulure du verre ou bien d'un film appliqué sur la face interne? [/quote]

Je n'en suis pas sûr mais pour moi cela fait parti du procédé de trempage du verre ce n'est donc pas un film rapporté...

A+

[Yves Guern]

[quote="p_bricoleur"]
1800 W/M2 de pertes avec seulement 1000 W/M2 de captage solaire !
../..
- On ne peut pas écrire que la puissance captée est de 1000 W/m2 et que la puissance ré-émise est de 1800 W/m2 (d'où viendrait la différence ?)
[/quote]

Ca y est p_bricoleur! J'ai trouvé les 800W qui manquent :D

A tout instant le capteur reçoit (et absorbe, pour simplifier) 1000 W, si il est à 150° il en ré-émet effectivement 1800W par radiation.
Conclusion: si il n'y a pas d'isolant ni de vitrage, et même sans vent, le capteur se refroidi jusqu'à ne plus émettre que 1000W (ce qui se produit vers 90°C)

En présence d'isolant et de vitrage, le capteur émet 900W de chaque côté
* Coté isolant celui-ci fini par se réchauffer au niveau de la surface en contact avec le capteur. Cette surface chaude elle aussi ré-émet de l'énergie vers le capteur qui la ré-absorbe (admettons une contribution de 250W/m[sup]2[/sup])
* Côté vitrage le capteur perd 900 W/m[sup]2[/sup] par radiation et le vitrage lui renvoie 900W/m[sup]2[/sup] (100% de réflection pour simplifier, et enfoncer le clou :D ). Il perd également par convection (mouvements de l'air entre le vitrage et le capteur) 350W/m[sup]2[/sup].

Moralité :
*les apports au capteur sont: 1000 (soleil)+900 (vitrage) + 250 (isolant) = 2150W/m[sup]2[/sup]
* les pertes sont 1800 (radiation à 150°) + 350 =2150 /m[sup]2[/sup]

=> Les apports sont égaux aux pertes on est effectivement à l'équilibre thermodynamique en perdant 1800W et avec un apport de 1000W, se secret est de récupérer les pertes...

Nota1: les 250W réémis par l'isolant et les 350W de pertes par convection sont des chiffres pris au hasard (pas la différence des deux) pour illustrer la chose, inutile de chipoter...
Nota2: Le revêtement TINOX modifie l'émission (et l'absorption) dans l'infra rouge je n'en tiens pas compte ici. cela ne fait que rendre la chose un peu plus compliquée sans modifier le fond (mais améliore le résultat l'equilibre serait atteind pour une température supérieure à 150°)


A+

[p_bricoleur]

Salut Yves,

Globalement d'accord avec toi.
En stagnation les pertes sont égales aux appports.
On trouve la température (théorique) de stagnation sur la courbe de rendement quand le rendement atteint 0.

Ma réaction était par rapport à la formulation de Cauchy :

Si vous pouviez me confirmer que les capteurs peuvent monter à 150°C cela voudrait dire qu'ils rayonnent 1800W/m² (loi de Stefan) alors que le soleil apporte au maximum 1000W/m²

Si le soleil amène 1000 W/m2 au capteur, il est difficile d'en rayonner 1800... (confirmé par le dessin).

La loi de Stefan-Boltzman (Puissance=surfacexsigmaxtemp4) , c'est comme E=mc2, tout le monde connait, mais on ne se souvient pas des limites d'emploi.
Je me souviens que mon prof. nous avait dit que ça servait surtout à calculer la température des étoiles, mais d'éviter de l'utiliser pour les fers à repasser.

Méfiance avec ces grandes lois d'apparence simple qui régissent l'Univers: souvent elles régissent mal le monde qui nous entoure.

Cordialement

[Yves Guern]

Méfiance avec ces grandes lois d'apparence simple qui régissent l'Univers: souvent elles régissent mal le monde qui nous entoure.

Je vais arrêter le 'débat' ici mais je suis physicien et ne peux que difficilement être d'accord avec ta formule. Je t'en propose une autre, finalement pas très différente:

Méfiance avec ces grandes lois d'apparence simple qui régissent l'Univers: mal appliquées elles régissent mal le monde qui nous entoure...

Méfiance (de soi même) et apparence sont probablement les vrais mots clefs...

Sur cette pensée philosophique de comptoir,
je vous souhaite le bonsoir.

A+

[photon]

[quote="Yves Guern"][Une vitre est transparente pour la lumière visible, c'est un miroir pour la lumière infra rouge!
.[/quote]

Non, le verre est plutôt opaque au IR.

CF
http://www.inrp.fr/lamap/?Page_Id=33&Ac ... Type_Id=17

Le verre est tranparent pour certaines radiations mais opaque pour d'autres. En particulier il est opaque pour l' infrarouge. La lumière du Soleil contient toutes les radiations avec un maximum d' émission au voisinage du jaune. Une bonne partie de ces radiations penètre donc à l' intérieur de la serre (pas l' infrarouge bien sûr). Ces radiations sont alors absorbées par les objets situés dans la serre, ce qui augmente leur température. Ces corps rayonnent de la lumiere, mais aux températures ainsi atteintes, l'emission se fait principalement dans l'infrarouge et reste donc piegée dans la serre ; évidemment le verre est aussi (comme tout corps) conducteur de la chaleur (pas très bon d' ailleurs) , mais le mécanisme est différent du précédent et l' échange de chaleur se fait par contact direct entre le verre et l' air qui l' entoure ; et ce mecanisme est beaucoup moins efficace que le rayonnement, mais il existe et c'est lui qui limite la température à l' intérieur de la serre.

Le verre est transparent ... à nos yeux, c'est à dire pour les rayons lumineux visibles pour notre rétine. Nous savons que les ultra-violets et les infra-rouges sont des rayonnements qui existent mais que notre rétine ne voit pas. On les différentie par la longueur d'onde, qui est aussi, pour le visible, caracteristique des couleurs (violet à un bout du "spectre", rouge à l'autre). Les différents matériaux peuvent être transparent pour certaines longueurs d'ondes et pas pour d'autres. Ainsi, les muscles et la graisse sont transparents pour les rayons X, mais pas les os, ce qui permet de photographier ces derniers (radio-graphie). Le verre est donc transparent pour les rayons lumineux visibles, mais pas pour les infra-rouges. De même le gaz carbonique est transparent à la lumière visible, mais pas aux infra-rouge. Le soleil nous envoie toute son énergie sous forme de rayons lumineux à faible longueur d'onde (visible et ultra-violet) parceque sa température est très élevée. Cette énergie rentre dans la maison de verre (serre) et chauffe ce qui s'y trouve. L'énergie est renvoyée sous forme d'un rayonnement correspondant à une température beaucoup moins élevée que celle du soleil; la longueur d'onde de ce rayonnement est du domaine de l'infra-rouge. Le verre n'est pas transparent pour les infra-rouge et ne laisse donc pas sortir l'énergie qu'ils portent: effet de serre. La chaleur se transmet d'un corps à un autre soit par rayonnement, soit par conduction. La casserole qui chauffe sur la plaque éléctrique, c'est de la conduction ("conduire" la chaleur). Pour la conduction, il faut qu'il y ait contact entre le chauffant et le chauffé. Par bonheur, le soleil ne nous touche pas, il nous chauffe par rayonnement. Le verre transmet assez bien la chaleur par conduction, mais pour le rayonnement, ça dépend de la longueur d'onde.

La suite sur le site. ...

Mais bon toujours est il que l'on joue sur qq % de moins de 10%. Bref toujours aussi négligeable.

[Yves Guern]

Bonjour,

Tout à fait d'accord avec cette belle synthèse sauf sur les premières phrases concernant les propriétés du verre (tant pis) mais surtout avec la dernière.
Si le verre ne réfléchissait pas les IR dans l'exemple de cauchy l'absorpeur perdrait à chaque instant 900W/m[sup]2[/sup]. Pour qceux qui ont suivi le calcul plus haut, l'équilibre thermique ne serait plus à 150° mais à 98° à la louche. (encore une fois le tinox ne change rien au raisonnement)
C'est vous qui voyez si c'est négligeable.
J'ai promis d'arrêter là :D .

A+