Le solaire à la portée de tous

Bonjour,

Je me disais l'autre jour qu'on pouvait avoir une idée de la puissance solaire sur un capteur sans circulation avec la température extérieure et la température du capteur stabilisée.

[Note : dans le calcul, j'utilise la méthode "française" du rendement,mais c'est juste pour simplifier, ça ne change pas grand' chose]

rendementCapteur = B - K.(T[sub]capteur[/sub] - T[sub]extérieur[/sub]) / P[sub]solaire[/sub]

Quand le capteur est en stagnation, il perd tout ce qu'il collecte, le rendement est nul.

Donc :
B = K.(T[sub]capteur[/sub] - T[sub]extérieur[/sub]) / P[sub]solaire[/sub]

Et on a :

P[sub]solaire[/sub] = K/B.(T[sub]capteur[/sub] - T[sub]extérieur[/sub])

- K et B sont constants et connus pour un capteur donné (on peut prendre les K et B hors tout ou aperture ou autre, etc puisque seul leur rapport compte).

- T[sub]capteur[/sub] et T[sub]extérieur[/sub] sont mesurés.
Dans un capteur plan, la sonde capteur est optimiste puisqu'elle mesure le haut du capteur, qui est plus chaud que le bas (thermosiphon).
Dans un capteur à tubes, la sonde est dans le collecteur.

On essaie avec un capteur plan ?

Au hasard, Solimpeks 2510 : B=0,731 K=4,999, donc K/B = 6,8

Température extérieure : 5°C

- Stagnation à 30°C (il fait moche) : delta T = 30-5 = 25K
P[sub]sol[/sub] = 6,8 x 25 = 170 W
- Stagnation à 60°C : delta T = 60-5 = 55K
P[sub]sol[/sub] = 6,8 x 55 = 374 W
- Stagnation à 120°C : delta T = 120-5 = 115K
P[sub]sol[/sub] = 6,8 x 55 = 782 W

Les chiffres semblent plausibles, même si j'ai dit plus haut que la sonde capteur ne représente pas bien la température moyenne du capteur sans circulation : le delta T est majoré et donc la puissance solaire aussi.

Un capteur à tubes ?

Au hasard, le Sunrain... : B=0,41 K=0,87 donc K/B = 2,12

Température extérieure : 5°C

- Stagnation à 30°C (il fait moche) : delta T = 30-5 = 25K
P[sub]sol[/sub] = 2.12 x 25 = 53 W
- Stagnation à 60°C : delta T = 60-5 = 55K
P[sub]sol[/sub] = 2.12 x 55 = 117 W
- Stagnation à 120°C : delta T = 120-5 = 115K
P[sub]sol[/sub] = 2.12 x 55 = 245 W
- Stagnation à 200°C : delta T = 200-5 = 195K
P[sub]sol[/sub] = 2.12 x 195 = 413 W

Là ça ne marche pas... Les puissances par m² sont bien trop faibles.
Que celui qui mesure 200°C dans un Sunrain sous léger soleil change sa sonde...

Ca ne marche pas, malgré les belles formules.
Y a un truc qui cloche mais quoi ?

Le problème ne semble pouvoir venir que de la température moyenne du capteur.
En effet, on a la température dans le collecteur, mais combien fait-il dans les tubes en verre (qui sont toujours frais) ?

Comme on trouve des puissances trop faibles, c'est que le delta T est plus grand que ce qu'on a trouvé et donc que la température dans les tubes est supérieure à celle dans le collecteur.
Ca parait bizarre car les tubes amènent leur chaleur au collecteur, c'est donc là que se situe le point chaud.
Si on a 200°C en stagnation à 800W/m² solaire (réaliste pour des tubes), il y aurait 400K d'écart avec la température extérieure... impossible même pour des tubes "supra-conducteurs photoniques".

Bon, mon calcul théorique ne marche pas en pratique, [s]un pan de la physique moderne s'effondre[/s] je ne vais pas m'acharner, mais j'aime bien comprendre pourquoi...

Quelqu'un a une idée ?

Cordialement,
Thierry

Bonsoir Thierry,
Je ne me suis pas lancé dans les calculs, simplement une réflexion.
La formule qui est donnée est issue d'une interpolation sur des mesures dans une domaine de température limité. Elle ne correspond pas à une modélisation physique du capteur. La formule en question correspond à un fonctionnement avec une circulation de fluide. En stagnation, on s'éloigne sérieusement du domaine d'essai.
Pour le phénomène physique, le K correspond sensiblement à des pertes par conduction. Avec la température qui augmente, on doit avoir des pertes par irradiation qui doivent devenir plus sensibles. En effet, ces pertes s'expriment par s x (Tc^4-Te^4). En première approximation, on a une puissance troisième de la différence de température entre la tôle et l'environnement.
En principe, le verre utilisé en retient une bonne partie, mais quelle proportion ? Cette proportion évolue-t-elle avec la fréquence des infrarouges émis (elle augmente aussi) ?

Yves

Bonjour Thierry, tous,

Quelques pistes qui expliquent les différences entre théorie et pratique, peut être:

À mon avis, à 200°C les pertes du collecteur, qui est isolé de façon "classique", doivent devenir prépondérantes.

Toujours à 200°C, on suppose (normal !!!) qu'il n'y a que de la vapeur et de l'air dans le collecteur qui sont, bien sûr, isolants. Les conduites sur ces capteurs sont métalliques pour résister à ces températures et conduisent très bien la chaleur. En stagnation et en conditions réelles de fonctionnement, tu as un tube cuivre vide (le collecteur) d'un côté et le tuyau cuivre ou inox de départ de l'autre. Ça moyenne pas mal les températures.

Autre raison, l'absence de condensation dans le caloduc, le phénomène de "plafonnement" => plus d'échange. Comme tu le dis, il faudrait pouvoir mesurer la température de l'absorbeur à l'intérieur des tubes pour en avoir le coeur net. On trouverais bien peut être les 400°C.

"Quand le capteur est en stagnation, il perd tout ce qu'il collecte, le rendement est nul."
Pas tout a fait d'accord, une autre piste est la destruction par dissipation énergetique mécanique et/ou chimique, rien ne se perd rien ne se créé tout se transforme ...
Ensuite de quel rendement parle t-on ? récupération ? transfert? global ? a chacun il y a des pistes de "fuites"...
Récupération: la selectivité du matériaux baisse peut être à haute temp > pertes plus importantes par rayonnement, augmentée aussi de part les différences de temp hors normes...
Transfert : a moins d'un test, le capteur est tout de même connecté donc il y a échange avec le circuit...
Global tient compte de ci-dessus donc le rendement n'est pas nul et l'hypothèse tombe d'elle même, les calculs avec...