Insolateurs et concentrateurs

ConcentrationLe 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

2 types de capteurs :Les insolateurs : C 1Les 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

Absorbeur

Nomenclature du schéma précédentE = éclairement de la surface d’entrée « ouverture »C = facteur de concentration géométrique = Ao/Aa = facteur de transmission de la couverture (s’il n’y

en a pas =1)c = facteur de réflexion du concentrateur à miroir

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

pas de l’absorbeur) = facteur d’absorption de l’absorbeurPu , Pp : puissance utile, puissance des déperditionsRth = 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)

ConséquencesLe 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.

Les insolateurs (constitution et définition des surfaces)Capteur sans vitrage (sélectif/non sélectif)Capteurs à simple (ou multiple) vitrageCapteurs 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 européennesPour 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 et

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 ».

Exemples de fiches techniques

Capteurs plans vitrésCapteur 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 vitragesLa 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 FerriereCNRS, Font-Romeu