Faut-il placer des panneaux solaires thermiques

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Raccorder des panneaux solaires à une installation existante :dimmensionnement, concept, installation, régulation & rentabilité

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Faut-il placer despanneaux solaires thermiques ?

Evidemment que oui !!!

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Le but de la présente session est de vous convaincre de mettre des panneaux solaires thermiques !

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Mais quelle techniquemettre en oeuvre ?

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63,5 MW/m2 1370 W/m2

150.000.000 km

Constante solaire = 1.370 W/m2

Diminution de la puissance

rayonnée à cause de la distance

Quelques petits rappels

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Surface du sol

Atmosphère1370W/m²

Constante

solaire

Atmosphère1370W/m²

Constante

solaire1370W/m²

Constante

solaire

RéflexionRéflexion

AbsorptionAbsorption

Rayonnement direct (A)Rayonnement direct (A)

Rayonnement diffus (B)Rayonnement diffus (B)

Rayonnement global = A + B = MAX 1000W/m2 !


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1000 W/m²

Ciel bleu

1000 W/m²

Ciel bleu

600 W/m²600 W/m² 300 W/m²300 W/m² 100 W/m²100 W/m²

Ciel nuageux Ciel voilé Ciel hivernal


Résistance électrique d'un boiler ? 2 kW...4 kW

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� Exemple de calcul de rendement

Exemple avec un rayonnement de 1000 W/m2 :

Panneau à 60°CRendement optique du panneau (η0) = 0,8

T°ext = 10°CRayonnement solaire = 1000 W/m2Pertes thermiques du panneau = 4 W/m2.K

ηpanneau = 0,8 - 4 . ( ----------) = 0,6 soit 60 % !!! 60 - 10

1000 Photovoltaïque = 15 % !!!

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� Exemple de calcul de rendement

Exemple avec un rayonnement de 500 W/m2 :

Panneau à 60°CRendement optique du panneau (η0) = 0,8

T°ext = 10°CRayonnement solaire = 500 W/m2Pertes thermiques du panneau = 4 W/m2.K

ηpanneau = 0,8 - 4 . ( ----------) = 0,4 soit 40 % !!! 60 - 10

500

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Ci-dessus, graphique du rendement des panneaux.Le rendement de l'installation tient compte en + des pertesd'isolation des tuyaux, du boiler, etc...


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ηpanneau = η0 - k1 . ---------- - k2 . ----------(Tm - Ta)

G

(Tm - Ta)2

G

En fait, la formule précédente est approximative,

elle tient compte uniquement des pertes thermiquespar convection. Il faut également tenir compte des pertes

thermiques par rayonnement du panneau solaire.La formule exacte est :

Dans le graphique précédent, il s'agit donc de courbes

et non de droites !

Pertes par rayonnement

Pertes par conduction et convection


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isolation

verre

absorbeur

� Le panneau "plan" classique

Le verre doit :

� avoir une bonne résistance

mécanique (grêle, neige, etc...)et thermique (haute T°)

� procurer l'effet de serre� éviter l'effet miroir

� assurer un bon passage des rayons solaires

-> taux de transmission (τ tau)

Choix du concept

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L'absorbeur doit :

� absorber le + de rayonnementpossible

� transmettre le + de chaleurpossible au fluide caloporteur

� être léger pour limiter

l'inertie thermique

Choix du concept


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La surface "sélective"(traitement électrochimique)va absorber optimalement

une certaine fréquence (UV)et empêcher le rayonnementd'une autre fréquence

(émission IR)

-> α (alpha) : coefficient d'absorption le plus grand possible-> ε (epsilon) : coefficient d'émission le plus petit possible

Choix du concept


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Choix du concept


Il faut encore que le panneau

qui est chauffé par la chaleurabsorbée ne perde pas cette

chaleur vers l'extérieur !Il faut donc que le panneau

soit bien isolé latéralement

et dans sa partie inférieure.

-> U1 : coefficient de déperdition thermique

(le plus petit possible)

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Choix du concept

� Le panneau "sous vide" (vacuum)

2 types de capteurs sous videexistent :

1) avec absorbeur et transfertde chaleur sous vide

2) à bouteilles à tubes thermos(tubes Sydney ou CPC)

CPC = Compoud Parabolic Concentator

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Choix du concept

� Le panneau "sous vide" (vacuum)

Variante 1

2 tuyaux en cuivre

séparés ou concentriques.Principe similaireaux panneaux classiques.

(plans)

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� Le panneau "sous vide" (vacuum) de type "Heat-Pipe"

sens de la vapeur

Variante 2

Système à caloduc.(Heat-pipe)Le fluide se vaporise

et condense.Meilleur rendement

-> pour les pays froids (nord de l'Europe)

Choix du concept

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� Le panneau à bouteille "thermos"

réflecteur

Bouteille "thermos"constituée de verre

à double paroi.

L'absorbeur est sous videtandis que les tuyaux sont"dans" la bouteille thermos !

Choix du concept

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Choix du concept

Raccordement Tichelman


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Paroi extérieure transparente

Vide

Paroi intérieure revêtue d'une couchesélective du côté vide et d'un profilémétallique du côté air atmosphérique


Choix du concept

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� Avantages et désavantages des différents types

Tubes sous vide intéressants...

� si surface de toiture insuffisante� si orientation plein sud impossible

� si inclinaison optimale impossible� pour le support chauffage (haute T°)� démontables donc pas besoin de grue !

Prix + élévé !

Choix du concept

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Choix du concept

� Avantages et désavantages des panneaux sous vide

� meilleur rendement annuel� multi-positions� très bonne résistance à la grêle� orientation optimale par rotation

Pour les "Heat pipe"� meilleure résistance aux chocs

thermiques� pas de surchauffe� démontables individuellement

� rendement optique plus faible� plus fragile au montage� risque d'usure de l'antigel� non-intégrable en toiture� plus chers !� pas HOR ou VER pour les HP(entre 20 et 70°)

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� Système sous pression (version "didactique")

Choix du concept

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� Système sous pression (version "complète")

Choix du concept

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� Système sous pression en complément d'une installation existante avec boiler

Choix du concept

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Choix du concept

� Système sous pression en complément d'une installation existante avec chauffe-eau ou chaudière mixte

Vanne mélangeuse réglée à max 45°°°°C

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Système à vidange

-> le fluide caloporteur

est récupéré dans unréservoir (n°16) à chaquearrêt de la pompe !

� Système à vidange "DRAIN BACK"

Choix du concept

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Système à pression Système à vidange

Ballon de vidange(à max 6m des panneaux,

si > 6m → 2ème pompe avec max 12m)


Choix du concept

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Variante dans le système à vidange, pas de réservoir, c'est l'échangeur qui joue ce rôle !

2ème pompe en option

si ∆H entre panneauxet ballon > 6m


Choix du concept

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Choix du concept

Attention à l'inclinaisonminimale des tuyaux !Sinon risque de gel...Certains fabricants imposentl'usage de glycol avecle système à vidange(ex. Bulex) et l'intégration-bâti

afin que l'eau s'écoule bien !


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Choix du concept

� Avantages et désavantages du système à vidange

� pas besoin d'antigel

� meilleur échange thermique� pas besoin de vase

� pas besoin de purgeur (c'est

le réservoir qui remplit

ces 2 fonctions !)

� pas besoin de disconnecteur

(uniquement clapet a-retour)

� mesure de sonde moins fiable(la sonde mesure la T° de l’air !)

� rendement global plus faiblecar le système s’arrête à 100°

� entrée d’air ! (il existe toutefoisdes systèmes étanches à l’air)

� consommation de pompe carpuissance plus élévée

� risque de gel si inclinaisoninsuffisante des tuyaux !

� montage en intégration-bâtifortement conseillée !

Système principalement

moins cher !

Pour le systèmeECS dans le serpentin, donc boilersans pression, donc en PP,moins cher et moins lourd !

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Pompe pouvant fonctionner en :

High Flow :haut débit (+/- 40 l/h.m2) doncpour les grandes quantités d'eau

Low Flow :faible débit (+/- 15l/h.m2) donc

pour de + grands ∆T

Mix Flow :pompe modulante assurant un∆T constant

Si pompe à vitesse fixe,réglage du débit via le débitmètre

gravimétrique !

idéal car pompe

basse énergie !

Option intéressante :débitmètre volumétrique

pour apport annuel !

Choix du concept

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Concept de l'installation

� Et le chauffage...

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ECS + chauffage sans autres générateurs que la chaudière

Eau du chauffage

La vanne 3Vaiguille vers le retourou vers le 2èmeserpentin !

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ECS + chauffage avec ballon tampon externe

(extension d'un système existant par ex.)

Eau du chauffage

La vanne 3Vaiguille vers la cuveou directementvers le retour !

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Idéal pour chaudières à condensation !

(car T° de retour + froide)

SWW + verwarming zonder andere warmtebronnen dan wandketel

SWW in despiraal !

WarmtewisselaarSolar vloeistof / CV-water

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ECS + chauffage avec autres générateurs en + d'une chaudière classique

-> pompe à chaleur air

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Dimensionnement step per step

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Collecte d'informations

✔ factures combustible années précédentes✔ nombre de personnes✔ isolation de la maison (toujours conseiller)✔ isolation des tuyauteries (toujours conseiller)✔ pompes basse énergie (toujours conseiller)✔ vannes thermostatiques partout (toujours

conseiller)

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Relever l'ensoleilllement de la zone géographique

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Déterminer les facteurs de correction

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Calcul de la surface des panneaux solaires

Formule estimant la surface des panneaux solaires à installer.

Nombre de personne x Pecs x TcS = -----------------------------------------------

Ps

Pecs = voir ci-dessusTc = taux de couverture (par exemple 65 %)Ps = voir ci-dessu

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Calcul du volume du boiler

Prendre 75 litres par personne minimum

Il ne faut jamais sous-dimensionner le boilersinon risque de surchauffe !(le glycol se vaporise souvent et s'use prématurément!)

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Van Marcke pense à l'écologie et présente des solutions...

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Merci de votreattention

Documents

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