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Classes du solaire thermique

Mini-Projet d'énergies renouvelables : Solaire Photovoltaïque - Solaire thermique simple - Solaire thermique thermodynamique

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Présentépar:
AmmarNidhal
Zaghouani Ahmed GCP3Energétique
II-Les différentes classes du solaire thermique
III- A propos de l’énergie solaire thermique à usage direct
IV-A propos de l’énergie solaire thermodynamique
I-Introduction sur l’énergie solaire
Deux voies d’utilisation de l’énergie solaire:
Définition :
On appelle solaire thermique l’exploitation de la chaleur du
rayonnement solaire pour chauffer un fluide caloporteur dans
le but de l’utiliser dans de diverses applications par la suite.
Solairethermique
Si T<Tmax=60°C
On parle du solaire thermique
à usage direct (c.à.d. solaire
thermique simple)
Si T est On parle du solaire thermique
à usage indirecte (c.à.d.
solaires thermodynamiques)
Définition :
On appelle énergie solaire à usage direct l’énergie utilisée pour assurer le
simple réchauffement de l’eau à une température moyenne afin de
l’utiliser dans diverses applications (tels que le chauffage des habitations et
le chauffage des eaux).
Type de
capteur
Image Description application
Capteur
plan vitré
Ce capteur contient un absorbeur (serpentin en
cuivre) où passe l’eau, ce serpentin est couvert
par une matière absorbante (caoutchouc ou
nappe métallique noir) :l’ensemble est mis dans
un coffrage dont :
• La face arrière est une couche isolante (bois
ou polystyrène) qui évite les pertes thermiques
et permet à toute la quantité de chaleur de
passer au serpentin
• La face avant est un vitrage qui a deux rôles
1) Créer un effet de serre qui va augmenter le
rendement du capteur.
2) Eviter le refroidissement du serpentin au
contact du vent.
Ce capteur est adapté à
tous les usages : c’est le
type le plus répandu.
NB : Chacun de ces types de capteur est équipé par une citerne cylindrique qui a pour
rôle le stockage de l’eau chaude.
Capteur
vitré à
tubes sous
vide
Le capteur sous vide est composé d’une série de
tubes transparents en verre tels que dans chaque
tube il ya un absorbeur pour capter le
rayonnement solaire et un échangeur pour
permettre le transfert d’énergie thermique,
Ces tubes sont mis sous vide pour éviter les
déperditions thermiques convectives de
l’absorbeur. Ainsi on peut réaliser des capteurs
solaires performants sous une isolation
thermique.
Ils répondent à la
recherche du haut
rendement mais ils sont
déconseillés pour un
usage individuel.
Capteur
solaire
moquette
Ce capteur moquette est simplement composé
d’un réseau de tube de couleur foncé (noir)
accolée les uns aux autres : il fonctionne selon
le même principe que le capteur sous vide mais
il ne profite pas de l’effet de serre produit grâce
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Classes du solaire thermique

  • 2. II-Les différentes classes du solaire thermique III- A propos de l’énergie solaire thermique à usage direct IV-A propos de l’énergie solaire thermodynamique I-Introduction sur l’énergie solaire
  • 3. Deux voies d’utilisation de l’énergie solaire: Définition : On appelle solaire thermique l’exploitation de la chaleur du rayonnement solaire pour chauffer un fluide caloporteur dans le but de l’utiliser dans de diverses applications par la suite.
  • 4. Solairethermique Si T<Tmax=60°C On parle du solaire thermique à usage direct (c.à.d. solaire thermique simple) Si T est On parle du solaire thermique à usage indirecte (c.à.d. solaires thermodynamiques)
  • 5. Définition : On appelle énergie solaire à usage direct l’énergie utilisée pour assurer le simple réchauffement de l’eau à une température moyenne afin de l’utiliser dans diverses applications (tels que le chauffage des habitations et le chauffage des eaux).
  • 6. Type de capteur Image Description application Capteur plan vitré Ce capteur contient un absorbeur (serpentin en cuivre) où passe l’eau, ce serpentin est couvert par une matière absorbante (caoutchouc ou nappe métallique noir) :l’ensemble est mis dans un coffrage dont : • La face arrière est une couche isolante (bois ou polystyrène) qui évite les pertes thermiques et permet à toute la quantité de chaleur de passer au serpentin • La face avant est un vitrage qui a deux rôles 1) Créer un effet de serre qui va augmenter le rendement du capteur. 2) Eviter le refroidissement du serpentin au contact du vent. Ce capteur est adapté à tous les usages : c’est le type le plus répandu. NB : Chacun de ces types de capteur est équipé par une citerne cylindrique qui a pour rôle le stockage de l’eau chaude. Capteur vitré à tubes sous vide Le capteur sous vide est composé d’une série de tubes transparents en verre tels que dans chaque tube il ya un absorbeur pour capter le rayonnement solaire et un échangeur pour permettre le transfert d’énergie thermique, Ces tubes sont mis sous vide pour éviter les déperditions thermiques convectives de l’absorbeur. Ainsi on peut réaliser des capteurs solaires performants sous une isolation thermique. Ils répondent à la recherche du haut rendement mais ils sont déconseillés pour un usage individuel. Capteur solaire moquette Ce capteur moquette est simplement composé d’un réseau de tube de couleur foncé (noir) accolée les uns aux autres : il fonctionne selon le même principe que le capteur sous vide mais il ne profite pas de l’effet de serre produit grâce à la vitre. Ce type convient plutôt pour le chauffage des eaux de piscine. Dispositifs utilisées
  • 7. 2 Notre liquide caloporteur froid pénètre dans l’absorbeur du capteur pour bénéficier de la quantité de chaleur absorbé par ce dernier Après son échauffement le fluide caloporteur passe à la citerne de stockage bien calorifugée ou il va conserver la quantité d’énergie dont il dispose. 1 Procédé du fonctionnement d’une installation de solaire thermique simple : NB: A ce stade l’installation est équipée par un système de régulation de température qui s’opposera au chauffage excessif de l’eau pouvant causer des problèmes de résistance du matériau construisant l’installation, Du ballon de stockage le fluide caloporteur sera évacuée selon nos besoins pour être utilisé dans l’application que nous visons. 3 NB: Ce mécanisme est complété aussi par un système d’appoint (soit électrique ou à gaz) pour remédier à la forte variation de l’ensoleillement pouvant avoir lieu. En effet dans les jours nuageux ou on ne peut pas atteindre les températures désirées par de l’énergie solaire → on n’a qu’à faire fonctionner la résistance électrique.
  • 8. Le chauffage des eaux, eaux sanitaire/eau de piscine. Les applications de l’énergie solaire à usage directe: Conclusion : En fin de ce paragraphe nous allons conclure par la présentation du résultat d’une étude comparative des performances des différents types de capteurs solaire en fonction de la température. Le chauffage des habitations On constate d'après la courbe tracée qu’à la même surface d’absorbeur, le rendement du capteur sous vide est généralement meilleur que celui d’un capteur plan surtout à des températures élevées (>60°C) mais attention, les surfaces utiles d’un capteur à tubes sous vide et d’un capteur plan sont difficilement comparables. Capteur sans vitre (moquette) Capteur plan Capteur sous vide
  • 9. Miroir plan Définition : On appelle solaire thermodynamique la branche du solaire thermique où on exploite la chaleur du rayonnement solaire pour atteindre des températures de fluides caloporteur très élevés afin de l’utiliser pour vaporiser l’eau et faire tourner des turbines permettant ainsi la production de l’énergie électrique. Le dispositif utilisé : Les centrales solaires thermodynamiques à concentration Les différents types de concentrateurs utilisés : Miroirs cylindro-parabolique et là on parle de centrales solaire à tour et là on parle de centrales solaire cylindro-parabolique
  • 10. Etape 1: La concentration de l’ensemble des rayons solaires qui arrivent sur le capteur vers un axe unique qui est l’axe de notre forme cylindrique où on a un tube installé faisant circuler une huile synthétique (comme fluide caloporteur). Etape 2: Grâce à cette forme, les miroirs de la centrale font grimper la température de l’huile qui circule dans le foyer jusqu’à 400 °C.
  • 11. ❶ Le réchauffage permanent de la vapeur pour la porter à un peu plus de 500 °C dans le but d’améliorer le rendement de la centrale. ❷ Eviter l’arrêt de l’usine lorsqu’il y a de l’ombre. Ce type de centrale est généralement équipé par des bruleurs à gaz additionnels qui ont deux rôles :
  • 12. Etape 1: Les miroirs focalisent la lumière du soleil vers le foyer qui se situe au sommet de la tour. Remarque: En ce sommet on trouve une saumure (ou autrement dit un mélange de nitrate de potassium et de nitrate de sodium) Etape 2: Sous l’effet des rayons réfléchi la température de la saumure augmente jusqu'à atteindre environ 565°C. Etape 3: Par la suite la saumure descend pour être stockée dans une cuve. Etape 4: Elle circule ensuite dans un échangeur et elle chauffe de l’eau qui se transforme en vapeur faisant tourner ainsi une turbine et produisant de l’énergie électrique.
  • 13. 1ère Remarque: Contrairement à la centrale thermique implantée généralement près de la mer l’emplacement des centrales solaires thermiques doit être loin de la mer (préférablement dans le désert). 2ème Remarque: : Si on veut que l’usine fonctionne pendant toute la journée avec un rendement maximale, il est impératif que les miroirs de chaque capteur soient orientables en fonction de la trajectoire du soleil.

Notes de l'éditeur

  1. Bonjour à toutes et à tous, Nous avons l’honneur de vous présenter notre travail à propos les classes du solaire thermique : Un travail réalisé par Zaghouani Ahmed et Ammar Nidhal
  2. Donc le sommaire de notre présentation : tout d'abord une petite introduction sur l’énergie solaire en générale Dans II On va parler des différentes classe du solaire thermique Ensuite en grand III on va détailler un peu plus la branche de l’énergie solaire thermique à usage direct En fin 4èment on parlera de l’énergie solaire thermodynamique
  3. Avant d’entamer notre sujet nous allons commencer notre travail en introduisant les différentes voies d’utilisation de l'énergie solaire : Il existe deux voies d’utilisation de l’énergie solaire qui sont *La branche du solaire photovoltaïque qui n’est autre que la conversion directe de l’énergie solaire rayonné en énergie électrique. *La branche du solaire thermique qui fera l’objet de notre présentation et qui se présente comme étant : l’exploitation de la chaleur du rayonnement solaire pour chauffer un fluide caloporteur dans le but de l’utiliser dans de diverses applications par la suite, Maintenant je passe la parole à mon collègue pour vous présenter les différentes classes du solaire thermique……….
  4. La 2ème partie sera alors consacrée au classes du solaire thermique: On avait dit donc que le solaire thermique a pour but de chauffer un fluide caloporteur alors : Si ce réchauffement ne va pas dépasser la température de 60 °C alors on parle du solaire thermique à usage direct (c.à.d. solaire thermique simple) Par contre si on va atteindre des températures de fluide caloporteur très élevés (dans la gamme 500-650 °C)  alors on parle du solaire thermique à usage indirecte (c.à.d. solaires thermodynamiques)
  5. Alors mmmm… C’est quoi l’énergie solaire à usage directe …. On a appelé énergie solaire à usage direct l’énergie utilisée pour assurer le simple réchauffement de l’eau à une température moyenne afin de l’utiliser dans de diverses applications tel que le chauffage des habitations et le chauffage des eaux.
  6. Alors…. pour exploiter cette énergie solaire pour le chauffage de l’eau on utilise des capteurs solaires: les différentes types de capteurs utilisés sont les suivants: Capteur plan vitré: Ce capteur contient un absorbeur (serpentin en cuivre) ou passe l’eau, ce serpentin est couvert par une matière absorbante (caoutchouc ou nappe métallique mais l’essentiel est qu’elle soit de couleur noir pour qu’elle absorbe le maximum de rayonnement): l’ensemble est mis dans un coffrage dont : La face arrière est une couche isolante (bois ou polystyrène) qui évite les pertes thermiques et permet à toute la quantité de chaleur de passer au serpentin. La face avant est un vitrage qui a deux rôles Créer un effet de serre qui va augmenter le rendement du capteur. Eviter le refroidissement du serpentin au contact du vent. Application: Ce capteur est adapté à tous les usages : c’est le type le plus répandu 2éme type de Capteur: capteur vitré à tubes sous vide: Le capteur sous vide est composé d’une série de tubes transparents en verre tels que dans chaque tube il ya un absorbeur pour capter le rayonnement solaire et un échangeur pour permettre le transfert d’énergie thermique Ces tubes sont mis sous vide pour éviter les déperditions thermiques convectives de l’absorbeur. Ainsi on peut réaliser des capteurs solaires performants sans une isolation thermique rapporté à un coffrage de protection. Pour l’application  Ils répondent à la recherche du haut rendement mais ils sont déconseillés pour un usage individuel. Le troisième type de Capteurs ce sont les capteurs solaire sans vitre (moquette): Ce capteur moquette est simplement composé d’un réseau de tubes de couleur foncé (noir) accolée les uns aux autres : il fonctionne selon le même principe que le capteur sous vide mais il ne profite pas de l’effet de serre produit grâce à la vitre -- Ce type convient plutôt pour le chauffage des eaux de piscine. NB : Chacun de ces types de capteur est équipé par une citerne cylindrique qui a pour rôle de stocker l’eau chaude.
  7. Passant mtn au procédé de fonctionnement d’une installation solaire thermique simple qui consiste en 3 étapes La première étape  : Notre liquide caloporteur froid pénètre dans l’absorbeur du capteur pour bénéficier de la quantité de chaleur absorbé par ce dernier Etape 2 : Après son échauffement le fluide caloporteur passe à la citerne de stockage bien calorifugée ou il va conserver la quantité d’énergie dont il dispose. NB : A ce stade l’installation est équipée par un système de régulation de température qui s’opposera au chauffage excessif de l’eau pouvant causer des problèmes de résistance du matériau construisant l’installation → si la température dépasse une certaine limite l’eau va se mettre en circulation pour évacuer la quantité de chaleur excessive. Etape 3 : Du ballon de stockage, le fluide caloporteur sera évacuée selon le besoin pour être utilisé dans l’application que nous visons. NB : Ce mécanisme est complété aussi par un système d’appoint soit électrique ou à gaz pour remédier à la forte variation de l’ensoleillement pouvant avoir lieu : En effet dans les jours nuageux ou on ne peut pas atteindre les températures désirées par de l’énergie solaire → on n’a qu’à faire fonctionner la résistance électrique.  
  8. On va finir par la précision des applications des énergies solaires à usage direct qui sont Le chauffage des eaux, eaux sanitaire/eau de piscine. Le chauffage des habitations qui se fait généralement en distribuant la chaleur provenant des capteurs solaires dans des radiateurs de grande surface. Conclusion : En fin de ce paragraphe nous allons conclure par la présentation du résultat d’une étude comparative des performances des différents types de capteur solaire en fonction de la température On constate d’après la courbe tracée qu’à la même surface d’absorbeur, le rendement d’un capteur sous vide est généralement meilleur que celui d’un capteur plan surtout à des températures élevées (>60°C) mais attention les surfaces utiles d’un capteur à tubes sous vide et d’un capteur plan sont difficilement comparables. Le capteur à tube sous vide exige un grand espace pour être installer donc le choix du capteur dépend d’une étude d’optimisation entre ces deux facteurs,,,, Maintenant je passe la parole à NIDHAL pour vous parler de la deuxième classe du solaire thermique qui n’est autre que le solaire thermique thermodynamique.
  9. On va parler maintenant du 2ème mode d’utilisation du solaire thermique : donc 4èment : A propos de l’énergie solaire thermodynamique : Alors …… Contrairement à l’énergie solaire thermique simple qui est exploité dans de divers applications basé sur le réchauffement moyen d’un fluide caloporteur : On appelle solaire thermodynamique la branche du solaire thermique où on exploite la chaleur du rayonnement solaire pour atteindre des températures de fluides caloporteur très élevés afin de l’utiliser pour vaporiser l’eau et faire tourner des turbines permettant ainsi la production de l’énergie électrique. Pour cela donc le dispositif qui sera utiliser ….. ce sont : Les centrales solaires thermodynamiques à concentration , en effet : pour atteindre des niveaux de température très élevés entre 500 et 650 °C il faut profiter de tout le rayonnement en le concentrant sur un seul point focal et dans ce cadre donc : On distingue deux types de concentrateurs utilisés : -soit on utilise des concentrateurs sous la forme de miroir plan  et là on parle de centrale solaire à tour. -Soit Des concentrateurs sous la forme de miroirs cylindro-parbolique  et là on parle de centrale solaire cylindro-parabolique Maintenant, On va détailler un tout petit peu le fonctionnement de ces centrales
  10. Donc petit 1: le principe de fonctionnement d’une centrale solaire cylindro-parabolique : Etape 1: La concentration de l’ensemble des rayons solaires qui arrivent sur le capteur vers un axe unique qui est l’axe de notre forme cylindrique où on a un tube installé faisant circuler une huile synthétique (comme fluide caloporteur). Etape 2: Grâce à cette forme, les miroirs de la centrale font grimper la température de l’huile qui circule dans le foyer jusqu’à 400 °C. Etape 3: L’huile atteint une chaudière où elle chauffe de l’eau qui se transforme en vapeur . Etape 4: La vapeur fait tourner une turbine qui entraine un alternateur produisant ainsi de l’électricité. Etape 5: La vapeur quant à elle, est refroidie et retournée à son état liquide après avoir la réinjecter dans le condenseur.
  11. Bon ……. Une remarque à noter !! Ce type de centrale est généralement équipé par des bruleurs à gaz additionnels qui ont deux rôles : Le 1er : Le réchauffage permanent de la vapeur pour la porter à un peu plus de 500 °C dans le but d’améliorer le rendement de la centrale. En effet: en effet grâce à cet apport d’énergie supplémentaire on va augmenter de façon très sensible la production d’électricité  Avec juste 20% d’énergie en plus venant du gaz, on produit 40% d’électricité en plus. Le 2ème rôle : Eviter l’arrêt de l’usine lorsqu’il y a de l’ombre. en effet: on n’est pas à l’abri du passage d’un nuage qui va faire de l’ombre et qui peut endommager le fonctionnement de la centrale puisque on n’aura plus de soleil, donc pour éviter ceci ce qu’on peut faire c’est que les bruleurs à gaz vont prendre le relève et vont réchauffer l’huile à la place des miroir puis dès que le nuage disparait on les arrête et c’est le champ solaire qui reprend le relève, Mtn on va passer au 2ème type de centrale:
  12. Donc petit 2: Principe de fonctionnement d’une centrale solaire à tour : donc Etape 1: Les miroirs focalisent la lumière du soleil vers le foyer qui se situe au sommet de la tour. Remarque: En ce sommet on trouve une saumure (ou autrement dit un mélange de nitrate de potassium et de nitrate de sodium) Etape 2: Sous l’effet des rayons réfléchi la température de la saumure augmente jusqu'à atteindre environ 565°C. Etape 3: Par la suite la saumure descend pour être stockée dans une cuve. Etape 4: Elle circule ensuite dans un échangeur et elle chauffe de l’eau qui se transforme en vapeur faisant tourner ainsi une turbine et produisant de l’énergie électrique. ……. Une Particularité de ce type de centrale : Ce type de centrale peut produire de l’électricité même la nuit et sans aucune autre source d’énergie. En effet comme la cuve est très volumineuse et reste bien isolée et bien… elle peut contenir une grande quantité de saumure qui ne va pas se refroidir et qui donc va pouvoir alimenter ce système pendant toute la nuit.
  13. Enfin , on va ajouter encore deux remarques pour conclure ce paragraphe : 1èrement: Contrairement à la centrale thermique implantée généralement près de la mer l’emplacement des centrales solaires thermiques doit être loin de la mer (préférablement dans le désert). En effet: au bord de la mer Ilya trop d’humidité dans l’air et ça fait un soleil moins pur donc on va avoir un rendement faible de la centrale Mmmmmm la 2ème remarque : Si on veut que l’usine fonctionne pendant toute la journée avec un rendement maximale, il est impératif que les miroirs de chaque capteur soient orientables en fonction de la trajectoire du soleil. En fait il y a petit ordinateur qui connait en permanence l’heure et la date dans l’année et donc sait l’emplacement exacte du soleil à chaque instant ce qui lui permet d’orienter les miroirs et de faire en sorte qu’ils se trouvent en face du soleil.