les bases du solaire - vft47
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1
LES BASES DE
L’ENERGIE SOLAIRE
J-M R. D-BTP 2006
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2
Les constantes solaires
Technologie des capteurs
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Types d’installations
Régulation
Masques et obstacles devant les capteurs
Couplage des capteurs
Vase d’expansion fermé
Soupape de sûreté
Purgeurs
Clapet anti thermosiphon
Le stockage
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3
SOLEIL
5 770 °C
TERRE
Les constantes solaires
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4
Constante solaire:
1353 W/m²
Pertes par
réflexion
Pertes par dérivation
et absorption
Rayonnement incident par ciel
clair et dégagé: 1000 W/m²
Les constantes solaires
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5
Puissance du rayonnement en fonction de la météo
1000 W/m² 600 W/m² 300 W/m² 100 W/m²
Ciel bleu Légèrement
nuageux Soleil voilé Journée grise
d’hiver
Les constantes solaires
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6
Ensoleillement annuel moyen en kWh/m² au sol
Les constantes solaires
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7
Zones solaires en Europe
Productivité pour des installations avec capteurs permanents
Les constantes solaires
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8
1100 kWh/m².an
(Nord de la France)
1700 kWh/m².an
(Sud de la France)
...à...
ZONE I 1
ZONE I 2
ZONE I 3
ZONE I 4
L’énergie solaire incidente sur un plan horizontal, en France métropolitaine, varie de :
Les constantes solaires
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9
Ensoleillement moyen
Énergie reçue par 1m² de capteur plan
Les constantes solaires
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10
Eté Hiver
Ellipse
23,5° 23,5°
Système solaire
Inclinaison
Rayonnement solaire sur un plan incliné
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11
Eté + 23,5°
Hiver - 23,5°
Latitude
équinoxe
21 mars
équinoxe 21
Septembre
solstice
21 juin
solstice 21
décembre
Pour une utilisation annuelle, l’inclinaison du capteur par
rapport à l’horizontale correspond à la latitude du lieu.
Hauteur du soleil au dessus de l’horizon à midi (heure solaire).
Printemps Eté Automne Hiver
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Inclinaison
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12
Eté
Hiver
Angle d’inclinaison
du capteur 43°
19,5°
66,5°
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Inclinaison
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13
Printemps Eté Automne Hiver Eté + 23,5°
Hiver - 23,5°
Latitude
équinoxe
21 mars
équinoxe 21
Septembre
solstice
21 juin
solstice 21
décembre
1° mai 31° août
- 12 °
Selon l’application, il y a lieu de diminuer l’inclinaison par rapport à
l’horizontale en fonction de la période d’utilisation (exemple d’une piscine)
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Inclinaison
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14
N
W
E
S
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Azimut
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15
0
7 h 30 : - 60° 16 h 30 : + 60°
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Solstice d’hiver : Secteur parcouru par le soleil = 120°
Azimut
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16
7 h 30 : - 60° 16 h 30 : + 60°
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Une légère modification de l’azimut n’à pas d’influence sur le temps d’insolation.
Azimut
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17
7 h 30 : - 60° 16 h 30 : + 60°
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Une légère modification de l’azimut n’à pas d’influence sur le temps d’insolation.
Azimut
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18
0
6 h : - 90° 18 h + 90°
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Equinoxes : Secteur parcouru par le soleil = 180°
Azimut
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19
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Une légère modification de l’azimut à de l’influence sur le temps d’insolation.
Pas d’insolation
Pas d’insolation
6 h : - 90° 18 h + 90°
Azimut
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20
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Pas d’insolation
Pas d’insolation
Une légère modification de l’azimut à de l’influence sur le temps d’insolation.
6 h : - 90° 18 h + 90°
Azimut
![Page 21: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Rayonnement solaire sur un plan incliné
0
4 h : -120° 20 h : +120°
Solstice d’été : Secteur parcouru par le soleil = 240°
Azimut
![Page 22: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Rayonnement solaire sur un plan incliné
4 h : -120° 20 h : +120°
Une légère modification de l’azimut n’a pas d’influence sur le temps d’insolation.
Azimut
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23
Rayonnement solaire sur un plan incliné
4 h : -120° 20 h : +120°
Une légère modification de l’azimut n’a pas d’influence sur le temps d’insolation.
Azimut
![Page 24: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/24.jpg)
24
N
W
E
S
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Dans la pratique une différence de 30° est tolérée
Azimut
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25
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Azimut
Le matin au au levé du soleil: largeur équivalente faible,efficacité du capteur faible.
Evolution de la largeur équivalente du capteur en fonction de la position du soleil.
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26
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Le soleil continue sa course: largeur équivalente augmente, efficacité augmente.
Azimut
Evolution de la largeur équivalente du capteur en fonction de la position du soleil.
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27
Rayonnement solaire sur un plan incliné
Le soleil est au zénith: largeur équivalente maximum, efficacité maximum.
Azimut
Evolution de la largeur équivalente du capteur en fonction de la position du soleil.
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28
O,80 0,85 0,90 0,95 O,97
1 1,01
Coefficient de correction latitude 45°
Exemple:
Orientation SSW
Inclinaison 35°
Coefficient 0,90
0 30E 60E 90E 30W 60W 90W
SUD W E S W WSW SSW SSE S E ESE
45
75
60
30
15
0
90
35
Rayonnement solaire sur un plan incliné
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29
Masques et obstacles devant les capteurs
Les capteurs doivent être installés en exposition sud dégagée à toute
heure de la journée tous les jours de l’année.
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30
large
h
D
D > 4 h
ou > 14°5
La règle si dessous doit être respectée, en cas de doute effectuer un
tracé des profiles d’ombre sur un graphique .
Masques et obstacles devant les capteurs
![Page 31: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Masques et obstacles devant les capteurs
Le profil d’ombre permet de déterminer tout au long de l’année les
jours et les heures où les capteurs seront masqués par les obstacles .
![Page 32: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Masques et obstacles devant les capteurs
Lors de la maintenance annuelle, surveiller l’évolution de la végétation.
![Page 33: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Masques et obstacles devant les capteurs
Le graphique utilisé doit correspondre à la latitude du lieu.
![Page 34: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Technologie des capteurs
Capteur plan vitré
![Page 35: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Technologie des capteurs
Absorbeurs
Matière transparente:
le verre
Matière réfléchissante:
miroir
Matière absorbante:
revêtement noir
![Page 36: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/36.jpg)
36
Absorbeurs
Technologie des capteurs
Fonctionnement de l’absorbeur :
L'absorbeur est muni de tubes assurant la circulation du fluide
caloporteur à chauffer.
La surface absorbante (revêtement) absorbe et transforme le rayonnement
solaire en chaleur.
Un bon revêtement doit être fortement absorbant : il est en général noir
ou de teinte sombre.
![Page 37: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/37.jpg)
37 Coffre Isolant Absorbeur
Vitre Joint
Technologie des capteurs
Capteur plan vitré
![Page 38: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/38.jpg)
38
Technologie des capteurs
Capteur plan vitré
![Page 39: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/39.jpg)
39
Technologie des capteurs
Capteur plan vitré
Rayonnement incident 100 %
Pertes par rayonnement 21 %
Pertes par
convection et
conduction 29 %
Energie récupérée 50 %
![Page 40: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/40.jpg)
40
Technologie des capteurs
Capteur plan vitré
Rayonnement incident 100 %
Pertes par rayonnement 21 %
Pertes par
convection et
conduction 29 %
Energie récupérée 50 %
Température moyenne de l’eau : 30 °C, air : 10 °C
![Page 41: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Technologie des capteurs
Capteur plan vitré
Rayonnement incident 100 %
Pertes par rayonnement 21 %
Pertes par
convection et
conduction 44 %
Energie récupérée 25 %
Température moyenne de l’eau : 60°c, air : 10°c
![Page 42: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/42.jpg)
42
Evolution du rendement d'un capteur solaire
en fonction de sa propre température
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
20 30 40 50 60 70 80
Température moyenne du capteur [°C]
Ren
dem
en
t d
u c
ap
teu
r [%
] Température extérieure = 10°C
Ensoleillement = 600 W/m²
Technologie des capteurs
Capteur plan vitré
![Page 43: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/43.jpg)
43
Technologie des capteurs
Moyens d’améliorer le rendement des capteurs :
- diminuer la température du fluide caloporteur par un bon calcul de l’installation,
- diminuer le pouvoir réfléchissant des surfaces vitrées par l’emploi de
verre sélectif,
- diminuer la convection autour de l’absorbeur par l’emploi de capteur
sous vide d’air dans le cas de hautes températures.
![Page 44: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/44.jpg)
44 3-7 Composants et sous-systèmes des installations solaires thermiques
Technologie des capteurs
Capteur sous vide
![Page 45: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/45.jpg)
45 3-8 Composants et sous-systèmes des installations solaires thermiques
Technologie des capteurs
Capteur sous vide
![Page 46: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Capteurs sous vide
Technologie des capteurs
![Page 47: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/47.jpg)
47
Capteur non vitré « moquette solaire »
Technologie des capteurs
Très utilisé pour des températures de réchauffage très basses
![Page 48: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/48.jpg)
48
Technologie des capteurs
Capteur non vitré « moquette solaire »
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49
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
h :
Ren
dem
ent
[%]
CAPTEUR SOUS-VIDE
CAPTEUR PLAN SELECTIF
CAPTEUR PLAN STANDARD
CAPTEUR PLAN NON VITRE
Performances comparées des différentes technologies de capteurs.
(Tm - Te)/H [K.m²/W]
Tm: température moyenne du fluide
Te: température exrtérieure
H: insolation en W/m²
Technologie des capteurs
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50
Exemple piscine: Δθ eau = 25 K θ°air = 20°c
H= 1000 W/m²
(Tm – Te)/H = 0,005 Km²/W
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
h :
Ren
dem
ent
[%]
CAPTEUR SOUS-VIDE
CAPTEUR PLAN SELECTIF
CAPTEUR PLAN STANDARD
CAPTEUR PLAN NON VITRE
(Tm - Te)/H [K.m²/W]
62%
65%
66%
72%
Technologie des capteurs
![Page 51: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/51.jpg)
51
Exemple ECS: Δθ eau = 60 K T°air= 10°c
H= 800 W/m²
(Tm – Te)/H = 0,625 Km²/W
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
h :
Ren
dem
ent
[%]
CAPTEUR SOUS-VIDE
CAPTEUR PLAN SELECTIF
CAPTEUR PLAN STANDARD
CAPTEUR PLAN NON VITRE
(Tm - Te)/H [K.m²/W]
52%
0%
31%
47%
Technologie des capteurs
![Page 52: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/52.jpg)
52
La courbe de rendement d’un capteur est définie par l’équation suivante
H
T T . K B
e m - - = h
B : Facteur optique du capteur ;
K : Coefficient de déperditions du capteur [W/m².K] ; Tm : Température moyenne du capteur [°C] Te :
Température extérieure [°C] ; H : Irradiation solaire [W/m²]
Le rendement des différents capteurs solaires:
Le facteur optique B
Ce facteur (sans dimension) est le produit du coefficient d'absorption de l'absorbeur par le coefficient
de transmission du vitrage. Il varie entre 0,5 et 0,8 suivant la nature du capteur (par rapport à la
surface hors tout du capteur). Il correspond aussi au rendement maximum du capteur.
Le coefficient K [W/m².K]
Ce coefficient est représentatif des pertes thermiques du capteur. Il dépend essentiellement du niveau
d'isolation du capteur et de la nature de l'absorbeur. Il varie fortement en fonction du type de capteur :
Capteur non vitré : 20 à 25 [W/m².K]
Capteur vitré standard : 5 à 8 [W/m².K]
Capteur vitré sélectif : 4 à 6 [W/m².K]
Capteur sous vide : 1 à 2 [W/m².K]
Technologie des capteurs
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53
Types d’installations
Thermo siphon monobloc
![Page 54: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/54.jpg)
54
Thermo siphon monobloc
ECS
EFS
Utilisé comme chauffe-eau dans les régions ou pays
où il n’y a pas de risque de gel. Pas de régulation.
Types d’installations
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55
Thermo siphon à éléments séparés
Attention aux règles d’installation! Le stockage doit se
trouver plus haut que le capteur et il faut respecter une
pente vers le stockage pour assurer la circulation
naturelle du fluide caloporteur. Régulation inutile,
antigel indispensable avec vase d’expansion et soupape
de sûreté.
Types d’installations
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56
Thermo siphon à éléments séparés
Types d’installations
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57
R
Eléments séparés à circulation forcée.
Toutes les configurations d’installation sont possibles. La mise en place
d’un clapet anti siphon est indispensable pour éviter de refroidir le stockage
la nuit. Régulation et fluide caloporteur antigel indispensables avec vase
d’expansion, purgeurs aux point hauts et soupape de sûreté.
Types d’installations
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58
R
Bouteille
de
récupération
ZONE HORS GEL
Eléments séparés à circulation forcée système autovidangeable.
Les capteurs doivent être au plus hauts que le stockage, la bouteille de récupération doit être
dans une zone hors gel, plus basse que le bas des capteurs et plus haute que le haut de
l’échangeur. Attention aux pentes des liaisons hydrauliques car il faut assurer la vidange
totale des capteurs quand la pompe s’arrête. Régulation indispensable, antigel inutile, pas de
vase d’expansion, pas de soupape de sûreté.
Types d’installations
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59
Couplage des capteurs
Montage en parallèle.
![Page 60: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/60.jpg)
60
Montage en série.
Couplage des capteurs
![Page 61: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/61.jpg)
61
Montage mixte pour champs de captage importants.
Couplage des capteurs
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62
R
Capteur solaire
Circulateur
Ballon
de
stockage Régulation
Eau froide
Eau chaude Tc
Tb
Régulation
La chaleur doit aller des CAPTEURS au STOCKAGE et non l'inverse.
La mise en route et l'arrêt de la circulation sont effectués par un régulateur qui
mesure constamment :
Tc : température en point haut d’un des capteurs (souvent le dernier)
Tb : température du ballon au niveau de l’échangeur
Un comparateur intégré au régulateur calcule la valeur correspondant à l’écart de
température Tc - Tb (Sortie capteur ; Bas du ballon) : T.
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63
R
Capteur solaire
Circulateur
Ballon
de
stockage Régulation
Eau froide
Eau chaude Tc
Tb
La valeur calculée T est alors comparée aux différentiels d’arrêt et de démarrage
paramètrés sur le régulateur:
Le circulateur démarre lorsque :
T = Tc - Tb > DD ( différentiel de démarrage)
Le circulateur s’arrête lorsque:
T = Tc - Tb < DA (différentiel d’arrêt)
Les valeurs de DD , DA sont réglables par l’installateur.
Régulation
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64
R
Capteur solaire
Circulateur
Ballon
de
stockage Régulation
Eau froide
Eau chaude Tc
Tb Point d’attention :
- la sonde du capteur doit être placée au point le plus chaud du capteur,
- la sonde du ballon doit être placée au point le plus froid du ballon,
- dans le cas de liaisons hydrauliques longues, augmenter le différentiel de
démarrage pour tenir compte des pertes de chaleur en ligne.
Régulation
![Page 65: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/65.jpg)
65
Régulation
![Page 66: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/66.jpg)
66
Régulation
![Page 67: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/67.jpg)
67
Il y a rarement un point de consigne sur les régulations des chauffe-eau
solaires l’énergie étant gratuite on récupère tant qu’il y a du soleil.
Dans le cas de faibles prélèvements d’ECS pendant des journées de fort
ensoleillement consécutives, la température du fluide caloporteur peut monter
au dessus de 100 °C.
Une auto régulation se produira et la température du fluide se stabilisera
quand les déperditions de chaleur du capteur vont égaler les apports par le
rayonnement solaire (le rendement du capteur diminue quand la température
interne augmente).
Il est recommandé de ne jamais stopper une installation solaire même en cas
d’absence prolongée car il n’y a pas d’aquastat de surchauffe.
Régulation
![Page 68: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/68.jpg)
68
Tableau de relation Pression absolue– température d’évaporation pour l’eau pure
Pression
absolue
bar
q
évaporation
°C
Pression
absolue
bar
q
évaporation
°C
Pression
absolue
bar
q
évaporation
°C
0,5 80,86 1,6 112,73 11 183,2
0,6 85,45 1,8 116,33 12 187,08
0,7 89,45 2 119,62 13 190,71
0,8 92,99 3 132,88 14 194,13
0,9 96,18 4 142,92 15 197,36
1 99,09 5 151,11 16 200,43
1,1 101,76 6 158,08 17 200,35
1,2 104,25 7 164,17 18 206,14
1,3 106,56 8 169,61 19 208,91
1,4 108,74 9 174,53 20 211,38
1,5 110,79 10 179,04 22 216,23
Régulation
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69
Vase d’expansion fermé
R
![Page 70: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/70.jpg)
70
Vase d’expansion fermé
![Page 71: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/71.jpg)
71
Pour choisir ou contrôler le bien-fondé du choix d’un vase il faut connaître les
grandeurs suivantes :
Pour déterminer la pression de prégonflage :
- la pression de l’eau en fonctionnement à l’endroit du vase,
Pour déterminer le volume minimum du vase :
- le volume de l’installation,
- la température moyenne maximale à laquelle peut monter l’installation,
- la pression de l’eau en fonctionnement à l’endroit du vase,
- l’altitude des soupapes de sûreté par rapport à l’axe du vase,
- la pression de tarage des soupapes.
Vase d’expansion fermé
![Page 72: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/72.jpg)
72
Pression de prégonflage :
Cette pression de prégonflage doit être égale à la pression de l’eau au niveau du
vase quand l’installation est froide.
Sa pression de prégonflage sera alors la pression statique de l’installation à son
niveau (pression d’eau au niveau du vase après remplissage), soit souvent la
hauteur du point haut de l’installation au dessus du vase plus 5 mCE.
Exemple :
Le point haut de l’installation est situé à 10 m au dessus du vase
La pression d’eau au niveau du vase sera de 10 m + 5 m = 15 m
La pression de prégonflage sera de 15 mCE soit 1,5 bar
Pour éviter que la membrane du vase colle à la paroi lorsque l’installation est
froide, et comme le vase sera toujours surdimensionné, il est préférable que la
pression de prégonflage soit légèrement inférieure à cette valeur (- 0,1 bar).
Vase d’expansion fermé
![Page 73: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/73.jpg)
73
Expansion arrondie en % en fonction de la teneur en glycol et de la température.
20
°C
30
°C
40
°C
50
°C
60
°C
70
°C
80
°C
90
°C
100
°C
110
°C
0 % 0,2 0,4 0,8 1,2 1,7 2,3 2,9 3,6 4,3 5,2
10 % 0,5 0,7 1,1 1,5 2,0 2,6 3,2 3,9 4,6 5,5
20 % 0,8 1,1 1,4 1,8 2,3 2,9 3,5 4,2 4,9 5,8
30 % 1 1,3 1,6 2,1 2,6 3,1 3,8 4,4 5,2 6,0
40 % 1,5 1,7 2,1 2,5 3,0 3,6 4,2 4,9 5,6 6,4
50 % 1,8 2,0 2,4 2,8 3,3 3,9 4,5 5,2 5,9 6,7
Vase d’expansion fermé
![Page 74: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/74.jpg)
74
Volume minimum du vase :
Ce volume minimum est le volume d’expansion divisé par le rendement du vase.
Le volume d’expansion est le volume de l’installation multiplié par le coefficient
d’expansion.
Suite de l’exemple :
Le volume de l’installation est de 40 L, la température maxi moyenne est de 110 °C
La teneur en glycol est de 40 %
Le volume d’expansion est de 40 L . 0,064 = 2,56 L
= . Vexp Vinstal n
Le pourcentage de variation de volume est de 6,4 % , donc n = 0,064
20
°C
30
°C
40
°C
50
°C
60
°C
70
°C
80
°C
90
°C
100
°C
110
°C
0 % 0,2 0,4 0,8 1,2 1,7 2,3 2,9 3,6 4,3 5,2
10 % 0,5 0,7 1,1 1,5 2,0 2,6 3,2 3,9 4,6 5,5
20 % 0,8 1,1 1,4 1,8 2,3 2,9 3,5 4,2 4,9 5,8
30 % 1 1,3 1,6 2,1 2,6 3,1 3,8 4,4 5,2 6,0
40 % 1,5 1,7 2,1 2,5 3,0 3,6 4,2 4,9 5,6 6,4
50 % 1,8 2,0 2,4 2,8 3,3 3,9 4,5 5,2 5,9 6,7
Vase d’expansion fermé
![Page 75: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/75.jpg)
75
Volume minimum du vase :
Le volume minimum du vase est le rapport du volume d’expansion par le
rendement du vase.
Le rendement du vase est le rapport de l’augmentation maximale de pression
dans le vase sur la pression absolue maximale c’est à dire :
V mini = Vexp
rd vase
rd vase = ( P2 – P1 )
P2
P1 = p prégonflage + 1,013 bar
P2 = p tarage + 1,013 bar ( z / 10,2 ) + _
Vase d’expansion fermé
![Page 76: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/76.jpg)
76
Volume minimum du vase :
La formule développée globale est :
V mini n Vinstal ( P2 – P1 )
P2 = . .
Vmini : volume minimum du vase d’expansion fermé
n : coefficient d’expansion dépendant de l’élévation de température
Vinstal : volume de l’installation à froid sans compter le vase
P2 : pression absolue maximale dans le vase (pression relative au vase qui fera
« cracher » les soupapes + Patm)
P1 : pression absolue de prégonflage du vase (pression relative de remplissage
d’eau au niveau du vase + Patm)
Vase d’expansion fermé
![Page 77: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/77.jpg)
77
Volume minimum du vase : Suite de l’exemple :
La soupape, tarée à 3 bar est située 1 m au dessus de l’axe du vase.
Vexp : 2,56L
P1 : 1,5 bar + 1,013 bar = 2,513 bar
P2 : 3 bar + 1,013 bar + ( 1 m / 10,2 m/bar ) = 4,11 bar
rdvase : ( 4,11 – 2,513 ) / 4,11 = 0,39
Vmini : 2,56 L / 0,39 = 6,56 L
Le vase prégonflé à 1,5 bar devra avoir un volume minimum de 6,56 litres.
Mais si le volume réel du vase était strictement de 6,56 litres, la pression au
niveau de la soupape atteindrait la pression de tarage aussitôt que la
température moyenne du réseau atteindrait 110 °C !
Le volume réel du vase devra donc impérativement être supérieur à ce volume
minimum calculé. Attention à la compatibilité de la membrane du vase avec le
glycol lors des remplacements de vase d’expansion.
Vase d’expansion fermé
![Page 78: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/78.jpg)
78
V
P
Système solaire rempli,
installation froide
q
Vase d’expansion fermé
![Page 79: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/79.jpg)
79
P
V
Montée en température, le
vase absorbe le volume
de dilatation du fluide, la
pression augmente.
q
Vase d’expansion fermé
![Page 80: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/80.jpg)
80
P
La température
augmente, le vase absorbe
le volume de dilatation du
fluide, la pression
augmente. V
q
Vase d’expansion fermé
![Page 81: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/81.jpg)
81
q P
Surchauffe,la pression
augmente jusqu’à
dépasser la pression de
tarage de la soupape de
sûreté: ouverture de la
soupape de sûreté.
V
Vase d’expansion fermé
![Page 82: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/82.jpg)
82
R
Soupape de sûreté
![Page 83: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/83.jpg)
83
Soupape de sûreté
haute température 225 °C
Permet d’éviter les
surpressions dans le
réseau caloporteur et la
vapeur lors d’éventuelles
vaporisations si
l’installation à été mise à
l’arrêt accidentellement.
Soupape de sûreté
![Page 84: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/84.jpg)
84
Soupape de sûreté
![Page 85: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/85.jpg)
85
Pour éviter toute pollution,
les soupapes de sûreté des
installations utilisant du
MPG seront raccordées pour
évacuer les surpressions
dans un bac de récupération.
Le produit ainsi récupéré
pourra être réinjecté au
besoin dans le circuit.
Soupape de sûreté
![Page 86: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/86.jpg)
86
R
Purgeurs
![Page 87: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/87.jpg)
87 Purgeur manuel Purgeur automatique
Purgeurs
![Page 88: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/88.jpg)
88
Ils sont équipés de flotteurs permettant d’ouvrir via un
obturateur l’évacuation des gaz dès que le niveau d’eau
baisse.
Pour que le purgeur soit opérationnel il est nécessaire
que le bouchon soit dévissé d’un tour .
Un joint permet de réaliser l’étanchéité en cas de fuite
sur l’obturateur, dans ce cas le purgeur ne fonctionne
plus de manière automatique.
Purgeurs automatiques
Purgeurs
![Page 89: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/89.jpg)
89
Sur le point haut du capteur,un purgeur automatique
résistant aux hautes températures est installé sur une vanne
Purgeurs
![Page 90: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/90.jpg)
90
Après remplissage, purge et dégazage de l’installation, la
vanne est fermée et le purgeur démonté pour éviter sa
dégradation en milieu extérieur et le risque de fuite de
fluide caloporteur.
Purgeurs
![Page 91: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/91.jpg)
91
Pour les capteurs posés sur toiture ou difficilement accessibles il est
préférable de reporter la purge haute dans un endroit accessible.
Purgeurs
![Page 92: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/92.jpg)
92
R
Clapets anti thermosiphon
![Page 93: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/93.jpg)
93
Clapet droit ou
équerre Clapet pour circulateur
à raccord union.
Clapet avec union
incorporé.
Clapets anti thermosiphon
![Page 94: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/94.jpg)
94
Le clapet anti thermosiphon est constitué d’un corps dans lequel
se trouve un clapet appliqué sur un siège par un ressort.
Clapets anti thermosiphon
![Page 95: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/95.jpg)
95
En position repos, le clapet est fermé.
Clapets anti thermosiphon
![Page 96: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/96.jpg)
96
Le clapet s’ouvre sous l’action de la pression dynamique
occasionnée par le débit de la pompe.
Clapets anti thermosiphon
![Page 97: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/97.jpg)
97
La nuit, le débit peut s’inverser et le clapet va s’opposer
à la circulation du fluide caloporteur et ainsi éviter le
refroidissement du stockage.
Clapets anti thermosiphon
![Page 98: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/98.jpg)
98
R
Le stockage
![Page 99: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/99.jpg)
99
Ballon solaire seul :
Un seul échangeur situé dans
le bas du ballon raccordé sur
les capteurs.
La totalité du stockage est
chauffée par le solaire.
Le stockage
![Page 100: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/100.jpg)
100
Ballon solaire avec appoint intégré :
Deux échangeurs :
- Un « solaire » dans le bas du ballon
raccordé sur les capteurs.
- Un deuxième situé dans le tiers
supérieur du ballon raccordé à
l’appoint.
Le stockage
![Page 101: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/101.jpg)
101
Journée ensoleillée :
La totalité du stockage
est chauffée par le soleil.
Le stockage
![Page 102: Les bases du solaire - VFT47](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062409/62aca2bfca03ad29af51b71a/html5/thumbnails/102.jpg)
102
Journée peu ensoleillée :
Le stockage est
préchauffé par le soleil
L’appoint prend le relais
pour amener le tiers
supérieur en température
Le stockage
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103
Journée sans soleil :
L’appoint est seul pour
amener uniquement le tiers
supérieur en température.
Le stockage