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République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure de Technologies Industrielles (ESTI) – Annaba Semestre 1 Tronc Commun - Filière : Energies Renouvelables Conception du cours par : MENNAI.Noussaiba Page 1 Module : Energies renouvelables et protection de l’environnement Année universitaire : 2017/2018 Conversion Thermique : Applications à Basse Température Plan du travail: 1. Introduction 2. Le principe de la conversion photo thermique. 3. Les capteurs solaires. 4. Les applications de l’énergie solaire thermique. 5. Conclusion. I. Introduction : L'épuisement attendu des sources d'énergie fossile (charbon, pétrole, gaz…) ,qui vient au même temps avec un taux de consommation mondial de plus en plus élevé insiste à l'humanité, dans son ensemble, d'orienter vers les énergies propres et inépuisable , celles dont l’exploitation ne crée pas de gaz à effet de serre additionnel. Et l’une des sources qui vérifie ces critères est *le soleil*, il pourra être une source principale de toute énergie Sur notre planète terre . 1.1. Le Soleil : Une petite étoile dans l’univers : Le soleil est la seule étoile du système solaire et la plus proche de la terre, sa lumière met environ 8 mn à nous atteindre. Il la seule étoile qui assure la vie sur terre . Sur le plan humain, le soleil a une importance primordiale car il est a l’origine de la vie sur terre, en lui fournissant d’énormes quantités d’énergie, qui permet la présence de l’eau a l’état liquide et la photosynthèse des végétaux. Le rayonnement solaire est aussi responsable du climat et des phénomènes météorologiques . République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure de Technologies Industrielles (ESTI) – Annaba Semestre 1 Tronc Commun - Filière : Energies Renouvelables Conception du cours par : MENNAI.Noussaiba Page 2 Module : Energies renouvelables et protection de l’environnement Année universitaire : 2017/2018 1.2. Les caractéristiques principales du soleil sont regroupées dans : Diamètre (km) 1392000 Masse (kg) 2.1030 Surface (km2) 6.09.1012 Volume (km3) 1.41.1018 Masse volumique moyenne (kg/m3) 1408 Vitesse (km/s) 217 Distance du centre de la voie lactée (km) 2.5.1017 Figure 1 le soleil Cette énergie solaire est actuellement exploitée selon deux techniques :  En la transforment en électricité grâce à des panneaux photovoltaïques (conversion électrique).  la conversion du rayonnement solaire en chaleur par des capteurs thermiques (conversion hélio- thermique). Figure 2 Le solaire thermique Figure 3 Le solaire photovoltaïque République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure de Technologies Industrielles (ESTI) – Annaba Semestre 1 Tronc Commun - Filière : Energies Renouvelables Conception du cours par : MENNAI.Noussaiba Page 3 Module : Energies renouvelables et protection de l’environnement Année universitaire : 2017/2018 1.3. Relation entre le système soleil-terre et la puissance radiée vers la terre: Figure 4 Relation Terre-Soleil On peut calculer l’Energie rayonnée par le soleil «Ws » et celle reçue sur terre «Wt» à partir des puissances suivantes :  PUISSANCE RAYONNEE QUOTIDIENNEMENT PAR LE SOLEIL DANS L ’ESPACE : Ps = 3,86.1026 Watts  PUISSANCE RECUE SUR TERRE : Pt = 17,4476.1016 Watts Alors : EN 24 HEUREENERGIE SOLAIRE RECUE SUR TERRE République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure de Technologies Industrielles (ESTI) – Annaba Semestre 1 Tronc Commun - Filière : Energies Renouvelables Conception du cours par : MENNAI.Noussaiba Page 4 Module : Energies renouvelables et protection de l’environnement Année universitaire : 2017/2018 Wt = 4,19.1018 KWh CETTE ENERGIE QUE NOUS RECEVONS DU SOLEIL EST 25.000 FOIS L’ENERGIE CONSOMMEE PAR L ’HUMANITE. Elle est inégalement répartie sur la surface terrestre. Il faut donc faire une évaluation de l’énergie solaire disponible sur chaque site. Exemple : L’Afrique est le continent le plus ensoleillé avec des éclairements qui dépassent en moyenne 700 Watts par m², et une irradiation journalière varie en moyenne de 4,5 à plus de 6 KWh/m²/jour. Figure 5 Le rayonnement solaire annuel dans le monde en KWh/m²/an Cette carte, qui montre les ressources annuelles d’énergie solaire dans le monde, indique bien que le gisement solaire en Afrique est le plus abondant, avec des ressources variant de 1700 à plus de 2300 KWh/m²/an. 8 République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure de Technologies Industrielles (ESTI) – Annaba Semestre 1 Tronc Commun - Filière : Energies Renouvelables Conception du cours par : MENNAI.Noussaiba Page 5 Module : Energies renouvelables et protection de l’environnement Année universitaire : 2017/2018 II. Le principe de la conversion photothermique : 2.1. Définition : C’est le mode de la conversion de l’énergie rayonnante en énergie thermique (chaleur), et pour bénéficier de cette énergie et la rendre utilisable pour nos besoins, on utilise des capteurs solaire thermique. 2.2. Principe de fonctionnement : Il fonctionne selon un principe simple : l'’énergie du rayonnement solaire est absorbée par des capteurs (capteur plan dans ce cas –Figure 6) fonctionnant généralement selon le principe de l’effet de serre. La chaleur emmagasinée est ensuite transportée au sein d’un circuit « primaire » contenant un mélange caloporteur d'eau et d'antigel. Grâce à un échangeur thermique, le liquide caloporteur contenu dans le circuit primaire transmet son énergie thermique à de l'eau froide contenue dans le réservoir (un « ballon ») d’un second circuit isolé, dit « secondaire ». Figure 6 le fonctionnement du photothermique République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure de Technologies Industrielles (ESTI) – Annaba Semestre 1 Tronc Commun - Filière : Energies Renouvelables Conception du cours par : MENNAI.Noussaiba Page 6 Module : Energies renouvelables et protection de l’environnement Année universitaire : 2017/2018 Le liquide caloporteur refroidi repart ensuite vers les capteurs afin d’être réchauffé. Lorsque l’eau chauffée dans le ballon est utilisée, elle est remplacée par de l'eau froide du réseau, réchauffée selon le même principe. III. Les capteurs solaires : 3.1. Qu’est ce qu’un capteur : Un capteur solaire thermique est un dispositif conçu pour recueillir l'énergie provenant du Soleil , il reçoit un rayonnement solaire dont sa longueurs d’onde varie entre 150 nm< λ< 300 nm (notant que le spectre visible allant de 400 à 750 nm) et la transmettre à un fluide caloporteur. La chaleur est ensuite utilisée afin de produire de l'eau chaude sanitaire ou bien encore chauffer des locaux. 3.2. La technologie solaire thermique à basse température : La technologie solaire «active» : traditionnellement, ce terme désigne les applications à basse et moyenne température. Des capteurs solaires thermiques sont installés sur les toits des bâtiments. Un capteur solaire thermique est un dispositif conçu pour recueillir l'énergie provenant du Soleil et la transmettre à un fluide caloporteur. La chaleur est ensuite utilisée afin de produire de l'eau chaude sanitaire ou bien encore chauffer des locaux. La technologie solaire «passive» : toujours dans le domaine de la basse température, on peut également citer les installations solaires passives. Par opposition aux applications précédentes, celles-ci ne requièrent pas de composants dits actifs (les capteurs solaires). Ces applications reposent sur des concepts de génie civil et climatique impliquant une architecture adaptée et République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure de Technologies Industrielles (ESTI) – Annaba Semestre 1 Tronc Commun - Filière : Energies Renouvelables Conception du cours par : MENNAI.Noussaiba Page 7 Module : Energies renouvelables et protection de l’environnement Année universitaire : 2017/2018 l’emploi de matériaux spéciaux. L’utilisation passive de l’énergie du Soleil permet de chauffer, d’éclairer ou de climatiser des locaux. 3.3. Types et structures de capteurs solaires thermique : Il existe différents types de capteurs solaires thermiques selon le type d’application considérée, la nature de l’élément caloporteur utilisé et leur structure dont le choix se fait en fonction des conditions climatiques et de la température souhaitée de l’eau chaude : a) Les capteurs non-vitrés ou moquette: ce sont des capteurs solaires à usage saisonnier. Ils sont d'un moindre coût car bien qu’ils captent efficacement l’énergie solaire, ils engendrent beaucoup de pertes thermiques lorsque leur température augmente. Ils sont recouverts d'un plastique polymère noir, formé de multiples canaux à travers lesquels l'eau circule. On utilise les capteurs solaires sans vitrage lorsque l'application fonctionne de façon saisonnière (à température douce), dans les pays chauds ou quand il s’agit des besoins en température peu élevée comme dans le cas du chauffage pour piscine. Figure 7 Figure 8 République Algérienne Populaire et Démocratique Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure de Technologies Industrielles (ESTI) – Annaba Semestre 1 Tronc Commun - Filière : Energies Renouvelables Conception du cours par : MENNAI.Noussaiba Page 8 Module : Energies renouvelables et protection de l’environnement Année universitaire : 2017/2018 Figure 9 b) Les capteurs à tubes sous vides: c'est l'une des technologies les plus performantes et les plus sophistiquées en matière de captage solaire, mais aussi la plus coûteuse. Ce type de capteur est constitué d'une série de tubes alignés parallèlement, dans lesquels on a créé le vide. uploads/Science et Technologie/ conversion-thermique-applications-a-basse-temperature.pdf