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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Abou Bekr Belkaid de Tlemcen Faculté des Sciences Département de Physique Laboratoire de Recherche :URMER Unité de Recherche Matériaux et Energies Renouvelables Mémoire de Master Option Energétique et Matériaux Présenté par : HADJ BELKACEMI Mohammed Thème Modélisation et Etude Expérimentation d’un Capteur Solaire non Vitré et Perforé Soutenu Oralement le 06 juillet 2011 devant le Jury composé de : Mr ZERGA Abdellatif Enseignant Université de Tlemcen Président Meme RAHMOUN Khadidja Enseignante Université de Tlemcen Encadreur Mr HAZEM Ahmed Attaché de Recherche URER MS Adrar Co-Encadreur Mr SAIM Rachid Enseignant Université de Tlemcen Examinateur Mr BENYOUCEF Abdallah Enseignant Université de Tlemcen Examinateur Résumé Les capteurs solaires a air non vitré et perforé, (Unglazed Transpired collectors), est une application de l'énergie solaire destinée pour le préchauffage de l’air entrant dans un bâtiment, le séchage solaire pour le secteur agricole et le couplage avec les panneaux photovoltaïques. Dans le présent travail nous discutons le comportement thermique de ce type de capteur. Une étude expérimentale a était réalisée sur un prototype installé sur la plate forme des essais expérimentaux de l’U.R.E.R d’Adrar (Lat. 27°, Long. 0.17W). Le modèle mathématique est basé sur une évaluation des bilans thermiques en régime stationnaire. Le paramètre clé de cette étude est le rayonnement solaire, ce dernier a était estimé et mesurer sur site et pour deux plans différents. Abstract : Solar collector with unglazed perforated air (unglazed transpired collectors), is a solar energy application intended for the preload of the air entering a building, solar drying for the agricultural sector and the coupling with the photovoltatic panls, in present work, we discuss the thermal behavior of this type of collector. An experimental study was carried out on a protype installed on the experimental tests platform within the research unit in renewable energies in the Saharan medium. (batch 27, length: 0,17W).the mathematical model is based on heat balaces evaluation in stationary mode. The key parameter of this study is the solar radiation. This latter was considered and measured on site and for two different plans. ملخص: ًجامع الشمسٌة و الهو اء غٌر المزجج المثقبة ( ًغٌر المطل تبٌن ًجامع) هو تطبٌق الستخدام الطاقة الشمسٌة لتسخٌن الهواء دخول ، المبنى الطاقة الشمسٌة ل تجفٌف القطاع الزراعً ، و اقتران مع لوحات PV. فً هذه الورقة نناقش السلوك الحراري ل هذا النوع من أجهزة االستشعار. وقد أجرٌت دراسة تجرٌبٌة على نموذج مثبتة على منصة من االختبارات التجرٌبٌة ال درارUrera (Lat. 27 درجة ، طوٌل. 0.17W). وٌستند ًالنموذج الرٌاض على تقٌٌم التوازنات حرارة ثابتة. كانت المعلمة الرئٌسٌة لهذه الدراسة هو االشعاع الشمسً ، و ٌقدر هذا األخٌر ، و ٌقاس على موقع واثنٌن من مستوٌات م ختلفة. Remerciements Je remercie ALLAH le Tout-puissant de m’avoir donné le courage, la volonté et la patience de mener à terme ce présent travail. Ce travail a été effectué dans l’Unité de Recherche des Matériaux et des Energies Renouvelables (URMER) de la faculté des sciences, sous la direction de Monsieur A.ZERGA, maître de conférences à l’université Abou BekrBelkaïd- Tlemcen. Je lui exprime particulièrement toutes mes reconnaissances pour m’avoir fait bénéficier de ces compétences scientifiques, ses qualités humaines et sa constante disponibilité. J’exprime mes sincères remerciements à monsieur N. CHABANE SARI, Professeur à l’Université Abou-bekr Belkaïd Tlemcen, d’avoir accepter de présider le Jury de ce mémoire. Je remercie sincèrement monsieur K. GHAFFOUR, Professeur à l’Université Abou Bekr Belkaïd-Tlemcen et monsieur A.BENMANSOUR, Maitre de conférences A à l’Université Abou Bekr Belkaïd-Tlemcen d’avoir accepter de faire partie du Jury. Enfin, j’adresse mes vives reconnaissances à tous les membres de l’«URMER» sans oublier les étudiants. SOMMAIRE : INTRODUCTION .................................................................................................... 01 CHAPITRE : I Généralité sur le rayonnement solaire. I.1.Introduction ........................................................................................................ 04 I.2.Le soleil ............................................................................................................... 04 I.3.La constante solaire ............................................................................................ 04 I.4.Aspects géométriques du rayonnement solaire .................................................. 05 I.5.Mouvements de la terre. ...................................................................................... 05 I.6.La sphère céleste ................................................................................................. 06 I.7.Les coordonnées célestes .................................................................................... 06 I.7.1.Les coordonnées géographiques ............................................................... 07 I.7.2. Les coordonnées horaires ......................................................................... 07 I.7.3. Les coordonnées horizontales .................................................................... 08 I.8.Les temps solaires .............................................................................................. 08 I.8.1. Le Temps Solaire Vrai (T.S.V) .................................................................. 08 I.8.2. Le Temps Légal (T.L) ................................................................................. 08 I.8.3. le Temps Civil ............................................................................................... 09 I.9. Direction des rayons solaires par rapport à un plan ............................ 09 I.10. Aspects énergétiques du rayonnement solaire ................................................ 11 I.11. Les différents types de rayonnement ............................................................ …12 I.12. Rayonnement solaire ........................................................................................ 12 I.12.1.Rayonnement direct .................................................................................. 13 I.12.2.Rayonnement diffus ................................................................................... 14 II.12.3.Rayonnement global .................................................................................. 15 II.13.Le gisement solaire en Algérie ......................................................................... 15 CHAPITRE : II Etude Bibliographique. II.1 - Conversion de l'énergie solaire ...................................................................... 17 II.1.1 L'énergie solaire passive .......................................................................... 17 II.1.2 L'énergie photovoltaïque........................................................................... 17 II.1.3 L'énergie solaire active. ............................................................................. 18 II.2 Le système UTC de chauffage solaire de l'air .................................................. 18 II.3 Paramètres importants et performances thermiques des UTC ....................... 18 II.4 Revêtement de l'absorbeur ................................................................................ 19 II.4.1 Revêtement non sélectif ........................................................................... 21 II.4.2 Revêtement sélectif. ................................................................................... 21 II.5 Bénéfices des systèmes de chauffage solaire de l’air (UTC) ........................... 21 II.6 Les études effectuées ......................................................................................... 21 II.6.1 La théorie du transfert de chaleur ............................................................ 22 II.7 Rappels sur les transferts de chaleur ................................................................ 24 II.8 Conclusion ........................................................................................................ 29 CHAPITRE : III Modélisation d’un capteur solaire a air non vitre perforé. III.1 Introduction:. ................................................................................................... 29 III.2. Hypothèses Simplificatrice. ............................................................................ 29 III.3. Bilan thermique du capteur........................................................................... ..30 III.3.1. Bilan thermique de l’absorbeur ................................ ……….……..30 III.3.1.1. Détermination des différents flux de l’équation (1) . ........................ 32 III.4. Bilan thermique de l’air de la cavité . ............................................................ 37 III.5. Bilan thermique de l’isolation ........................................................................ .38 III.6.L'efficacité thermique d'un capteur. ............................................................... 40 III.6.1.L'efficacité d'échange de chaleur. ............................................................... 40 III.7. La perte de charge. ......................................................................................... 40 III.8. Conclusion ...................................................................................................... 41 CHAPITRE : IV Réalisation expérimentale. IV.1. Préparation et installation des thermocouples ............................................... .44 IV.2. Etalonnage des thermocouples. ................................................................. 45 IV.3. Interprétation des résultats. .............................................................................................. 47 IV.4. Préparation du Pyranomètre…………………………………………………48 IV.5. L’acquisition de données. .......................................................................... 51 IV.6. Description du prototype. ................................................................................ 51 ANNEXE IV.7. Conclusion…………………………………………………………………... 53 CHAPITRE : V Résultats et interprétations. V.1.plan vertical. ...................................................................................................... 54 V.1.1. Comparaison entre le rayonnement solaire global calculé (Igl-Cal) et mesuré (R S G I):……………………… ……….. . . ……………………54 V.2. Evolution du rayonnement solaire global mesuré et les températures (Tamb, Tabs et Tsortie ) en fonction du temps pour le plan vertical……...….55 V.2. plan incliné (30°) ....................................................................................... 57 V.2.1. Comparaison entre le rayonnement solaire global calculé (Igl-Cal) et mesuré (R S G I)………….… .........................……………………………...57 V.2.2. Variation des différents rayonnements solaire en fonction du temps...60 V.3. Comparaison de la variation du rayonnement solaire mesuré (R S G I) et calculé (Igl) pour trois journées successives…………………...……………….63 V.4. Evolution du rayonnement solaire global mesuré et les températures (Tamb, Tabs et Tsortie ) en fonction du temps pour le plan incliné………………64 V.5. la variation des températures Tamb, Tsortie, Tabs et Tplen en fonction du temps…………………………………………….……………….….67 V.6. L'influence du R S G I mesuré sur les températures ( Tamb, Tsortie et Tabs )……. …………… ………………………………….71 V.7. Variation de l'efficacité et de R S G I en fonction du temps…………………73 V.8. la variation de l'efficacité en fonction du R S G I mesuré…………………..75 V.9. La variation du gain en fonction du temps…………………………………..77 V.10. Comparaison du gain entre les deux plans vertical et incliné……..………78 V.11. La variation de l'efficacité en fonction du temps pour deux plans vertical et incliné 30°………………………………………………………..80 CONCLUSION ET RECOMMANDATION CONCLUSION ......................................................................................................... 81 - Présentation de l'unité de recherche d'ADRAR. Introduction Introduction La consommation mondiale énergétique augmente malheureusement au détriment de l’environnement qui nous entoure, d’une part, et non renouvelable d’autre part. En effet, les énergies fossiles [charbon, pétrole, gaz naturel] sont utilisées de manière abusive. Ces énergies sont polluantes et limitées. Aujourd’hui la communauté scientifique reconnait la responsabilité de cette consommation sur le réchauffement climatique qui risque d’avoir des effets dramatique sur les équilibres physiques, économiques sociaux et politiques de notre planète. Le recours à des énergies propres pour assurer la sécurité énergétique et le développement économique et social des populations devient incontournable. Les énergies renouvelables et spécialement le solaire devrait être la tendance en tenant compte de la sécurité de l’approvisionnement et de la protection de l’environnement ce choix est motivé par le fait que la quantité d’énergie solaire reçue chaque jour par la planète est 5 fois supérieure à la totalité des consommations quotidiennes humaines (nucléaire, charbon, bois, fioul, gaz, hydraulique…). L’Algérie faisant partie de cette planète, dispose d’un potentiel solaire le plus fort sur la rive méditerranéenne avec ses 3500 heures d’ensoleillement par an. Ajuste titre d’exemple, le solaire thermique est de 169440 TWh/an soit l’équivalent de 38000 milliards m3/an représentant prés de 4 fois la consommation énergétique mondiale. Elle possède un potentiel considérable en ce qui concerne les compétences humaines. De ce fait, elle est plus que jamais appelée à s’orienter vers le développement de cette forme d’énergie. Pendant plus de 100 ans de développement des capteurs solaire à air, plusieurs types ont été créés. En se basant sur le désigne de la plaque absorbante, le capteur solaire à air peut être divisé en deux types principaux: capteur à air perforé et capteur à air non perforé. Dans uploads/Science et Technologie/ hadj-belkacemi-mohammed.pdf