Panneau solaire

conductivitè thermique et dimensionnement du collecteur

J'ai reçu un e-mail sur les panneaux solaires que je publique, avec la répondue:

  Bonjour Sylvian,

merci pour l'e-mail; le chauffage de l'eau est un des plus importantes applications de l'énergie solaire, qu'il permet l'épargne de combustible qu'il peut etre mieux utilisé pour produire énergie mécanique et électrique ou pour les transports ou pour la synthèse des produits dérivée par le pétrole.

Je trouve votre projet intéressant et je vous collabore volontiers.

Le problème est ce d'établir la technique meilleure pour construire le collecteur.

J'ai initialement pensé à une feuille d'aluminium de 1 mm d’epaisseur uni à un tuyau de cuivre replié de façon à former une série de tui parallèles éloignés entre eux 10 cms; tel tuyau aurait dû être réuni à la feuille d'aluminium par un bandelette d'aluminium et une paire de rivets à l'es. chaque 10 cm.

J'ai calculé le meilleur saut thermique nécessaire pour transmettre la chaleur à l'eau avec cette hypothèse par la méthode qui illustre de suite et j'ai trouvé des valeurs de sovratemperature au centre suffisamment basse.

Cependant cette méthode implique la jouissance d'environ 100 bandelettes et 200 rivets chaque mètre carrè de surface et il ne garantit pas une bonne conductivité thermique dans les traits entre un bandelette et l'autre.

J'ai pensé donc qu'un résultat soin analogue la coductivitè thermique mais très meilleur soit comme liaison thermique entre la tôle et le tuyau soit comme modalité de réalisation on peut obtenir en utilisant une tôle de cuivre avec une épaisseur partagée en deux, de seuls 0,5 mm soudés au tuyau de cuivre de manière continue par une ligue spéciale d'étang et plomb.

Du "Manuel du termotecnico" de Nicola Rouges, et. Hoepli ils peuvent relever les valeurs suivantes de conductivité thermique:

il est = 220 W/m°K pour l'aluminium

il est = 380 W/m°K pour le cuivre

le cuivre a une conductivité thermique c'est-à-dire presque il double respect à l'aluminium, et ensuite les mêmes résultats ils peuvent obtenir avec une tôle de cuivre d'épaisseur partagée en deux pratiquement.

Dans un panneau solaire la chaleur absorbée par chaques partie du collecteur il suit un parcours à il rayonnera vers les tuyaux qui transportent l'eau à réchauffer.

La chaleur absorbée dans un point éloigné des tuyaux aura besoin du plus grand saut thermique pour arriver a chauffer l'eau; l'absorbé dans un point près, d'un saut thermique plus petit.

Nous considèrons le dessin:

La chaleur absorbée par les surfaces S1 et S6 devra couvrir une grande distance de c'absorbée par les surfaces S4 et S9; il ira en outre soit vers le tuyau T1 soit vers le tuyau T2; cependant pour semplifier on peut penser que toute le chaleur absorbée par les surfaces S1,S2,S3,S4 aille vers le tuyau T1 pendant que toute le chaleur absorbée par les surfaces S6,S7,S8,S9 aille tout vers le tuyau T2.

La conductivité du cuivre est égal aux 380 W/m°K, 220 W/m°K pour l'aluminium,; c'est-à-dire que un cube de 1 m³ de cuivre avec une difference de tmperatura de 1°C entre les deux figures opposèes laisse passer un flux thermique de 380 W; en rapportant à un cube de 1 cm de côté de cuivre, la surface des figures de ce dernier est 10.000 fois inférieures, pendant que la distance entre les deux figures est 100 fois inférieures; donc le flux transporté entre les deux figures du petit cube avec la même différence de température est 100 fois inférieures, mêmes aux 3,8 W/cm°K

La meilleur radiation solaie à midi avec ciel limpide et d'été ne dépasse pas le 830 W/m²; le verre, aussi transparent, il provoque une diminution de la radiation du 8% ÷ 10 en direction normale; une certaine inclinaison existe normalement par contre entre les rayons du soleil et le panneau solaire, qu'il provoque une absorption et réflexion de la lumière légèrement superieur.

Ensuite le meilleur radiation qu'il arrive au collecteur solaire il sera d'environ 750 W/m², c'est-à-dire de 0,075 W/cm²

Nous considérons une bande de cuivre de 1 cm de largeur et épaisse que la tôle, 0,5 mm.

Le centimètre suivant devra transporter le double du flux thermique, ces derivanti de S1 et de S2,; donc ΔT2 il sera égal au 0,79°C, ΔT3 = 1,185°C et ΔT4 = 1,58°C

Sur les surfaces suivants S2,S3 et S4 nous aurons sauts thermiques plus petits tour à tour; on peut supposer ensuite un saut thermique moyen d'environ 3°C, une valeur suffisamment limité.

En présence d'une radiation solaire plus petit, es. pendant l'après-midi ou pendant l'hiver, le temperature atteint par l'eau sera inférieur, mais aussi le saut thermique nécessaire ne dépassera pas les 2 ou 3 °C

Un contrôle des coûts du matérielle donne la confirmation de la validité de ce choix.

À Gênes 1 mètre carré de tôle de cuivre 0,5 mm épais il coûte 36 Euro; le tuyau de cuivre nécessaire, 9 ou 10 mètres, 20 Euro environ, pour un totale d'environ 56 euro/m², plus le coût de l'étang.

En doublant l'épaisseur de la tôle et en partageant en deux la longueur du tuyau de cuivre, en doublant la distance des traits parallèles du tuyau de cuivre porte à un grand coût d'environ 82 euro/m²

Pour la dimension des panneaux je pense qu'un bon valeure soit 70 cms de largeur pour 150 cms de longueur; ils sont autres dimension possibles évidemment.

Ce sujet intéresse aussi indirectement ma recherche de Doctorat en Sciences des services pour les Transports et la Logistique qui je suis en train de dérouler près du Département d'Ingénierie Électrique de l'Université de Gênes, parce qu'une épargne dans la consommation des carburants contribue à maintenir le coût de ceux-ci aux valeurs acceptables.

Ensuite bon travail et au prochain e-mail

      Ing. Zefferino Pavanelli