http://www.cluber.inter-systeme.ca/index.html


Énergie solaire

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Préambule

Les informations que vous trouverez ici sont pour beaucoup d'entre vous des vérités de La Palice mais elles peuvent aider celui qui se lance dans un projet. Un certain nombre d'autre sites ou d'ouvrages sont proposés pour une simple raison: nous ne copions pas les infos pour des questions de droits d'auteur.

Vous comprendrez que je n'ai pas réalisé tout ce que je décris ici, aussi si une information vous semble incomplète inexacte ou mal formulée, nous vous invitons à enregistrer la page puis couper la connection et faire "fichier", "modifier avec microsoft front page editor" .Une fois corrigée la page peut être envoyée au club comme fichier attaché à votre e-mail. Un détail cependant, prévenez que vous travaillez sur une modif pour ne pas être plusieurs à corriger la même version, car dans ce cas là, la première modif envoyée sera seule prise en compte. Evitez d'exprimer ici des opinions car cela amènera d'autres à y répondre ici-même, et cela risque de partir dans tous les sens, en particulier les isolants proposés ne sont pas très ecologiques, mais efficaces, chacun adaptera pour lui même les isolants de son choix.

Nous invitons ceux qui ont déjà réalisé une installation à joindre à cette page les plans de leurs réalisations, mais il me semble difficile de communiquer des idées au travers d'un seul plan d'installation car ce sera un compromis entre vos objectifs, son efficacité, les moyens dont vous disposiez (économiques, matériels et humains) ainsi que l'endroit où est placé le panneau, il me semble qu' il est aussi utile de savoir pourquoi il est réalisé de telle manière que comment il est réalisé. Nous vous remercions donc d' agrémenter vos dessins d'explications.

Je n'ai malhereusement pas trouvé de site sur les température extérieures ou l'insolation au Québec par contre un site du gouvernement que la France peut lui envier sur la construction et ses matériaux: http://www.nrc.ca/irc/cbd/cbd-f.html, certaines informations données ici en découlent.

Sommaire


Besoins énergétiques d'une maison individuelle

Les températures extérieures à prendre en compte en france varient de -2°C pour la façade atlantique à -9°C au nord -15°C à l'est (http://www.ifrance.com/promothee/lemanu/p04.html donne la carte des températures extérieures de référence en france, profitez en pour visiter le site) , minorez ces chiffres de 1°C par 200m d'altitude et de 3 à 5°C pour les murs au nord. En première approximation on considèrera que les ponts thermiques et les pertes par ventilation sont compensés par les apports gratuits (notre bon vieux soleil et la chaleur humaine). Il faut bien comprendre que ces températures de référence permettent le calcul d'une puissance de chauffage faisant face à une éventuelle vague de froid. Pour calculer le taux de couverture de vos besoins par le solaire, même si vous visez 100%, vous devez prendre les températures moyennes constatées au plus fort de l'hiver, mais en ayant conscience qu'il vous faut toujours une énergie d'appoint comme une cheminée par exemple, autrement votre installation sera surdimentionnée et donc peu rentable. http://perso.club-internet.fr/kreitz/statistiques_cadre.htm donne des moyennes de températures en france, d'autres nombreux sites existent.

Calcul rapide de vos besoins.

Je n'ai pas pu obtenir de professionnels du chauffage les approximations qu'ils utilisent alors que j'en ai vu un le faire un jour. J'ai retrouvé un manuel destiné aux chauffagistes datant des années 60 qui donnait une perte de chaleur de 1,6kcal/m³ °C et 2 pour une pièce très froide, malheureusement, ces chiffres sont applicables à des maisons de l'époque et sans isolation, j'ai donc calculé pour quelques pièces-type les puissances nécessaires en W/m³ °C. Ces chiffres sont donnés pour une maison récente dont les murs en briques ou parpaings ou bois sont doublés de 10cm de laine de roche, le plafond recouvert de 20cm de laine de roche, le sol isolé par 10 cm de laine de roche, toutes ouvertures en double vitrage du commerce, proportionnées à la pièce. Les placards et couloirs intérieurs seront intégrés aux pièces voisines pour le calcul global.

  puisssance permanente de chauffage  
Pièce au sud 0,26W/m³ °C      
Pièce au sud, avec un mur est ou ouest 0,36W/m³ °C      
Pièce est ou ouest 0,31W/m³ °C      
pièce au nord 1mur extérieur 0,33W/m³ °C      
Pièce au nord 2 murs extérieurs 0,42W/m³ °C      

Calcul plus précis:

Chacun de vous a sûrement vu sur les emballages d'isolant un chiffre exprimé en m²K/W qui est la résistance de l'isolant. Ce chiffre, variable pour la même épaisseur suivant le matériau ( plus le chiffre est grand, plus il est isolant), augmente avec l'épaisseur, c'est normal. C'est une donnée officielle qui quantifie le degré d'isolation apporté par le produit. Par exemple j'ai une laine de roche de 20cm d' épaisseur dont le coefficient retranscrit par le fabricant est de 5 m²K/W. Si j'ai une surface isolée de10m² et une différence de température de 20°Kelvin ou °Celcius entre l'intérieur et l'extérieur, la déperdition thermique de la paroi c'est à dire la puissance permanente de chauffe nécessaire au maintien de ce différentiel de température sera de10*20/5=40Watts.

Résistance thermique relevée sur quelques isolants en 100mm d'épaisseur:

bois de sapin Douglas: 0,8 m²K/W ( Résistance obtenue par une cloison de 52mm : 0,59 m²K/W, à comparer au mur brique)

polystyrène expansé: 2,2m²K/W

laine de verre ou de roche en rouleau : 2,5 m²K/W

polystyrène extrudé: 2,6 à 3,6 m²K/W

laine de verre ou de roche en plaques: 2,65 m²K/W

mousse de polyuréthane en plaques: 3,5 à 4 m²K/W

Tous ces isolants voient leur performance grandement augmentée par l' adjonction d'une feuille aluminium réfléchissante du côté chaud, dommage que les fabricants ne le proposent que rarement, principalement pour l' isolation des cheminées. L' utilisation de la feuille alu est quand même difficile,elle ne doit pas être au contact d'une paroi. Le choix de l'isolant dépend malheureusement du prix, je vous invite à vous renseigner avant votre choix de produit. Si l' épaisseur est un élément important, regardez du côté des isolants minces à base de feuilles d'aluminium et de fibres synthétiques, certains isolants minces (10à 20 mm) atteignent officiellement une résistance de 5,3 m²K/W, mais méfiez- vous, ne prenez que des produits dont la qualité est reconnue par une résistance affichée.

La résistance d'une paroi est la somme des résistances des éléments qui la composent. Voici une estimation de la résistance thermique de quelques parois:

mur en briques creuses de 20cm crépi et placo intérieur: 0,6 m²K/W , doublé de 10 cm de laine de roche ou verre, toujours crépi et placo: 3,1 m²K/W

ourdi sur vide sanitaire carrelé 0,5 m²K/W, avec 5cm de laine de roche: 1,75 m²K/W (minorez l'ecart de température interieur/extérieur de15°)

plafond lambri et plancher sous grenier : 1,14m²K/W , avec 20cm de laine de verre posée dessus: 6,14m²K/W (minorez l'ecart de T de 10°)

fenêtre bois non isolée: 0,2m²K/W ,isolée 0,33m²K/W (NB: la présence d'un volet bois traditionnel améliore ces chiffres, d'environs 0,2)

porte extérieure non isolée 0,25m²K/W , isolée 0,3m²K/W

Si vous avez envie de faire votre calcul dans le détail je vous conseille un livre intitulé "Guide du constructeur en bâtiment" par R. Adrait et D Sommier aux édition Hachette technique que vous trouvez dans les librairies scolaires techniques. Sans vouloir faire de pub, ce livre est intéressant pour celui qui veut construire, la rubrique chauffage donne les températures extérieures de référence en france et celle sur l'isolation permet un calcul détaillé du chauffage. Si vous l'utilisez pour faire vos calculs vous comprendrez qu'il est plus intéressant d'isoler les murs par l'exterieur pour supprimer les ponts thermiques et augmenter l'inertie du bâtiment et qu'il vaut mieux poser l'isolation au sol dans un grenier inhabité pour limiter les pertes par le plafond.

L'inertie du bâtiment est sa capacité à stocker la chaleur, principe utilisé par le plancher solaire direct (plancher béton très épais stockant la chaleur, dans lequel est noyé le le tube en polyéthylène réticulé), elle permet de faire face aux chutes nocturnes des températures et surtout dans l'optique d'un chauffage solaire, de stocker la chaleur produite le jour pour la diffuser la nuit.

Dans une maison existante non isolée, si vous changiez portes et fenêtres par des menuiseries isolées et que vous placiez 20 ou 30 cm de laine de roche dans le grenier, de préférence au plus près de l'habitation, c' est à dire sur le plancher, vous auriez , je pense, enrayé au moins 60% des déperdition dues à l'absence d'isolation.

Détail important: ne laissez pas de pont thermique en plaçant l'isolation entre les poutre, le bois a beau être isolant, il l'est beaucoup moins que la laine de roche, donc en l'absence de plancher dans le grenier déroulez l'isolant perpendiculairement aux chevrons pour bien tout couvrir.

On a souvent tendance à négliger l'isolation dans l'ancien pour des raisons de coût ou de réduction de l'espace intérieur par l'isolation, mais je vous garantie que ces travaux s'amortissent en très peu de temps, j'ai amorti l'isolation de mon plafond et le doublage de mes fenêtres en moins d'un an. Il faut dire que je l'ai réalisé moi-même.

Le soin apporté à l'isolation dans une maison est la meilleure garantie de tendre ou d'arriver à l'autonomie en chauffage, une maison n'est jamais trop isolée, il ne me viendrait pas à l'idée de vouloir remplir un seau qui fuit comme un panier, pourtant, c'est ce que je fais, comme bien d'autres, pour le chauffage de ma maison, comme quoi la logique peut être différente suivant le contexte.

Quelques idées concernant l'isolation et les économies: Si vous installez une baignoire, comblez les vides qui existent dessous par de l'isolant, cela empêchera votre eau de bain de se refroidir trop vite, améliorant votre confort, et permettant une économie du fait que vous ferez couler un bain moins chaud au départ puisqu'il se refroidit moins. En règle générale la chaleur d'origine électrique est la plus chère du marché, économisez la en doublant par l'extérieur l'isolation de votre cumulus ou en la remplaçant par une isolation plus épaisse et plus isolante, pensez à bien isoler les tuyaux. Si le chauffage de votre eau n'est pas électrique, de préférence solaire, alimentez votre lave-vaisselle et votre lave linge en eau chaude, allez jusqu'à mettre de l'eau déjà chaude dans votre cafetière électrique (pas trop quand même), il n'y a pas de petites économies.

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Potentiel solaire de votre site

Un certain nombre de sites publient des cartes du potentiel solaire:

-Pour la france et les pays limitrophes,http://www.outilssolaires.com/infos/index-actualites.htm publie trois cartes du rayonnement incident exprimé en kwh par jour sur une surface inclinée par rapport à l'horizontale de la latitude du lieu, il y a une carte sur l'année, une sur juillet et la plus intéressante sur décembre, période la plus critique et la plus représentative de la période de chauffage. Ces chiffres sont à minorer en les multipliant par le rendement pour connaitre votre potentiel. Une carte plus générale de l'europe donne des valeurs annuelles rendement déduit (attention, ce n'est pas du tout représentatif de la période de chauffage)

Certains pensent que si on n'habite pas une région ensoleillée, le solaire est beaucoup moins rentable, c'est en partie vrai pour le chauffe-eau solaire encore que si vous fabriquez vous même votre installation, celle-ci s'amortit très rapidement dans tous les cas. Par contre c'est faux dans le cas d'un chauffage. Prenons le cas d'une maison située à Toulouse, région que je connais et qui n'est pas encore la mieux ensoleillée: dans une maison bien isolée, on chauffe réellement du 1er décembre à début mars soit guère plus de 3 mois, ceux qui habitent dans des régions moins favorisées savent qu'ils chauffent beaucoup plus longtemps avec des températures souvent plus basses, il est aisé de comprendre qu'une surface de capteurs de 40 m² utile 6 mois par an s'amortira de la même manière dans ces régions que 20 m² utile 3 mois par an à Toulouse ( je rappelle pour ceux qui n'ont pas vu les cartes que le rayonnement est deux fois plus élevé en janvier à toulouse qu'à paris, par exemple et en juillet le rapport est de 6,1/5, ce qui, en été, rapproche les performance des chauffe-eau solaires de ces deux régions).

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Inclinaison et orientation du capteur

Dans le cas d'un système de chauffage de locaux ou d'eau sanitaire, les collecteurs seront idéalement inclinés par rapport à l'horizontale de la latitude du lieu +10°, même dans le cas d'une installation d'eau chaude solaire. Sauf en cas d'utilisation exclusivement en été restez dans une fourchette de plus ou moins 30° par rapport à cette position, sachez que le rendement d'un capteur incliné de la latitude -30° perd la moitié de son rendement en janvier. Le rayonnement incident est beaucoup plus important l'été et le besoin en calories est plus important l'hiver ne serait-ce que par la baisse de température de l'eau du réseau de distribution et par l'augmentation des pertes caloriques dans le circuit, surtout dans les panneaux.Ceci est bien sûr à moduler par chacun en fonction de son architecture, si vous réalisez une maison laide qui ressemble à un toit d'usine pour intégrer les panneaux, votre femme risque de vous en parler longtemps, très longtemps...... Au fait j'avais bien dit que j'énoncerais des vérités de La palice: il faut que vos panneaux soient orientés au sud, ou plutôt à moins de 30° degrés de l'axe plein sud si vous êtes orienté sud ouest, 20° si vous êtes sud est ( le rendement est meilleur l'après midi en l'absence des brumes matinales et avec une température extérieure plus élevée qui réduit les pertes infrarouges), et si vous faite réaliser votre installation par un pro, la rentabilité vous impose plutôt 10° maxi. Bien évidemment méfiez-vous de l'ombre des bâtiments voisins en hiver. Les données précédentes sont quand même à moduler, si vous cumulez 20° est avec une inclinaison latitude - 30° votre installation ne fera pas grand chose l'hiver.

Pour vous rendre compte de l'effet de l' angle d'incidence j'ai reproduit ici un tableau des produits verriers Boussois de 1984 ( sauf erreur de ma part ces données sont publiables). Ces verres sont préconisés pour les capteurs plans, le produit selectrans est un verre rendu peu émissif par dépôt sur une face d'un revêtement et adapté au température élevées comme pour la production d'eau chaude sanitaire, vous contaterez la chute brutale de transmission et donc de rendement au-delà de 60° d'incidence, pensez que le vitrage capte l'energie incidente normale(à 0°)*cos a*rendement, par exemple si l'énergie solaire est de 500W/ sur une surface perpendiculaire au rayon, le sécurit 4 mm à 60° transmet 500 * cos60 * r = 187,5w/ soit 37,5%, l'impact de la réflexion est faible par rapport à la réduction de la surface de captation dans un plan perpendiculaire au rayonnement ( une réflexion nulle aurait donné 50%de transmission)

Produit r .% transmission énergétique en .fonction de l'angle d'incidence a
type épaisseur mm 15° 30° 45° 60° 75°
               
sécurit clair 3 86 86 86 84 77 54
sécurit clair 4 85 84,5 84 82 75 52,5
sécurit clair 5 83 83 82,5 80 73,5 51
sécurit clair 6 81,5 81 81 78,5 72 50
durlux 6 81 81 79 76 65 -
durlux 8 78 78 76 73 62 -
durlux 10 75 75 73 69 57 -
verre cathédrale 4 84 84 83 81 72 -
sélectran 4 74 73 71 68 60 -

à noter que la transmission énergétique n'est pas la transmission lumineuse, elle est en général plus faible.

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Le mur Trombe

Quoi que le principe en soit génial, le mur trombe est facile à décrire et à mettre en oeuvre. Un mur exposé au sud est peint en noir, un double-vitrage est fixé sur des supports à 5 ou 10 cm du mur, des trous d'aération sont percés dans le mur en bas et en haut. Par convection naturelle l'air est aspiré dans la maison par le bas puis s'echauffe et est refoulé dans les aérations du haut. Il faut simplement prévoir pour l'été une fermeture des aérations voire une évacuation vers l'extérieur et une isolation du mur à l'intérieur de la maison car le mur va stocker la chaleur et la restituer dedans. L'inertie du mur est importante pour le stockage de la chaleur et sa restitution de nuit, les fabricants de briques commercialisent des briques épaisses intéressantes pour cette application malgrès leur coût. Vous pouvez améliorer le système en mettant sur l'entrée d'air froid un clapet très léger et bien équilibré empêchant l'air froid de redescendre en fin de nuit. Sachez que le rendement, optimal de novembre à mai, chute de moitié en juin.

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Construction du panneau solaire:

Les panneaux solaires sont l' élément clef de votre installation, pour beaucoup d'entre vous, leur implantation et les moyens que vous allez mettre en oeuvre pour leur réalisation seront un obstacle à leur remplacement si vous les jugez plus tard déficients, aussi rendez les aussi performants que possible et si vous manquez de moyens, réduisez plutôt la surface implantée en gardant la possibilité de mettre des surfaces supplémentaires plus tard en aval des premiers.

-captation du rayonnement:

L'élément de base est la surface captante qui doit absorber le rayonnement solaire.

De nos jours les fabricants utilisent un revêtement en "black chrome" réalisé par électrolyse, il s'agit d'oxyde de chrome déposé sur une sous-couche de nickel, le tout formant une couche extrêmement fine sur un support métallique comme le cuivre ou l'aluminium. Cette surface est dite sélective chaude car elle absorbe le rayonnement solaire en émettant très peu d'infrarouges. Elle est très performante mais perd quand même de la chaleur par conduction et convection de l'air, de ce fait on l'associe à un vitrage. Tout ceci n'est cité qu'à titre d'information, je n'ai pas trouvé d'atelier acceptant de réaliser cette électrolyse, les rares ateliers capables de faire ce revêtement sur de grandes tôles le font exclusivement pour les constructeurs de panneaux.

Une autre surface sélective plus accessible que le black chrome, plus coûteuse que la surface peinte mais intéressante pour son rendement par le fait que l'architecture de notre maison limite la surface de captation et par le fait qu'elle n'a pas besoin forcément d'un vitrage en climat doux: C'est l' acier inox légèrement oxydé. L' acier inox a une émissivité de 0,45 fois celle du corps noir mais ne capte pas le rayonnement sans oxydation. On obtient cette oxydation avec un inox "bas de gamme", l' inox 410 (X12Cr13 ou Z10 C13 ou LAF4016 2R) que l'on porte à 550- 600°C au four ou au chalumeau. Une fois portée à la température, la tôle est laissée à l'air libre, ce qui l'oxyde. Evidemment il faudra ensuite poncer le dos de la tôle pour pouvoir y souder le tube de circulation ( on ne peut pas souder le tube avant car la soudure fondrait à cette température) , ou pour faciliter l'échange avec le fluide caloporteur, quel qu'il soit. Les ateliers de traitement thermique capables de chauffer des tôles de un mètre sur deux sont assez courants, cependant mefiez-vous des forfaits minimum de facturation. Prenez une tôle d' 1 mm d'épaisseur pour éviter sa déformation pendant le traitement, et obtenir ensuite une bonne transmission thermique (l'inox est beaucoup moins conducteur que l'alu, par exemple), plus épais devient trop cher. Un dernier point si vous voulez en fabriquer, avant le traitement poncez la tôle avec une toile à gros grain pour favoriser les réflexions multiples, le rendement sera amélioré, surtout sous faible incidence.

La surface la plus facile à réaliser est la surface peinte en noir,qui, au niveau de ses performances est un "corps noir" c'est à dire qu'elle absorbe le rayonnement en émettant beaucoup d'infrarouges, ce qui réduit sa performance, on l'associe à un ou deux vitrages qui donnent à l'ensemble son caractère sélectif en bloquant les infrarouges émis. La peinture idéale est la peinture ayant un très fort pouvoir couvrant en une seule couche, la plus fine possible pour ne pas réagir en isolant entre sa propre surface et le support, elle aura donc une température de surface moins élevée, le rayonnement infrarouge augmentant avec la température, une encre ne peut pas remplir ces fonction elle ne sèche pas sur une suface métallique par contre elle est uitilisable sur du bois. Renseignement pris la peinture miracle est difficile à trouver mais je ne désespère pas, des amis du club m'on donné les marques de peinture qu'ils ont utilisées, je vous rendrais compte.

je vais faire des tests sur différents revêtements qu je publierais plus tard

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-vitrage

Le choix du vitrage est assez difficile, on voit de tout monté sur les panneaux depuis le bon vieux verre jusqu' à l'acrylique dont la face a des pointes diamant pour favoriser les réfexions multiples le prix doit être un élément déterminant, c'est l' élément le plus cher de votre panneau.Je suis pour ma part partisan du verre pour son prix comparé aux autres produits, sa longévité, et son moindre impact écologique. Il ne faut cependant pas oublier que le travail et surtout la manipulation du verre est dangereux voir là- dessus: http://www.cyberbricoleur.com/Dossiers/forum/index.php3?r=fiches&cat=t&fiche=coupeverre

matériau transmission lumineuse dans le visible en % transm énergétique réflexion lumineuse réflexion énergétique coef K en W/m²°C
PMM acrylique 91 à 93        
polycarbonate 82 à 89        
PRV (renforcé de fibres utilisé ondulé en indust et agricole 76 à 85        
PVC 76 à 89        
plaque de verre calcicosodique ou glace claire en 4mm ( le plus commun) 90 85 8 7 5,7

Saint Gobain a un site où sont données les propriétés de ses verres http://www.saint-gobain-glass.com/, regardez plus particulièrement le planilux( le moins cher à mon avis), le diamant et le planitherm solar (adapté à mon avis à des températures élevées comme son prix), allez faire un tour pour ces produits dans les performances spectrophotométriques, pour la légende j'ai pas trouvé alors je vous détaille : Tl transmission lumineuse RlE réflexion lumineuse extérieure RlI réflexion lumineuse intérieur TUV tranmissionUV puis vient la transmission énergétique avec ses réflexions et son absorption.Ceci n'est surtout pas une incitation à acheter ces produits, des concurents doivent certainement faire moins cher, à vérifier.

La particularité de tous les plastiques ( enfin disons plutôt thermoplastiques ou thermodurcissables ou tout ce que vous voulez pour être puristes) est que ce sont des produits qui essaient d'imiter le verre sauf dans un domaine celui de la solidité. de fait les plastiques ont malheureusement tendance à se modifier et à jaunir sous l'effet des Ultra-Violets, un acrylique non traité perd 10% de sa tranparence au bout de 8 à 9000 heures d'exposition, on applique des traitements de surface pour empêcher la pénétration des UV, ce qui ne nous gêne pas dans notre application, les UV etant peu porteurs d'énergie, le problème est plutôt que ces produits traités deviennent chers. Le verre, quant à lui, n'a qu'un défaut, sa fragilité, on le trempe (ce qu'il est difficile pour nous de réaliser) pour qu'il se brise en petits morceaux peu dangereux ou on colle deux feuilles de verre avec une résine qui va tenir l'ensemble même cassé. Je me trompe peut être mais cette opération me semble à notre portée, même si l'opération doit presque être faite en salle blanche exempte de poussières et par des personnes équipées comme des chirurgiens. Le seul problème majeur est de trouver la résine qui permettra l'opération, celle-ci doit avoir des propriétés optiques de transparence exeptionnelles et exempte de bulles d'air, quelqu'un a-t-il une idée sur ce produit miracle? Vous comprenez comme moi, je pense, l'enjeu: avoir un verre utilisable sur nos panneaux au prix de 2 feuilles de verre ordinaire de 3mm. Je vais pour ma part explorer la voie des résines de vitrification de parquet.

-isolation

Je vous ai donné plus haut les résistances des divers isolants mais n'utilisez que de la laine de verre ou de roche, les polystyrènes et autres plastiques ne résisteront pas à la température l'été , le polyurethane fond entre 80 et 100°C. Le film alu sur la laine est bien mais ne doit pas être au contact de la tôle (2cm mini d'espace) vous pouvez faire l'impasse sur l'isolant des côtés sur les capteurs en cadre bois posés bord à bord et n'isoler que le bord des panneaux d'extrémité, la perte de rendement me semble faible en rapport de l'économie de travail.Sur un panneau de 1m X 2m dont le cadre fait 15mm d'epaisseur pour 5cm entre la tôle et le verre, la déperdition par panneau est de 15 W. Un ensemble de panneaux faits ainsi avec 10cm d'isolant a moins de déperdition que isolés de partout en 5 cm Si le raccordement des tubes vous oblige à écarter les cadres mettez de la laine de roche entre avant de poser un couvre-joint. En parlant de couvre joint et donc d'étanchéite ce sera une évidence de dire que l'eau ne doit pas entrer dans les chassis, l'isolant imbibé isole moins bien, vous vous en doutez, mais des chassis étanches sont difficiles à réaliser, si on fait un cadre en bois avec une rainure tout le tour pour fixer la vitre, l'eau de pluie va stagner en bas de la vitre et faire pourrir le bois ou pénétrer si on a utilisé un joint, une solution consiste a faire déborder la vitre en bas du cadre pour aller recouvrir le panneau qui est au-dessous, le seul problème est que vous devrez assembler les raccords de toute une rangée verticale à 10 ou 20 cm de leur emplacement définitif en mettant des cales pour les maintenir écartés entre eux avant de les amener près de la rangée précédente et les fixer sur leur support. Une autre solution esthétique pour régler les problèmes d'étanchéité est de coller les vitres au mastic à joint sur les cadres une fois ceux-ci fixés, il existe du joint profilé pour étancher deux vitres bord à bord et chaque vitre débordera sur la vitre en dessous, la manutention est difficile mais faisable, pensez aux ventouses le seul souci est si vous cassez ensuite un carreau au milieu, vous pourrez toujours le changer en le faisant coulisser de bas en haut dans les joints après avoir encollé les cotés et le haut du cadre mais vous allez vous amuser...( prenez une vitre légèrement plus haute que les autres et faites arondir les angles du haut) Une dernière recommandation: testez votre installation à la pression de service au fur et à mesure du montage ou mieux à deux fois cette pression si vous avez une pompe d'épreuve, toute l'installation étant pleine d'eau, l'air comprimé pouvant se détendre à la manière d'une explosion en cas de rupture d'un raccord et s'il vous prend l' idée de le faire avec un de ces petits compresseurs maintenant très courants, tenez vous loin, très loin...

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-transmission de la chaleur au fluide:

Dans tous les cas, la chaleur captée par la surface captante doit être transmise au fluide le plus rapidement et avec le plus d'efficacité possible pour avoir une température de celle-ci la plus basse possible, le rayonnement infrarouge (et donc les pertes) augmente avec la température.

Je vais commencer par le cas apparemment le plus simple même s'il ne l'est pas: la transmission à l'air.

Ne m'étant pas tellement intéressé au sujet je ne me suis pas penché sur les calculs de transmission de la chaleur à l'air, par conduction ou convection je me contenterais de vous signaler que les fabricants de radiateurs ne réalisent pas de simples tôles épaisses où passerait l'eau ni de formes cubiques creuses. Ils cherchent à augmenter la surface de radiation en contact avec l'air soit par des tubes séparés pour les radiateurs fonte soit par des ailettes pour les radiateurs acier. Je vous invite donc à chercher à augmenter la surface d'échange entre le capteur et l'air en fixant sur le capteur des cornières ou des u en tôle pour former un réseau d'ailettes parallèles. Autre point à ne pas oublier; la dilatation.Un de nos amis nous a décrit un système exemplaire réalisé avec des tôles alu de couverture industrielle et du polycarbonate alvéolé pour les toits de vérandas, il a eu la bonne idée de réaliser les supports du polycarbonate en alu, qui ont le même coefficient de dilatation que les tôles. Si vous fixez vos tôles alu de 5m ou plus sur des supports en bois les tôles peuvent se gondoler. Entre 0 et 60°C l'alu s'allonge de 1.5mm par mètre, le verre 2.5 fois moins, et le bois sec presque pas. Le débit d'air doit approcher 50m³ par m² de capteur

transmission à l'eau par des tubes fixés sous le capteur

Pour le choix du diamètre du tube cuivre ecroui ( en barres et non en couronnes) renseignez vous sur les prix, il existe un diamètre autours de 6 à 8 mm qui est le moins cher, prenez celui-là. Les tubes parallèles sont raccordés à chaque extrémité sur un tube collecteur diamètre 12/14 ou 14/16 préalablement percé comme une flûte,l' ensemble sera ensuite posé sur la tôle et les tubes soudés dans la longueur de la tôle, les entrées et sorties du fluide se feront à 2 angles opposés pour éviter que le fluide ne circule que dans une partie du panneau. Le débit d'eau doit être de 40 l / h par m² de capteur.

le but de ce qui suit est de vous aider à définir l'écartement des tubes cuivre en fonction de la tôle, l'idéal étant d'avoir des tubes les plus écartés possibles ( le tube coûte cher et il faut le souder) sans trop nuire à la performance du capteur.

De la même manière que nous avons vu qu'une paroi transmet la chaleur en fonction de sa résistance le matériau dont est composé le panneau possède une résistance thermique que l'on appelle R exprimée par m² de surface ou son inverse que l'on appelle conductivté thermique, exprimée elle en W/mK, dans le cas d'une tôle transmettant d'un point à un autre dans sa section (cas d'une tôle chauffée à une extrémite et transmettant à l'autre) , la surface est la section concernée, l'épaisseur est la distance à plat sur la tôle entre la partie chaude et la partie froide.Les forts en maths auront compris que dans le cas d'un panneau uniformément chauffé avec une captation faite sur une ligne par un tuyau soudé, on arrive à un calcul très complexe ( genre "(somme de 1 à n)*P/n......"), aussi je vais prendre quelques raccourcis de calcul:

Voici tout d'abord la résistance pour 100mm d'epaisseur et la conductivité de quelques matériaux pouvant constituer le capteur:

  R en m²K/W conductivité en W/mK conductibilité en kcal/m².h.°C    
cuivre 0,00026 380 333    
aluminium 0,00043 230 174    
laiton 0.0009 110 83,5    
acier ou inox 0,0019 52 40    
           
           

nous supposerons que le cuivre et la brasure ont une résistance négligeable, et que pour transmettre ses calories à l'eau, le tube cuivre a une température supérieure de 5°C à l'eau (supposée à température uniforme) qu'il contient, les tubes sont placés parallèlement et écartés de 20cm , le panneau et les tubes ont une longueur de 2 m, la chaleur générée à égale distance des deux tubes doit donc traverser 10 cm de tôle, ce sera la ligne la plus chaude, chaque tube capte la chaleur des deux bandes de 10cm de part et d'autre, pour notre calcul nous supposerons que la chaleur est concentrée à la moitié c'est à dire à 5cm ,ma tôle en acier fait une épaisseur de1 mm

T est ma difference extrème de température aux différents points de la tôle

Ma section S ou surface d'echange est de 2m X 1 mm soit 2*0,001=0,002m²

mon épaisseur E est de 5cm soit 0,05m ( dans ce calcul c'est la largeur de la tôle)

D' après http://www.ac-nantes.fr/peda/disc/svt/raysol/simulmesure.htm l'énergie captée diminuée du rendement (30 %) le 1 janvier à midi au soleil quelque part au milieu de la france dans de bonnes conditions est de 0,3*578W/=173W/soit pour ma bande de 10 cm par 2 m (0,2m²) P=173*0,2=35 W

T = P*E/C*S=35*0,05 /52*0.002 = 17°

Si il fait 0° dehors, et que j'ai réglé mon débit de pompe pour avoir une eau à 30° à la sortie des capteurs, j'ai une différence de température maximale de ma tôle par rapport à l'extérieur de 30+17+5=52°

Cet écart de température entraîne des rendements faibles, encore que tout soit relatif, le rendement du moteur diésel, inventé et perfectionné depuis des lustres, n'est que de 40%. J'ai volontairement pris un des jours les plus défavorisés en matière de rayonnement incident, pour la simple raison que c'est la période la plus critique, le restant de l'année le rayonnement est plus fort, et même diminué par un rendement plus faible l'apport calorique est plus important.

Vous aurez compris, je pense, l'interêt du vitrage ou bien du système de circulation d'eau prise en sandwich entre deux tôles pour ceux qui savent les braser, là l'épaisseur à prendre en compte est celle de la tôle, ou bien de l'utilisation de l'aluminium ou du cuivre pour leur conductivité thermique, même si leur surface est peinte, je ne connais pas de procédé chimique facile pour noicir ces matériaux, peut-être quelqu'un a-t-il une idée?

J'en viens donc au système des deux tôles en sandwich entre lesquelles passe l'eau, je ne vais pas m'étendre sur le sujet, le connaissant peu, j'imagine qu'une tôle suffisament fine (0,2 à 0,3mm) peut être emboutie pour laisser un passage d'à peu près 1 mm à l'eau en faisant de loin en loin une nervure transversale qui maintient l'écartement et oblige l'eau à parcourir un serpentin, les bords seront formés aussi par emboutissage pour avoir une étroite bande qui puisse être brasée sur la tôle réceptrice, les matrices d'emboutissage doivent pouvoir être réalisées en contre plaqué ou en tôle de 2mm fixé sur des plaques rigides et les nervures seront réalisées une par une, faites un nombre de nervures pair pour des questions de retrait à l'emboutissage, bien évidemment, ne cherchez pas à faire des angles trop vifs au bord des nervures mais plutôt des pentes douces ( faites une matrice mâle de 1 cm de large et la femelle de 3cm). Le plus dur reste à faire: il faut former la tôle pour souder entre les deux tôles aux extrémités du serpentin formé deux morceaux de tube légèrement aplatis pour faire les entrées et sorties d'eau. Pensez qu'avec un tel capteur vous allez mal maitriser la vidange du système donc utilisez un antigel, les sociétés vendant des produits chimiques ont un antigel, le monoéthylène glycol, qui mélangé à 50% avec de l'eau protège à -30°C.

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Régulation

Les seul systèmes qui n' ont pas besoin d'une régulation sont le capteur à circulation d'eau dont le réservoir de stockage est situé au minimum à 30 cm au-dessus de lui et le mur trombe ou tout autre système qui profite de la convection de l'air pour transmettre sa chaleur. Le système le plus simple est un capteur de température dans les capteurs solaires ou à leur sortie qui commande la pompe ou le ventilateur.Je laisse à d'autres le soin de décrire des systèmes plus élaborés, Michel nous en a décrit un très interessant.

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Stockage

Stockage d'eau chaude sanitaire

Volume de stockage: 100 l mini par m² de capteur

Sauf erreur de ma part il semblerait que le réchauffage d'un ballon d'eau chaude par un serpentin d' eau+antigel passant dedans soit interdit. De plus la fabrication d'un ballon avec un serpentin dedans est difficile voire impossible sans le matériel adéquat, quant à le faire faire sera coûteux. Il vous reste la possibilité assez simple de prendre un ballon standard du commerce, peut-être le ballon que vous avez en place chez vous: Vous enlevez l'isolation du ballon pour enrouler autours en spires sérrées un tube cuivre recuit. Sachez cependant que ce mode de réchauffage de votre eau n'est pas très performant au niveau de l'échange thermique, aussi il faut faire un grand nombre de spires ( 10 m de tube par m² se capteur) et qu' elles soient bien sérrées et en contact avec la cuve. Si votre cuve est placée verticalement, ce qui est idéal pour économiser l'énergie de par la stratification des couches d'eau de differentes températures, commencez l'enroulement en haut de la cuve, et faites circuler l'eau de haut en bas. Vous ne pourrez pas remettre l'isolation et les carters d'origine, achetez une laine de roche bien plus épaisse, 200 mm au minimum, mettez le pare-vapeur à l'interieur. Le cuivre coutant tout de même assez cher vous ne pourrez pas faire cela avec plusieurs ballons, utilisez ce premier ballon comme échangeur en plaçant d'autres ballons en série entre eux mais en parallèle sur le premier et plus hauts que le premier pour que l'eau chaude monte. Vous n'y couperez pas d'un système de régulation et d'une electrovanne ( le système de Michel s'adapte très bien) qui ferme la sortie du ballon échangeur si sa température est plus basse que la sortie du ballon aval supérieur( vous pouver aussi mettre une vanne manuelle à fermer si l' eau vient à être froide au robinet et à ouvrir quand vous partez), qui lui sera doté du système d'appoint de chauffage. C'est un peu compliqué mais dessinez l'installation sur un papier et vous comprendrez, vous êtes obligés à moment donné de fermer le ballon échangeur pour ne pas en tirer de l'eau froide.

Si vos capteurs sont faits en tubes pouvant supporter la pression du réseau, vous pouvez brancher la sortie des capteurs en aval du ou des ballons d'eau chaude montés en série et récupérer l'eau froide en amont, coté alimentation du réseau. Il existe chez les fabricants de ballons d'eau chaude un volume (200 à 300l en principe) qui présente le meilleur rapport volume/prix, prenez celui-là, quitte à en monter plusieurs pour augmenter votre stockage.Si vos ballons ne sont pas tous placés au moins à 30 cm au-dessus des capteurs il faut une pompe de circulation régulée, là encore le circuit de Michel est parfait. Les pompes destinées au chauffage conviennent mais ont un faible rendement et consomment de l'électricité, à proscrire si vous êtes alimenté par du photovoltaique, les pompes d'un meilleur rendement sont chères, à vous de choisir.

Le stockage d'eau chaude s'adapte aussi pour le chauffage, il etait largement préconisé il y a 20 ans, mais si 20 m² de capteurs se logent "facilement" sur un toit, les 2000 litres de stockage associés sont un peu encombrants, on leurs préfère maintenant d'autres techniques, en premier lieu, associé au chauffage par le sol à basse température, un nouveau concept est apparu, très simple, le plancher solaire direct, qui consiste, après mise en place du tube en polyéthylène réticulé sur un isolant, à couler dessus un dalle très épaisse qui va stocker et diffuser plus tard la chaleur générée par les capteurs. Ce système, peu onéreux, se développe dans la vallée du rhone, il vous coûtera 20 m³ de béton ( 3 toupies) et une rangée de briques ou parpaings supplémentaire pour 20cm dans une maison de 100m² (capacité calorifique environs 690Wh / m³ °C, estimée identique au calcaire, soit pour 20m³ avec un delta T de 10°C :140 kWh, vous avez de quoi voir venir). Le système n'a pas été pensé pour le chauffage à air pulsé, mais les romains, bien avant nous,se chauffaient par le sol et notre technique du hérisson pour la réalisation de dalles dans les maisons ressemble étrangement au stockage en lit de roche, alors à vous d'être inventifs!!

Je vais insister un peu sur le chauffage par le sol pour la simple raison que c'est aujourd'hui le système de chauffage qui procure le plus de confort et de bien-être, pour preuve: il se fait même en électrique. La mise en place des tubes répond à des règles précises quant à leur pose et à leur écartement en fonction des pièces concernées, ils sont plus sérrés devant les ouvertures et dans la salle de bains, un isolant adapté possédant des plots pour maintenir le tube est commercialisé mais il est très cher, préférez lui un treillis soudé (posé sur l'isolation) sur lequel vous fixerez les tubes en prenant la précaution de protéger ceux-ci en intercalant un feutre géotextile (bidim) que vous percerez pour fixer le tube avec des colliers adaptés. Les tubes doivent être bien noyés dans le béton qui sera coulé, celui-ci est additivé, c'est très important, en l'absence d'additifs le béton se comporte en isolant, les produits nécéssaires se trouvent dans le commerce, peut-être pouvez-vous commander une toupie de béton adapté, renseignez-vous. Un dernier point: la chape doit être isolée des murs sauf à avoir une isolation par l'extérieur.

Stockage en lit de roches

Peu à en dire si ce n'est qu'il est très bien adapté au chauffage par air, que vous devez prévoir au minimum 200 kg par m² de capteur, la capacité calorifique est de 0.22 cal/g°C soit 256Wh/Tonne°C, prenez des blocs de 5 à 10 cm assez homogènes laissant un vide de 40%, des petits cailloux fermeront la circulation de l'air et de gros blocs auront de la difficuté à échanger la chaleur. Un emplacement intéressant pour ce stockage est, comme je le disais précédemment, sous la maison, vous prévoyez autours de 40cm entre le sol et votre dalle finie, vous posez un bidim puis un isolant peu sensible à l'humidité, vous remplissez de blocs et les laissez se stabiliser avant de mettre un film polyane et de couler votre chape. Le problème majeur est l'humidité qui remonte du sol, vous ne devez pas la bloquer par un polyane au sol, elle se concentrerait dans les murs.

Stockage par matériaux à changement de phase

C'est quoi ça? En fait rien de bien compliqué dans le principe: si vous mettez 2 centilitres d'eau à 1°C dans un verre de 20 centilitres à 20°C, le mélange va s'équilibrer à la température de (1*2+20*20)/22 =18,27°C, normal, par contre si les 2 centilitres ont la forme d'un glaçon à 0°, bien que sa température soit très proche, la température finale va s'équilibrer à moins de 10°C car le glaçon absorbe beaucoup d'énergie pour fondre, il change de phase. Il en est de même avec d'autres produits par exemple la parafine des bougies, une bougie plongée dans de la parafine en fusion ( à plus de 52°C) flottera longtemps avant de fondre compètement, il lui faut le temps d'absorber l'énergie nécessaire au changement de phase. Suivant les produits, le changement de phase solide-liquide se produit à des température très différentes en absorbant une énergie variable, la parafine n'a pas besoin de beaucoup d'énergie mais par exemple le chlorure de calcium (utilisé comme sel sur les routes) hydraté avec 6 molécules d'eau en absorbe beaucoup en fondant à 30°C et en restituera beaucoup en se solidifiant à la même température, bien évidemment ces produits à changement de phase ont besoin d'un stockage en cuve étanche comme l'eau, à ceci près qu'ils demandent beaucoup moins de volume pour stocker la même quantité d'énergie et qu'on doit prévoir une variation de leur volume ( l'eau se dilate en gelant, les autres produits peuvent faire pareil ou l'inverse). Les renseignements sur ces produits étant difficiles à trouver, j'ai reporté en fin de page ce que j'ai trouvé sur les produits qui fondent entre 0 et 100°C.

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Méthode pour réaliser le vide

Si vous avez regardé un peu ce qui se propose sur le marché des capteurs solaires vous avez dû constater que les capteurs les plus performants sont réalisés en tube verre sous vide d'air. Notre problème, à nous commun des mortels est que au-delà de la qualité de fabrication nécessaire pour l'étanchéité du tube verre, nous n'avons pas de pompe à vide ce qui n'est malgré tout pas un obstacle, voici un moyen de le réaliser:

Vous avez déjà dû observer un baromètre à mercure, c'est un tube fermé à une extrémité que l'on remplit de mercure avant de le retourner dans un flacon plein lui aussi de mercure, il faut savoir que le mercure s'écoule laissant un vide dans la partie supérieure du tube au-dessus de 780mm environs, j'ai bien dit un vide absolu, 780mm est la colonne de mercure équivalente à la pression atmosphérique, la colonne d'eau équivalente est de 10,33m, vu sa densité le trichloréthylène a une colonne de 7 m, le perchloréthylène de 6,2m. Vous pouvez vous amuser en fixant une bouteille d'eau minérale au bout d'un tuyau, vous remplissez le tout d'eau puis vous descendez l'extrémité libre du tuyau de quelques mètres et vous l'ouvrez dans un seau pour éviter que l'air ne remonte, le tuyau va se vider partiellement et le bouteille s'écraser.

Je vais décrire l'opération avec de l'eau:

Votre tube verre sera muni d'une vanne placée vers le bas (vanne 1), en sortie de cette vanne on place un té orienté vers le haut sur lequel on fixe une vanne ( vanne 2) et un très gros entonnoir,le tout est assemblé de manière étanche pour que l'entonnoir puisse être maintenu plein. A l'autre sortie du té on vient fixer un tube ou un tuyau de préférence qui ne s' écrase pas (si il a tendance à s'aplatir et se fermer, passez dedans une cordelette). L'autre extémité du tuyau doit se trouver à une altitude inférieure de 10,50 m au minimum ( j' ai essayé de sucrer ou saler l'eau mais elle n'est guère plus dense, une saumure demande 8,80m), peu importe si c'est à une grande distance pourvu que vous ayez assez de tuyau. A l'extrémité du tuyau vous fixez une troisième vanne (vanne 3) prolongée par un bout de tuyau qui plonge dans un seau. Ceux qui y ont accès peuvent placer un vacuomètre près du té pour vérifier la dépression, vous pouvez aussi intercaler sur le circuit, entre le té et le tuyau une cuve à fonds bombés utilisée sur les circuits de freinage des camions, cette cuve doit avoir ses orifices aux extrémités, au milieu des fonds bombés et sera positionnée verticalement pour se remplir et se vider complètement, et une vanne commandée électriquement en bout du tuyau (vanne 3) vous évitera bien des allers-retours. Dernière recommandation: la vanne 1 doit être vers le bas pour surtout éviter que l'eau entre dans le tube verre, si ce tube est exposé au soleil avec la moindre goutte d' eau dedans, celle ci va se vaporiser et annuler l'effet du vide, voire pousser les bouchons d'extrémité.

Bon tout est prêt on commence: on ferme les vannes 1 et 3 et on remplit tout le tuyau par l'entonnoir, la vanne 2 etant ouverte, quand le niveau devient stable dans l'entonnoir, on ferme la vanne 2 puis on ouvre la vanne 3, le tuyau se vide créant une aspiration en haut, on ouvre la vanne 1 l'aspiration se fait dans le tube verre, on referme la vanne 1 puis la vanne 3 et on ouvre doucement la vanne 2 pour remplir à nouveau le tuyau une fois le tuyau plein on renouvelle l'opération fermeture vanne 2 ouverture vanne 3 puis 1 le vide est parfait lorsque la colonne d'eau reste à 10 m au-dessus du niveau d'eau dans le seau, celà demande de renouveller plusieurs fois l'opération. Si vous manquez de dénivelé allez le faire en montagne ou chez un ami qui habite au 5eme étage minimum.Dernier détail; si vous avez eu la possibilité de récuperer des raccords rapides, pensant les utiliser pour vos branchement, sachez qu'il sont faits pour résister à une pression dans le tuyau, pas à une dépression, et ils vont fuir.

Tout ceci peut sembler puéril mais c'est très efficace, vous pouvez obtenir un vide presque parfait ( moins de 0,05 Bars absolu), je l'ai réalisé avec du mercure.

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Le concentrateur cylindro-parabolique

Le capteur en question, malgrès son nom, n'a rien d'une parabole, c'est simplement un tronçon de cylindre, une tôle roulée ce que bon nombre d'ateliers de chaudronnerie peuvent faire à partir d'une feuille d'inox achetée avec une face polie miroir et protégée par un film plastique. Jusque-là facile, c'est après que ça se complique, il faut lui faire un chassis qui lui conserve sa forme. Sur le papier celà marche très bien: Une tôle de 1 m de large, peu importe sa longueur, roulée sur un rayon de 2 m concentre le rayonnement sur une bande de 10mm de large à peu près à mi distance de son centre (à 978mm de la tôle pour être précis) celà donne une concentration de presque 100 fois, en réalité un rayon réfléchi diverge de 32 minutes d'angle, rayon apparent du soleil, celà ne semble rien mais à près d'un mètre celà fait presque10 mm donc le réflecteur cylindrique parfait ne peut donc atteindre que 50 fois en concentration. Dans la réalisation, la perfection d'un tracé papier étant impossible à réaliser, prenez un tube collecteur de 30mm et prévoyez un réglage de la distance tôle-tube. Celà donne une concentration de 30 fois, ce qui est très performant. Si vous n'êtes pas certain de la qualité de votre réalisation, après avoir réalisé votre concentrateur et avant d'acheter le tube, placez le dans les conditions de service et regardez avec un écran où se concentre le rayon et sa largeur, prenez garde à ne pas vous brûler. Utilisez un tube plus gros pour tenir compte du défaut d'alignement dû aux cellules en fonctionnement.Vous pouvez aussi utiliser des ailettes soudées au tube.

Bien évidemment ce concentrateur est monté sur un axe horizontal perpendiculaire au sud ( coincidant avec l'axe du tube collecteur qui , lui est fixe en rotation) pour s'orienter suivant la hauteur du soleil, il faut donc qu'il soit manoeuvré par un motoréducteur à double sens de rotation, commandé par 3 cellules photo-électriques placées chacune entre deux plaques parallèles fixé au chassis, une dans l'axe idéal de fonctionnement du concentrateur arrête le motoréducteur, les deux autre le faisant tourner dans le sens qui ramène le concentrateur dans l'axe du soleil. Cette position à axe horisontal est celle des champs de capteurs, vous pouvez imaginer vos capteurs avec un axe vertical ou mieux incliné d'un angle égal à la latitude par rapport à l'horizontale ou encore mieux d'inclinaison réglable de 23,5° autour de ce dernier axe.

L'isolation du tube collecteur doit être très performante de par les températures atteintes par celui-ci, l'idéal étant de le placer dans un tube verre sous vide d'air. Les propriétés des surfaces captantes restent les mêmes à ceci près que la transmission de chaleur par convection et conduction ne se font pas dans le vide.

Cet appareil, de par les températures atteintes ne peut pas fonctionner avec de l'eau, sauf à vouloir produire de la vapeur, il faut utiliser de l'huile vendue par les pétroliers sous l'appellation de fluide thermique. Je vous rappelle qu'il est interdit de faire fonctionner une machine à vapeur près d'une habitation et que distiler de l'eau en la chauffant directement dans le tube va très vite encrasser celui-ci. Sauf à avoir un système de circulation naturelle avec un réservoir plus haut que les capteurs (ce qui n'est pas évident), il faudra une pompe de circulation qui accepte des températures de l'ordre de 300 à 400°C.

Pour l'anecdote ou pour ceux qui sont curieux de savoir la forme d'une parabole voici un moyen simple et intuitif pour la dessiner: pour comprendre le mode de réalisation du tracé vous allez d'abord vous exercer sur un ovale tracé à la corde, sur un support quelconque vous plantez deux pointes ou deux piquets espacés d'un mètre , vous attachez une cordelette de 1,4 m entre les deux piquets puis vous prenez un crayon ou un traceur et avec vous tendez la corde qui va faire un angle droit à égale distance des piquet, vous faites glisser le crayon le long de la corde toujours tendue comme si vous vouliez tracer un cercle en bout de corde, vous allez tracer un ovale. Les deux cotés se font séparément en tendant la corde de l'autre coté de l"axe des deux piquets. La méthode est utilisée par les jardiniers pour tracer les massifs, l'ovale varie de forme suivant l'écartement des piquets, depuis un cercle avec les piquets joints jusqu'à un ovale très plat. Maintenant traçons la parabole: tracez au sol une ligne de 5 mètres de long, à une extrémité fixez une règle de 2m de long, perpendiculaire à la ligne, à 1m de l'autre extrémité du trait plantez une pointe à laquelle vous attachez une cordelette de 6m, à l'autre extrémité de la cordelette attachez une pointe ou un autre objet semblable. Il faut être deux, un prend la pointe en bout de corde,posée contre la règle, l'autre prend un crayon qu' il positionne au bout du trait au sol du coté de la pointe plantée, le crayon est coincé dans la corde tendue juste au-dessus du trait au sol,les deux personnes vont se déplacer en même temps, un suivant parfaitement la règle,l'autre traçant au sol en faisant coulisser le crayon contre la corde tendue pour que le brin long reste parfaitement parallèle au trait au sol (tracez plusieurs petits traits au sol à 10, 20,30 40 cm ect du trait au niveau du clou planté et sur la règle pour vérifier pendant le tracé que vous êtes bien parallèles), quand la corde et le trait sont écartés d'1 m vous pouvez vous arrêter, au-delà l'imperfection du tracé et la divergence des rayons rend la parabole inefficace. En fait le brin long représente le rayon incident et le brin entre le crayon et le clou planté, le rayon réfléchi, le clou planté représente donc le point de convergence de la parabole.

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Le capteur sous vide

Du fait de l'efficacité qu'on leur reconnait, il me faut quand même parler des tubes verre sous vide, ne serait-il pas sympa pour celui qui a une clôture au sud de faire cette clôture en capteurs tube empilés ou plutot avec un espace de 5cm entre eux, la surface captante étant elle inclinée de la latitude+10° ? Sur un toit, sauf à avoir une faible pente, les tubes seront disposés verticalement car l'amplitude du mouvement est-ouest du soleil est plus grande que l'amplitude verticale dans l'année. Le tube verre d'épaisseur 1cm ou plus est acheté avec ses faces dressée et chanfreinées( méfiez vous c'est cher, souvent proposé par les fournisseurs en matériel de laboratoire), les bouchons d'extrémité sont relativement simples à réaliser au tour, faites les en inox plutot qu'en alu conducteur de chaleur, le bouchon est épaulé, la partie qui entre dans le tube verre possède une gorge dans laquelle on met un joint torique, ce bouchon est percé au centre d'un alésage dans lequel s'ajuste le tube de circulation du fluide, dans l'alésage on fait une gorge dans laquelle on place un joint torique.Cette explication peut sembler douteuse mais allez voir un tourneur avec les tubes, les joints et ce descriptif en mains en lui précisant que la pression est à l'extérieur, il vous fera un bouchon sans difficulté, fournissez lui aussi un clapet anti retour toutes positons, le plus petit du commerce en double male (12/17 à ma connaissance) ou une simple vanne quart de tour en 8/13 pour qu'il le fixe sur la flasque d'un des deux bouchons,celui-ci servira au branchement de l'aspiration.Je vous laisse le choix du tube mais celui ci doit être bien cylindrique, lisse sans rayures ou traces de toile émeri, bien droit, ne prenez par du roulé-soudé, faites dresser les extrémité au tour( l'extrémité du tube doit être très propre pour ne pas abimer le joint au montage) et tourner une longueur de 10 à 20cm à chaque extrémité. Pensez aussi que le tube peut se dilater de près de 1cm, pensez-y en faisant les ailettes. Exemple de dimensions: bouchon epaisseur 20 mm dont 10 dans le tube verre qui mesure 1500mm , les ailettes mesurent 1470mm maxi,le tube inox mesure1670mm blanchi sur 100mm à chaque extrémité. Protégez les extrémités pendant la soudure des ailettes qui doivent être les plus larges possibles sans toucher le verre. Le rendement sera peut-être amélioré en fixant un film alu ou en peignant l'intérieur du tube verre avec une peinture genre argent réfléchissant les infrarouges du coté opposé au rayonnement incident mais je ne suis malheureusement pas certain que le tube peint ainsi ne se brise par la différence de température entre cette partie protégée et la partie exposée au rayonnement. Je vous passe les détails sur les précautions à prendre pour ne pas en mettre partout mais pensez à enlever la peinture au solvant sur la portée du joint du bouchon. Ne peignez pas l'extérieur du tube, il s'echaufferait de ce coté et se fendrait (j'ai essayé et mon tube a implosé). Une fois les éléments assemblés, le vide maintiendra les bouchons, il ne sera pas possible de les démonter sans démonter au préalable le clapet antiretours, avec un tube de 15cm de diamètre il faudrait exercer une traction de 175 Kg pour extraire le bouchon.Vous pouvez aussi monter le clapet anti-retour à l'interieur du tube verre, sous le bouchon, il ne vous gênera pas pour le montage du tube en batterie mais vous devrez percer le clapet pour le démontage. Les bouchons peuvent aussi être fabriqués en bois massif verni si vous avez un tour, peut-être même qu'une simple rondelle de bois verni ferait d'affaire avec un simple caoutchouc à bocaux du bon diamètre.

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Quelques chiffres pour ceux qui n' aiment pas les chiffres

Le Watt (symbole W) est une unité de puissance qui, appliquée ou absorbée pendant un temps donné engendre ou absorbe une énergie ou travail ou quantité de chaleur exprimé en Watts-heures, l'autre unité de puissance connue est le cheval : 1 cheval-vapeur=735W ,L' énergie se décline en plusieurs unités: le watt-heure, la calorie, le Joule

1 Wh = 860 calories

1 calorie élève 1g d'eau de 1 °C entre 0 et 100°, la chaleur spécifique de l'eau est 1cal/g°C , / \ 1 cal = 4,1855 Joules = 1Wh/860

1 Joule est 1 Watt par seconde et donc 1 Wh = 3600 Joules ( 3600 secondes formant bien sûr une heure)

1kWh élève 860 L d' eau de 1 degré, 86 L de 10° 8,6 L de 100° entre 0 et 100°

Supposons qu'ayant des panneaux solaires à eau, ma pompe débite 1m³/h, à midi la température à l'entrée des capteurs est de 20°C, à la sortie 35°C(élévation 15°), à 2heures, 21°à l'entrée et 45° à la sortie( élévation 24°), je considère qu' en 2h mes capteurs ont chauffé 2000 litres d'une moyenne de (24+15)/2=19,5° , énergie capté : (2000*19,5)/860= 45 kWh cette énergie a été produite en 2 heure par une puissance moyenne de 22,5kW, http://www.ac-nantes.fr/peda/disc/svt/raysol/simulmesure.htm me donnant une estimation du rayonnement incident ce jour-là à midi et à 2h je puis estimer le rendement pour mesurer l'influence d'une augmentation de débit, de réfection peinture, de lavage des vitre ou de toute autre correction.

Voici la chaleur spécifique de quelques produits:

Eau : 1 cal/g°C(référence) ; alcool de 0 à 40°C : 0,6 audelà 0,45 ; aluminium 0,21 ; air sous pression contante 0,2375; air sous volume constant 0,1681 ( lorsqu'on veut faire monter la pression dans une chambre, un moteur sterling par exemple, au fait quelqu'un peut-il répondre à cette question bête: pourquoi n'utilise-t-on pas de l'eau ou de l'alcool à la place de l'air dans ce moteur?) ; cuivre 0,0952 ; brique ou craie ou calcaire : ~ 0,22 ( bien utile pour faire un stockage de chaleur lorque le fluide est l'air) ; acier: ~ 0,17

1 m³ d'air pèse 1,293 Kg ,sa chaleur spécifique exprimée en Cal/m³ °C est 307Cal/m³ °C

1 Wh élève 2,8 m³ de 1°C

Supposons qu'ayant des capteurs à air, mon ventilateur débite 20m³/h, à midi la température à l'entrée des capteurs est de 20°C, à la sortie 45°C(élévation 25°), à 2heures, 21°à l'entrée et 55° à la sortie( élévation 34°), je considère qu' en 2h mes capteurs ont chauffé 40m³ d'une moyenne de 25+34/2=29,5° , énergie capté : (40*29,5)/2,8 = 422 Wh ( 0,42kWh ) cette énergie a été produite en 2 heures par une puissance moyenne de 210 W, http://www.ac-nantes.fr/peda/disc/svt/raysol/simulmesure.htm me donnant une estimation du rayonnement incident ce jour-là à midi et à 2h je puis estimer le rendement pour mesurer l'influence d'une augmentation de débit, de réfection peinture, de lavage des vitre ou de toute autre correction.

La Chaleur latente de fusion d'un produit est l'énergie nécessaire pour le faire fondre

La chaleur latente de vaporisation d'un produit est l'énergie nécessaire pour le vaporiser

Une masse d'eau bout à 100° c'est bien connu, mais n'a pas besoin de cette température pour s'évaporer , en quelque sorte elle se dissout dans l'air en absorbant une énergie correspondant à sa chaleur latente de vaporisation ( phénomène utilisé pour le refraîchissement par la fontaine d'un patio), il en est de même pour tout liquide.

Le tableau suivant est le résultat de mes recherches sur les matériaux à changement de phase pour le stockage de chaleur ( rassurez-vous je n'ai rien inventé, j'ai juste eu à trouver et à feuilleter une dizaine de bouquins épais comme des bibles, fastidieux au demeurant surtout lorsqu'ils sont en anglais) le fait est qu'on parle beaucoup de ces matériaux mais personne ne les cite en donnant leurs propriétés. Vous remarquerez que ce tableau est incomplet si quelqu'un a des infos pour le compléter il serait sympa de nous aider. J'ai quand même trouvé quelques trucs intéressants, par exemple un stockage de chlorure de calcium ( utilisé pour dégeler les routes) à 30° emmagasine l'équivalent de 3 fois son poids d'eau à 52°(6 fois en volume). Encore faut-il trouver ce produit sous la forme qui fond à 30° c'est à dire avec 6 molécules d'eau et rendre sa transformation réversible, je travaille là-dessus, d'ici-là allez voir un autre site internet: http://www.univ-perp.fr/guirre/xpy/html-new/telechargement/chapitre5.pdf ou Chapitre5. Le problème rencontré avec tous les produit cités ici où vous lisez "+nH2O" est qu'ils perdent des molécules d'eau et se transforment pour ne plus avoir du tout les même températures de fusion.

Tableau:

Attention certains produits cités ici sont dangereux

nom commun nom scientifique symbole temp fus chal lat fus cal/g enthalpie fusion masse molaire chal lat vap cal/g chal specif cal/g°C masse volumique observations
eau glace   H2O 0 79,25   18,02   0,504    
eau   H2O 0 79,25   18,02   1 1  
eau vap vol const   H2O 0 79,25   18,02   0,47    
eau vap press const   H2O 0 79,25   18,02   0,337    
????? chlorure de calcium + 6 H2O CaCl2 + 6 H2O 30 66,8 28,54 219,08   0,1642 2,1  
????? carbonate de sodium+ 10 H2O CNa2O3 +10 H2O 33,5 ??? 29,7 286,14   0,2728    
di sodium hydrogénophosphate sodium phosphate disodique HNa2O4P

+12 H2O

35     275,14        
phosphore solide   P 44,2 5,03   30   0,18 1,82  
alcool gras coupé C16 + C18     48              
dichlorobenzène dichloro1,4 benzène C6H4Cl2 53     363,19        
paraffine 52 54°     53 33?            
paraffine 54 56°     55 33?            
  diacétate de sodium CH3COONa +3H2O 58 59?.   136,08        
paraffine 58 60°     59 33?            
paraffine 60 62°     61 33?            
acide chloroacétique   C2H3ClO 62   18,2 78        
potassium   K 63   2,32 39,1     0,86  
1-3-5 trichlorobenzène   C6H3Cl3 63;5   18,2 181,45        
graisse animale acide stéarique   70              
2-3xylène   C8H10O 72,8   21,02 122,17        
chlorure 3 antimoine antimoine /// chlorure Cl3Sb 73,4   12,7 228,12        
2-5xylène   C8H10O 74,8   23,38 122,17        
phosphate trisodique+12 H2O tri sodium phosphate Na3O4P + 12 H20 75     380        
naphtalène   C10H8 80   19,06 128,18        
sucre   C12H22O11 160-186     342       caramélise à 190 à protéger des bactéries et de la fermentation
                 

Vous êtes arrivé jusqu'au bout sans vous endormir? Alors vous êtes un phénomène!!!! J'étais parti pour faire un truc simple mais il y a tellement à dire et je suis tellement bavard....

nicol.yves@free.fr

Yves

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