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Comparatif capteurs partie 2

01/01/1970 0 Comment(s) Simulations et couvertures des besoins,


Cette article est la suite de l'article du lien
http://www.ledifice.com/catalogb2b/a28/Comparatif-capteurs-partie-1/article_info.html dans lequel nous comparions le temps de chauffe de divers capteurs selon leur caractéristiques testées, et afficher sur les rapport Solarkeymak.

Il est possible de trouver les informations sur les valeurs de rendement mesurées ici:
http://solarkey.dk/solarkeymarkdata/qCollectorCertificates/ShowQCollec torCertificatesTable.aspx

Pour tracer des courbes comparatives vous pouvez utiliser le lien :
http://maden.fr/pChart2.1.3/examples/sandbox/
Pour utiliser le traceur de courbes, faites attention à bien renseigner les valeurs de surface d'entrée, de surface total et les valeurs η0 , a1 et a2 par rapport à la surface d'entrée...le script calcule les valeurs rapportées à la surface totale et permet de tracer les courbes automatiquement.
Valeurs à renseigner pour le traceur de courbes de termps de chauffe


Ensuite vous pourrez modifier aussi si vous le souhaitez, les valeurs d'irradiation solaire ainsi que le volume d'eau par m² de capteurs solaires.


Modification du volume à chauffer et de l'irradiation
Cela permet d'avoir un visuel sur toutes les valeurs d’irradiations souhaitées.

Si vous appuyez ensuite sur le bouton "Tracer les courbes" en haut de l'écran, vous obtiendrez des graphiques comme ci dessous.




En fait pour faire un comparatif réel, c'est un peu plus compliqué que cela, d'ailleurs si cela ne l'avait pas été les logiciels proposés pour la simulation n'auraient pas lieu d'être.

Les courbes qui sont tracées ne correspondent en fait qu'à une conversion dans une configuration précise d'ensoleillement, c'est la transcription horaire des courbes de rendement instantané.
Pour un calcul réel, il faut toute une série de ces courbes, avec diverses valeurs d'ensoleillement et de température extérieur.
Des valeurs de ce type peuvent être récupérées sur le site : http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radmonth.php?lang=fr&map=europe par tranche de 15 minutes

Pour un vrai calcul on peut donc prendre ces valeurs sur 15 minutes et démarrer une longue série de calculs en se munissant au préalable des infos suivantes :
1° connaitre la température initiale dans le ballon (on en déduit la température moyenne du capteur, exemple démarrage pompe à +7° arrêt à +3° dans le capteur soit +5°)
2° connaître la température extérieure pour chaque étape du calcul (toutes les 15 minutes pour notre exemple
3° Un diagramme solaire pour le lieu en question (afin de retrouver l'angle d'incidence de l'ensoleillement directe que l'on note pour l'étape 4°
4° En se basant sur les composantes de l'éclairement totale sur la surface de capteurs (obtenues par exemple sur le site http://re.jrc.ec.europa.eu/) ,
- on récupère celle pour l'ensoleillement directe pour la multiplier avec les valeurs IAM des capteurs.(à priori plus besoin de cosinus les valeurs sont calculées sur le site pour une unité de surface)
- on récupère celle concernant le rayonnement diffus pour le multiplier avec le coefficient caractéristique du capteur pour rayonnement diffus.
5° on additionne les valeurs obtenue à l'étape 4° pour ensuite tracer le graphe de rendement avec la valeur d'ensoleillement cumulée concernée. on relève sur le graphique la valeur pour le DT initial calculée ( température capteur - température extérieur) et on additionne les durées de chaque DT suivant le DT initiale jusqu'à cumulé 15 minutes pour notre exemple de valeurs. si la somme cumulée de durée est atteinte pour DTx >DT initiale alors DT finale = DTx et là logiquement s'il n'y avait pas de pertes autres que le capteur il serait possible de calculer la température ballon, mais...il faut considérer aussi les pertes dans les conduites ainsi que les pertes dans le ballon de stockage et éventuellement le puisage pendant le chargement du ballon.
6° On recommence une nouvelle fois l’étape avec les valeurs finales obtenues à partir de 1°

Rappel: les courbes proposées ne sont que représentative de la durée de chauffe de 1°C d'un volume d'eau directement dans les capteur pour des valeurs de DT par rapport à l'ensoleillement et au DT (T°capteur - T°extérieur), donc un abaque instantané et non cumulé .
Désolé pour la première série de courbes, où je suis parti au quart de tour pour tracer des courbes cumulatives, qui peuvent être pratiques pour une lecture des durées cumulées, mais ont portées à confusion.

Petite parenthèse:
Je me suis lancé dans un petit rappel sur l'incidence des IAM (Incidence Angle Modifier) afin de remplir mon engagement pris plus haut dans le post. Le site cité ci dessus re.jrc.europa.eu est une mine d'information concernant les bases de données météorologiques, et je me suis servi d'une base de donnée pour Paris en février sur un plan incliné à 45°, plein sud.
Les valeurs ensoleillement du plan sont données pour l'ensoleillement direct, global et reflété.

A priori, il n'y a pas besoin de se soucier de trigonométrie ( cosinus sinus ), les valeurs sont calculées sur le site.

Avec un tableur et en comparant le TZ58 qui a quand même un coefficient de 140% pour un angle de 60° avec le capteur de réf( ;) ), j'obtiens de manière grossière seulement 12% d'ensoleillement supplémentaire sur la surface inclinée de 45°,...

Pour info donc, en récupérant les valeurs d'ensoleillement pour Paris en février sur une surface inclinée de 45° et orientée plein Sud on obtient les valeurs visible sur le lien :
http://www.ledifice.com/
sunradcalc.htm

Dont voici une partie du contenu:
Ce tableau montre l'éclairement globale estimée pour toutes les 15 minutes pendant un jour typique au cours du mois choisi, en considérant l'inclinaison et orientation du module PV. L'ombre des éléments du terrain peut affecter les valeurs pendant la journée. Le graphique ci-dessus montre les mêmes résultats.
Heure
Eclairem. globale par ciel clair (W/m2)
Eclairement globale (W/m2)
Eclairement directe (W/m2)
Eclairement diffusa (W/m2)
Eclairement reflétée (W/m2)2 axes, globale, ciel réel (W/m2) 2 axes, globale, ciel clair (W/m2)
Température (deg. C)

07:07 13 16 0 15 0 3,4
07:22 87 49 18 31 1 3,5
07:37 145 76 31 44 1 3,7
07:52 211 105 46 58 2 3,8
08:07 274 132 61 69 2 3,9
08:22 338 159 78 79 2 4,1
08:37 400 184 94 88 3 4,3
08:52 460 209 110 96 3 4,4
09:07 517 232 125 104 3 4,6
09:22 571 253 139 110 4 4,8
09:37 621 273 153 116 4 5
09:52 667 291 166 121 4 5,2
10:07 709 307 177 126 4 5,4
10:22 746 322 187 130 5 5,6
10:37 778 334 196 133 5 5,7
10:52 805 345 204 136 5 5,9
11:07 827 353 210 138 5 6,1
11:22 843 359 215 139 5 6,3
11:37 855 363 218 140 5 6,5
11:52 860 365 219 141 5 6,6
12:07 860 365 219 141 5 6,8
12:22 855 363 218 140 5 6,9
12:37 843 359 215 139 5 7,1
12:52 827 353 210 138 5 7,2
13:07 805 345 204 136 5 7,3
13:22 778 334 196 133 5 7,4
13:37 746 322 187 130 5 7,5
13:52 709 307 177 126 4 7,6
14:07 667 291 166 121 4 7,7
14:22 621 273 153 116 4 7,7
14:37 571 253 139 110 4 7,7
14:52 517 232 125 104 3 7,7
15:07 460 209 110 96 3 7,7
15:22 400 184 94 88 3 7,7
15:37 338 159 78 79 2 7,6
15:52 274 132 61 69 2 7,5
16:07 211 105 46 58 2 7,4
16:22 145 76 31 44 1 7,2
16:37 87 49 18 31 1 7,1
16:52 42 26 8 18 0 6,9

Ensuite à l'aide d'un diagramme solaire pour Paris on retrouve les angles d'incidence :

On peut en trouver un pour le jour en cours sur le site :
http://www.gaisma.com/en/location/paris.html (d'ailleurs pour plusieurs villes de France et d'ailleurs aussi
Ou ee java avec une visualisation 3 D et lecture sur sur l'applet:
http://andrewmarsh.com/scripts/educational/solar-position-and-sun-path

En avec les coefficient d'angles d'incidence horizontal relevé dans les documents Solarkeymark ou logiciels spécialisé on multiplie l'ensoleillement direct avec les valeurs renseignées au préalable de coefficient d'angles en recherchant la correspondance angulaire à l'horaire en question sur le diagramme solaire (attention petit détail : les horaires sur le diagramme sont en TSV Temps solaire vrai et non l'heure officiel mais bon à quelques minutes près pour la bonne cause on s'en contentera)

Il faudrait aussi multiplier par le coefficient d'incidence vertical mais comme ils sont sensiblement moins différents pour les deux types (capteur plan et tube) et que je n'ai pas envie de calculer la hauteur du soleil pour l'instant (la lecture peut en être faite également sur le diagramme solaire, on peut le faire plus tard si nécessaire) nous allons estimer que c'est négligeable au vu du résultat, bien que cela risque de diminuer encore le rapport d’ensoleillement tubes/plans au profit du capteur plan

Idem pour les valeurs d'ensoleillement diffus on multipliera par 1.05 ,pour le TZ58 par exemple (coefficient pour ensoleillement diffus) et seulement 0.96 pour notre capteur de référence.

En cumulant d’abord les valeurs horaires et ensuite les valeur journalière j'ai(avec une approche approximative des valeurs lues sur le diagramme horaire trouver que le TZ58 n'absorbait pour conversion que 12% d'ensoleillement supplémentaire par m² brut pour une journée de février avec inclinaison 45° azimut 0° malgré les coefficient variant de 100% à 140% par rapport au capteur plan de référence. En affinant les calculs avec l'incidence verticale cette différence d’absorption pour conversion devrait encore chuter mais pour cette démonstration, je vais devoir prendre un peu plus de temps sur les 3 semaines que j'ai demandé à avoir pour le faire.
IAM TZ 58

IAM autre capteur



IAM SB 1800/58




Pour avoir un aperçu de diverses valeurs d'IAM voici des copie d'écran sous TSOL Expert de valeur pour le TZ 58 et 2 autres capteurs sous vide...
les capteurs sous vides n'ont pas forcément des valeurs d'IAM aussi élevés les uns que les autres le TZ58 a une valeur IAM allant jusqu'à 140%
et les 2 autres jusqu'à 117% et 125% seulement. Donc si avec 140% on n'arrive qu'à 12% d'ensoleillement absorbé pour conversion, il devient légitime de faire les simulations pour les 2 autres qui n'auront certainement pas ce privilège.

Prenons l'exemple de Paris en février à 9:07
On lit dans le tableau les valeurs de 125 W/m² d'ensoleillement direct et 104 W/m² d' ensoleillement diffus.
L'angle d'incidence sur le diagramme (courbe 3 pour février) est de -45°

donc les coefficient de correction pour le TZ 58 sont de 131% pour l'incidence directe et 105% indépendamment de l'angle.
Pour le capteur plan de référence ces mêmes valeurs ne sont que de 88% (repris sur les valeurs Marvel faute d'indication sur les documents) environ pour l'incidence directe et 96% pour l'irradiation diffuse.

Il faudrait donc tracer deux courbes distinctes pour les 2 capteurs en question pour les valeurs de 9:07 Paris :
Soit :
- 125 * 1.31 + 1.04 * 104 + 3 (reflétée par le sol) = 274.91 W/m² pour le TZ58
- 125 * 0.88 + 0.96 * 104 + 3 = 212.84 W/m² pour le capteur plan de référence
- 125 * 1.15 + 0.83 * 104 + 3 = 233.07 W/m² pour l'autre capteur sous vide
et - 125 * 1.2193 + 1.018 *104 + 3 =261.28 W/m² pour le SB 1800/58

ensuite en prenant les variables de température extérieur 4,6 °C sur le tableau de données et de stockage on peut lire le temps mis pour augmenter de 1°C ou de lire le nombre de degré de température d'augmentation en 15 minutes

Pour la tranche horaires 9:22 il faudra refaire les calculs , retracer les courbes individuellement pour chaque capteurs et ainsi de suite pour toutes les valeurs horaires qui suivent....

Nous voyons donc que même entre capteurs sous vide, l'influence des IAM est important, mais c'est sur le global d'une part, les températures du stockage, de l'air ambiant, du puisage, et plein d'autres paramètres qui doivent être pris en compte pour le calcul.
Et ce n'est pas en simplifiant une expression que cela devient plus clair, il faut prendre tous les paramètres en compte.

C'est pour cela qu'il est plus facile d'utiliser des logiciels spécialisés. Il y a trop de paramètres pour que cela puisse être fait manuellement, bien que cela soit réalisable. Il faut aussi que tout le monde joue le jeu et que toutes les valeurs caractéristiques soient communiquées avec des documents officiels (Rapports de Test tamponné par un organisme agréé). Quand l'IAM n'est que de 125% max et qu'on mettent en avant des valeurs d'IAM d'un capteur concurrent à 140%... là il y a lieu de s'inquiéter, je ne vise personne en particulier, mais j'aime que les règles du jeu soient équitables pour tous et tiens à le préciser.

Merci pour votre lecture.