Etude expérimentale et numérique d’un capteur solaire à tubes sous vide avec stockage intégrant un échangeur

Les capteurs solaires à tubes sous vide (CS-TSV) sont une technologie solaire thermique mature, assurant une bonne performance y compris dans des conditions climatiques défavorables. Une grande partie des systèmes CS-TSV commercialisés se présentent sous un assemblage Water-in-Glass (WiG), où l’eau chaude solaire circule par effet thermosiphon entre les TSV et un réservoir de stockage intégré. Ces systèmes de configuration simple sont largement répandus pour la production d’eau chaude sanitaire, mais beaucoup moins pour des applications de chauffage. Récemment, des modèles innovants de CS-TSV ont intégré un échangeur en serpentin à l’intérieur du réservoir de stockage afin de séparer l’eau morte solaire du fluide caloporteur et d’étendre les champs d’utilisation des CS-TSV.

Ce travail présente dans un premier temps une étude expérimentale réalisée avec ce type de capteur. L’installation comprend 14 CS-TSV assemblés en série, totalisant une surface de captage de 41 m2 et un volume de stockage intégré de 4,2 m3. Cette installation est destinée au chauffage d’un bâtiment d’élevage situé au Nord-Ouest de la France. Une instrumentation permet de collecter les données météo, les températures dans différents capteurs et le débit circulant dans les échangeurs. Une première analyse des résultats montre que des taux de conversion solaire de 48 % peuvent être atteints.

En parallèle, un modèle TRNSYS de l’installation est développé. Un CS-TSV est modélisé à l’aide des Type 71-IAM et 1533 et l’ensemble des modèles unitaires de CS-TSV sont assemblés en série, conformément à l’installation expérimentale. Le comportement thermique de l’installation est simulé pour différentes conditions d’irradiance solaire et différents débits de soutirage du fluide caloporteur. Un bon accord est observé entre les simulations et les données expérimentales, avec une erreur moyenne absolue inférieure à 10 % pour l’ensemble des températures et inférieure à 15 % pour l’énergie cumulée.

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