PAC, tubes sous vide

[Willi4m]

Bonjour à tous, voilà une question me triture l'esprit.
Pour capter la chaleur émise par le soleil, on utilise généralement des tubes sous vide d'air, parce qu'ils accumulent l'énergie en minimisant les pertes par convection avec l'environnement. Très efficace même l'hiver, on voit bien la différence avec les capteurs plan.

Imaginons un capteur solaire d'une bonne surface, difficile à enfermer sous vide. Une sorte de parallélépipède rectangle en cuivre noirci (peut être autre chose) mais directement à l'air libre, donc soumis à une forte convection avec l'air ambiant (le vent etc), mais équipé dans son volume intérieur d'une pompe à chaleur qui transfert la chaleur ailleurs (on en reparlera) de telle sorte que le métal noir descende sous la température ambiante, permettant d'inverser la convection : la chaleur de l'air ambiante profiterai comme le soleil, au système.
Pensez vous qu'on puisse obtenir un bon rendement avec ce genre de système ?
Merci pour vos avis éclairés
William
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[Clair31]

Bonjour,

Pour capter la chaleur émise par le soleil, on utilise généralement des tubes sous vide d'air, parce qu'ils accumulent l'énergie en minimisant les pertes par convection avec l'environnement. Très efficace même l'hiver, on voit bien la différence avec les capteurs plan.

Ce n'est pas toujours vrai, voir le site de l'APPER

Imaginons un capteur solaire d'une bonne surface, difficile à enfermer sous vide. Une sorte de parallélépipède rectangle en cuivre noirci (peut être autre chose) mais directement à l'air libre, donc soumis à une forte convection avec l'air ambiant (le vent etc), mais équipé dans son volume intérieur d'une pompe à chaleur qui transfert la chaleur ailleurs (on en reparlera) de telle sorte que le métal noir descende sous la température ambiante, permettant d'inverser la convection : la chaleur de l'air ambiante profiterai comme le soleil, au système.
Pensez vous qu'on puisse obtenir un bon rendement avec ce genre de système ?

Si dans le rendement final tu intègre le besoin en énergie pour le fonctionnement de la PAC, , je pense que des capteurs plans seront bien plus efficaces.
A+

[herakles]

Pensez vous qu'on puisse obtenir un bon rendement avec ce genre de système ?

J'ai assisté à ce genre d'essai - alors stagiaire dans les énergies renouvelables- avec un ingénieur thermicien dans les années 74-75 = capteurs plans , serpentins reliés à une PAC , fluide frgorigène directo dans les serpentins
Le rendement n'était pas celui escompté malgré les calculs et les simulations du bureau d'étude , avec une caméra thermique , on a constaté que le fluide s'évaporait irrègulièrement dans les serpentins du capteur de sorte que le gaz circulait dans certains tubes et pas dans d'autres...
je dis pas la tête de son client qui a casqué pour une telle installation (1975...)

le meilleur procédé est un ballon tampon d'eau glycolée entre le capteur et la PAC . Mais ca devient une belle usine à gaz ..
Des capteurs en béton aussi ont été testés ...la PAC refroidissait ces panneaux de béton de teinte sombre sans vitrage..
Etc....

Mieux vaut jouer sur l'isolation de l'enveloppe et sur la masse inertielle interne pour pièger les apports solaires et internes , la chaleur émise par l'éclairage etc....hop , plus de PAC...

[Willi4m]

Merci pour vos réponses, ainsi que pour le lien.
Je comprend à vos réponse que la PAC est censée consommer plus d'énergie que celle qu'on récupère en plus entre le capteur plan et les tubes sous vide.
Mais sans PAC, la boite va perdre son énergie par convection avec le vent, etc.. Alors que si le vent est important, et l'humidité ambiante, ont pourrait aussi en profiter. Il doit bien y avoir une valeur vent/humidité à partir de laquelle le système est intéressant.
On peut également concevoir cette "boite" avec une double enveloppe interne, au moins sur 80% de la surface, qui emprisonne un liquide caloporteur, dans lequel baigne l'échangeur de la PAC (type serpentin serré, ou dans le but d'équilibrer plusieurs petite PAC /serpentin c'est peut être un détail)
Mon but en fait était de mettre cette boite sous vide, d'enfermer à l'intérieur une (petite ou pas, tout dépend de l'échelle) génératrice, ainsi qu'un dispositif (je ne sais pas encore lequel, stirling, trubine vapeur...) pour entraîner la génératrice. La PAC (dans mon idée) devait aussi récupérer la chaleur perdue dans la génératrice (à cause du vide elle ne se transferera pas jusqu'à la double enveloppe, ou peu) et le condenseur.
Je sais qu'il y a d'innombrables problèmes techniques à résoudre, notamment à cause du vide, surtout avec un stirling dedans, sans doute moins avec la turbine, mais dans le principe, ça devrait être intéressant non ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Willi4m]

J'imagine qu'il est dur de répondre sans faire de calcul, surtout pour la valeur vent/humidité à partir de laquelle ça "pourrait" devenir intéressant (A moins que votre expérience ne vous permette d'être catégorique sur l'efficacité). Mais normalement dans ces conditions la PAC elle même devrait avoir un bon "cop" il me semble, mieux que dans une installation pour chauffer sa maison, et surtout, quand on habite au bord de la mer, la nuit le vent de mer souffle et conserve une bonne chaleur, accumulée par la mer. Comme la PAC va demander devrait demander moins d'énergie pour transférer les calories qu'il n'en aurait fallu pour les produire, elle devrait pouvoir tourner même la nuit avec l'énergie produite (Enfin j'espère pour le moment je ne sais pas par ou commencer pour les calculs) Il y a peut être un petit logiciel qui existe pour modéliser ce genre de système ?
Il y a peut être un

[Willi4m]

Mon but en fait était de mettre cette boite sous vide

J'entend faire le vide DANS la boite.

[herakles]

Alors que si le vent est important, et l'humidité ambiante, ont pourrait aussi en profiter. Il doit bien y avoir une valeur vent/humidité à partir de laquelle le système est intéressant.

c'était le but précisement de l'ingénieur thermicien : des capteurs sans vitrage , capables de tirer l'énergie de l'air , de la pluie , etc.. d'autant plus performants que leur surface est froide

mais ca ne marche que s'il n'y a pas de givrage qui se forme sur la surface absorbante ....
Donc modulation de la puissance de la PAC en fonction des conditions atmosphériques et de la luminosité , à la limite de la formation de givrage ..
Un vitrage simple en plus sur cette surface peut améliorer les performances surtout par temps nuageux ou diffus
Mais ca douille, hein...

[Willi4m]

Merci pour votre réponse herakles. Je vais tenter de faire quelques calculs. Il est nécessaire de toute façon de pouvoir régler la puissance de la PAC pour d'autres raisons "internes", avec comme difficulté une transmission "variable" entre la PAC et la génératrice ou la turbine, tout dépend du montage. Le début de la réaction devrait pouvoir être amorcée en utilisant la génératrice en moteur avec un apport de courant, jusqu'à ce que la chaleur soit suffisante pour que la turbine tourne avec la vapeur (ou le stirling, ... Je n'arrive pas à trouver lequel des deux a un meilleur rendement, mais c'est HS)
Un simple boitier extérieur avec capteur humidité/vent sans fil extérieur devrait également pouvoir transmettre ses données à plusieurs de ces capteurs thermiques. Mais dans l'ensemble au delà des problématiques de coûts (idem, cela dépend de l'échelle, de l'industrialisation possible de ces boites etc...) vous ne semblez pas penser que ce système est absurde, ou qu'il aurait un rendement catastrophique. Dans cette configuration, la boite devrait être striées comme les dissipateurs thermiques qu'on place sur nos processeurs pour améliorer la convection.
Dans une version beaucoup plus simple et un peu plus classique, on peut imaginer une simple tôle d'alu anodisé noir striée, sous laquelle on dispose une paroi qui enferme un échangeur dans un liquide caloporteur. Le serpentin peut terminer sa longue course dans un échangeur air classique, comme on trouve les PAC de maison qu'on dispose sous l'ensemble pour que le flux du ventilateur brasse tout l'ensemble. A priori, cela ressemble à une PAC classique, mais au lieu d'avoir l'échangeur de la PAC enfermé dans une boite à l'extérieur, qui ne bénéficie que très peu de la lumière direct du soleil, là on en profiterai mieux encore que dans le cas des chauffe eau solaire sous vide puisqu'il y a moins de réflexion, pas de perte avec l'environnement par convection (même si elle est très faible avec les tubes sous vide) et que la lumière ne doit pas traverser un verre avant d'attaquer le capteur en lui même. De plus la surface d'une tole alu est "pleine", ce qui est plus intéressant que de serrer des tubes les uns presque contre les autres, ou que d'utiliser des réflecteurs cylindrique au dessous.
En théorie, pour qui se chauffe déjà avec une PAC, ajouter ce système ne devrait que lui faire augmenter le cop (je m'emballe peut-être).

[Willi4m]

Dans la dernière configuration, la réversibilité de la PAC (utilisée en clim) est complètement remise en question, mais on devrait pouvoir y trouver d'autres avantages, chauffer l'eau, utiliser tout le surplus d'énergie l'été pour générer de l’électricité etc ..

[Willi4m]

Je retire ce que j'ai dis, à propos de la dernière configuration, cela ne semble utilisable que l'été. L'hiver il est sans doute impossible d'éviter la formation de givre sur la tôle....A voir