TP de Physique : transfert radiatif et capteur plan solaire

Résumé du document

Sur le territoire français ou même à l'échelle mondiale, les deux principales sources d'énergie utilisées sont le pétrole et le nucléaire. De part l'épuisement progressif des ressources de pétrole ou du traitement des déchets dus au nucléaire, on se tourne progressivement vers les énergies renouvelables.
Il en existe 5 sortes dont les deux principales formes développées sont l'éolien et le solaire.
Ce sont des énergies qui ne s'épuisent jamais et qui n'engendre pas de déchets ni d'émissions polluantes de manière directe.

En étudiant plus particulièrement l'énergie solaire, on peut s'étendre sur le fonctionnement d'un chauffe-eau solaire (...)

Extraits

[...] La loi de Wien décrit la relation liant la longueur d'onde λmax, correspondant au pic d'émission lumineuse du corps noir, et la température T (exprimée en kelvin) TP 7 : Transfert radiatif et capteur plan 23/03/2010 Où h est la constante de Planck, k est la constante de Boltzmann, et c est la vitesse de la lumière. On définie donc la constante de Wien par: . La loi de Boltzmann exprime qu'un corps noir émet un rayonnement proportionnel à T^4 Au cours du TP, nous allons donc étudier des modèles que ce soit pour comprendre et caractériser le rayonnement incident émis par une lampe représentant un mini-soleil. Par la suite, on étudie un montage permettant de s'intéresser aux capteurs soient noir ou blanc qui symbolisent le panneau solaire. Cette étude se réalise suivant deux protocoles. [...]

[...] Or l'absorptance, la réflectance et la transmittance sont complémentaires. Dans notre cas, la transmittance des capteurs est nulle donc seule l'absorptance est complémentaire de la réflectance, soit : 11 TP 7 : Transfert radiatif et capteur plan 23/03/2010 Efficacité des capteurs : expérience avec courant d'eau Dans cette expérience, il s'agit d'évaluer l'évolution de la température en fonction du temps pour le capteur et pour l'eau. Cela nous permettra d'en déduire l'efficacité des capteurs à convertir l'énergie du rayonnement en énergie thermique. [...]

[...] On a : B RTH 4 A T T B log RTH 4 log A A 1,8591 avec B 1704,0355 K Sachant la définition du log, nous pouvons calculer l'erreur sur T : B 4 RTH 4 ln 10 (log RTH 4 log On peut tracer l'évolution de la température en fonction du temps pour les deux capteurs, respectivement blanc et noir : 9 TP 7 : Transfert radiatif et capteur plan 23/03/2010 Evolution de la température des capteurs solaires 345 Température du capteur solaire T Temps Capteur noir Capteur blanc Commentaires : Bien que ces deux capteurs aient été exposés à une même source lumineuse pendant un même temps, on remarque bien que le capteur noir se chauffe plus vite que le blanc. On a vu, dans la partie théorique de ce TP, que l'échauffement du capteur est proportionnel à l'apport d'énergie incident. [...]

[...] La tension U est mesurée en mV par un voltmètre placé en sortie du capteur. Cette tension est, d'après l'énoncé du TP, proportionnelle à l'éclairement reçu : U Fs ) U On peut donc en déduire la densité du flux : Fs ) Si U est exprimée en μv, car ε = 28,0 μv / (W.m-2) On effectue l'expérience tous les 5 cm pour un intervalle de 15 à 30 cm puis de 10 cm pour des distances plus grandes. [...]

[...] Cela se ressent également sur la température de l'eau qui augmente plus rapidement avec le capteur noir. L'augmentation rapide dans un premier temps de l'eau pour le capteur noir peut probablement s'expliquer par le fait que le débit moyen entre 0 et 100s était de 22 impulsions (soit environ 2,34 mL/s) comme durant l'expérience sur le capteur blanc. Cependant, le débit est passé, pour des raisons inconnues, probablement de matériel, de 22 à 17 impulsions (soit environ 1,81 mL/s) de moyenne pour le reste de l'expérience. [...]