L'efficacité d'un capteur solaire dépend d'une multitude de paramètres physiques interdépendants – rayonnement solaire, température extérieure, vitesse du vent, géométrie du capteur, guidage de l'écoulement et transfert de chaleur au fluide caloporteur. Une conception purement expérimentale est coûteuse et longue, et ne fournit que des informations ponctuelles. La simulation numérique des écoulements et des transferts de chaleur (CFD), en revanche, permet une analyse complète, résolue spatialement, du comportement thermique et fluidodynamique – pour des conditions de fonctionnement et des configurations de capteurs arbitraires.

Simulation thermique : montée en température dans des conditions réelles de fonctionnement

Nous déterminons le réchauffement du fluide caloporteur dans les capteurs solaires en tenant compte de toutes les influences environnementales pertinentes – en régime permanent pour les points de fonctionnement de conception ainsi qu'en régime transitoire pour la représentation des fluctuations journalières et saisonnières :

• Irradiance solaire – Variation du rayonnement mondial, des conditions nuageuses à la radiation directe maximale ; prise en compte de l'angle d'incidence en fonction de l'inclinaison du collecteur, de la localisation géographique et de l'heure de la journée
• Température extérieure – Influence de la température ambiante sur les pertes par transmission à travers la vitre, le cadre et le dos du collecteur ; simulation des points de fonctionnement saisonniers de l'hiver au plein été
• Vitesse et direction du vent – pertes de chaleur par convection à la surface du collecteur dues au flux d'air; identification des surfaces critiques d'exposition au vent et des distributions de pression aérodynamique
• Analyse de la perte de chaleur – Quantification des pertes par convection, rayonnement et conduction thermique pour déterminer l'efficacité thermique

Conception hydraulique : débits volumiques et pertes de charge

Outre la puissance thermique, la conception hydraulique du collecteur est essentielle pour l'efficacité du système et la sécurité de fonctionnement. Un écoulement inégal des canaux d'absorbeur entraîne des surchauffes locales, une usure accrue et un rendement thermique réduit. Nous simulons et optimisons :

• Disposition du débit volumique – écoulement uniforme dans tous les tubes ou canaux d'absorbeur comme condition préalable à une efficacité thermique maximale ; identification et correction des déséquilibres de débit
• Calcul de perte de charge – Détermination de la perte de charge totale à travers le collecteur comme base pour la conception de la pompe de circulation et du système de tuyauterie
• Géométrie des canaux et conception des absorbeurs - Comparaison de différentes géométries de registres (registres à harpe, registres à méandres, absorbeurs à plaques) en termes de perte de charge et d'efficacité de transfert de chaleur
• Influence du fluide caloporteur – Eau, mélanges eau-glycol ou fluides spéciaux aux propriétés thermiques variables

Types de collecteurs et domaines d'application

Nos méthodes de simulation sont applicables à toutes les technologies courantes de capteurs solaires :

• Panneaux solaires thermiques – le type de collecteur le plus répandu pour le chauffage de l'eau et le soutien du chauffage ; simulation de la couverture en verre, de la plaque absorbante et de la couche d'isolation
• Collecteurs solaires à tubes sous vide – une efficacité accrue pour le rayonnement diffus et des températures extérieures basses ; simulation d'écoulement et thermique dans l'espace annulaire et dans le caloduc
• Concentrateurs photovoltaïques (CPV) / Concentrateurs solaires à concentration (CSP) – Convecteurs paraboliques, capteurs de Fresnel et systèmes à miroir parabolique pour la chaleur de procédé et les centrales solaires thermiques
• Collecteurs d'air – chauffage direct de l'air comme fluide caloporteur pour les installations de séchage, la ventilation des bâtiments ou les applications agricoles

Demande de simulation de collecteur solaire

Vous développez un nouveau collecteur, optimisez un design existant ou planifiez un champ de collecteurs pour une application industrielle ou tertiaire ? Interpellez-nous – nous vous soutenons avec des simulations CFD précises, de la première idée conceptuelle à la conception prête pour la production en série.