Modélisation et simulation d’une installation solaire dédiée à la production intermittente d’eau chaude

Julien Gambade1,⋆^{1,\star}, Hervé Noël1^{1}, Patrick Glouannec1^{1}, Anthony Magueresse1^{1}
⋆^{\star} : julien.gambade@univ-ubs.fr
1^{1} Université Bretagne Sud/IRDL
Mots clés : Solaire thermique, Installation solaire, Modélisation numérique
Résumé :

Dans le cadre du projet ICarRE4Farms visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre dans le secteur de l’agriculture en Europe du Nord-Ouest, une installation solaire spécifique a été instrumentée pour étudier ses performances. L’objectif est de réduire la consommation d’énergie fossile pour les applications ayant un besoin journalier important en eau chaude.

L’installation a pour objectif de fournir en eau chaude (température supérieure à 80∘^{\circ}C) une exploitation de veau de boucherie deux fois par jour. Elle est composée de 16 chauffe-eaux solaires thermosiphon à tubes sous vide et réservoir associé non pressurisé. La spécificité de l’installation est liée à son arrangement alternant capteurs solaires connectés en série et capteurs reliés en parallèle. Cette disposition permet à la fois le préchauffage ainsi que le stockage de l’eau chaude. Elle n’a pas la prétention de remplacer entièrement les systèmes de chauffage traditionnel mais à réduire leur contribution de 50 à 70%.

Le modèle du capteur unitaire a été créé sur le logiciel TRNSYS 18 durant des travaux antérieurs à partir de types préexistants adaptés à la configuration du dispositif. La modélisation de l’installation complète a été effectuée afin de pouvoir simuler l’énergie fournie par l’installation solaire pour d’autres sites ou configurations.

La calibration et la validation du modèle sont présentées dans le cadre de cette communication. La première étape consiste à mener une analyse de sensibilité à l’aide de la méthode de criblage de Morris. Elle est souvent utilisée grâce à sa fiabilité et son coût de calcul plus faible comparé aux autres techniques. Elle a permis de déterminer les paramètres du modèle les plus influents. Les coefficients relatifs à l’efficacité du capteur, deux paramètres utilisés pour le calcul du débit thermosiphon, le coefficient de déperdition thermique du réservoir et l’albédo constituent un jeu de paramètres initiaux.

Ensuite, une méthode d’optimisation est exploitée afin de minimiser l’écart entre l’énergie simulée et mesurée permettant de déterminer les paramètres retenus à l’issue de l’étude de sensibilité. Ici, un algorithme d’optimisation par essaims particulaires avec coefficient de constriction est utilisé.

Enfin, le modèle est confronté aux mesures effectuées durant deux périodes avec des conditions météorologiques différentes.

A terme, l’objectif du modèle sera d’aider au dimensionnement des installations, à l’évaluation de leur potentiel énergétique et à l’étude de l’incidence de la modification de paramètres (orientation, inclinaison, albédo…) dans le but de maximiser la production d’énergie et donc la réduction de la consommation d’énergies fossiles.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-101

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