Mesures sur un panneau solaire thermique (ECS)
Mesures sur un panneau solaire th
ermique (ECS)
1 Description installation existante
1.1 Le cumulus
1.2 La régulation existante
1.3 Le panneau solaire
2 La structure d'un cumulus
2.1 L'échangeur
2.2 Les couches d'eau et la densité
2.3 Les sorties et la hauteur réelle
2.4 Le fonctionnement dynamique
3 La régulation solaire
3.1 Schéma simple
3.1.1 Poursuite du soleil
3.1.2 Les masques
3.1.3 Fonctionnement en terrasse
3.2 Les mesures et les conditions
3.2.1 Les sondes d'essais datalogger
3.2.2 Les pertes Thermiques
3.2.3 La puissance solaire instantanée
3.2.4 Le paramétrage des essais
3.3 La vitesse de circulation primaire
3.4 Les régulations complexes
4 Explications des courbes
4.1 Dispositif mis en place
4.2 Le démarrage du matin
4.3 Essais à différentes vitesses
4.4 Les arrêts pompe
4.5 Les tirages d'eau
4.6 La nuit, Les nuages
5 Les corrections à apporter
5.1 Isolation
5.2 Vitesse de circulation
5.3 Arrêts Démarrages inutiles
5.4 Conditions d'arrêt de pompe
5.5 Ajout de vannes 2 ou 3 voies
5.6 Alarmes
5.7 Flux solaire
6 Un dernier Exemple
7 Conclusions
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Pour la petite histoire…
Si vous n'avez pas beaucoup de temps à consacrer à cet article, ne le commencez pas car c'est "un peu indigeste" à la fois sur la préparation aux explications et aux explications elles-mêmes des courbes relevées sur un panneau solaire. Mais pour le technicien passionné, cela restera je pense très intéressant, alors bonne lecture.
Il est évident qu'avoir un panneau solaire pour l'eau chaude en fonctionnement depuis 1981, n'est pas très répandu, car à l'époque EDF bradait avec force avantages de frais d'installation le "tout électrique" et ses kilowattheures nucléaires. La donne a "un peu" changée aujourd'hui !
L'évolution industrielle et la crise de l'énergie (future car elle n'est pas encore présente !) me fait repenser à ce chauffe eau (solaire), outil de confort qui finalement s'est révélé une source importante d'économies d'énergie et surtout une énergie particulièrement propre. (Prix de l'époque 3700 Francs pour l'ensemble panneau / cumulus sans régulation ni pompe).
Ces kilowattheures consacrés à l'eau chaude ECS (Eau Chaude Sanitaire) sont énormes au niveau de la population Française et il serait beaucoup plus intelligent de la part de nos politiques et médias de relayer ce problème de l'eau chaude sanitaire ECS, que de tout embrouiller avec les appareils en veille. Le rapport d'énergie est certainement dans un facteur 500 à 1000, alors il n'y a pas à choisir !
Certes un panneau en poursuite du soleil, avec des liaisons souples (et mobiles) à certains endroits n'était pas trop facile à maîtriser surtout à l'époque…Il y a eu effectivement des débuts mémorables d'automatismes embarqués, enroulant tuyaux avec arrêt par rupture du fil secteur !!! Les araignées et les oiseaux ont aussi participé largement à l'amusement en passant devant les cellules…
Mais ce n'est pas l'objet de cet article qui est consacré à l'énergie thermique solaire, à sa compréhension et à la régulation du phénomène.
Pour l'instant j'ai voulu savoir où j'en étais de l'énergie thermique fournie gratuitement par notre beau soleil. Alors il faut dire que le datalogger développé avait été largement réalisé dans cette optique.
Enregistrer automatiquement ce qui se passe au cours d'une journée était à priori important, justement pour confirmer l'intérêt de la chose. C'est donc cela que j'ai réalisé.
Pour ceux qui n'ont pas lu les autres articles, il faut dire que le toit de la maison n'est pas orienté comme il devrait et que la seule solution était de mettre le panneau au sol en terrasse. (Ce n'est peut-être pas si mal que cela ? En tous cas il y a des avantages mais aussi des inconvénients surtout d'ordre de masquage par la végétation principalement l'hiver.
Que dire d'autre sinon que le panneau a gelé deux fois et demie et que j'ai dû le réparer. Il n'est plus très optimum non plus, du fait que les soudures "tendres" de l'absorbeur contre les tuyaux verticaux, se sont beaucoup dégradées et que j'ai dû les "ficeler" pour maintenir le contact et ajouter un peu de colle, car il n'est pas possible de reprendre une telle fabrication industrielle.
C'était, bon an mal an, un équipement qui a rendu le service et qui continue encore à ce jour, mais avec un peu moins de fougue, très certainement.
1 Description installation existante
1.1 Le cumulu
s
Celui-ci a fini par fuir (cuve percée), car il "vivait" depuis Octobre 1981, et j'ai dû le changer en fin 2009 (Il y avait déjà eu une fuite à la canne de mesure de température, mais elle avait été réparée). A l'origine c'était un 150 litres car le panneau solaire n'a que 2 M². Je l'ai donc remplacé par un 200 Litres, car mis à part quelques fabricants à l'étranger, je n'ai rien trouvé en 150 litres.
(On peut voir l'état déplorable sur la photo, mais surtout voir l'échangeur)
Il faut rappeler aussi que ces 2 M² suffisaient pour chauffer 150 litres, SI le panneau poursuivait le soleil, car habituellement c'est de préférence 4 M² qui sont installés.
Évidemment on peut trouver facilement un panneau ET le cumulus avec régulation, mais le seul remplacement d'un cumulus solaire percé n'est pas si facile à trouver ! Bien entendu commerce oblige !
A l'origine aussi le cumulus de 150 litres était fixé au mur 
et 
avait toutes ses sorties verticales ainsi que la résistance d'appoint électrique tout en haut.
Aujourd'hui, il semble que la mode soit aux sorties radiales et aux éléments au sol…Alors il a fallu tout modifier, mais je ne pense pas que ce soit un réel avantage. (On peut supposer que vu la finesse des cloisons d'aujourd'hui, il était préférable de créer des modèles "au sol"….)
Bref, il y a tout de même un échangeur de chaleur constitué d'un serpentin de 0.85 M² et de 7.4 litres de contenance dans le cas présent.
Ce nouveau cumulus "nu" a tout de même coûté environ 1000 Euros. On verra en combien de temps l'amortissement sera réalisé…(Faire le rapprochement 3700 Francs cités et 1000 € sans que la constitution des lots soit directement comparable…)
Ce nouveau cumulus a les diverses sorties aux hauteurs indiquées sur les schémas et majoritairement, comme toutes les documentations techniques, les informations de la notice sont fausses !
Quelques cotes sont voisines mais une, est très différente (voir les corrections sur le plan)
1.2 La régulation existante
La régulation existante est de ma réalisation. Elle date de 1981 avec des
amplificateurs opérationnels LM324 et seulement avec 2 sondes de température, comme cela se réalisait à l'époque, l'une en partie haute du capteur, et l'autre en milieu de cuve du cumulus.
Il est certain que cet ensemble a vieilli en presque 30 années, et qu'il y a lieu de penser à son renouvellement, car bien que tous les composants soient encore disponibles, ceux-ci, et particulièrement les composants passifs doivent dériver (Je pense surtout aux condensateurs).
La technologie a aussi changé et on verra que c'est une nécessité.
Mais il ne faut pas non plus rougir, car sous le coup de la rentabilité, je viens de voir, suite à une question d'amis, qu'une régulation de piscine n'avait aucune temporisation et aucun hystérésis de commande de pompe et naturellement ça marche mal (en 2010 !)
Ma régulation initiale, avec son schéma complet a été décrite dans un de mes premiers articles "EAU CHAUDE SOLAIRE en POURSUITE du SOLEIL" (voir cet article)
(Elle avait même été quelque peu prévue pour la vidange automatique du circuit primaire dans une nourrice en cas de gel, mais ce principe est à priori abandonné aujourd'hui)
Cette régulation basique fonctionne toujours correctement, après une remise en état il y a quelques années, suite à un orage. MAIS je suppose qu'elle a dû dériver un peu.
Alors cette opération de mesures est faite un peu pour faire le point, mais aussi pour vérifier la bonne adaptation de cette régulation au nouveau cumulus, car après avoir changé le cumulus, on peut avoir quelques questions sur la bonne adaptation de la régulation à ce nouveau volume qui a donc progressé de 50 litres, ainsi qu'à la position précise de la sonde (de cuve).
J'ai dû oublier aussi de dire que la petite pompe de circulation du circuit primaire, de 23 W "Julien et Mège" a rendu l'âme (stator grillé) et que j'ai dû la remplacer par une nouvelle de marque "Salmson"
Cette nouvelle pompe NXL 13-25 possède trois vitesses sélectionnables par un petit commutateur. (On aura l'occasion de revenir sur ce sujet…)
1.3 Le panneau solai
re
Les soudures à l'étain de la feuille de cuivre de l'absorbeur sur les tubes cuivre n'ont pas résisté au temps et aux diverses contraintes thermiques et un certain nombre se sont décollées.
La photo après réparation, montre combien cette prolongation de vie devient délicate…La feuille de cuivre a été rapprochée des tubes par des ligatures (flèches) et quelques espaces parfois existants, comblés par de la colle ciment.
On sera certain d'une seule chose, c'est que les performances d'un tel panneau réparé ne seront pas si bonnes que celles d'un matériel neuf !
Mais on verra que ce n'est certainement pas le point le plus important du renouvellement de l'installation. Il y a certainement d'autres points aussi urgents à corriger ?!
Ce panneau très simple continue de fonctionner, et s'il n'est pas optimum en performances, il n'est pas encore "au bout du rouleau"…
2 La structure d'un cumulus
Il faut développer un peu ce chapitre pour comprendre ce qui se passe au niveau des calories échangées entre le panneau solaire et l'ECS. En tant qu'utilisateur, je ne me suis jamais trop inquiété de ce qui se passait réellement, et je dois dire que j'en suis réellement très surpris, tant le sujet paraissait si simple à priori, mais est finalement très complexe.
2.1 L'échangeur
L'échangeur est constitué du serpentin dans lequel circule l'eau primaire. Ce serpentin baigne dans l'eau chaude sanitaire (ECS) et cède alors ses calories à l'eau sanitaire.
Cet échangeur ainsi qu'indiqué, a une surface de 0.85 M², et c'est grâce à cette surface importante que va pouvoir se réaliser le transfert des calories de l'eau primaire vers l'eau de la cuve. La surface est un paramètre majeur de l'échange.
Soyez rassurés, je n'ai pas choisi l'échangeur, je me suis contenté du seul cumulus disponible ! (Un cumulus solaire est nécessairement équipé de son échangeur qui est déterminé par le fabricant !)
Par contre un autre élément important est sa position dans la cuve.
Situé en bas, il va permettre le stockage d'eau chaude en haut de la cuve, et va continuer de récupérer les calories de l'eau issue du capteur solaire pour "remonter" toute l'eau chaude ECS en sommet de cuve.
Un deuxième échangeur existe parfois pour l'appoint par chaudière. Celui-ci est alors situé en haut de cuve pour ne réchauffer que le strict nécessaire en donnant priorité au solaire.
Cependant tout échangeur est aussi capable du pire et du meilleur, car il peut aussi fournir des calories au panneau solaire en cas de mauvais réglage de la régulation (lorsque l'eau chaude ECS est à une température plus élevée que le circuit primaire). Un échangeur fonctionne dans les deux sens !
Un autre élément, mais de moindre importance cependant, est situé sur les deux sorties du serpentin vers l'extérieur. En effet il y a un court-circuit thermique entre les tuyaux et la cuve elle-même. (Je ne parle pas de l'enveloppe externe qui est traversée avec des rondelles plastiques un peu isolantes, mais seulement de la cuve elle-même).
On remarquera que ce court-circuit thermique est général et qu'il aura tendance à homogénéiser les températures sur toute la hauteur. Je suppose que par le biais des résistances thermiques, il y aura des points d'équilibre !
Ce court-circuit pourrait avoir une petite importance lors du fonctionnement de la pompe, mais il pourra aussi fonctionner à l'envers en fournissant aux deux sorties une température du même ordre de grandeur de température, que l'eau de la cuve à la hauteur de sortie considérée. (On le verra dans les courbes et par conduction thermique métallique principalement)
On notera également que les sorties du serpentin doivent être assez éloignées l'une de l'autre pour que le court-circuit métallique occasionné par la cuve ne soit pas trop source de diminution du delta de température entrée/sortie d'échangeur. (En cette idée, la surface de la soudure de traversée de cuve reste heureusement assez faible relativement à la surface avec l'eau à cette hauteur).
L'arrêt de la circulation primaire mettra l'ensemble en équilibre thermique et les connexions de sortie d'échangeur représentent alors la température de l'eau de la cuve à la hauteur de cette sortie (Principalement pour l'échangeur partie haute, car la sortie est perpendiculaire à l'axe).
Ce ne sera pas rigoureusement le cas pour d'autres sorties qui pourraient avoir des valeurs intermédiaires dues à l'obliquité des conduites internes (arrivée eau froide et sortie d'eau chaude ECS). Ce cas est aussi identique pour cette fabrication, car la dernière spire du serpentin plonge dans les parties les plus froides, et on devrait avoir une valeur légèrement étagée suivant le gradient de température entre fond de cuve et sortie E (échangeur bas), mais très proche de la température correspondant à la hauteur du raccordement.
Ces quelques particularités peuvent donner des petits "overshoot" dans les courbes, simplement parce que des "bouchons" d'eau à températures différentes peuvent se promener (en étant amortis rapidement).
Dans le nouveau modèle de 200 Litres que je viens de changer, on peut remarquer que contrairement à mon ancien modèle, une ou deux spires de l'échangeur sont donc inclinées vers le point le plus bas, vers l'arrivée d'eau froide ECS. Je n'ai aucune explication de cette singularité, mais je suppose que dans ces couches d'eau plus froide, on va pouvoir ainsi assurer un préchauffage de l'eau en utilisant le maximum de delta de température qui représente de fait le maximum d'énergie échangée.
Ceci semble confirmé par un accès de puissance instantanée important lors d'un tirage d'eau.
2.2 Les couches d'eau et la densité
C'est certainement un des points les plus mystérieux à imaginer, (y compris pour moi-même), car l'eau dans un cumulus se réparti par strates de température réparties verticalement. La convection liquide joue son rôle en permettant à l'eau chaude de monter vers le haut de cuve.
On remarquera aussi que l'enveloppe métallique de cuve participe aussi à la répartition des températures, comme indiqué ci avant, et que cela favoriserait une température homogène sur la hauteur, mais là aussi, il y aura des équilibres thermiques qui tendront à s'imposer.
La conductivité thermique de l'eau (0.6) et celle de l'acier doux (46) peuvent rendre prépondérante cette dernière. (Valeurs : source Wikipédia)
Ce phénomène se réalise grâce la différence de densité de l'eau chaude et froide. L'eau chaude étant plus légère monte, et l'eau froide plus dense, redescend. J'ai trouvé dans les valeurs de densité 5 grammes de différence entre une eau à 0°C et une eau à 100°C.
Cette répartition des couches de températures croissantes est à la base même du fonctionnement des chauffe eau. En de plus amples suppositions, on pourrait également penser à une structure plus complexe avec des étagements de températures suivant des cercles concentriques à la cuve bonne conductrice de chaleur. Est-ce le cas ? Je n'en sais rien !
2.3 Les sorties et la hauteur réelle
Naturellement, la documentation est le parent pauvre des produits et ce qui est en notice n'est que peu représentatif de la réalité. Pour preuve des erreurs de hauteur des sorties, ainsi qu'une sortie non explicitement positionnée sur la lettre "E", car elle est presque confondue avec la sortie "Retour".
Naturellement tournée à 90° angulaire, pour ne pas taper dans la dernière spire.
De cette hauteur, va dépendre pour une grande partie, la température statique (Sans circulation de pompe) des connexions de l'échangeur.
Pour ajouter au méli-mélo, le cumulus est livré sans canne de mesure (Il faut donc la réaliser et la place est comptée), par contre, alors que la pompe est externe au cumulus, j'ai des tubulures cuivres coudées dont je ne sais rien faire !
2.4 Le fonctionnement dynamique
Lors du tirage d'eau ECS, l'eau "froide" ECS arrive dans le bas de la cuve et va ainsi capter les dernières calories de l'eau primaire (circuit panneau / cumulus) dans la partie basse du serpentin. Ce principe va faire chuter la température de retour d'eau primaire et en réaction chuter la température de bas du panneau.
L'énergie solaire n'étant ni infinie ni élastique, cela va également se répercuter sur la sortie haute du panneau dont la température va aussi baisser. En dernière réaction cette baisse de température se retrouve en entrée EC primaire du cumulus.
Tous ces changements se produisent séquentiellement et avec quelques pertes thermiques en tuyauteries. Quelques oscillations dûes aux écarts de temps (Vitesse de circulation du circuit primaire, arrêts démarrages…etc) peuvent se produire, car on a tout aussi bien un renforcement d'échange thermique qu'une diminution.
En général ce sont les deux qui se produisent séquentiellement sous forme d'une, voire deux oscillations amorties.
Le problème de la dynamique de fonctionnement est délicat et devra être compensé partiellement par la régulation, car des incidences solaires ou de tirage d'eau peuvent parfois retourner les valeurs des échanges en fournissant un peu de chaleur au panneau solaire ! (On peut ainsi chauffer les petits oiseaux…!)
On verra que ce dernier phénomène du retournement d'énergie n'est pas trop simple à résoudre sans tomber dans des solutions coûteuses, et presque toujours avec le secours obligé de l'électronique et des microcontrôleurs.
3 La régulation solaire
La régulation va avoir pour unique mission d'établir l'échange thermique uniquement en faveur du cumulus et d'éviter ainsi le retournement de distribution d'énergie. Cela se réalisera le plus souvent par l'enclenchement de la pompe de circulation lorsque la température du panneau sera supérieure à la température de l'eau de la cuve au niveau de l'échangeur.
Une régulation solaire de base est essentiellement un petit automatisme ayant 2 entrées analogiques de température et une sortie relais de commande de pompe. (C'est tout !)
(NOTA : Une régulation sera inutile lorsque le cumulus solaire sera situé plus haut que le panneau, car ce cas est assez rare et souvent le fait d'une installation au sol ou en terrasse. L'installation sera alors en thermosiphon, et se régulera d'elle-même automatiquement. C'est certainement la meilleure régulation mais il faudra compenser par des sections de tuyau souvent un peu plus importantes, et donc avec une surface plus importante et des pertes thermiques aussi plus importantes).
Dans les autres cas il faudra intervenir, mais avec discernement…En effet, le débit de l'eau primaire est assez faible et donc la vitesse est de même, ce qui donne des temps de déplacement d'un "bouchon d'eau" assez longs et souvent de plusieurs minutes pour un circuit d'eau primaire "moyen". (On parlera indifféremment de vitesse ou de débit car cela revient au même (au diamètre de canalisations près).
Les débits préconisés sont de l'ordre de 40 à 50 Litres/Heure par M². Ceci implique que lors d'un enclenchement de pompe, on va d'abord injecter de l'eau froide dans l'échangeur (Issue de sa stagnation dans les tuyaux d'amenée du panneau)
Dans un tel cas, si les écarts de températures haut panneau et cuve étaient atteints et que l'on régule instantanément, on déclarerait qu'il faut arrêter immédiatement.
Des temporisations sont donc là pour permettre de passer ces effets transitoires ou ces caps d'incertitudes et permettre d'attendre un régime ayant une pente différentielle suffisante (principalement au démarrage) mais vers l'arrêt, ce sera pratiquement instantané.
Les échanges thermiques peuvent s'inverser rapidement si les écarts de température sont trop faibles. Il va donc falloir temporiser à l'enclenchement, et admettre que l'on peut parfois inverser le sens (mais pas trop longtemps), le temps d'évacuer des bouchons d'eau froide de stagnation de tuyauteries par exemple.
La condition d'arrêt sera une température de panneau, n'ayant plus que quelques degrés de plus que la cuve. (On verra par la suite que ce critère est insuffisant avec en témoin la courbe N°5).
Il faut aussi comprendre que le ciel n'est pas toujours clément, et que des nuages peuvent se présenter, et dans ce cas, il faut aussi temporiser pour être certain que l'énergie sera trop faible à terme et que ce n'est pas la partie négative d'une oscillation.
Voilà les grandes étapes d'une régulation, qui est la plus simple et que l'on appelle différentielle, car c'est l'ÉCART de température panneau et cuve qui va la diriger, et les deux températures (cuve et panneau) vont normalement monter en synchronisme, sans jamais se croiser, mais il peut y avoir des ruptures normale par la fin de journée ou des nuages….et des ruptures anormales suite à une régulation mal réglée.
C'est ce type de régulation que j'ai réalisé et installé en 1981. On verra qu'effectivement cette régulation même bien réglée ne peut pas résoudre certains problèmes, et en tous cas pas sans perte d'énergie.
Les pertes d'énergie peuvent avoir pour origine une hyper précaution de température (seuil d'enclenchement très hauts et délai élevé d'enclenchement de pompe) ou une autre origine par pertes en retournement (Puisage d'énergie dans le chauffe eau).
3.1 Schéma simpl
e
Le schéma de principe d'une installation est directement la représentation de ce qui a été dit au paragraphe précédent : Soit une sonde au panneau, en partie supérieure vers la sortie et une sonde interne à la cuve. C'est la différence d'une dizaine de degrés en faveur du panneau et après un délai N°1 que la pompe sera enclenchée.
A l'opposé, lorsque cette différence devient insuffisante, (Seulement quelques degrés) après un délai N°2 très court la pompe sera arrêtée.
La différence des températures d'enclenchement et de déclenchement constitue l'hystérésis du dispositif. Cet hystérésis est nécessaire et assure l'absence de "battements" du dispositif (marche /arrêt successifs)
Les délais sont nécessaires pour compenser le temps d'arrivée de l'eau chaude au cumulus, à cause des longueurs de tuyau. Pourtant ces délais seront longs pour la mise en marche de la pompe (délai N°1) pour avoir la certitude d'une montée en puissance, et courts pour l'arrêt (délai N°2), car le retournement est vraisemblablement déjà actif et il ne faut pas perdre de temps.
3.1.1 Poursuite du soleil
La poursuite du soleil consiste à placer le panneau solaire toujours perpendiculaire au soleil. Plusieurs méthodes d'asservissement sont possibles, mais le calcul par les équations solaire reste le seul véritablement fiable. Ceci est spécifique de mon installation et peu courant chez les particuliers. Cela peut cependant aider lorsque l'on n'a pas beaucoup de surface de panneau ou que le toit est mal orienté.
(Je ne connais pas de réelles solutions commerciales suivant ce principe, alors si vous ne bricolez pas n'y pensez pas ! Ce que j'ai réalisé est un prototype, certes qui marche bien...maintenant) Il est certain que recevoir les rayons solaires perpendiculairement à l'absorbeur (surface noire captante) est un avantage qui permet d'avoir une véritable surface de 2 M² continuellement tout au long des journées et des mois de l'année.
Dans le même esprit de la "poursuite", on peut citer la "poursuite équatoriale" suivant la monture astronomique du même nom, mais cette structure qui a l'avantage de n'avoir qu'un seul mouvement de rotation (à vitesse angulaire constante) à gérer, se révèle à mon sens beaucoup plus délicate pour le montage mécanique d'un panneau solaire de 2 m², tout autant que pour les purges qui sont tantôt d'un côté, tantôt de l'autre.
Cette monture ne permet pas le repli lors de coups de vent ou de la grêle. Cette monture est mécaniquement en porte à faux et donc délicate au niveau des efforts. Alors si vous en avez réalisé une de ce type pour cette application vous pouvez laisser un message...
Pour ceux qui ont des panneaux en terrasse, il y a une solution mixte, et il est utile de pouvoir au moins les incliner suivant les saisons et de bénéficier ainsi d'une meilleure puissance instantanée et donc d'une surface active égale à la surface réelle.
Dans cet esprit il faut toujours avoir en tête le cercle trigonométrique et les valeurs approximatives des sinus et cosinus, je n'y peux rien !!! c'est la mécanique céleste !.
3.1.2 Les masques
Les ombres portées (cheminée, coin de maison, arbres) affectent les performances solaires et doivent être aussi évaluées pour la régulation. Les nuages, les brumes réduisent aussi les performances. Ce sera mon cas pour un petit bout d'angle de toit, une cheminée et peut-être quelques arbres en hiver, mais impossible de faire autrement. Cela m'a conduit à utiliser le plus possible la position la plus favorable face au soleil, et donc la poursuite !
Mais ces problèmes ne durent que quelques dizaines de minutes le matin quand de toutes façons il y a très peu de calories à récupérer, et le seuil d'enclenchement n'est même pas toujours atteint.
C'est en connaissance de cause que l'implantation avait été réalisée et l'emplacement ne résultait heureusement pas d'un oubli.
Les masques n'ont cependant pas les mêmes inconvénients qu'en solaire photovoltaïque, car on peut faire l'équivalent d'un fonctionnement en parallèle de cellules, alors qu'en photovoltaïque cela revient à un fonctionnement série.
3.1.3 Fonctionnement en terrasse
Cette situation n'est pas très répandue, mais répondait dans mon cas à l'impossibilité de placer le panneau en toiture, faute d'orientation convenable (Est / Ouest).
En terrasse, il est effectivement possible de bouger un tel panneau, soit par saison, soit journellement pour un maximum de rendement. Les liaisons hydrauliques seront alors en matériaux souples et avec une isolation souple et renforcée.
Un panneau en terrasse est très facile d'entretien, et le nettoyage régulier est particulièrement utile. De plus toute réparation est plus facile au sol qu'en hauteur, avec le risque de tomber…du toit.
Un autre avantage important est l'absence de fuites dues à une mauvaise étanchéité de toiture.
Un inconvénient important est un masquage potentiel par la végétation du fait d'une position au sol.
3.2 Les mesures et les conditions
3.2.1 Les sondes d'essais datalogger
Le datalogger récemment exposé a donc été utilisé pour ces mesures (voir cet article). Cet appareil enregistre sur PC un maximum de 5 sondes analogiques avec une résolution de l'ordre du 1/10 de °C, et de 5 sondes logiques (tout ou rien)
Toutes les sondes qui ont été utilisées sont de type -20°C à 105°C. Deux sondes de températures du datalogger ont été placées en // avec les sondes de la régulation (Au point haut du panneau, et en milieu de cuve).
Deux autres sondes ont été placées à l'arrivée EC du cumulus et au retour EF du cumulus, (circuit primaire), permettant de mesurer les pertes dans les canalisations, ainsi que les temps de transit d'un bouchon d'eau chaude par exemple. Ces sondes mesurent l'énergie échangée et surveillent donc aussi les retournements possibles d'énergie (énergie négative).
Une sonde logique a été installée sur la pompe (Sonde 220V décrite dans l'article du datalogger). Cette sonde permettra d'avoir les temps précis d'enclenchement de la pompe et donc de mesurer le temps de transit de l'eau primaire du panneau jusqu'au cumulus.
Elle servira aussi de "marker" (voir courbe N°5) pour indiquer des changements dans le mode de fonctionnement (Brève coupure manuelle au changement de puissance pompe).
Elle sera également utile pour calculer l'énergie, car sans circulation aucune énergie échangée n'existe (à epsilon près de l'eau emprisonnée dans les circuits). Ce calcul est réalisé sur EXCEL.
3.2.2 Les pertes Thermiques
Les pertes thermiques ou autres, sont toujours un élément qui vient grever la rentabilité du dispositif. Aussi en multipliant les points de contrôle, on a une vision plus exacte des améliorations à apporter.
On affichera déjà les éléments les plus évidents en termes d'isolation, avec la nécessité de surtout isoler les parties extérieures des tuyauteries primaires.
On verra sur les courbes, combien les pertes de températures augmentent avec l'élévation générale de température de l'eau primaire.
Cela confirmera la nécessité de soigner particulièrement l'isolation pour ne rien perdre et particulièrement la sortie eau chaude du panneau (Ayant la température la plus élevée).
Je me souviens de la conception d'une petite enceinte thermostatée dans les années 90 et de la difficulté à maintenir la température à cause d'une simple vis qui traversait l'enceinte et qui faisait un pont thermique…! Dans cette suite d'idées voyez aussi un capteur de température tel que le LM35 qui reçoit l'essentiel des calories par ses fils de connexions et non par le boîtier !
Les pertes thermiques sont aussi le fait de chaleur puisée dans la cuve lors d'un retournement intempestif.
Les pertes thermiques sont aussi le fait d'éléments qui fonctionnent mal comme le clapet anti-retour, qui évite le thermosiphon inverse. Or si vous avez lu les articles sur les clapets (voir cet article), ou les groupes de sécurité (voir cet autre article) vous saurez que ces éléments sont en général peu fiables.
Un clapet qui fuit pourra vous entraîner des pertes importantes par thermosiphon.
Il est facile de s'en affranchir en vérifiant la température du panneau au point haut. (Sonde de température extérieure ?)
3.2.3 La puissance solaire instantanée
Rappelez vous la formule citée dans l'article sur le confinement des calories aux WC (voir l'article)
Cette formule représente une énergie, mais on peut aussi parler de puissance instantanée. (Rappelez vous la définition de la puissance, c'est l'énergie par unité de temps).
Cette formule dirige je suppose le comptage thermique et la facturation du chauffage dans les immeubles collectifs, puisque ceci est réalisé par 2 sondes associées à un compteur d'eau chaude (mesure du volume)
W(KWH)=0.00116*V(litres)*T°(delta temp °C) ou
W(WH)= 1.16*V(litres)*T°(delta temp °C)
Nous allons pouvoir également l'appliquer ici, et cette fois on ne parlera plus d'énergie, mais de puissance instantanée échangée avec le cumulus.
Ce n'est plus une énergie en KWH ou WH, car on peut considérer qu'elle est constante au niveau des minutes ou dizaines de minutes, mais avec des variations lentes tout au long de la journée, c'est pourquoi je préfère parler de "PUISSANCE instantanée" plutôt que de parler d'ÉNERGIE sur quelques secondes qui correspondent à l'écart entre 2 mesures.
(Cet écart est de plus aléatoire suivant les variations de la puissance solaire –variations sur delta du datalogger en sonde ANA0, voir § suivant-).
Alors est-ce les températures ou l'énergie qui sont les plus importants ?
C'est un peu comme la boutade du canon et je dirais "les deux mon colonel", car bien entendu l'utilisation est faite pour avoir des "degrés", mais "extraire" le plus de (kilo) Wattheures du panneau est tout aussi important ! On verra sur les courbes que le débit d'eau primaire va agir de façon importante sur cet aspect puissance-énergie / température.
Énergie et/ou température sont indissociables mais on verra que l'énergie peut avoir des pics insoupçonnés au cours du fonctionnement d'une journée.
Cette disposition nous amène à préciser le paragraphe suivant :
3.2.4 Le paramétrage des essais
Le datalogger a été paramétré de la façon suivante :
ANA0 sonde analogique pour température Haut panneau couleur magenta
ANA1 sonde analogique pour température cuve cumulus couleur rouge
ANA2 sonde analogique pour température Arrivée EC au cumulus circuit primaire couleur cyan
ANA3 sonde analogique pour température retour EF au cumulus circuit primaire couleur "prune"
LOG0 sonde logique pour POMPE couleur bleue (une valeur quelconque basse indique l'arrêt de la pompe, alors qu'une valeur haute indique le fonctionnement. Cela permet d'avoir cette valeur présente sur le graphique et de bénéficier d'un troisième axe dans EXCEL)
Pour l'essai N°1 du 27/04/2010 courbes N°1 à 4, taille fichier 602 KO
Date: 27/04/2010
Scan périodique sur ANA0 toutes les 4 secondes
Scan sur variation de 3/1024de 125°C soit 0.36°C de variation sur ANA0
Pour l'essai N°2 du 28/04/2010 courbe N°5, taille fichier 81 KO
Date: 28/04/2010
Scan périodique sur ANA0 toutes les MINUTES
Scan sur variation de 3/1024de 125°C soit 0.36°C de variation sur ANA0
D'autres relevés ultérieurs seront également commentés pour leur aspect plus significatif.
Le débit de la pompe est calé sur 83 Litres/H (parfois 84), mais des essais à 116 et 130 L/H ont été aussi réalisés.
Ces débits peuvent légèrement varier car rien n'est parfait, et j'ai pu mesurer une fois 83 ou la fois suivante 84. (Je ne sais pas réellement expliquer ces légères variations autrement que par du "bruit de fond" ou des erreurs de mesures suite à des temps un peu courts ou mal pris ?)
Le débit pompe est réglé actuellement à l'aide d'une vanne pointeau manuelle pour obtenir le débit de base de 83 Litres/H.
Le paramétrage explique la raison de la courbe ayant le plus de petites variations (qui est celle du haut de panneau puisque relevée (en plus des scan périodiques), lorsque le delta de température dépasse de 3/1024 soit 0.36°C le précédent référencé).
On remarquera que le scan périodique toutes les 4 secondes est un peu trop précis, alors que celui toutes les minutes est un peu lâche, mais suffisant pour exploiter une journée complète.
On associera ces multitudes de points au problème qu'EXCEL (du moins la version 5) ne traite pas plus de 4000 points dans un graphique, et que dans l'exemple N°1, il y en avait 12000 et seulement 1688 dans le deuxième exemple.
De plus les modifications applicables à de tels tableaux gigantesques posent le problème de sélections trop grandes pour être exploitées en une seule fois.
Il semble qu'une valeur de 15 à 30 secondes de scan soit un juste milieu entre précision et traitement.
Le premier exemple à cause de sa taille importante a donc été exploité par "tronçons". Il est évident qu'une vision générale n'est guère possible sans reprise manuelle des données
Les données brutes en valeurs binaires de 1/1024 sont converties en degrés par la simple formule T=(125/1024*x)-20 ---> (125 est l'étendue de mesure en degrés des sondes, 1024 la référence du convertisseur AD et 20 l'offset relatif au 0°C puisque les sondes font -20 à +105°C)
avec pour x la valeur mesurée en 1/1024ème. En effet 125°C sont représentés par 1024 éléments, et l'ensemble est décalé de 20°C vers le négatif.
Dans la colonne "pompe", le 0 logique sera calculé en une valeur haute (de "pseudo température") ne masquant pas les autres courbes, et le 1 vers le Bas proche de l'axe. Les valeurs absolues sur l'échelle des degrés varient suivant les graphiques, mais restent claires.
ATTENTION, je ne me suis pas trompé, car la sonde de tension secteur du datalogger donne la fonction barre (1 logique=Arrêt et 0 logique donne marche).
Il est préférable de rétablir la "vérité naturelle" sur le graphique avec une fonction "SI" qui permet en outre de positionner le fonctionnement de la pompe dans l'échelle des températures…! (En affectant des valeurs lisibles sans masquer les autres tracés)
L'énergie abandonnée dans l'échangeur :
Cette énergie abandonnée dans le chauffe eau est finalement ce qui a le plus d'importance, car on aura ainsi capté le maximum de calories qui seront piégées dans le chauffe eau. Le calcul de cette énergie libérée résulte des écarts de température IMMÉDIATEMENT au niveau des sorties échangeur du cumulus (associé au volume d'eau primaire passé).
Cette valeur est issue seulement du calcul suivant la formule déjà citée :
W(WH)= 1.16*V(litres)*T°(delta temp °C)
Elle est représentée le plus souvent en couleur brune sur les courbes.
Cette énergie est gratuite, mais devra être compensée par une mise à niveau complémentaire de la température en cas de faible ensoleillement pour obtenir une eau vers 55/60°C.
Ceci est également important pour éviter le développement bactérien, et certaines régulations offrent cette possibilité soit par un deuxième échangeur en provenance du circuit de chauffage, soit par une résistance électrique d'appoint (heures creuses le plus souvent).
3.3 La vitesse de circulation primaire
La vitesse de circulation primaire (ou le débit) va avoir une grande importance dans les phénomènes des régimes transitoires lors du démarrage et de l'arrêt de la pompe.
À cette vitesse de circulation, seront associés les temporisations de la régulation qui permettront d'éviter l'arrêt de pompe au démarrage, devront éviter l'inversion des échanges thermiques, et certifier un enclenchement durable de la marche de la pompe.
Cette vitesse de circulation est habituellement donnée par les constructeurs, mais je n'ai pas trouvé de réelle méthode de calcul. Je pense que cela vient de la thermodynamique et je ne m'y aventure pas…Cette vitesse peut également être le fait d'une expérimentation du constructeur, mais ce n'est dit nulle part !
J'ai juste pu vérifier que le changement de vitesse pompe de 83 L/H à 116 ou 130 L/H ne donne pas de différence visible dans la température de cuve et sur l'énergie.
On peut seulement remarquer plusieurs conséquences en chaîne concernant cette vitesse.
Plus la vitesse sera élevée, plus la température de sortie EF primaire de cumulus sera élevée (on aura pas assez de temps pour "échanger" les calories et beaucoup plus repartiront vers le bas du panneau.
Par manque de temps d'exposition, la température de haut de panneau sera plus faible et en conséquence la température d'Arrivée EC primaire au cumulus sera aussi plus faible.
On peut également penser que la température maximale de cuve sera plus longue à atteindre, mais on va gagner dans les pertes en ligne du circuit EC primaire du fait d'une température plus basse. La température EF primaire sera par opposition un peu plus élevée….!!!!
Quel sera le résultat final ? Je ne le sais pas, car suivant les installations, les résultats pourraient être différents.
Pour ma compréhension, ce débit reste un point un peu délicat. Délicat ? Oui car c'est de ce débit (volume) que va dépendre L'ENERGIE échangée. Ce débit doit donc être bien calibré et j'aimerais pouvoir trouver une courbe en "cloche" en résultat de diverses vitesses pour une iunstallation type. Il n'est pas exclu que je ne réalise ultérieurement ces mesures.
Mais pourquoi s'occuper de l'énergie, alors que les températures suffisent ? Simplement parce l'énergie est la représentation de la seule valeur guide.
Énergie positive la pompe peut fonctionner.
Énergie s'inversant, alors il faut arrêter car on n'a pas le droit de "voler" des calories au cumulus !.
3.4 Les régulations complexes
Dans le cas simple d'un panneau et d'un cumulus dédié "exclusivement solaire", deux sondes peuvent globalement suffire mais sont insuffisantes pour régler les détails, justement à cause des inversions possibles d'énergie.
Le démarrage de la pompe peut également se faire sans inversion éventuelle en utilisant des vannes 3 voies directement en // sur l'échangeur. Ce démarrage peut se réaliser en mettant en température suffisante l'ensemble du circuit primaire puis en basculant ensuite sur le cumulus, ainsi aucune calorie ne sera "volée" au chauffe eau.
Lors de la fin de journée, ou lors de passages nuageux, la diminution progressive de la température du panneau, pourrait nécessiter de diminuer la vitesse de la pompe pour prolonger un peu les échanges et permettre d'éviter un arrêt de pompe, toujours difficile à récupérer au niveau inversion d'énergie.
La condition d'arrêt de pompe est donc l'égalité des températures Arrivée EC primaire et retour EF primaire au cumulus, lorsque l'on a épuisé la solution de réduction de vitesse.
(On doit également tenir compte de l'énergie dépensée par la pompe et les auxiliaires, et arrêter légèrement avant cette égalité de température pour que le bilan énergétique soit nul avec une petite sécurité).
On comprendra aussi que le système est très complexe et peut changer d'un instant à l'autre en fonction du tirage d'eau chaude sanitaire, des nuages, de la vitesse de circulation etc …etc….
Ce tirage d'eau ECS affecte IMMÉDIATEMENT en réaction les températures de l'ensemble de la chaîne, et ce point est extrêmement IMPORTANT.
Dans les autres régulations complexes, il y a les régulations avec reprise par chaudière en cas d'ensoleillement faible ou de correction bactériologique, il y a aussi les régulations qui commutent plusieurs champs solaires orientés différemment.
Il est également possible qu'une régulation prenne en compte le tirage d'eau chaude ECS et d'en tirer des prévisions de baisse "normale" des températures pour ne pas couper immédiatement la pompe, mais de réduire le débit. (Ceci n'est pas toujours vrai mais principalement en fin de journée, car de façon standard, ce tirage d'eau ECS produit un surcroît d'énergie (voir courbe 5))
La pente des différentes courbes renseigne également sur le futur et la conduite à tenir. Cependant la pente instantanée n'est pas suffisante, car beaucoup trop aléatoire. Il faut un calcul sur une durée de quelques minutes pour confirmation de tendance.
Un mot encore sur les débits primaires. Il est quasiment impossible au niveau des petites installations d'installer de la variation de vitesse sur un moteur asynchrone de pompe de 18 Watts.
Ceci pour commencer par l'aspect financier démesuré relativement à la puissance. Ensuite, il s'agit du bilan énergétique désastreux d'un tel appareil pour les petites puissances (Si cela existait, car je n'en ai pas trouvé dans ces petites puissances).
Enfin aucune de ces petites pompes n'est prévue pour fonctionner en vitesse variable (déclassement des moteurs)
Pour faire ces réductions de débit, je pense qu'il faut uniquement travailler sur des vannes motorisées 2 voies (en série) ou 3 voies, (placées en shunt de la pompe régulation //) pour diminuer le débit.
La régulation série peut s'avérer possible également à la condition de ne pas aller jusqu'au débit nul, ce qui sera normalement le cas.
L'utilisation des pompes à plusieurs vitesses comme c'est le cas, n'apporte aucune facilité complémentaire, car il n'est pas possible de moduler depuis une très faible vitesse à une vitesse "normale", car cette variation de vitesse s'appuie sur une puissance moteur qui va en croissant, ce qui est réellement dommage.
Alors pas d'autre solution que de travailler sur la plus petite puissance de 18W toujours trop importante, puisqu'il faut une vanne pointeau pour le réglage, et de travailler avec des vannes 2 ou 3 voies.
Ainsi l'énergie pompe n'est pas augmentée, et le moteur de commande de vanne ne sera en fonctionnement que très ponctuellement, avec une énergie que l'on peut considérer comme insignifiante.
Il faut aussi comprendre que tout ce qui a la connotation "solaire" est une source inépuisable de profits complémentaires par les marchands du temple.
Il n'y a bien souvent que le nom qui est source de profit, et strictement aucune amélioration sensible dédiée.
4 Explications des courbes
Cette partie fera largement référence à ce qui a déjà été exposé. Pour comprendre réellement les explications sur ce qui se passe, je vous invite à tirer sur papier les 5 graphiques que je vais commenter. Je ferai référence au NUMÉRO DE GRAPHIQUE (chiffre dans le cercle noir).
Pour les autres points précis, je parlerai de l'heure et de la couleur de courbe et/ou de sa dénomination pour que l'explication reste compréhensible aussi sur les mots et pas seulement sur les couleurs. (Les couleurs "standardisées" concernent seulement les courbes numérotées de 1 à 5)
4.1 Dispositif mis en
place
Le datalogger a donc été mis en place suivant le paramétrage indiqué, avec 4 sondes analogiques 0 à 5 volts ainsi qu'une sonde logique (pompe). Dans les essais les plus récents, un capteur sur le compteur a été installé.
Le datalogger a été raccordé par RS232 à un notebook ayant le programme freeware "terminal.exe de br@y++ à la vitesse de 115200 bps. (Un adaptateur ATEN assure la conversion USB/RS
232)
Le PC notebook doit être configuré pour éviter tout arrêt du disque dur et de mise en veille avec l'arrêt d'enregistrement des données. (paramétrage, gestion d'énergie)
On pourrait implanter des capteurs permettant la mesure ou même simplement le tirage d'eau chaude ECS, mais cette variation négative brutale de la température de cuve est parfaitement identifiable, et cela n'est donc pas réellement nécessaire.
On regrettera aussi l'absence de capteur sur le compteur d'eau primaire installé concern
ant le débit horaire du circuit primaire, car l'énergie en dépend directement. Ceci a été ajouté par la suite mais la fréquence de mesure n'est pas adaptée (1 minute environ), et un débitmètre est seul possible pour assurer une véritable régulation.
(ATTENTION, Pour les débitmètres, il faudrait tenir compte de la température possible, de la section de passage (Pertes de charge) ainsi que du nombre de tops ou de la fréquence de mesure)
On regrettera également l'absence de capteur en partie basse du panneau, désolé le 5ème capteur n'est pas encore réalisé donc …
La température extérieure serait aussi utile pour faire le rapprochement avec les pertes thermiques, m
ais....
On regrettera aussi que l'enregistrement n'ait pas démarré avant le réveil des habitants et après leur coucher, car on ne voit pas les équilibres atteints, mais cela pourra être comblé par de nouveaux relevés...
Voilà donc ce qui aurait pu être ajouté, mais commençons maintenant à "éplucher les courbes" :
N° de 1 à 4 date du 27/04/2010.
N°5 date du 28/04/2010
Si vous n'avez pas encore mis sur papier ces courbes, faites le, car c'est difficile de suivre autrement. Désolé pour les feuilles de papier mais c'est nécessaire.
Ces courbes 1 à 5 sont les premiers enregistrements réalisés sur le solaire thermique ainsi qu'avec le datalogger, aussi des petites erreurs de paramétrage permettent de réellement mesurer toutes les subtilités d'exploitation.
4.2 Le démarrage du matin
Le démarrage du matin concerne les courbes N°1 et 2. (La N°1 est un agrandissement d'une petite partie de la N°2).
Prenez la courbe N°1
Première partie Courbe N°1
Il est 9:42 et le soleil arrive progressivement à atteindre le panneau. Il fait beau et la température panneau (magenta) grimpe jusqu'à 27°C vers 09:46:50, et à ce moment l'écart de température entre le panneau et la cuve devient suffisant (27°C-19.5°C=7.5°C) pour autoriser la mise ne marche de la pompe.
Pas de chance cela est partiellement faux ! Pourquoi ? Parce que la pompe a démarré au bout d'un certain délai (que je ne connais pas faute de mesures), mais que l'on va évaluer à 2 minutes. La différence de température nécessaire au processus a donc eu lieu réellement vers 09:44:50 (trait vert).
A partir de là, le processus de délai a débuté et 2 minutes plus tard vers 09:46:50 pointillé rouge), la pompe a démarré.
La température Haut capteur, courbe magenta monte progressivement car on récupère la première exposition cumulée de la journée emmagasinée dans les tubes du panneau (En l'absence de circulation primaire). En poursuivant, on arrive à un maximum de 32°C vers 09:47:45, puis à ce moment, l'eau froide du circuit venant du retour EF primaire du cumulus, et ayant stagné durant la nuit commence à arriver et remplace progressivement l'eau chaude primaire du panneau, partie vers le cumulus, la température haut panneau ne cesse alors de descendre.
Parallèlement, juste avant le départ de la pompe, courbe "arrivée primaire EC cumulus" (couleur cyan).
La température au raccordement est donnée par la température de la cuve à cette hauteur, soit 27°C. Lancer alors la pompe revient à injecter l'eau froide de la canalisation (qui a stagné durant toute la nuit) dans le chauffe eau, et c'est ce qui va se passer. à 09:46:50, au départ de la pompe, la température Arrivée EC primaire cumulus baisse jusqu'à 09:48:40 (3ème pointillé rouge).
Mais à partir de cet instant l'eau chaude du panneau arrive et fait ralentir cette descente, puis fait remonter la courbe cyan jusqu'à 25°C.
Plusieurs constatations sont à faire sur ce fonctionnement.
Au point bas du cyan, le ralentissement de descente toujours supérieur à la température de cuve autorise un échange de température positif (mais peu efficace en énergie) et le retour EF cumulus remonte aussi progressivement.
En ce qui concerne l'énergie, je rappelle que l'on ne parle que de l'énergie fournie au niveau de l'échangeur SEUL et juste au niveau des raccordements du chauffe eau. La courbe énergie brune a son minimum confondu avec le minimum EC primaire cumulus, car à ce moment le delta de température (appelons le delta T° pour simplifier) courbe cyan –courbe "prune". L'énergie sera minimum à cet instant puis va remonter puisque l'eau chaude du panneau commence à se libérer de ses calories dans l'échangeur, et le cyan va remonter plus vite que le "prune", et donc l'énergie remonte.
La suite est une question de température entre la sonde du haut panneau et la cuve. L'eau chaude du panneau n'était pas suffisante pour compenser les pertes dues à l'eau froide des tuyauteries et le panneau n'était pas assez chaud, alors après un délai très court, (non mesuré mais au maximum de 5 secondes (donnée de régulation) la pompe est arrêtée car l'écart de température au point B était trop faible entre CUVE et HAUT PANNEAU soit de 2°C environ.
Cependant, on aurait pu théoriquement maintenir la pompe, car même si les températures de sondes haut et cuve ne sont plus en accord, l'énergie n'est jamais passée négative (pas très élevée cependant...!) puis remonte....
Ces écarts de températures de mise en marche et arrêt pompe sont un peu faibles. L'allongement du délai de mise en service de la pompe peut aussi être augmenté pour acquérir suffisamment d'énergie au panneau.
Dans l'exemple, pour ce premier départ de pompe, celui-ci aura seulement duré 3 minutes environ.
2ème partie Courbe N°2
Cette courbe comprend la courbe N°1 avec le premier départ de pompe.
Le même cycle se reproduit alors comme la première fois, mais cette fois avec de l'eau dans les tuyaux qui n'a pas encore eu le temps de se refroidir totalement. On le constate sur la courbe cyan dont le "piqué" ne va que jusqu'à 23°C au lieu de 20°C.
Cette fois sera la bonne, et on n'atteindra pas la limite de 2°C de condition d'arrêt de la pompe (limite haut panneau / Cuve magenta/rouge). Le minimum sera de 3.5°C environ.
On va maintenant se trouver dans un régime de stabilité croissante des températures à partir de 10:12:00 environ.
Toutes les températures "grimpent". La température haut panneau est assez "hachée" car elle est prise de façon spéciale dès que l'écart avec la température précédente dépasse 3/1024 de 125°C soit 0.36°C.
On constate aussi un amortissement thermique certain à l'arrivée EC primaire cumulus, mais on constate surtout un point plus important qui est que la température Arrivée EC primaire cumulus est toujours plus faible que la température haut panneau !
Ce point est IMPORTANT car cela signifie qu'il y a des pertes thermiques entre les deux éléments et on peut mesurer cet écart que l'on voit ici varier en ayant tendance à augmenter (on le verra mieux plus tard). Vers 25°C on perd environ 1°C mais vers 30°C on perd cette fois 2°C.
Le retour EF primaire cumulus monte aussi, mais reste supérieur à la température de cuve. Il y a encore des calories à céder à la cuve…
Sur ce graphique on constate le début de la montée en température de la cuve…Heureusement c'était précisément l'objet d'un système solaire !!! On gagne à ce moment environ 1°C en ¼ d'heure (10h33-10h19). La puissance solaire à cette heure matinale n'est pas réellement au rendez-vous.
En milieu de journée, on verra que l'on peut atteindre 5°C de gain en ½ heure (voir courbe 3)
4.3 Essais à différentes vitesses
Ces essais sont restés interrogateurs, par des imprécisions des débits du circuit primaire sur la courbe 3 par exemple. En effet, ne pas placer exactement le changement de vitesse de pompe conduit à voir des aberrations au niveau de la courbe d'énergie.
D'autre part, la précision sur la vitesse intervient directement sur la courbe d'énergie.
Après reprise des valeurs de débit, sur d'autres courbes, notamment sur la courbe 5 il apparaît qu'entre 83/84 L/H, 116 L/H et 130 L/H, l'énergie cédée au cumulus ne change pas de manière visible.
Ceci ne veut pas dire qu'il n'y a pas de changements notamment dans les températures, mais au niveau énergie, il y aurait conservation.
Ce fait me surprend tout de même un peu, mais je suppose que les éventuelles variations, doivent dépendre principalement des pertes thermiques dans les canalisations. Ces pertes restant faibles, le bilan énergie ne changerait pas de façon perceptible ?
En ce qui concerne les températures, et après les overshoots de commutation de vitesse, l'Arrivée EC primaire cumulus baisse car le temps accordé au réchauffage par le panneau est plus court. De même et en réaction, la température de sortie EF primaire du cumulus remonte car cette fois, les calories n'ont pas eu le temps d'être cédées à l'ECS.
Le plus spectaculaire qui tend à prouver la non incidence (ou très faible) de la vitesse de circulation est la courbe de la température de cuve qui n'a jamais un "accident" au moment des commutations de vitesses. (Certes, l'intégration thermique est très forte par le volume d'eau ECS, mais sur une heure de changement, on devrait pouvoir "voir" une petite variation, or ce n'est pas le cas).
4.4 Les arrêts pompe
Un premier élément est d'annoncer que dès l'arrêt de la pompe, l'énergie cédée au cumulus est nulle. Ce fait est traité au niveau du tableur par l'examen de l'état de la pompe et l'affichage d'un résultat nul ou à la valeur calculée suivant cet état pompe.
Prenons par exemple la courbe N°5
C'est le soir, et vers 19:22 il y a eu des tirages d'eau chaude ECS affectant directement la température de cuve (courbe rouge), et en même temps le soleil déclinait fortement. Il y a un premier arrêt pompe, mais le tirage d'eau chaude a rendu provisoirement l'écart de température suffisant pour relancer la pompe pour un temps non négligeable de 25 minutes environ.
Durant ce temps la température de cuve a pu augmenter de 3 °C environ ! Ce n'est certes pas la mer à boire mais c'est l'océan complet …!!!!
Avez-vous remarqué que le retour EF du cumulus est supérieur à l'arrivée EC lorsque la pompe fonctionne ? Eh bien oui c'est une aberration de fonctionnement, car la température du panneau est bien supérieure à celle de la cuve et autorise de fait la pompe. Mais le bilan énergétique est négatif.
Je crois que cela illustre bien la nécessité de modifier la condition d'arrêt pompe qui devra être réalisée justement lorsque ce bilan énergétique devient négatif.
Mais alors pourquoi la température de cuve monte-t-elle encore alors que l'échange est déficitaire ? Je ne sais pas trop bien l'expliquer désolé (Inertie thermique sonde de cuve ?), je ne sais pas tout et je préfère le dire plutôt que d'affirmer une ânerie !
TRUC : Comme ce n'est pas toujours simple si vous ne pratiquez pas régulièrement les courbes EXCEL, si vous voulez indiquer les valeurs 0 et négatives en rouge, sur l'axe secondaire, voici le format à appliquer sur EXCEL5 pour arriver à ce résultat sur la valeur de l'énergie (ça attire l'attention du fait que le 0 des valeurs de température est plus bas).
# ##0;[Rouge]-# ##0;[Rouge]0.
4.5 Les tirages d'eau
Continuons sur la courbe 5…
Pour les tirages d'eau, on peut les remarquer très facilement et les quantifier par la chute brutale de la température de cuve.
En effet tirer de l'eau chaude ECS fait arriver de l'eau froide par le bas du cumulus et laisse échapper l'eau la plus chaude pour utilisation. La chute est brutale car le tirage fait "perdre des kilowattheures" en très peu de secondes, ce qui ne se gagne pas aussi rapidement…
Il n'est pas sorcier de deviner que vers 13 heures, c'est le début de la vaisselle….
Quelle conséquence sur l'énergie globale cédée au cumulus. L'écart de température étant plus élevé, l'énergie transmise est pour quelques instants plus importante. Les équilibres thermiques reprennent alors le contrôle en retrouvant l'énergie moyenne précédente que l'on a ici vers 900 W (désolé c'est une puissance instantanée)
Durant ces tirages, la réaction du système va être dans l'ordre CHRONOLOGIQUE, l'abaissement presque immédiat du retour EF cumulus. Ce "bouchon de fraîcheur" va se propager maintenant au bas du panneau qui à vitesse constante va devoir baisser en conséquence sa température de sortie Haut panneau.
Ceci étant, l'arrivée EC cumulus se trouve baissée également…Et un équilibre se rétablit bientôt pour repartir vers les sommets d'énergie.
Sommets d'énergie ? On constate sur cette même courbe que ce sommet est en réalité un simple plateau qui se situe vers 900 W instantanés. Ce qui semble la limite maximale pour la journée considérée.
À 14 heures, le soleil est au zénith et la puissance serait donc maximale. (Heures légales d'été/hiver !)
Ce maximum capté dépend du panneau lui-même (sa qualité), de la clarté de l'atmosphère, des heures et latitudes mais aussi des saisons, climats et situations locales.
4.6 La nuit, Les nuage
s
Comme promis, voici l'état des 4 capteurs de température durant une nuit complète (Désolé pour les couleurs de courbes qui ont changé, mais je passerais mon temps à reprendre ce qu'EXCEL fait automatiquement....Alors j'abandonne ce sujet au bon vouloir du tableur)
(Ce tracé se continue sur la courbe de fond vert suivante)
On constate seulement pour les températures internes à la maison, une convergence rapide vers les niveaux stables seulement attachés par les pertes thermiques.
Concernant la sortie panneau, celle-ci est plus lente, mais représente à la fois la dernière température atteinte (pompe à l'arrêt), et au terme la température ambiante, avec un petit pic de remontée du panneau "en solo" puisque la pompe est à l'arrêt.
Pour les nuages c'est la courbe ci contre sur fond vert, q
ui est représentative d'un démarrage de journée avec passages nuageux, et on le voit parfaitement avec les arrêts/départs de la pompe.
Faut-il réduire la vitesse pour ne pas arrêter la pompe ? Peut-être, mais cela reste limite tout de même. Quand il n'y a pas beaucoup d'énergie apportée, il faut bien arrêter le système !
Dans ce cas, une réduction du débit pourrait permettre de fonctionner en limite cependant. (Dans de tels cas, il faudrait prendre en compte toutes les énergies auxiliaires nécessaires au fonctionnement pour décider de la pertinence du pompage)
Que peut-on encore tirer comme enseignements de ces courbes ? On peut dire que la constante de temps d'isolation des tuyaux est d'environ 30 minutes et que durant ce temps on a perdu 60% en température.
Ce relevé nous montre aussi que les échanges n'ont jamais été déficitaires et que l'on n'a pas chauffé les petits oiseaux…Ouf ! C'est rassurant !
On peut encore voir qu'à chaque période marche/arrêt, on monte tout de même, pour finalement arriver "à tenir" seulement à la troisième fois.
5 Les corrections à apporter
5.1 Isolation
Je crois que ce point est certainement le plus important. Aussi j'ai déjà entrepris de compléter cette isolation extérieure pour commencer.
Sur la courbe N°5, on distingue parfaitement qu'en fin journée, lorsque les températures de cuve sont les plus hautes, il y a tout de même 7°C de perdus entre le haut du panneau et l'arrivée EC de l'échangeur.
Cela me semble beaucoup, alors je vais également assurer un complément sur toutes les pièces métalliques qui sortent de l'isolation (vannes, raccords laiton, pompe etc…)
Calculs effectués, on a également un delta de T° entre Haut panneau et Entrée EC cumulus ainsi qu'un débit d'eau...Ce facteur représente les pertes sur le circuit EC seulement...
Quel est donc l'équivalent en puissance de ces 7°C que l'on a pu mesurer sur la courbe ? Selon la formule habituelle, cela représente tout de même 682 W !
Je suis très surpris de cette valeur élevée qui parle d'elle-même relativement à notre vie de tous les jours. C'est beaucoup et surtout pas très loin de la puissance utile délivrée à l'échangeur (~ 900W). On peut donc dire que le rendement thermique n'est pas fameux !
On distingue parfaitement sur cette courbe que l'écart entre Haut panneau et entrée EC cumulus augmente avec la température du haut panneau. Ceci veut dire que les pertes augmentent avec la température ce qui est la preuve par 9 de la théorie, et c'est donc rigoureusement exact.
En étant puriste on pourrait même trouver une relation !
Cette courbe N°5 est également très évocatrice de la difficulté de "récupérer des degrés", car plus on progresse vers le haut des températures, moins les performances sont bonnes à cause des pertes thermiques en ligne qui augmentent. Alors je crois que les conclusions sont immédiates ! Il faut réduire au plus court les liaisons entre le panneau et l'échangeur !
Cette réduction de distance est peut-être plus importante que la distance aux points de puisage d'eau chaude ?...?
Autre élément cette fois…On constate l'aspect effiloché de la courbe de température haut panneau, qui est dû essentiellement au paramétrage, puisque j'avais paramétré une mesure si l'écart était supérieur à 3/1024 soit 0.36°C.
Ce qui est plus surprenant c'est que une fois arrivé à l'entrée EC du cumulus, il ne reste plus rien de ces variations…!
Ce n'est pas très compliqué à comprendre, car ces courtes variations sont totalement absorbées par le pouvoir intégrateur de la tuyauterie, qui dans ses pertes aura également laminé ces petits soubresauts très courts de température, (qui sont peut être un peu aussi pour une part du bruit de fond ?)
5.2 Vitesse de circulation
Ce point n'est pas réellement un problème, mais il ne parait pas trivial de prime abord. Ce que j'ai pu en voir est qu'il ne me semble pas observer de relation directe avec les performances d'énergie transmise à l'échangeur pour des gammes de vitesses de circulation de 84 à 130 L/H.
Il n'en est pas de même des températures entrée et sortie d'échangeur, puisque sur une vitesse faible, l'échange se déroulera de façon plus complète, ce qui abaissera la température de sortie, alors qu'une vitesse plus élevée fera l'inverse.
Si on considère les pertes nulles, on ne devrait trouver aucune différence. Mais les entrées sorties échangeur vont travailler en opposition, car si l'une monte, l'autre va descendre.
Alors il me semble que l'on pourrait trouver quelques menues différences si l'isolation aller ou retour n'est pas tout à fait identique.
Ma conclusion est que rien ne sera vraiment perdu sur une vitesse plus élevée, car l'eau arrivera à une température plus élevée au bas du panneau, ce qui la fera ressortir plus élevée aussi.
Au niveau énergie on ne constate absolument rien et cela est bien exact puisque la courbe rouge de température de cuve ne change pas d'une "virgule" lors de changements de vitesse effectués.
5.3 Arrêts Démarrages inutiles
Ce problème est gênant car suivant les écarts de temps entre chaque, ON/OFF, il y a toujours des overshoots qui peuvent obliger à des arrêts. En ce sens, pouvoir réduire la vitesse de déplacement de l'eau du circuit primaire peut être une solution intéressante, qui permet suivant les moments de la journée de passer un cap "difficile thermiquement", sans pour autant couper la pompe.
Toute coupure de pompe entraîne le refroidissement de l'eau dans les tuyaux qui causeront les overshoots lors des redémarrages.
Je compte traiter ce problème lors de la nouvelle régulation en réduisant la vitesse dans ces cas. (voir article Vanne à sphère, Courbe angulaire de Débit et Actionneur)
Au terme il sera nécessaire que l'arrêt soit contrôlé en termes de puissance délivrée et non de température seulement. À cette puissance devra être associée la pente de la courbe de puissance pour être certain du caractère prévisible d'un arrêt.
(On préparera l'arrêt en faisant les déductions énergétiques des auxiliaires, donc un arrêt pour environ une vingtaine de watts au dessus de 0).
5.4 Conditions d'arrêt de pompe
Toujours cette courbe N°5 qui est très intéressante. On est typiquement dans le cas où on perd de l'énergie, car c'est la fin de journée et le redémarrage est une perte absolue.
Il faut dans ce cas contrôler impérativement que les échanges thermiques au niveau de l'échangeur soient positifs. Il faudra essayer en premier lieu de réduire la vitesse de circulation, puis de couper sans autre délai lorsque le delta des températures entrée et sortie échangeur devient déficitaire (auxiliaires).
On constate parfaitement que l'on "pompe" 200 W d'énergie instantanée dans le chauffe eau, durant tout de même près de 20 minutes ! Ce cas n'est pas acceptable.
5.5 Ajout de vannes 2 ou 3 voies
Les vannes 2 ou 3 voies peuvent avoir des courbes de débit différentes, orientées énergie calorifique, ou débit ou avec loi de variation spécifique.
Il faudra y faire attention pour la facilité de régulation. (Voir l'article sur les vannes à sphère)
La modulation du débit pourra se faire en régulation série ou parallèle, et je n'ai pas encore définitivement choisi ce que je ferai.
Il y a deux possibilités de vannes à ajouter.
Vanne en régulation de débit dont a déjà parlé et pour laquelle la régulation série ou // se pose, mais il y aussi un autre cas.
Cet autre cas se présente lors d'un arrêt pompe, lorsque l'on doit redémarrer par une température panneau supérieure de x°C à celle de la cuve, à isoler l'échangeur et à faire tourner l'eau du panneau sans passer par l'échangeur.
C'est donc simplement une mise en température de l'eau de la tuyauterie.
Cela permettra de démarrer sur l'échangeur à un écart de température plus faible que la consigne habituelle associée à un délai important qui pourra donc être réduit.
Un calcul de l'énergie transmise au volume d'eau de tuyauterie permettrait de savoir si l'énergie est suffisante pour la température de cuve qui reste encore inchangée.
Ce fonctionnement collerait au plus près du temps pour éliminer les délais arbitraires, sachant que les bilans thermiques seront acquis et qu'il n'y aurait alors plus d'overshoots.
5.6 Alarmes
Une alarme générale devrait exister, pour contrôler que la température haut panneau baisse la nuit à une valeur suffisante qui témoigne ainsi de la bonne étanchéité du clapet anti-retour (pompe àl'arrêt). (Un capteur compteur pourrait ne pas donner de façon certaine cette information pour cause de débit trop faible).
Une alarme sur les échanges thermiques inverses devrait aussi être présente.
A ce jour une régulation n'est plus concevable sans un afficheur LCD des différents paramètres et d'indications diverses de température et puissance instantanée.
Le maintien de l'heure est également un paramètre sur lequel peut s'appuyer une nouvelle régulation...
D'autre part, le suivi sur ordinateur par liaison radio / RS232 devrait permettre la surveillance ponctuelle de bon fonctionnement d'une régulation solaire.
5.7 Flux solai
re
Le préchauffage du circuit primaire reste une opération "mécaniquement un peu lourde", et je pense que je vais me contenter de la seule régulation de débit.
Cependant, pour mieux anticiper cette inertie du circuit primaire, il me semble qu'il serait judicieux de mesurer le flux solaire et de réaliser un "pseudo pyranomètre", dont la principale qualité serait d'indiquer instantanément le niveau de puissance thermique solaire reçue.
Ainsi, il serait possible de réduire le débit AVANT que l'on ne constate que les échanges thermiques baissent (ou inversement). Cette idée sera à creuser pour la future régulation, mais le pyranomètre à réaliser est peut-être un peu difficile ? à voir !
De toutes façons, l'étalonnage n'est pas trop important, mais si c'est possible de l'étalonner ce serait encore mieux.
Naturellement après avoir écrit cela, je n'ai pas résisté à la tentation de faire un essai rapide avec une simple cellule photovoltaïque issue d'une calculatrice ayant rendu l'âme.
Inutile de dire que le résultat n'est pas vraiment satisfaisant, mais que la tendance existe tout de même ! Le principal reproche est de n'utiliser que 100 valeurs utiles sur un total de 1024. (journée nuageuse)
Je pense qu'il faudra faire un montage différentiel de température avec un petit radiateur blanc et un petit radiateur noir sur des diodes, qui semble seul réalisable facilement en amateurisme, pour seulement indiquer des variations et non des valeurs étalonnées en W/M²...
Cependant cette méthode risque d'introduire une inertie qui sera peut être trop importante ? A voir !
La flèche rouge indique la courbe issue de la cellule. Elle à comparer avec l'énergie et les autres températures.
Concernant la surface présentée pour la mesure (orientation), le sujet est largement simplifié par le panneau qui est asservi au soleil, et ce pyranomètre serait simplement fixé sur le panneau dans le même plan captant.
6 Un dernier exemple
Le passage à OPEN OFFICE CALC m'a posé des problèmes importants concernant l'échelle des X. Pour le reste, la migration d'EXCEL vers ce nouveau logiciel a bien fonctionn
é.
Le plus gros problème a été dans le formatage de l'axe des X. En effet contrairement à EXCEL, le seul format qui accepte le formatage en X est XY (dispersion).
Après avoir tourné en rond pendant plusieurs heures, j'avais tout d'abord pensé à l'axe secondaire Y, puis j'ai également pensé au volume du tableau puisqu'il y a 10170 lignes sur 5 colonnes utiles.
Finalement j'ai trouvé la réponse sur le site d'aide ou cela est clairement dit que seul ce format autorise le formatage en X.
Il faut dire aussi un mot sur cet étrange comportement de CALC par rapport au diagramme de type "LIGNE". En effet en "LIGNE" CALC passe en échelles Log (sur le temps), puisque les X représentent le temps, alors la forme des courbes m'a fait peur, car le palier de la nuit apparaît sur une longueur extrêmement courte et avec une chute brutale, ce qui m'a fait penser à un clapet qui fuyait !
Heureusement c'était une aberration de présentation, mais cela m'a mis la puce à l'oreille concernant la nécessité de contrôler cet aspect dans la future régulation.
Cela c'est pour la petite anecdote qui m'a fait perdre beaucoup de temps !
Il y a eu du bon de changer (accidentellement) de tableur, car je n'ai plus de limitation à 4000 lignes pas plus que de limitation dans les calculs ou en glisser/coller sur des milliers de cellules.
Comme je n'ai pas enregistré trop longtemps, je n'ai pas dépassé 16384 lignes, mais je viens de voir que je vais être gagnant car CALC peut aller jusqu'à 65536 !
Encore une information, si on est obligé d'intégrer les jours sur une période de mesures, il faut préparer le tableau pour les jours réels en cours, car il ne peut pas y avoir de jour 0 de référence (Cela était possible sur EXCEL de mémoire)
Je me trouve récompensé de mes heures perdues, car j'ai gagné en possibilités complémentaires, y compris avec des fonctions de transparence utiles dans les graphiques, et qui n'existaient pas dans EXCEL 5
En ce qui concerne directement ce graphique 
sur 24 heures voici les éléments "THERMIQUES" que l'on peut en tirer :
- l'arrêt pompe le 5/6/2010, vers 20:15 environ a été très légèrement déficitaire (normal)
- Juste après la température du panneau remonte légèrement car il y a encore un peu de rayonnement pour passer par un maximum vers 20:45 environ. Le différentiel de température n'autorise pas cependant un redémarrage.
- Tous les travaux utilisant l'eau chaude ont été terminés à 21:00. Il s'en suit après la descente assez rapide de température de Entrée EC cumulus et Retour EF cumulus et Cuve. L'ensemble des 3 températures est homogène et en écarts constants de 21 heures à 7 Heures 30 le lendemain. Ces températures ont toutes baissé d'environ 3 °C.
- On distingue parfaitement les couches d'eau de température différentes en fonction de la hauteur des sorties de connexion. Ainsi on a respectivement du plus chaud au plus froid vers 00:00:00 Arrivée EC cumulus (46.5°C), Cuve (44.5°C) et Retour EF cumulus (38°C)
- On constate en parallèle que la température du panneau baisse suivant une constante de temps de 2 heures environ (Tangente à la courbe) Cette constante de temps représente la conjugaison du refroidissement du panneau et la baisse de la température ambiante pour la nuit.
- Le panneau est passé par un minimum de température vers 05:30 qui est à 99% la température ambiante.
- Le 6/6/2010 vers 07:30, il y a des tirages d'eau chaude qui font baisser toutes les températures (sauf celle du panneau qui remonte, car le lever du jour opère sa lente action thermique sur la température de l'air (hors rayonnement direct sur le panneau)
- Le soleil d'une journée ennuagée n'atteint sa première efficacité que vers 09:45 et la pompe démarre alors.
- On constate ensuite une température de haut panneau particulièrement instable dûe aux nuages. La pompe s'arrêtera plusieurs fois.
- La courbe d'énergie est donc particulièrement "hachée" et la surface de cette courbe représente l'énergie (WH) réelle échangée au cours de la journée. On voit combien il est peu aisé de l'évaluer. Pour fixer les idées "et au pif" je dirais qu'il y a eu une énergie moyenne d'environ 250 W *6 H= 1500 WH ou 1.5 KWH, alors que les pics de puissance instantanée ont parfois dépassé 1200 W et ont une seule fois négatifs pour un PIC (vers 9 heures 50).
- On constate malgré tout que la régulation a fait correctement son travail en arrêtant 6 fois la pompe sans perte d'énergie et une seule fois avec perte sous forme de PIC vers 09:50 au démarrage. (NOTA : L'important d'une telle perte n'est pas la profondeur de descente de température, mais principalement la surface de ce PIC)
A 14 heures, les délais ont joué pour éviter l'arrêt et le bilan a été négatif de façon insignifiante.
Cet exemple sur une mauvaise journée, avec peu de soleil, est intéressant, car il montre un nombre important de cas.
Enfin pour les puristes qui veulent aller plus loin, je les invite à faire le calcul d'énergie instantanée sur le delta de température EC/EF, à le cumuler sur les temps de fonctionnement de la pompe, et à en déduire ainsi l'énergie gagnée au cours de la journée (En WH et à comparer à ma valeur "pifométrique" de 1500 WH citée ci-dessus. (C'est l'intégrale)
Dans ce dernier exemple on peut encore voir l'incidence extrêmement importante du tirage d'eau chaude en particulier le 6/6/2010 à partir de 13 heures jusqu'à 15 heures, l'énergie récupérée à l'échangeur a alors été importante du fait d'un apport important d'eau froide ECS.
7 Conclusions
Des courbes surprenantes et insoupçonnées parfois. Beaucoup d'explications et quelques interrogations notamment sur les vitesses de circulation du fluide primaire.
Je suis conscient que cet article n'est pas trop facile à lire, mais il intéressera ceux qui pensent que le solaire thermique c'est très simple…!
Oui c'est simple mais tout de même "délicat à décortiquer" ! J'avoue avoir été surpris lors des premières courbes obtenues.
On voit ainsi que le datalogger est un appareil très utile et que mesurer et enregistrer fait partie des travaux de vérification de tous les procédés. (Je précise que les 4 sondes de température ont été étalonnées comparativement à un LM35 et qu'elles sont précises dans l'absolu au demi degré et relativement très précises entre elles).
Plusieurs limitations sur EXCEL ont été découvertes à cette occasion : Nombre maximum de lignes limité à 16384 et nombre maxi de points dans une série de données limité à 4000.
Il est donc possible d'enregistrer en permanence jusqu'à 16384 lignes et de découper le fichier en 4 zones de 4000 points. Il est aussi possible de découper les fichiers trop volumineux.
Un point important dans EXCEL est de réaliser les calculs de l'heure avec le jour relatif au début des mesures pour éviter d'avoir des courbes repliées. Toujours dans ces calculs d'heure, il faut aussi convertir les 1/200 de secondes en 1/1000 pour les seules raisons de facilités et d'exactitude des calculs.
Des "recalculs" sont toujours nécessaires pour les températures, et les heures, ainsi que pour l'énergie W qui est calculée uniquement par EXCEL, suivant la formule citée.
Enfin pour clore le sujet EXCEL, je viens de perdre le programme en cherchant à importer des données, je n'ai pas compris comment, mais n'ayant pu repasser les disquettes trop anciennes, j'ai du repasser maintenant sur OPEN OFFICE et ce n'est plus tout à fait identique....
Au niveau énergie, j'ai assimilé puissance instantanée et énergie : pourquoi ? L'énergie reçue dans l'échangeur est représentée par la surface de cette courbe. C'est l'intégrale de chaque valeur de puissance instantanée. Cette intégrale n'est pas dans mon domaine de compétences, aussi je préfère persister dans mon erreur de sémantique.
Toujours au niveau énergie, dès que la pompe est arrêtée, il faut que cette énergie calculée soit mise à 0. Ce n'est pas rigoureusement exact, mais très proche de la réalité.
Ceci indique également qu'il est nécessaire d'avoir l'information "pompe ON/OFF" pour calculer l'énergie (énergie positive ou négative, mais pompe en fonctionnement; ou nulle pompe arrêtée), mais aussi de connaître précisément le débit.
Ce débit peut être initialement mesuré ou mieux, mesuré en permanence avec un débitmètre.
(Une mesure avec un compteur d'eau permet seulement de vérifier visuellement les valeurs de débit mais ne permet pas de réaliser un pseudo asservissement de vanne par l'insuffisance de tops ou de fréquence de mesures.)
Une régulation de qualité doit posséder au moins 4 sondes de température RAPIDES, placées au niveau haut du panneau, dans la cuve, à hauteur de l'échangeur et en entrée et sortie échangeur.
Ainsi qu'il a été vu dans le datalogger, l'inertie thermique des sondes est extrêmement importante et pourrait totalement mettre par terre une régulation. Si vous voulez réguler avec précision votre système, je ne peux que déconseiller l'utilisation de sondes de température type LM35 ou autres sondes trop lentes, (au moins pour la partie échangeur thermique)
En ce qui concerne les vannes, je pense qu'il faut au moins pouvoir faire varier le débit primaire. Pouvoir préchauffer la tuyauterie par le panneau reste aussi une possibilité intéressante et nécessite un vanne 3 voies située immédiatement aux raccords échangeur.
Quelle est l'incidence du remplacement d'un cumulus de 150 L par un 200 Litres ? Je suis tenté de répondre que cette incidence est favorable d'un point de vue énergétique, mais défavorable au niveau température finale de l'eau.
En effet, la température de cuve va monter plus lentement et maintenir un écart de température plus important dans le temps entre l'entrée échangeur et la sortie.
Ceci au niveau énergie est donc très favorable. Pourtant au niveau température finale cela va se payer un peu car il ne sera pas toujours possible d'atteindre des niveaux très élevés en terme de °C.
D'une façon générale l'énergie sera conservée !
Quelles seraient les recommandations les plus importantes ? Limiter la longueur du circuit primaire au strict minimum et l'isoler parfaitement pour limiter les pertes thermiques est le premier point à réaliser.
Mettre une bonne régulation avec plusieurs sondes est la deuxième nécessité.
Allez,... chauffe Marcel ! (Un nouvel article sur une régulation solaire de nouvelle génération complète cet article. Vous pouvez le consulter en suivant ce lien.
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