Etude d’un capteur solaire
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1) La figure ci-contre représente le coefficient
de transmission monochromatique d’un verre de 3 mm d'épaisseur.
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2) Le rayonnement solaire incident (éclairement
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On simplifiera l’étude en admettant que, pour les échanges
par convection forcée, sur toute la surface 
de la plaque, on puisse prendre comme température du fluide en mouvement
la valeur moyenne 
.
La plaque, métallique, de faible épaisseur est à température
uniforme 
. Il
est recouvert sur sa face avant d’une peinture noire telle que 
(corps gris diffusant)
Les échanges de chaleur entre la face avant du capteur et l’air ambiant
à température 
sont stylisés par un coefficient 
tenant compte des échanges par convection et par rayonnement.
2)a) Justifier la valeur de 
.
2)b) Ecrire le bilan thermique pour la plaque, puis pour le fluide en mouvement.
2)c) En déduire la température maximale
possible pour 
.
Exprimer le rendement du capteur.
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3) Pour améliorer les performances, on
place une vitre (en verre étudié à la question 1)
à une distance |
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3)a) Ecrire le bilan thermique pour la vitre, pour la plaque et pour le fluide en mouvement.
3)b) Après linéarisation, déduire
la température maximale possible pour 
et le rendement du capteur.
| Réponse 1 | Réponse 2a | Réponse 2b | Réponse 2c | Réponse 3a | Réponse 3b |
relatif
à l'émission du Soleil (considéré comme
un corps noir à température 
),
relatif
à l'émission d’un corps noir à température
moyenne
les jours d’hiver) est capté par la face avant d’une plaque métallique.
L’énergie solaire est récupérée par une circulation
de fluide (débit massique 
)
qui s’effectue entre la face arrière de la plaque et une paroi
parfaitement isolée.
,
celle en sortie 
.
Le coefficient de convection forcée entre le capteur et le fluide
en mouvement est 
.
en avant de la plaque.
.
.