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Konzepterstellung, Aufbau und Inbetriebnahme eines modellgestützten thermischen Solarsimulators

Ce travail présente les étapes de conception et de mise en service d'un simulateur d'installations solaires thermiques. Ce simulateur est développé pour le compte du laboratoire d'étude des processus de sorptions de l'Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg, en Allemagne.

Le but du simulateur est de pouvoir reproduire le comportement d'une installation solaire thermique en laboratoire, afin de s'en servir pour tester les performances de diverses machines nécessitant un apport de chaleur, par exemple une machine thermique à absorption. Le simulateur se compose de deux parties. La première partie est informatique, réalisée à avec les programmes MATLAB et LABVIEW. Cette partie informatique présente les outils pour simuler les gains thermiques de capteurs solaires. La deuxième partie est un banc de test, qui sera construit dans un laboratoire à l'OTH Regensburg. Ce banc de test permettra de reproduire les gains thermiques simulés grâce à un circuit hydraulique reproduisant les débits et niveaux de températures calculés.

La première étape de la partie informatique a été de développer un outil MATLAB permettant de définir les caractéristiques d'un champ de capteurs thermiques et de calculer l'irradiance qu'ils reçoivent.  A l'aide de l'outil, il est possible de choisir l'emplacement géographique des capteurs à simuler. En fournissant des données météorologiques contenant l'irradiance globale horizontale moyenne d'heure en heure pour le lieu choisi. À partir de ces données météorologiques, un algorithme calcule l'irradiance incidente sur le plan incliné des capteurs, en incluant les perturbations dues aux nuages à l'aide d'un modèle statistique. L'utilisateur de l'outil peut ensuite sauvegarder un profile temporel d'irradiance qui sera utilisé pour les expériences avec le banc de test. L'outil MATLAB permet également de définir le type et le nombre de capteurs à simuler, ainsi que les caractéristiques de l'installation hydraulique dont ils font parties. Les paramètres de cette installation sont également sauvegardés et utilisés conjointement avec un profil d'irradiance pour réguler le fonctionnement du banc de test.

Les concepts du programme LABVIEW effectuant la régulation du banc de test sont également abordés. Le programme n'est cependant pas achevé, puisque le banc de test doit être construit afin de pouvoir paramétrer efficacement les processus de régulation.

Finalement, en ce qui concerne la réalisation du banc de test, un schéma hydraulique devant permettre la simulation d'installations solaires thermiques a été conçu. Le choix des différents composants du banc de test (pompe, tuyauterie, instruments de mesure, …) n'est pas abordé, étant donné qu'ils sont déjà disponibles en quantité suffisante dans le laboratoire.