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8/13/2019 Cours Concentration
http://slidepdf.com/reader/full/cours-concentration 1/16
Concentration du
rayonnement solaire
Xavier PyProfesseurPROMES UPR8521 CNRS
8/13/2019 Cours Concentration
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Principaux concentrateurs utilisés
Cylindro-parabolique Centrales à tour Dish Stirling
Fluide: huile ou vapeurTempérature: 270-550°CPression: 25-120 bars
Fluide: airTempérature: 600-1200°CPression: 1-20 bars
Fluide: air H2 ou héliumTempérature: 600-1200°CPression: 50-200 bars
~ 10 kW~ 10 MW~ 80 MW
Luz Californie 1979 Solar One Californie 1982, 12.5 MWe30 et 80 MWe Themis Targasonne 1982, 2.5 MWe
8/13/2019 Cours Concentration
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Notations et définitions
Concentrations
concentration idéale: CG = So / SG = section d’ouverture / surface de Gaussconcentration géométrique: C= So / S* = section d’ouverture / surface image réelle soleil
concentration énergétique: C*= Qg* / S* = flux moyen en Gauss / flux direct en sec. d’ouv.
Efficacité du concentrateur: η = C* / CG = concentrations énergétique / idéale
Facteur de four: FF = Ce* / C* = concentrations énerg. eff / énerg.
avec Ce* la concentration énergétique effective tenant compte des imperfections et masques
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Concentrations maximales des concentrateurs
Concentrateurs à 3 dimensions:
Cmax = 46 165
Concentrateurs à 2 dimensions:
Cmax
= 215
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O
FC
R
α
Θ/2
Concentrateurs sphériques
Concentration idéale:
Cg = [(4/ε) × sin(α)]2
Surface astimatique:
les rayons // à l'axe optique ne convergent pas tous en un même point après réflexion.Ils sont tangents à une surface de révolution appelée caustique d'aberration sphérique.
Concentration géométrique:
C =
sin2(Θ)
[sin(Θ/2) sin2(Θ/8) + ε]2
Distribution de l’éclairementSolaire dans le plan focal.
ε = 9,3 10-3
rad angle sous lequel on voit le soleil
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Concentrateurs paraboliques
Concentration idéale:
CG = [(4/ε) × tan(Θ/4)]2
Concentration géométrique:
C = [(1/ε) × sin(Θ)]2
Concentration énergétique:
C* = [(2/ε) × sin(Θ/2)]2
Efficacité du paraboloïde:
η = cos4(Θ/4)
pour Θ = π on retrouve C*max = 46 165 et ηmax = 25%
F
O
ε = 9,3 10-3 rad angle sous lequel on voit le soleil
b l f
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Concentrateurs paraboliques fixesDe grandes dimensions
Grand four d'Odeillo 1 MW
Parabole 1830 m2
Distance focale 18 m63 héliostats de 45 m2 chacun (= 2835 m2)C*e = 20 000
au foyer max 10 MW/m2
27 m
13 m
18 m
74°
40°
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Concentrateurs paraboliques mobiles
Nécessité de suivre la source selon deux axes.
Récepteur central (moteur) embarqué.
Concentration maximale 10 000.
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five 30MW parabolic trough plants at Kramer Junction in the Mojave desert of California
Concentrateurs cylindro-paraboliques
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Concentration idéale:
Cg = [(4/ε) × tan(Θ/4)]
Concentration géométrique:
C = [(1/ε) × sin(Θ)]
Concentration énergétique:
C* = [(2/ε) × sin(Θ/2)]
pour Θ = π on retrouve C*max = 215 et ηmax = 50%
mêmes formules qu'en paraboliquemais avec une puissance de moins !
Concentrateurs cylindro-paraboliques
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Concentrateurs cylindro-paraboliques
Deux orientations possibles
(1) Orientation axe rotation terrestre
Tube récepteur // axe rotation Terre.Suivi solaire Est-Ouest.
Sud
rotationest - ouest
ϕ latitude du lieu
bas
haut
ouest
est
(2) Orientation est – Ouest
Tube récepteur // axe est - ouest.Suivi solaire haut/bas 2-3 fois/jour.
Rendement moins bon qu’avec l’orientation (1)
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PS10 SOLUCAR Séville
Cesa 1 Almeria
Themis
Solar 2Californie1926 héliostats
35,5 MWth10 MWelc
Concentration par champ d’héliostats
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Les concentrateurs moins usités
Dispositif à faible coût mais limité en taille et donc en puissance
8/13/2019 Cours Concentration
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Des concentrateurs moins usités
Augustin Fresnel ( 1788 - 1827 )
Distance focale plus courte que pour une lentille de même diamètre
Moins de verre(moins de poids et de volume)Images moins bonneApplication phares…aujourd’hui concentration du PV