cours concentration

8/13/2019 Cours Concentration

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Concentration du

rayonnement solaire

Xavier PyProfesseurPROMES UPR8521 CNRS



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



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



Concentrations maximales des concentrateurs

Concentrateurs à 3 dimensions:

Cmax = 46 165

Concentrateurs à 2 dimensions:

Cmax

= 215



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



Concentrateurs paraboliques


CG = [(4/ε) × tan(Θ/4)]2


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



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°



Concentrateurs paraboliques mobiles

Nécessité de suivre la source selon deux axes.

Récepteur central (moteur) embarqué.

Concentration maximale 10 000.



five 30MW parabolic trough plants at Kramer Junction in the Mojave desert of California

Concentrateurs cylindro-paraboliques




Cg = [(4/ε) × tan(Θ/4)]


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 !





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)



PS10 SOLUCAR Séville

Cesa 1 Almeria

Themis

Solar 2Californie1926 héliostats

35,5 MWth10 MWelc

Concentration par champ d’héliostats



Les concentrateurs moins usités

Dispositif à faible coût mais limité en taille et donc en puissance



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

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