Alpha Sol : Différence entre versions

Version actuelle en date du 18 juin 2017 à 08:50

Alpha Sole est le nom de notre premier prototype à taille réelle de notre concentrateur solaire. C'est donc le grand frère du démonstrateur Solar OSE développé pendant POC 21. La modélisation 3D de l'Alpha Sole est disponible ici.

Principale évolution par rapport au démonstrateur

Géométrie générale

Le démonstrateur permet de tester des configuration différente. Alpha sole étant beaucoup plus gros, sont déplacement n'est plus possible. La liaison avec l'utilisation n'en est que plus facile.

• Fixation de l'orientation Nord-Sud avec récepteur en hauteur
• Ajout d'un miroir au nord
• Récepteur fixe (ajout éventuel d'une visière réfléchissante selon la saison)
• Entrée/sortie d'un seul coté de la chaudière ("coaxial")
• Installable sur le toit d'un container

Transmission et suivi

La motorisation individuelle de chaque facette par des moteurs pas à pas à de nombreux inconvéniants : coûteuse, peu précises (1 pas correspond à 1° environ), consommatrice (alimentation en permanence pour assurer le positionnement) et nécessitant des réglages fréquents (a cause des sauts de pas). Elles est abandonnées au profit de la solution :

• transmission à parallélogrammes déformables ; motorisation unique pour 2 travées de facettes
• entrainement écrou-vis : forte démultiplication (x100) et irréversibilité (maintient en position sans consommation d'énergie)
• Rattrapage de jeu par tendeurs avec surcharge limitée sur la motorisation
• Motorisation en courant continue possible (motoréducteur, vitesse de rotation de la vis sans fin : quelque tr/min)
• Suivi par paire de capteur (suivi par différence entre des photo-détecteurs disposé de part et d'autre du récepteur)
• Pré-calcul de point de fonctionnement pour assurer le recalage en cas de passage nuageux

Facettes

Les facettes plates du démonstrateur permettent de tester des configurations différentes, mais cela engendre la multiplication du nombre de facettes et une focalisation médiocre. De plus, assurer leur planéité n'est pas aussi aisé qu'il y parait (la tôle alu doit être soutenue, la découpe de miroirs en verre est délicate, etc.) Les facettes deviennent :

• Incurvées pour assure une meilleure focalisation (mais position du récepteur fixé à la conception)
• de largueur variables afin de limiter au maximum leur nombre
• compenser en dérive (distance axe/facette fonction de la position)
• intègre une structure interne (longeron) qui assure un bon maintient de la tôle alu et un carénage qui limite la prise au vent.
• progression des largeurs de facettes (357) limitant les pertes lors des découpes

Optique secondaire

La courbe de réflexion CPC est à la fois difficile à réaliser et approximative (source considérée à l'infini)

• Courbe optimisée en fonction de la source (concentrateur non imageant) et limitant les contrainte de fabrication
• Fabrication d'une matrice d'emboutissage du réflecteur
• Limitation du gap loss par utilisation de nervures interne
• Mise en place d'un "saute vent" pour limiter les pertes thermiques par convection

Choix de géométrie pour le concentrateur primaire

Pour obtenir la puissance de 5kW (environ 5 fois la puissance du démonstrateur), il faut fortement augmenter la taille du concentrateur.

Référence (démonstrateur) : xxh-45°x70%-(1)x20-088

Avec 6 démonstrateurs mit bout à bout (12m de long)

• 20 facettes plates de 100mm sur 12m de long
• Récepteur : 200mm de large (+50m d'isolation de part et d'autre), avec une acceptation de +/-45°
• miroir de Fresnel : 2x12 = 24m2
• Ombre du recepteur : 0.3x12 = 3.6m2
• Sans effet mur nord (déplacement du récepteur)

Soit environ 20.4m2 utiles et un facteur de concentration du primaire inférieur à x10. Cette géométrie sert de référence avec une puissance crête que l'on peut évaluer à 20.4/4 = 5.1kW.à 100° (à delta T 70° ?)

Solution 1 : NSh-41°x69%-(47)x2-156

• 4 facettes incurvées (375 625 625 375mm) sur 10m
• Récepteur : 150mm de large (+50m d'isolation de part et d'autre), avec une acceptation de +/-41°
• miroir de Fresnel : 2x10 = 20m2
• Récepteur raccourci de la demi-hauteur : 10 - 1.85/2 = 9.075
• Ombre du récepteur : 0.25x9 = 2.3m2
• Effet mur nord : 2 x 1.85/2 = 1.85m2

Soit environ 19.5m2 utiles avec un facteur du concentration du primaire de x14 Plage d'utilisation au facteur de concentration nominal dépasse -60° à +60°. Étant relafivament long, son utilisable en possible en toute saison.

Solution 2 : NSh-48°x66%-(347)x2-145

• 6 facettes incurvées (250 375 625 625 375 250mm) sur 8m
• Récepteur : 150mm de large (+50m d'isolation de part et d'autre), avec une acceptation de +/-48°
• miroir de Fresnel : 2.5x8 = 20m2
• Récepteur raccourci de la demi-hauteur : 10 - 1.85/2 = 7.075
• Ombre du récepteur : 0.25x7 = 1.8m2
• Effet mur nord : 2.5 x 1.85/2 = 2.3m2

Soit environ 20.5m2 utiles avec un facteur du concentration du primaire de x19

Plage d'utilisation au facteur de concentration nominal de -60° à +60°.

Utilisable en été et en intersaison. Utilisation possible en hivers avec ajout d'une visière réfléchissante.

Possibilité d'avoir des versions dégradées :

• en supprimant les facettes extrémes : 16.5m2 avec un facteur de concentrateur de x15
• en raccourcissant le récepteur à 6m : 18m2 avec un facteur de concentration de x20
• en combinant les deux : 12m2 avec un facteur de concentration de x16

Solution 3 : NSh-48°x80%-(357)x2-134

Largeur "normale" pour trois géométrie de concentrateur solaire.

• 6 facettes incurvées (300 500 700 700 500 300mm) sur 6m
• Récepteur : 150mm de large (+50m d'isolation de part et d'autre), avec une acceptation de +/-48°
• miroir de Fresnel : 3x6 = 18m2
• Récepteur raccourci de la demi-hauteur : 10 - 1.85/2 = 5.075
• Ombre du récepteur : 0.25x5 = 1.3m2
• Effet mur nord : 3 x 1.85/2 = 2.8m2

Soit environ 19.5m2 utiles avec un facteur du concentration du primaire de x25

Mais plage d'utilisation la plage d'utilisation à la puissance nominale est restreinte (de -30° à +30°, éventuellement de -50° à +50°).

Bon fonctionnement en été, et éventuellement en intersaison. Utilisation quasi impossible en hivers.