Concentrateur secondaire : Différence entre versions

Version du 18 janvier 2017 à 12:38

Le concentrateur solaire d'OSE est composé de deux étages :

• Le concentrateur primaire a pour but de diriger un maximum de rayons du soleil vers la vitre d'entrée du secondaire. C'est lui qui assure le "suivi" du soleil.
• Le concentrateur secondaire décrit dans cette page a pour but de focaliser les rayons qui traversent sa vitre d'entrée vers l'absorbeur, et d'assurer l'isolation thermique de l'absorbeur.

Description

Ce concentrateur est composé :

• D'une vitre d'entrée qui permet l'entrée de lumière tout en limitant les pertes thermiques
• D'un réflecteur en forme d'oméga. Cette forme dérivée des concentrateur parabolique composé CPC permet de focaliser la lumière sur une forme circulaire
• D'un absorbeur en forme de tube circulaire qui convertit la lumière en chaleur et la transmet au fluide caloporteur.
• D'un isolant qui entoure le réflecteur et limite les pertes thermiques des cotés non exposé à la lumiére focalisé par le concentrateur primaire
• D'une enveloppe externe qui assure la protection et le maintient de l'ensemble.

Ce système prend en entrée de l'énergie déjà concentrée par le concentrateur primaire. Il convient donc de faire attention :

• Aux pertes de réfraction lors de la traversé de la vitre
• Aux pertes associé réflexion (gap loss, indice de reflexion, défaut géométrique)
• Aux pertes dues à la non absorption
• Aux pertes liées à la conduction de la chaleur (traversé du tube, communication au fluide caloporteur)
• Aux pertes thermiques de l'absorbeur à l'intérieur de l’enceinte composé par la vitre et le réflecteur
• Aux pertes thermiques au travers de la vitre
• Aux pertes thermiques au travers du l'isolant
• A l'ombre induite sur le miroir de Fresnel par l'enveloppe externe

Il est nécessaire de trouvé un compromis global afin d'optimiser le dispositif dans son ensemble.

Réflecteur

Contraintes de fabrication

Ce réflecteur combine plusieurs difficulté de réalisation :

• le "dard" (point de rebroussement de la forme en oméga) doit être le plus préts possible de l'absorbeur, sans toute fois le toucher.
• pour assurer le raccordement entre les deux cotés du dard, la fabrication impose un rayon de courbure ou une forme qui ne peut être optiquement parfaite
• la fabrication impose aussi un angle minimum pour le dard (en théorie, le départ dse deux parties devrait être normal à la surface de l'absorbeur)
• Sur les deux parties du réflecteur, il est nécessaire de tenir compte des imprécisions de fabrication et de la qualité de la réflexion spéculaire du matériaux utilisés.
• Il faut limiter la taille du réflecteur (son agrandissement engendre des pertes thermiques) et le nombre de réflexion succéssives (le coefficient de réflexion étant, difficilement supérieur à 90%)

Limitation du CPC

La forme théorique calculé par les concentrateur parabolique composé ne tient par compte des contraintes de fabrications. De plus, cette forme suppose une source à l'infini. Or quelque soit la position du soleil, la provenance des rayons lumineux en entrée est fixe ; il s'agit du concentrateur primaire !

Pour le démonstrateur, nous avons utilisé des simplifications assez souvent utilisées :

• faire le calcul avec un diamètre inférieur au diamètre réel de l'absorbeur
• Tronqué la partie proche de l'absorbeur
• Tronqué l'extrémité pour limiter la taille du réflecteur (à minima, s'arrêter lorsque la présence du réflecteur empêche des rayons d'atteindre directement l'absorbeur.

Méthode de calcul

CPC

Pour adapter la forme à nos contraintes, il faut comprendre d’où provient le forme des CPC. Partie parabolique Globalement, les COC sont non-imageants. Mais, en fait, chaque point du réflecteur est positionné de sorte que le rayon le plus extrême de la source qui frappe le réflecteur en ce point, se réfléchisse vers le point le plus extrême de la cible. En quelque sorte, on pourrait dire qu'ils sont imageant par morceaux. Et dans le cas d'une source à l'infinie, ce morceaux est un arc de parabole. Ou plus exactement, et tangente à un arc de parabole. La convergence lorsque la taille des morceaux infime est la force en CPC.

Partie développante Par la partie du réflecteur qui est proche de la cible, la source n'est plus en visée directe du point considéré. Il faut, dans ce cas, utilisé le point extrême de l'ensemble composé par la partie en visé directe de la source et du réflecteur. Dans ce cas, c'est le rayon qui est tangent à la cible. On obtient donc une forme en développeante de cercle (si la cible est circulaire).

Comme la développante finit toujours par toucher la cible, aucun rayon ne se perd. Après un nombre de réflexions plus ou moins important, le rayon fini toujours par toucher la cible ! (la démonstration se fait par récurrence, le point de réflexion étant de plus en plus pr de la cible).

Tracer à la corde

Tracer de courbe pour un réflecteur non-imageant pour une source à distance finie.

On peut matérialiser les rayons par un ficelle qui serait attaché à l'infinie, se pliré sur le réflecteur avant de revenir s’enrouler autour de la cible. En tous point du réflecteur, la corde a la même longueur (celà est induit par le fait que le réflecteur est continu).

Cette méthode de tracer peut facilement être adapté à notre cas.