Réunion atelier fabrication cercle R&D 28/01/2017

Compte-Rendu Oselab Alphasole - 28 Janvier 2017

Lieu : Chez Rémy Présents : Rémy, Alain, Jean, Hugo

Ordre du Jour

• Étude de la divergence optique des différents miroirs disponibles et de la portion de miroir incurvé fabriqué au printemps
• Fixation des principaux paramètres du concentrateur

Optique : Divergence et Rayon de courbure

Nous avons utilisé un pointeur laser (type https://www.mesure-laser.com/controleur-de-temperature-controleur-temperature/467-thermometre-a-infrarouge-550c-firt-550-4045921116917.html) pour deux expériences :

• • Vérification du rayon de courbure du miroir invurvé
  • Étude de la divergence du faisceau due aux miroir (non-spécularité de la réflexion)

• • Vérification du rayon de courbure du miroir invurvé

Le miroir incurvé a été fabriqué en collant une tole miroir aluminium (pistolet mastic-colle) sur des profils transversaux (plaque acrylique d'environ 10mm d'épaisseur) découpés au laser et présentant la courbure désirée. Les profils (environ 5 ou 6) sont disposés tous les 12 cm et tenus par 2 tiges filetés longitudinales + écrous.

Méthode : Nous avons utilisé le pointeur laser (en fait les deux pointeurs croisés d'un thermomètre infrarouge) afin de rechercher le centre du cercle dont est issu l'arc représenté par le miroir. Un faisceau incident sur le miroir en provenance du centre revient exactement sur lui-même. Nous avons donc la distance à laquelle se croisent deux faisceaux

Nos mesures semblent indiquer que le rayon de courbure est d'environ R=3,5m (à comparer avec la valeur désirée à l'origine... mais très cohérent avec ce dont on se rappelle sur le moment). Une variation du rayon de courbure (effectif pour l'optique) a été observée d'environ Delta_R = 0.25 m. Cette variation est attribuée au "matelassage" du miroir sur les profils transversaux (creux entre deux profils). Notons que notre méthode de mesure était assez "artisanale" (bien qu'elle se soit améliorée au cours de la matinée, ces mesures étant les premières). L'idéal, afin de conclure, serait bien sûr une observation "au soleil" ! ...lequel ne nous a pas fait l'honneur de sa présence.

=> Peut-on convertir le Delta_R = 0.25cm en élargissement de la tache de soleil en cm (pour les facettes extrêmes par exemple) ? Rémy, Jean ? Oui : méthode de calcule mise dans le wiki : http://wiki.opensourceecologie.org/index.php/Dispersion_angulaire +/- 250mm => +/-0.47°

• • Étude de la divergence du faisceau due aux miroir (non-spécularité de la réflexion)

Nous avons utilisé un faisceau laser pour voir l'élargissement du spot en fonction de la distance et des réflections sur différentes surfaces. Nous avons constaté que l'élargissement dû à la réflexion sur le miroir aluminium est faible, souvent impossible à distinguer de l'élargissement dû à la longueur de propagation dans l'air. La comparaison avec un miroir en verre révèle que ce dernier créé plus d'élargissement. Nous observons cependant un important "speckle" (tache diffuse autour du spot principal) dû au miroir (zone concentrique de rayon environ double que celui du spot). Notons ici que le miroir est légérement abimé (il a 20 ans).

Nous avons relevé les largeurs des spots laser dans différentes configurations et pour différents angles d'incidence sur le miroir Résultats : Spot initial en sortie du laser (rectangulaire) : largeur 2 mm et hauteur 4 mm Spot après 5m de propagation libre : largeur 6 mm et hauteur 13 mm (facteur env. 3) Spot après 5m de propagation et une réflexion à mi-parcours sur le miroir incurvé à 15° d'incidence : largeur 4 mm Spot après 5m de propagation et une réflexion à mi-parcours sur le miroir incurvé à 22° d'incidence : largeur 4 mm Spot après 5m de propagation et une réflexion à mi-parcours sur le miroir incurvé à 50° d'incidence : largeur 4 mm hauteur 16mm (axe miroir incurvé : vertical) et largeur 9 hauteur 6 (axe miroir incurvé : horizontal) (Réflexion à mi-parcour)

Aprés atelier : pour du film réfléchissant "agro" : spot à 1.5m aprés réflexion : environ 50mm

On observe bien la focalisation du spot dans la direction de courbure du miroir (dans chacun des cas : facteur 4/6 = 0.66 (vertical) et facteur 6/13 = 0.46 (horizontal)). Les facteurs ne coincident pas exactement et ce n'est pas surprenant car la forme du spot est variable selon l'endroit où le laser se réfléchit. Cependant les ordres de grandeurs sont bien cohérent : bonne focalisation par la courbure du miroir, et léger élargissement

Il y a, dans le cas du grand angle d'incidence (50°), un léger élargissement dans la direction non courbée (dans chacun des cas : facteur 16/13 = 1.23 (vertical) et facteur 9/6 = 1.5 (horizontal)). Ce n'est pas cohérent par rapport à ce qu'on a observé plus tot (cf début du point 2-). Ce peut être du à l'angle d'incidence.

Conclusion optique

Bonne focalisation par la courbure -> vérifier l'effet des variations du rayon de courbure Peu d'effet de non-spécularité (sauf en grand angle) -> une expérimentation au soleil serait l'idéal

Fixation des principaux paramètres du concentrateur

Nous avons chercher à fixer les principaux paramètres de dimensionnement du concentrateur (par ordre d'importance) Diamètre du tube absorbeur : 48.3 mm Angle d'acceptance du CPC : 45° (v1) 50° (v2) Largeur maxi d'entrée du CPC : 214 mm 198 mm Largeur brut miroirs primaires : 4m Largeur de miroir : 3m en 6 facettes (30-50-70-70-50-30 cm) Taux de couverture : 75% Hauteur récepteur : 2m (v1) 1.7m (v2) Hauteur totale (par rapport au "sol"): 2.4 m (v1) 2.1m (v2) Longueur : 8m

Nous avons cependant exprimé le besoin de revenir ensemble au cahier des charges pour rééxaminer/valider les priorités de ce concentrateur solaire et donc ses dimensions et caractéristiques (container, puissance, rendement, budget). L'idée est d'exprimer la faisabilité en terme humain. Construire et assembler sur un container, n'est pas la même chose que mener un travail au sol. La puissance du concentrateur doit être de 5kwh, mais en situation initiale il était au sol. Peut être moins puissant pour "faciliter" les choses quand il est assemblé sur le container. Une des facettes avec la conception de Jean mérite (et doit) d'être assemblé sur l'Alpha Sole. La problématique c'est que la facette ne peut pas faire plus de 3 mètres d'un point de vue fabrication, du coup le question de la modularité se pose.