Piège Hyperthermique du Rayonnement Solaire Direct (PHRSD)

[citro]

Je ne m'étais jamais vraiment plongé dans ce sujet fort intéressant.
J'y découvre qu'il y est fait allusion à EXOSUN et à Dominique ROCHIER, chantre de la concentration solaire, à qui je dois de m'avoir ouvert les yeux sur le concept tout en rendant hommage à un illustre pionnier en la matière: Jean-Luc PERRIER.

Je me suis permi de créer un sujet sur EXOSUN à l'occasion de ma visite du site, ce jour, au rendez-vous d'EXOSUN, pour un premier bilan de leur centrale pilote de Martillac, Première centrale photovoltaïque française à suivi solaire..

[Remundo]

Salut Citro,

Effectivement, Exosun est une entreprise dynamique sur un créneau lumineux.

Nos recherches et prototypes (trilobique, PHRSD, SPRATL) sont probablement intéressantes pour leurs activités.

@+

[citro]

J'étais aujourd'hui encore à la technopole pour le cleantech day.
Le sujet du jour concernait le stockage thermique.
Hier Dominique ROCHIER m'a dit qu'il travaillait sur un moteur à air chaud de leur fabrication et qui était en cours d'experimentation.

Aujourd'hui, il m'a glissé avoir beaucoup d'espoir dans le COFALIT, matériau de stockage de chaleur latente fabriqué à partir de d'amiante vitrifée.
Je tâcherais de faire un compte rendu de ma journée.

[Alex]

Salut,

Juste deux-trois questions comme ça en passant...

Je viens de jeter un coup d'oeil sur quelques schémas du système et j'ai l'impression que beaucoup d'entre eux (ceux sur lesquels tu as fait des lancers de rayons) ne respectent pas le principe de conservation de l'étendue (notamment sur la figure représentant la cavité "afocale" avec un faisceau de rayons parrallèles en entrée (je supose qu'ils sont censés être concentrés non?), ou encore d'autre figures sur lesquelles l'angle du faisceau concentré me parait extrèmement faible par rapport aux dimensions de la (ou des) tâche(s) focale(s)) . Est-ce que tu en as tenu compte lors du dessin de ton système?

Pourrais tu aussi m'expliquer quel genre d'optique tu compte utiliser pour diviser ton faisceau concentré en 3 faisceaux secondaires orientés dans 3 directions différentes de l'espace (ça correspond aux numéro 17 sur ta figure 14A).
Merci d'avance.

[Remundo]

salut Alex,

la tâche focale est précisément une assemblée de faisceaux ponctuels dans le plan focal, et aussi je ne représente qu'un seul point avec son faisceau en général.

Sinon, les 3 faisceaux de la figure correspondent aux 3 faisceaux en provenance du soleil :
- le faisceau à 0°
- le faisceau à -0.3°
- le faisceau à +0.3°

car le soleil est vu sous un diamètre angulaire de 0.52°, majoré pour la simulation à 0.6°. C'est une seule et même optique (en l'occurence Cassegrain) qui génère les 3 faisceaux : il y a en réalité une infinité de faisceaux correspondant aux incidences -0.3° à +0.3°.

En couleur, ça se voit mieux, mais l'INPI interdit les figures en couleur, du coup, elle voit la vie en noir et blanc

Sinon, les rayons sont simulés avec la loi de la réflexion à chaque impact, soit par le calcul, soit sur le logiciel Opt Géo. Il n'y a aucune erreur, si ce n'est que quelques rares images ont peut-être été "étirées", mais ce n'est pas bien méchant...

@+

[Alex]

Merci pour ta réponse rapide mais je comprends toujours pas...
Le demi-angle de ton faisceau concentré à l'issue de ta deuxième réflexion est de quelques degrés on dirait (genre 2 ou 3°). D'après la conservation de l'étendue, le facteur de concentration maximal est égal à (sin teta/sin teta_s)² ou sin teta_s est le demi-angle sous lequel tu vois le soleil. Si tu prends un demi-angle du soleil de 0,3° (ce qui correspond déja à un très bon suivi du soleil), tu trouves un facteur de concentration maximal de quelques dizaines de soleil ce qui est très peu.
A l'entrée de la cavité "afocale", c'est encore pire puisque le faisceau à l'air d'être parallèle, ce qui signifierait que ton facteur de concentration est inférieur à 1 (Si sin teta est inférieur à sin teta_s).
Pourrais tu m'éclairer STP?
Et pour le faisceau divisé en 3 faisceaux secondaires avec un cassegrain, je n'arrive toujours pas a imaginer comment c'est possible, aurais tu un schéma explicatif ou quelquechose dans le genre?
Merci.

[Remundo]

Salut Alex,

la concentration géométrique du rayon est grosso modo le rapport des focales entre le grand miroir collecteur concave et le petit convexe.

Ce n'est pas la concentration qui importe le plus, mais la rétention de l'énergie.

Tu fais l'erreur que font beaucoup d'autres de penser que la concentration est l'unique phénomène à optimiser. Or cela est assez secondaire, car rien ne sert de concentrer le rayonnement sur un objet qui le réfléchit et le diffuse abondamment, puis relargue le peu qu'il a absorbé par rayonnement thermique.

Il y a 3 rayons, et même une infinité selon la provenance angulaire des poins émissifs sur le soleil. J'en ai mis 3 pour illustrer le cas médian, haut et bas.

C'est de l'optique géométrique pure et dure.

Voilà, bonnes cogitations.

[Alex]

Salut Remundo,

Il me parait difficile (impossible?) de définir une géométrie qui divise le faisceau concentré renvoyé par la parabole en 3 faisceaux distincts qui pointent vers 3 directions de l'espace différente.
Mais bon, je peux me tromper et je ne demande qu'a voir un schéma clair (pas beaucoup de rayons, mais qui tiennent compte de l'angle apparent du soleil (c'est a dire n'importe quel point du cassegrain est illuminé par des rayons provenant de toute la parabole) et je reconnaitrais bien volontiers que j'ai tort si tel est le cas.

A l'issue de la deuxième concentration, l'angle du faisceau à l'air d'être voisin de 3 ou 4°. Or si tu applique la conservation de l'étendue, et en tenant compte du rapport des surfaces entre parabole et récepteur qui à l'air d'être voisin de 400, l'angle du faisceau devrait être égal à 12° au minimum (sin (teta)=sin(teta_s)(A_parabole/A_recepteur)^0,5). Comme ça n'est visiblement pas le cas, ça signifie soit que tu ne respecte pas le conservation de l'étendue, ce qui est très génant, soit que tu as des pertes de puissances collossales au niveau de ton Cassegrain (Ok il y a 3 faisceaux, mais quand même...).
Au niveau de la cavité afocale, c'est encore plus problématique puisque suivant les schémas, l'angle du faisceau est nul (ce qui d'après la conversion de l'étendue, signifie que la puissance est infiniment diluée (facteur de concentration proche de 0) soit il est très faible (voisin de 1 soleil) ce qui pose un léger souci puisque ça signifierait que le concentrateur parabolique n'est d'aucune utilité et que tu obtiendrais le même résultat en pointant l'ouverture de ta cavité "afocale" directement vers le soleil. Mais bon, admettons que la conservation de l'étendue n'ait pas de raison d'être dans ce cas précis (ce qui est faux evidemment) et que tu arrive réellement a décoréler concentration et angle de faisceau (puisqu'au final, c'est bien de ça dont il s'agit) et poussons la logique un peu plus loin. Si tu dispose d'un faisceau (quasi)-linéaire, rien ne s'oppose à ce que tu le concentre beaucoup plus en utilisant une autre parabole étant donné que les dimensions de ton faisceau sont encore importantes. Or sur un concentrateur optique "classique" il y a une limite physique à la concentration (toujours déterminée par la fameuse étendue) qui est de 46000 soleils, et qui correspond à un demi angle du faisceau concentré de 90° (les rayons arrivent de toutes les directions de l'espace). EN décorelant la notion de facteur de concentration et d'angle de faisceau concentré, tu arrives à contourner cette limite ce qui pourrait être révolutionnaire. Le hic c'est que cette fameuse limite de 46 000 soleils est également connue sous le nom de limite "thermodynamique" au delà de laquelle il est impossible d'arriver sinon on viole la deuxième loi de la thermodynamique (dans le telles conditions, la température de l'image d'un objet pourrait théoriquement être plus élevée que la température de l'objet lui même (le soleil en l'occurence)). Voila pourquoi je suis un peu sceptique sur les performances optiques de ton système...

[Remundo]

Salut Remundo,

Il me parait difficile (impossible?) de définir une géométrie qui divise le faisceau concentré renvoyé par la parabole en 3 faisceaux distincts qui pointent vers 3 directions de l'espace différente.

Il n'y a pas division du faisceau, mais dès le départ 3 ondes planes indépendantes, inclinées de -0.3°, 0° et + 0.3°, cela pour tenir compte des extrema d'inclinaison des ondes planes en provenance du soleil.

A l'issue de la deuxième concentration, l'angle du faisceau à l'air d'être voisin de 3 ou 4°. Or si tu applique la conservation de l'étendue, et en tenant compte du rapport des surfaces entre parabole et récepteur qui à l'air d'être voisin de 400, l'angle du faisceau devrait être égal à 12° au minimum (sin (teta)=sin(teta_s)(A_parabole/A_recepteur)^0,5).

Le rapport des focales est d'environ 10, et les 2 premiers miroirs sont pratiquement dans une configuration afocale.

et donc les rayons pointent en gros à 3°... et c'est logique.

Sinon, tu te "focalises" toujours sur la focalisation... ce n'est pas le point crucial du PHRSD, c'est le confinement, et les trajets lumineux du PHRSD respectent l'optique géométrique à chaque réflexion...

L'essentiel en optique est d'être brillant et de bien réfléchir.

@+

[Alex]

Salut Remundo,

Il me parait difficile (impossible?) de définir une géométrie qui divise le faisceau concentré renvoyé par la parabole en 3 faisceaux distincts qui pointent vers 3 directions de l'espace différente.

Il n'y a pas division du faisceau, mais dès le départ 3 ondes planes indépendantes, inclinées de -0.3°, 0° et + 0.3°, cela pour tenir compte des extrema d'inclinaison des ondes planes en provenance du soleil.

Il n'y a pas 3 "ondes" il y en a une infinité entre -0,3° et +0,3°. En vertu de quoi, elle se dissocieraient en 3 faisceaux?

Sinon, tu te "focalises" toujours sur la focalisation... ce n'est pas le point crucial du PHRSD, c'est le confinement, et les trajets lumineux du PHRSD respecte l'optique géométrique à chaque réflexion...

Je me focalise la dessus parceque le but premier d'un concentrateur, c'est quand même de concentrer un tant soit peu la lumière du soleil et que pour ça, il doit respecter le principe de conservation de l'étendue que j'écris ici une dernière fois:

n1A1sin(teta1)²=n1A2sin(teta2)²

avec n les indices optique, A les surfaces, et teta les demi-angles des faisceaux.
Ton système ne respecte pas cette loi pour les raisons que j'ai détaillées plus haut donc en sa configuration actuelle, il ne marchera pas (je parle du concentrateur optique). Il m'arrive d'utiliser des logiciels de modélisation (thermique en l'occurence) dans le cadre de mon boulot. Quand je trouve des résultats qui ne respectent pas les lois de la physique (des températures inférieures à 0K par exemple), je n'ai pas la prétention de dire que mes résultats remettent en cause les lois physiques existantes, j'essaie plutôt de chercher où j'ai pu faire une erreur dans mon calcul.

L'essentiel en optique est d'être brillant et de bien réfléchir.

Je suis bien d'accord avec toi sur ce coup là...