Ressource solaire et concentration du rayonnement
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- Claude Delisle
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1 Ressource solaire et concentration du rayonnement Master ER&S 2015 Université Mohammed V FLAMANT Gilles Directeur PROMES-CNRS Gilles.flamant@promes.cnrs.fr
2 Sommaire RESSOURCE SOLAIRE Eclairement solaire sur terre Les différentes mesures de la ressource Ressource en rayonnement direct CONCENTRATION Définition Concentration maximale théorique Miroirs (défauts et erreurs) Logiciels
3 La ressource solaire sur terre
4 Terre/Soleil Hémisphère Nord jours, orbite elliptique Solstice hivers : : le + court Solstice été : : le + long Equinoxe : 12h-12h (lever plein E-coucher plein O), 21-03, Angle normal-axe de rotation de à l origine de la durée des jours et des nuits, des climats
5 Terre/Soleil Distance moyenne Terre-Soleil: km ± 1.7% Flux énergétique intercepté par la Terre: TW Diamètre du soleil : 1, km Diamètre de la terre : 0, km Puissance moyenne reçue à l entrée de l atmosphère : Constante solaire moyenne :1353 W.m -2
6 Terre/Soleil Site terrestre : Latitude, Longitude Angles en coordonnées sphériques Azimut (a)+ Elevation (h) Déclinaison La déclinaison : à L angle horaire : 0-360
7 Terre/Soleil Position du soleil dans le ciel Source: F. Hénault, IPAG 2014
8 Terre/Soleil Azimut et Elévation Source: F. Hénault, IPAG 2014
9 Terre/Soleil Diagramme valable pour un point du globe Cercles concentriques = hauteur solaire Rayons = azimut solaire Exemple le 21 décembre à 15h : Hauteur du soleil = 10 Azimut = 40 ouest
10 Terre/Soleil Atténuation atmosphérique du rayonnement -Absorption H 2 0 : 10% -Absorption autres : 6% -Diffusion par les molécules et les particules composante directe et diffuse du rayonnement solaire : E G = E dir + E dif 16% 44% 35% 5%
11 Terre/Soleil Inclinaison/Atténuation Même puissance répartie sur une plus grande surface soleil I I s I I 0 e s I s s 0 I+ I atmosphère z s Flux solaire direct normal: h I( z, h) I 0 (1 ah) e 0,357 S 0, 678 ahi 0 a 0,14km 1
12 Mesure du rayonnement incident Pyrhéliomètre direct normal ouverture 5 43 (disque solaire + circumsolaire) domaine spectral: 0,3-4 µm Pyranomètre global horizontal ou diffus horizontal domaine spectral: 0,3-2,8 µm Pyrgéomètre rayonnement IR domaine spectral: 3,5-100 µm Données satellites (Global Irradiation System)
13 Mesure du rayonnement incident DNI h i a Sud Global DNI. k. n Effet cosinus Diffus FAIRE TRES ATTENTION AUX DONNEES Exemple : L ensoleillement direct est supérieur au global horizontal! DNI : Direct NORMAL Irradiance, GHI : Global HORIZONTAL Irradiance
14 Mesure du rayonnement Satellite / Mesures au sol Mesures au sol indispensables Source : IEA Solar Energy Perspectives 2011
15 Mesure du rayonnement Année type Mesures sur de longues périodes pour obtenir une valeur moyenne Source : IEA Solar Energy Perspectives 2011
16 Ressources DNI
17 Ressources DNI
18 Ressources DNI Répartition par seuils Odeillo, 2001
19 Important pour le dimensionnement Ressources DNI Répartition par seuils
20 La concentration du rayonnement solaire
21 Technologies de concentration Concentration Réception Linéaire ( soleils) 300 C-500 C Ponctuelle ( soleils) 500 C-1500 C Fixe Mobile
22 Eclairement solaire Le soleil nous apparait comme un disque de rayon angulaire: L éclairement solaire reçu au niveau de la terre s écrit:
23 Concentration : Définition S S
24 Concentration : Définition Source: F. Hénault, IPAG 2014
25 Concentration Maximale Paraboloïde de révolution Source: F. Hénault, IPAG 2014
26 Concentration Maximale Source: F. Hénault, IPAG 2014
27 Concentration/ Température maximales Source: F. Hénault, IPAG 2014
28 Concentration/ Température maximales Source: F. Hénault, IPAG 2014
29 Concentration Maximale Cylindro-parabolique C m = sinα/ ε o Pour α = /2 C g = 1/0,00465 = 215, concentration maximale pour un CP
30 Miroirs Réflectivité Réflectivité verre 3 mm argenté Spectre ASTM 1.5D Longueur d onde
31 Miroirs Défauts / Erreurs Source: F. Hénault, IPAG 2014
32 Miroirs Erreurs de pointage Source: F. Hénault, IPAG 2014
33 Miroirs Erreurs de réglage Source: F. Hénault, IPAG 2014
34 Miroirs Erreurs de surface Source: F. Hénault, IPAG 2014
35 Miroirs Erreurs de surface Source: F. Hénault, IPAG 2014
36 Miroirs Erreurs de surface Source: F. Hénault, IPAG 2014
37 Miroirs Perte de concentration due aux erreurs et défauts Avec Source: F. Hénault, IPAG 2014
38 Miroirs Perte de concentration due aux erreurs et défauts Source: DLR
39 Logiciels Logiciel MC développé par CNRS-PROMES et HPC-SA: SOLFAST-4D Source: F. Hénault, IPAG 2014
40 Logiciels Source: F. Hénault, IPAG 2014
41 SOLFAST-4D CNRS / HPC-SA Logiciels
42 Comparaison logiciels
43 Conclusion Seule la composante directe (DNI) du rayonnement solaire est valorisée par les systèmes à concentration Des valeurs de DNI de 2000 à 3000 kwh/m 2.an sont propices au développement du CSP La concentration théorique maximale pour les concentrateurs ponctuels est de environ ( en pratique) et de 215 pour les concentrateurs linéaires La simulation des concentrateurs doit prendre en compte les défauts et erreurs géométriques des miroirs
44 Merci de votre attention
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12,999,976 km 9,136,765 km 1,276,765 km 499,892 km 245,066 km 112,907 km 36,765 km 24,159 km 7899 km 2408 km 76 km 12 14 16 1 12 7 3 1 6 2 5 4 3 11 9 10 8 18 20 21 22 23 24 26 28 30
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