Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les fours solaires sont des outils uniques de recherche dans le domaine des hautes températures. Une première partie est consacrée à l’explication du principe de fonctionnement de ces fours, et aux différentes technologies qu’ils emploient, notamment les éléments d’optique. Les systèmes à concentration et leurs facteurs, la concentration maximale théorique, ou les causes d’élargissement de la tache focale, sont autant d’aspects abordés. Sont ensuite passées en revue les applications dans le domaine des matériaux à haute température (élaboration des matériaux, test et qualification de ces matériaux). Les applications dans le domaine de la production de vecteurs énergétiques viennent clore cet article.
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Solar furnaces are unique research tools in the field of high temperatures. The first part of this article is devoted to the explanation of the operating principles of these furnaces, and the different technologies they employ, focusing on the optical elements. The concentration systems and their factors, maximum theoretical concentration, or the causes of the enlargement of the focal zone are also discussed. Applications in the field of high temperature materials are then reviewed (material development, testing and qualification of such materials). The applications in the field of the production of energy vectors conclude this article.
Auteur(s)
-
Gilles FLAMANT : Ingénieur ENSCP, directeur de recherches au CNRS - Directeur du laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire Promes-CNRS/VPR 8521
INTRODUCTION
Les fours solaires sont des outils uniques de recherche dans le domaine des hautes températures (matériaux et procédés).
Ce dossier présente les éléments d'optique définissant les caractéristiques du flux solaire concentré au foyer d'un four solaire. Il définit aussi la problématique de la mesure des températures, en présence de perturbations liées au rayonnement réfléchi. Y seront ensuite détaillées les caractéristiques des fours solaires européens.
La dernière partie est consacrée à une revue de leurs applications dans les divers domaines scientifiques et technologiques, allant de l'élaboration des matériaux à la production d'hydrogène.
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Principe et technologies
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4. Applications dans le domaine de la production de vecteurs énergétiques
Les fours solaires sont des outils de recherche et de développement technologiques dans les domaines de la production d'électricité et d'hydrogène. Ils permettent de qualifier des composants, tels que les récepteurs ou réacteurs solaires, et de valider les schémas réactionnels des étapes de production d'hydrogène par cycles thermochimiques.
Pour ces deux applications, une analyse exergétique simplifiée (concentrateur idéal, corps noir) montre qu'il existe un domaine de température opératoire optimal correspondant à un facteur de concentration donné. En effet, si on considère que le rayonnement est l'unique source de pertes d'énergie de l'absorbeur solaire (récepteur ou réacteur), les pertes augmentent en T4 et l'efficacité d'absorption varie en sens opposé. Inversement, le rendement de transformation de l'énergie, absorbée par une machine thermodynamique ou par une réaction chimique, varie selon le rendement de Carnot, donc il croît avec la température.
La combinaison de ces deux tendances contraires conduit à un optimum que l'on peut traduire par le rendement exergétique de la conversion (pour un corps noir) :
avec :
- αs = T0/Ts :
- (Ts, température du soleil, 5 800 K, T0 température ambiante, 298 K),
- αr = T0/Tr :
- (Tr, température du récepteur/réacteur, ηc ; ;= ; ;1 − αr rendement de Carnot de la transformation),
-
![]()
: - (σ constante de Stefan-Boltzmann et E0 éclairement solaire incident, ηr = 1 − γr rendement thermique du récepteur/réacteur).
La relation est illustrée sur la figure 14 pour différentes valeurs du facteur de concentration C.
La figure 14 montre que le rendement maximum, pour un facteur de concentration de 5 000, est obtenu à environ 1 500 K, mais qu'il varie peu, autour de 80 %, entre 1 300 K et 1 700 K....
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WELFORD (W.), WINSTON (R.) - The optics of non-imaging concentrators - . Academic Press, New York (1978).
-
(2) - TROMBE (F.), LE PHAT VINH (A.) - Conclusion générale - , Cahier de l'AFEDES No 3, 66-70 (1971).
-
(3) - TROMBE (F.), LE PHAT VINH (A.) - Calcul de la concentration de l'énergie solaire dans le cadre de l'optique géométrique - , Cahier de l'AFEDES No 3, 19-26 (1971).
-
(4) - TEPLYAKOV (D.), APARASI (R.) - Solar concentrator for uniform irradiation of flat energy receivers and converters - . Gelioteknika, vol. 14, No 5, 32-40 (1978).
-
(5) - DAVIES (J.), COTTON (E.) - Design of the quartermaster solar furnace - . Solar Energy, vol. 1, No 2-3, 16-22 (1957).
-
(6) - VITTITOE (C.), BIGGS (F.) - Six-gaussian representation of the angular brightness distribution for solar radiation - ....
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