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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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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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Applications dans le domaine des matériaux à haute température
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2. Métrologie au foyer
La mesure de la température au foyer d'un concentrateur solaire est un problème complexe, car la luminance spectrale, mesurée par un pyromètre optique, est la résultante de deux contributions : l'émission propre de l'échantillon et la réflexion de la luminance issue du concentrateur.
Ainsi la luminance spectrale L0(T, λ) dans la direction normale s'exprime par (figure 2) :
( 12 )
avec :
- ε0(T, λ) :
- émissivité normale spectrale,
- L0(T, λ) :
- luminance spectrale du corps noir à la température T,
- Ωp :
- angle solide du concentrateur (supposé parabolique),
- ρθ, ;0(T, λ, θ) :
- réflectivité normale spectrale,
- Lp(λ, θ, ϕ) :
- luminance du concentrateur.
En supposant que la luminance Lp(λ, θ, ϕ) est uniforme au foyer, et compte tenu de la symétrie azimutale, il vient :
avec :
- Ep(λ) :
- éclairement au foyer du concentrateur,
- θ0 et θm :
- valeurs minimale et maximale de l'angle d'incidence du rayonnement concentré respectivement, avec :
avec :
- τa :
- transmittivité de l'atmosphère,
- Cp :
- facteur de concentration du dispositif,
- E0(λ) :
- éclairement hors atmosphère, reliée à la luminance du soleil Ls(λ) par :
avec :
- Ωs :
- angle...
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Métrologie au foyer
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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