Contexte du projet
Les systèmes ‘parabole-moteur' sont destinés à l'électrification décentralisée car leur puissance varie de quelques centaines de Watts à quelques dizaines de kW.
Ce projet s'inscrit dans le cadre du projet international « EnviroDish » financé par le Ministère allemand de l'Environnement et auquel participe plusieurs industriels et un centre de recherche allemands (Schlaich Bergermann und Partner, MERO GmgH & Co. KG, SOLO Kleinmotoren GmgH, Klein + Stekl GmgH) et la DLR (centre de recherche).
Le but du programme « Envirodish » est d'implanter sur plusieurs sites de pays différents : Espagne, Italie, Allemagne, France, Inde, des systèmes « Parabole-Stirling » (« Country Reference Unit ») et de mener une campagne d'inter comparaison des performances. Les objectifs sont : la mesure de l'efficacité du système dans différentes conditions d'ensoleillement, l'amélioration des performances, la fiabilisation des composants, la préparation de la production à l'échelle industrielle de ces systèmes, et la démonstration grand public.
Le module installé au laboratoire PROMES a été cofinancé par le Ministère allemand de l'Environnement, l'ADEME et le CNRS.
Description de l'installation
Le schéma de l'installation est représenté sur la Figure 1 et elle est illustrée sur la Figure 2. Il comprend un concentrateur parabolique qui suit le soleil, un récepteur solaire à haute température (source chaude du cycle), le moteur Stirling et une génératrice de courant alternatif.
Le rayonnement solaire concentré chauffe le gaz de travail (hydrogène, 650°C) dans le récepteur placé au fond de la cavité. La régulation thermique du récepteur est assurée par la pression d'hydrogène, plus élevée lorsque davantage de puissance solaire est collectée, plus faible lorsque le rayonnement solaire diminue. Le récepteur solaire est la source chaude du cycle Stirling, la source froide est un refroidisseur à eau. L'eau est fournie par un circuit qui refroidit également le corps du moteur ainsi que l'entrée de la cavité (dans la version initiale, récepteur solaire 1). La puissance thermique évacuée est rejetée dans l'atmosphère via un radiateur convecteur. Le cycle Stirling produit la puissance mécanique et entraîne la génératrice électrique.
Les caractéristiques nominales du système sont les suivantes :
Concentrateur : diamètre, 8,5 m ; surface projetée (collectrice), 56,7 m2 ; distance focale, 4,5 m ; concentration moyenne, 2500 ; réflectivité, 94%.
Moteur Stirling (SOLO 161) : type, simple effet en V ; gaz, hydrogène ; pression, 20-150 bar ; température, 650 °C ; puissance électrique nominale, 9,8 kW brute, 9,2 nette ; caractéristiques courant, triphasé, 50 Hz.
Par ailleurs un ensemble complet de mesure des paramètres de fonctionnement et des performances du système a été mis en place.
Performances du module
Les mesures des performances du module sont en cours à partir des bilans journaliers. Le système est à l'essai depuis juillet 2004. Nous avons mesuré, en particulier, la puissance brute et nette délivrée (instantanée et moyenne), les rendements brut et net (défini comme le rapport entre la puissance électrique brut/net produite et la puissance solaire incidente sur le concentrateur), la productivité par rapport à la ressource solaire et de nombreux autres paramètres instantanés ou intégrés. Ces mesures ont été réalisées pour deux configurations de cavité réceptrice (récepteur solaire).
Récepteur solaire 1
Le rendement brut maximum a atteint 18% pour une puissance supérieure à 9 kWe. La production maximum cumulée pour une journée a été de 90 kWh. Les rendements moyens mensuels sont d'environ 14,7% (plus de 500h de fonctionnement) et les consommations parasites de 5,4%.
Récepteur solaire 2
Un nouveau récepteur solaire (modification de la conception de la cavité entourant les tubes absorbeurs) a été mis en service au début de l'année 2005. Ce changement a conduit à une amélioration considérable de l'efficacité thermique du récepteur (de l'ordre de 30%). En conséquence, nous avons décidé de réduire la surface efficace de la parabole à 42,7 m 2 . Dans ces conditions le rendement nominal est de 21-22% (Figures 3 et 4) et le rendement maximum supérieur à 23%. Le rendement moyen de conversion a été de 19% pour la période janvier 2005 – juin 2005 (plus de 700h de fonctionnement).
Recherches actuelles
Nous recherches portent actuellement sur la modélisation complète du système afin de définir les performances limites, sur les possibilités d'hybridation (solaire/gaz) et de cogénération.
Portfolio
Construction
Futur
Animation
Contact
A. Ferrière ou E. Guillot
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