Le projet CLÉ-DE-SOL a pour objectif la maitrise du flux solaire concentré et de la température au foyer de la centrale à tour Thémis et du four solaire de 1000 kW à Odeillo. Ces deux sites sont exploités par le laboratoire PROMES et font partie de l’infrastructure nationale FR-SOLARIS. Le projet est piloté par le Service de Installations Solaires et Instruments Associés (SISIA) appuyé par les autres services du laboratoire.
Quatre actions sont engagées
- Créer une base de données des distributions de flux solaire délivrées par les héliostats individuels.
- Définir des stratégies de pointage des héliostats pour répondre à un objectif de carte de flux solaire concentré au foyer des installations selon les procédés à tester.
- Améliorer la précision de pointage des héliostats de Thémis.
- Contrôler la distribution de température sur la face éclairée d’un récepteur solaire : imagerie par caméra infra-rouge.
Objectif du projet
L’objectif principal du projet de recherche CLE-DE-SOL est de développer des solutions originales pour améliorer la maitrise de la répartition spatiale et temporelle d’un flux solaire de haute intensité. Les solutions ainsi développées seront testées sur les installations solaires de Thémis et du Grand Four d’Odeillo. Cela permettra de multiplier les possibilités de tests en conditions réelles et à échelle industrielle des récepteurs et procédés solaires à haute température et haut rendement, et permettant de plus d’améliorer la qualité de ces tests.
Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d’accroître le contrôle de pointage des héliostats de Thémis et du four solaire d’Odeillo, de façon connue et mesurée.
Le cœur du projet consiste à doter les 107 héliostats du champ solaire de Thémis exploité par le CNRS d’un dispositif de pilotage innovant offrant une très grande souplesse d’exploitation et une très grande fiabilité, et d’une caméra infrarouge pour contrôler la température résultante sur les récepteurs testés sur les deux sites d’Odeillo et Thémis. Le projet CLE-DE-SOL est consacré à la conception, au développement et à la mise en œuvre d’un nouveau système embarqué pour le pilotage des héliostats, à l’installation d’une transmission précise et fiable, de nouvelles batteries, à la définition et la mise en œuvre de stratégies de pointage des héliostats pour le contrôle de la distribution de concentration au foyer de Thémis et du Grand Four d’Odeillo, et à la mise en place d’un système de mesure en continu de la répartition de température résultante sur les récepteurs de Thémis et du four solaire d’Odeillo.
À l’issue du projet fin 2022, le laboratoire CNRS-PROMES aura acquis de nouveaux outils et accru son expertise dans le domaine de la concentration solaire par champ de miroirs, et Thémis disposera d’un champ solaire à la pointe de la recherche et de l’innovation dans ce domaine, avec des capacités rares ou nouvelles au niveau mondial.
Base de données des distributions de flux solaire
Chaque héliostat individuel délivre une image du soleil au plan focal de l’installation (four solaire ou tour) appelée tache focale. La taille et la forme de l’image et la distribution de l’éclairement dans cette image témoignent de la qualité de la concentration. Pour chaque héliostat, l’image varie en fonction de l’orientation de l’héliostat, donc de la position du soleil elle-même caractéristique du jour de l’année et de l’heure. L’image varie également selon la direction de pointage réel de l’héliostat vers le plan focal.
Cette action a pour objectif d’évaluer des méthodes pour constituer une base de données à Odeillo et une base de données à Thémis avec les formes des taches héliostats selon la position du soleil et la direction de tir.
Plusieurs problématiques sont concernées :
• Méthode de prise d’image (capteurs et traitement)
• Fréquence de prise d’image
• Modalité d’interpolation des données
• Choix logiciel pour créer la base de données
Stratégie de pointage des héliostats
Cette action a pour but d’identifier les héliostats à utiliser et de définir pour chacun d’eux le point de visée de manière à satisfaire le besoin de distribution de densité de flux sur le plan focal. La distribution de densité de flux est la donnée d’entrée fixée par les conditions opératoires nécessaires pour l’expérimentation envisagée (typiquement un essai de récepteur solaire).
Plusieurs problématiques sont concernées :
• Exploitation efficace de la base de données des flux solaires
• Choix d’algorithmes d’optimisation de stratégie de pointage pour four solaire (application à Odeillo)
• Choix d’algorithmes d’optimisation de stratégie de pointage pour centrale à tour (application à Thémis)
• Contrôle des propositions
Amélioration de la précision des héliostats de Thémis
Cette action porte exclusivement sur les héliostats de Thémis afin d’augmenter leurs possibilités de tir au foyer de la tour : performance et fiabilité. Il s’agit d’une part d’améliorer le système de contrôle commande des héliostats de Thémis : nouvelles infrastructures réseau et alimentation électrique, modification des logiciels de pilotage pour exploiter la nouvelle infrastructure et permettre d’appliquer les stratégies de tir, nouvelles cartes CPU, modification du fonctionnement électrique pour plus de fiabilité et des économies… D’autre part, le système électromécanique sera également modifié pour accroître la précision et la fiabilité de la transmission et ainsi atteindre une haute précision de pointage et une grande stabilité du faisceau solaire concentré.
Distribution de la température sur récepteur solaire
Afin de maîtriser la distribution de température sur un récepteur solaire pour le faire fonctionner à son meilleur rendement, il est nécessaire de maîtriser la puissance délivrée à surface (actions précédentes), et cela dépend également de son fonctionnement instantané qui est un problème très complexe pour être systématiquement prévu avec grande précision : transferts d’énergie au fluide caloporteur, dégradations des revêtements…
Cette action a pour objectif de développer des moyens de diagnostics et de mesure de la température de surface adaptés au flux solaire concentré produit par les installations solaires de Thémis et d’Odeillo pendant la totalité d’un test expérimental. Le type de caméra infra-rouge adapté sera identifié, puis approvisionné et testé à différentes échelles : petits fours solaires d’Odeillo, puis sur au moins l’une des 2 installations d’Odeillo et de Thémis.
Équipe du projet
| Responsable projet | Emmanuel GUILLOT |
| Équipe scientifique et technique projet | William BALTUS Marina CASANOVA Anita HAEUSSLER Mohamed HADDACH Antoine PEREZ Régis RODRIGUEZ Jean-Louis SANS Magali SERVEL Olivier TEYSSOT |
| Soutien technique à PROMES | Olivier BERTELOT Nicolas BOULLET Marc CORDOMI Laurent LESTRADE Georges PICHELIN Michaël TESSONNEAUD |
| Soutien administratif à PROMES | Naoual AUTONES Sandrine PUIG Aurore THIERY |
| Montage Projet | Alain DOLLET Naoual AUTONÈS Emmanuel GUILLOT Alain FERRIÈRE Yann VOLUT Virginie BULINGES (DR13) |
