Premier Séminaire National de Génie Mécanique (SNGM01) Biskra, 7 et 8 Décembre 2011
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Dimensionnement, conception et réalisation d’un
concentrateur solaire parabolique
Kamel Aoues1, Noureddine Moummi2, Miloud Zellouf1, Adel Benchabane1
1Département de Génie Mécanique, Université Mohamed Khider Biskra, B.P. 145 R.P. 07000, Biskra, Algeria
2 Laboratoire de Génie Mécanique, Université Mohamed Khider Biskra, B.P. 145 R.P. 07000, Biskra, Algeria
Résumé : Cet article présente les résultats d’une étude expérimentale des performances d’un Concentrateur Solaire Parabolique
(CSP) conçu, réalisé et testé à l’Université de Biskra (latitude 34°48’N and longitude 5°44’E). Le CSP est d’une surface
totale de réflexion égale à 2.57 m2, d’une distance focale égale à 0.78 m et d’une surface du foyer égale à 0.18 m2. La surface
réflectrice recouverte d’une centaine de petit morceau de miroir ordinaire qui réfléchissent le rayonnement solaire direct.
L’absorbeur est construit d’un serpentin en cuivre de 6 m de longueur et de 6 mm de diamètre, peint en noir mat placé au point
focal du CSP. Ce prototype poursuit le soleil dans son mouvement à l’aide d’un mécanisme de poursuite à deux axes. Les essais
ont été effectués sous des conditions environnementales de la région de Biskra au mois de mai 2011. Ce modèle de concentration a
conduit à des niveaux de températures compris entre 500°C et 640°C.
Mots clés : Rayonnement solaire, Concentrateur parabolique, Récepteur, Réflecteur, point focal.
1. Introduction
Pour transformer le rayonnement solaire en chaleur, il suffit en principe de le réceptionner sur une plaque
noire. Mais un tel capteur, même parfaitement absorbant, doit supporter les pertes que son propre
échauffement provoque au bénéfice de l'air ambiant. Ces pertes sont, en première approximation,
proportionnelles à cet échauffement et à la surface développée.
Pour travailler à température élevée, ce qui est nécessaire ici pour alimenter un cycle thermodynamique
performant, il faut diminuer la surface de réception pour maintenir ces pertes à un niveau raisonnable. C'est
ce que l'on fait en disposant devant le récepteur une optique qui concentre sur celui-ci le rayonnement capté
sur une surface bien supérieure. On caractérise la performance du système par sa "concentration" qui est le
rapport de la surface de collecte sur la surface du capteur [1-3].
Dans la pratique cette optique est systématiquement constituée de miroirs. C'est la nature géométrique des
surfaces réfléchissantes mises en œuvre qui va définir la "filière" utilisée. Cette filière est un peu la référence
en ce sens qu'elle met en œuvre la meilleure surface réfléchissante possible : une parabole de révolution. Avec
ce miroir, tout rayon incident parallèle à l’axe optique passe, après réflexion, par un même point. On appelle
ce point le "foyer". Pour un bon fonctionnement, un tel miroir doit viser en permanence le soleil (dont
l’image se forme alors au foyer). On y parvient en animant son axe d'une double rotation. Mais ceci implique,
s'en doute, une limitation de la taille, de la surface de collecte ne pouvant guère dépasser ici quelques
centaines de mètres carrés dans des conditions économiques raisonnables. C'est là que réside la spécificité de
la filière qui n'a d’intérêt que si l'on parvient à utiliser le faible débit de chaleur récolté dans une installation
compacte, mobile avec le miroir (et si possible sans liaison avec l'extérieur autre qu'électrique) et installée dans
une position voisine du foyer.
L'optique peut ici, théoriquement, délivrer des concentrations supérieures à 10000, ce qui est énorme. Dans la
pratique, on réalise éventuellement des miroirs moins performants (en s'autorisant des marges d'erreur sur la
qualité géométrique des surfaces mises en œuvre). Ils peuvent alors être économiques tout en délivrant des
concentrations d'un excellent niveau. Plusieurs réalisations récentes de qualité délivrent ainsi des
concentrations de l’ordre de 4000 dans le domaine de l'utilisation des miroirs paraboliques (de 50 à 400 m2)