CHAPITRE 4. ÉTUDE OPTIQUE DES RÉ- RÉ-CEPTEURS SOLAIRES DE TOURS À
4.4 Conception des récepteurs à cavité :
4.5.4 Facteur d'uniformité des six cavités (Uniformity factor):
Pour calculer l'uniformité, Filipa [22] a utilisé un facteur appelé “inhomogeneity r ” ou facteur d’uniformité exprimé par l'équation suivante (29) :
· = ¸
¹ºº³ µ³¶»¼ ½³¾µ¿À¿ 7¹ºº³ µ³¶»¼½µ¶µ¿À¿¹ºº³ µ³¶»¼½³¾µ¿À¿ )¹ºº³ µ³¶»¼½µ¶µ¿À¿
Á ×
100 (4.28) Il est mentionné dans la référence [23] certaines équations qui calculent ce facteur et la plupart d'entre elles utilisent le flux minimum pour calculer l'uniformité et elles sont applicables sur des plans 2D. Cependant, dans notre étude comparative 3D, il y a des zones avec un flux nul, et donc ces équations ne peuvent pas être utilisées ici. Pour rendre cette étude comparative plus complète, l'uniformité de l’irradiance solaire concentrée sur les parois internes des six cavités est analysée en utilisant le facteur d'uniformité (UF) introduit par Daabo et al. [24], qui utilise l'équation suivante (30) :h = &1 −¹ºº³ µ³¶»¼ ½³¾µ¿À¿ 7¹ºº³ µ³¶»¼ ½Ãļ¶¶¼
¹ºº³ µ³¶»¼ ½³¾µ¿À¿ - × 100 (4.29) L'effet de l'absorptivité sur le facteur d'uniformité pour les six récepteurs à cavité durant toute l'année est montré dans la figure 4.18. Le récepteur conique présente l'uniformité la plus élevée avec 85.06% pour l'absorptivité de 95% à travers toute l'année. Dans le cas de la diminution de l'absorptivité à 85% et à 75%, l’uniformité du récepteur trapézoïdal augmente respectivement à 83,07% et 82,35%. Ceci s'ex-plique par le fait que lorsque l'absorptivité est plus faible, le nombre de rayons réfléchis dans la cavité est plus élevé, notamment dans le cas d'une forme trapé-zoïdale, ce qui conduit à une augmentation significative du flux réorienté vers les surfaces internes. De plus, on peut considérer que pour une absorptivité égale à 95%, l'uniformité du récepteur conique est la plus élevée, mais au-dessus de cette valeur l'uniformité de la forme trapézoïdale est plus élevée sur l'ensemble de l'an-née.
136
4.6 Conclusions
Dans ce chapitre, une simulation optique de six récepteurs solaires de différentes géométries à savoir : cubique, trapèze, trapèze inversé, cylindrique, cône et cône inversé a été réalisée dans le but d'analyser le comportement optique de ces formes à l'aide de la méthode de lancer des rayons utilisé par TracePro®2013.
Les résultats de la simulation montrent que la plus grande quantité d'énergie est perdue par la forme conique inversé pour une absorptivité de 75%, tandis que la plus faible quantité d'énergie perdue est imputé à la forme trapézoïdale.
Concernant la répartition du flux, pour les trois cas d'absorptivité (95%, 85% et
Figure 4.18. Le facteur d'uniformité pour les six récepteurs à cavité durant toute l'année pour différentes absorptivités : (a) 95% (b) 85% et (c) 75%.
Chapitre 4.Performance optique des récepteurs solaire de tours solaire à concentration.
137
75%), les cavités trapézoïdales et coniques représentent le meilleur flux uniformément réparti avec un minimum de zone avec flux zéro, contrairement aux autres formes de cavité.
La forme trapézoïdale a le rendement le plus élevé pour toute la gamme d'absorptivité atteignant un maximum de 97%, 94% et 92% respectivement le 21 mars, le 21 juin et le 21 septembre, sauf le cas (d) (21 décembre), où la forme cubique a un meilleur rendement lorsque l'absorptivité varie de 80% à 100% pour atteindre un maximum de 91%.
En ce qui concerne l'effet de réflectivité des héliostats, nous pouvons conclure que cette dernière est proportionnelle à l'efficacité. La meilleure efficacité est atteinte par la forme trapézoïdale et conique pour tous les cas étudiés.
L'énergie absorbée par la cavité cubique augmente rapidement après la première moitié de l'année (de mai à décembre) pour atteindre un niveau élevé de 14591,12 W et de 14146,44 W à une absorptivité de 95% et 85%, respectivement. La forme trapézoïdale absorbe la plus grande quantité d'énergie 13683.67W à une absorptivité de 75% en décembre. Les récepteurs à cavité trapézoïdale et conique montrent la plus grande efficacité optique atteignant 92.65%, 91.81% à une absorptivité de 85% et une efficacité optique de 90.88%, 89.30 % à une absorptivité de 75%. Le récepteur conique présente l'uniformité de flux la plus élevée avec 85.06% pour l'absorptivité 95% à travers toute l'année.
Pour toutes les géométries simulées dans cette étude, on peut conclure que les formes conique et trapézoïdale montrent une distribution de flux et une efficacité optiques satisfaisantes mais il reste des zones mortes qui souffrent d'un manque de flux, qui doivent être améliorées pour augmenter leur efficacité. On a observé aussi que les différences entre le récepteur conique et le récepteur trapézoïdal concernant l'efficacité optique, la répartition du flux et le facteur d’uniformité sont relativement faible.
138
Cependant, le placement des tubes en forme de spirale à l'intérieur de la cavité conique qui transporteront le fluide caloporteur (HTF) sera facile et simple à mettre en œuvre par rapport à la forme trapézoïdale (existence de coudes donc de fortes chutes de pression).
Cette étude optique doit également être couplée à l'étude thermique pour donner une vision plus précise de l'efficacité globale de ces récepteurs.
Chapitre 4.Performance optique des récepteurs solaire de tours solaire à concentration.
³Å Surface d’ouverture des cavités solaires m2
Æ Surface des parois internes des cavités solaires m2
DNI Direct Normal Irradiation W/m2
•Ç¼Å Distance de separation. m
•€ Rapport entre la distance de séparation de
l'hé-liostat dsep et la longueur de l'hél'hé-liostat.
-•€¿µ¶ Valeur minimale du rapport de la distance de
séparation.
lℎ•ÍÎÏ€ÐÑÐ Nombre total d'héliostats dans le champ. - l OOOOOP Vecteur normal d'une surface héliostatique
²µ¶ Énergie interceptée par la surface totale des
hé-liostats Watt
-140
Symboles grecque Définitions Unité
Ø Rendement %
ØÃÅ Rendement optique du récepteur %
Ô Angle zénithal du soleil rad
Ô Angle zénithal complémentaire du soleil rad
Déclinaison solaire rad
Latitude. rad
ÇÀ¶ºµÇ¼ Angle horaire du lever. rad
01*04> Angle horaire du coucher. rad
ÙÔ Angle de rotation Azimutal de l’héliostat. rad
µ¶» Angle de rotation (inclinaison) Zénithale de
ß Zone d'élément dans un plan entouré par un hé-misphère de rayon ·
m2
Ûà Absorbance directionnelle monochromatique -
á Longueur d’onde de la lumière solaire nm
Cosinus de l'angle polaire -
ž˜,âŸ8ã, ä<
Fraction de l’irradiation absorbée par la surface. - ž˜,•8ã, ä< Fraction du rayonnement incident de longueur
d'onde á à partir de la direction , - Ëà´ Intensité monochromatique dans une direction
, .
Candela
×Ò, ×Ó, ×Ô Composantes du vecteur solaire
-T Température K
h_×OOOOOOOP Vecteur unitaire du vecteur soleil
h_i
OOOOOOOOOOP Vecteur unitaire du vecteur héliostat-cible
-h Facteur d'uniformité %
-Chapitre 4.Performance optique des récepteurs solaire de tours solaire à concentration.
141
Ëà8 , <|¼¿¿µÇ¼ Intensités émises Candela
Úå Angle entre chaque axe distribué rad
Ëà8 , <|º¼åæ¼»çµÇ Intensités réfléchies Candela
Ýà8 º, èº< Réflectance hémisphérique angulaire mono-chromatique
%
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