Améliorer l'ecacité des surfaces collectrices passe aussi par un suivi du soleil plus précis. Dans cette section, nous allons passer en revue certaines méthodes pour améliorer le suivi solaire des concentrateurs.
1.2.1 Description de la méthode de suivi du four solaire d'Odeillo
Les héliostats du Grand Four solaire d'Odeillo sont disposés sur des terrasses pour rééchir les rayons du soleil horizontalement en direction de la grande parabole.
Tous les héliostats sont indépendants et équipés d'une caméra en face de la facette centrale (Figure 1.13).
Figure 1.13 Héliostat du Grand Four
La procédure de suivi solaire comporte deux étapes. Tout d'abord, la position solaire est calculée à partir des données VSOP87 (Variations Séculaires des Orbites Planétaires), et les orientations des héliostats sont dénies par rapport à ces posi-tions. Ce préréglage permet que le soleil soit rééchi par la facette centrale vers la caméra positionnée sur la tourelle. À partir de la position de la réexion du soleil en-registrée par la caméra, une vitesse angulaire de correction est calculée à l'aide d'un correcteur PID (proportionnel intégral dérivé), et est appliquée à l'héliostat pour corriger sa position [33]. L'intérêt d'un système individualisé pour chaque héliostat est la grande précision atteinte par le système. Cependant, il est peu probable que de tels systèmes deviennent abordables pour des centrales industrielles possédant plusieurs milliers d'héliostats.
1.2.2 Méthode de Re-calibration rapide eSolar
Une autre possibilité pour améliorer le suivi solaire de la centrale est de recalibrer très régulièrement les héliostats. C'est le coeur de la méthode développée par eSolar [34] dans sa centrale pilote en Californie (Figure 1.14).
Figure 1.14 Centrale eSolar en Californie [34]
Contrairement à beaucoup de centrales industrielles, les concepteurs ont fait le choix de petits héliostats d'un mètre carré de surface [35], composés d'une seule facette, et sans courbure. La centrale est composée de 2 tours et de 24360 héliostats.
Deux cibles passives de cinq mètres par cinq sont disposées en dessous du récepteur sur chaque tour, en face de chaque subdivision du champ, environ 35 mètres au dessus du sol. Quatre caméras sont positionnées en face des cibles à environ 150 mètres de distance. Ces caméras sont reliées par bre optique à la centrale de contrôle.
Lors du réglage, les miroirs sont programmés pour rééchir la lumière du soleil au centre de la cible. Le réglage se fait individuellement, des images sont prises pour chaque miroir. Quand une caméra prend une image (Figure 1.15), le barycentre de la tache est calculé, comparé avec le centre de la cible, et la position de l'héliostat est corrigée. Jusque là, cette méthode est similaire à celle utilisée un peu partout pour calibrer les héliostats dans la plupart des centrales solaires à tour existantes. Mais le dispositif d'eSolar permet de recalibrer plusieurs fois par jour chaque héliostat, ce qui est nécessaire par ailleurs puisque ces derniers ne concentrent pas le rayonnement solaire.
Figure 1.15 Caméra utilisée et tâches enregistrées [34]
La question posée par un tel système est : le coût supplémentaire induit par le système de calibration est il amorti par l'économie réalisé sur les moteurs de tracking moins précis, et par l'utilisation d'héliostats plans plutôt que sphériques. D'autant plus que l'ecacité d'un héliostat décroît considérablement avec son éloignement, puisque celui-ci ne concentre pas la lumière. Ainsi nous pensons que la possibilité d'adapter un tel système à des centrales de plusieurs dizaines de MW thermiques n'est pas du tout évidente.
1.2.3 Utilisation de caméras pour un système en boucle fer-mée
L'idée de l'utilisation de plusieurs caméras pour l'assistance au tracking a été développée par Kribus et al [36]. Ce système en boucle fermée a été développé et testé au Weizmann Institute of Science en Israël. Il permet des corrections en temps réel des erreurs de pointage quelles que soient leurs causes, et aloue des corrections individualisées aux héliostats.
Figure 1.16 Déroulement de la méthode utilisant des caméras périphériques en boucle fermée [36]
La méthode se base sur des mesures de distribution directionnelles du ux inci-dent à la périphérie du récepteur. Le principe est décrit sur la Figure 1.16 : Quatre caméras CCD sont installées autour du récepteur pour acquérir des images du champ pendant le fonctionnement de la centrale. L'étape de traitement d'images consiste à comparer pour chaque héliostat la valeur moyenne de la luminance renvoyée par les diérentes caméras. De grandes diérences entre ces valeurs indiquent que l'héliostat est mal orienté, et les corrections selon 2 axes peuvent-être calculées en comparant les images des 2 caméras alignées selon chaque axe. En fonction de la vitesse de calcul des appareils utilisés pour le traitement, il est possible de rafraîchir les corrections très régulièrement. De plus, utiliser un système en boucle fermée permet en théorie de corriger toute source d'erreur dont la variation dans le temps est inférieure à la vitesse de rafraîchissement de la boucle, ce qui permettrait, si les équipements le permette, de corriger les oscillations dues au vent.
Figure 1.17 Dispositif utilisé [36]
Le champ d'héliostats de la centrale à tour de l'institut Weizmann, où la méthode a été testée, est composé de 64 héliostats de 7x8 mètres. La précision du système appliqué à un tel champ se situe entre 0,1 et 0,3 mrad, et le remplacement de l'ancien système par ce dernier a permis d'améliorer les performances de la centrale d'au moins 12% [36]. Il aurait été intéressant d'avoir des retours d'expérience de systèmes comparables à celui-ci sur des centrales à tour de puissances supérieures, pour savoir si ils sont également utilisables sur des champs de plusieurs milliers d'héliostats.
1.2.4 Synthèse
Dans la majorité des centrales industrielles actuelles, le suivi solaire par les hélio-stats se fait sans intervention durant le fonctionnement de la centrale. Les héliohélio-stats sont calibrés avant la mise en service, puis sont programmés pour suivre des posi-tions solaires en boucles ouvertes, sans contrôles supplémentaires. Il est par ailleurs dicile d'obtenir des informations sur les développements de méthodes en cours à cause du secret industriel. Pour le moment l'utilisation des systèmes décrits dans cette section semblent réservée à des centrales de démonstration et des outils de recherche. Mais il est toutefois important de noter l'amélioration signicative des performances qu'ils apportent.