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Submitted on 1 Jan 1959
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I. considérations - Sur le rendement des systèmes utilisant l’énergie solaire en régime dynamique
M. Touchais, J. Oualid
To cite this version:
M. Touchais, J. Oualid. I. considérations - Sur le rendement des systèmes utilisant l’énergie
solaire en régime dynamique. J. Phys. Radium, 1959, 20 (6), pp.649-651. �10.1051/jphys-
rad:01959002006064900�. �jpa-00236113�
649.
LETTRES A LA RÉDACTION
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM TOME 20, JUIN 1959,
I. CONSIDÉRATIONS
SUR LE RENDEMENT DES SYSTÈMES UTILISANT L’ÉNERGIE SOLAIRE
EN RÉGIME DYNAMIQUE (1).
Par M. TOUCHAIS et J. OUALID,
Les travaux exécutés par le Laboratoire du Pr Perrot en 1957 et 1958, ont surtout été un effort
pour mieux appréhender les éléments du problème de
la transformation de l’énergie solaire par voie thermo-
électrique, de préciser les diverses notions de rende- ments, d’analyser les différentes causes de pertes, de simplifier enfin le formalisme mathématique de manière
à se représenter plus facilement l’allure des phéno-
mènes.
Si on considère un système utilisant l’énergie solaire
en régime dynamique en vue d’utiliser l’énergie trans- formée, il reçoit une certaine puissance incidente
E étant l’éclairement énergétique solaire au niveau du sol, C est alors la concentration du système de miroirs.
L’énergie absorbée par la plaque réceptrice est : 1
-S, surface de la plaque, a son pouvoir absorbant ;
C’ = KC, avec K 1, rendement des milieux tra- versés par les rayons solaires avant de parvenir sur la plaque.
Soit Q, l’énergie perdue par rayonnement et convec-
tion de la plaque portée à TDK, la puissance effecti-
vement disponible à l’équilibre des températures sera :
Si le système étudié est un réchauffeur (fig, 1a),
a) réchau fieué b)pile thermoélectrique
FIG. 1.
l’énergie,Qe est emportée par le fluide chauffé; si c’est
une pile thermoélectrique (fig. 1 b) Qe = Qr -I- Pu,
somme de la puissance thermique dissipée par les ailettes de refroidissement (radiateur) et de la puis-
(1) Voir note de la lettre suivante, page 651.
sance électrique utilisée dans le circuit extérieur. Le
rendement de la captation est alors le rapport :
Pour améliorer 1)p il faut : 1. Améliorer le rende- ment C’/C de la contration. 2. Rendre le poùvoir
absorbant a aussi voisin de 1 que possible. 3. Aug-
menter Q3, donc augmenter la concentration. 4. Dimi-
nuer Qp, c’est-à-dire diminuer les pertes par rayon- nement et convection.
En résumé pour avoir un bon rendement de la cap- tation, il faut : 1. Concentrer. 2. Utiliser des procédés
sélectifs. 3. Supprimer la convection.
La première condition est un problème que l’on peut
‘ considérer provisoirement comme résolu. Les deux
autres conditions doivent être étudiées simultanément.
Nous résumons très brièvement les résultats obtenus.
Les expériences ont été faites en régime statique et
ont porté sur la température limite Tc atteinte par
une plaque sélective isolée, placée dans le vide à
des pressions variables et éclairée sur une de ses faces.
Le tableau résume les résultats obtenus. Il montre que la plupart des plaques métalliques polies atteignent
une température limite inférieure à celle des plaques noircies, quand il y a de la convection, mais que l’inverse se produit lorsque la plaque est sous vide.
R est le facteur de réflexion moyen dans le visible,
Ea le pouvoir émissif moyen à la température T,.
On peut abaisser R soit par une mince couche
d’oxyde, soit en projetant sur sua. surface des couches minces multiples à haut et bas indices (surface de Turner), soit par un traitement chimique approprié à
la surface (Surface de Tabor).
(3n peut augmenter a en utilisant deux plaques réceptrices planes faisant entre elles un angle inférieur
à 1800 afin d’obtenir des réflexions multiples du-rayon-
nement incident.
Un circuit thermoélectrique se compose habituel-
lement de deux barreaux 1 et 2 choisis de telle manière que leurs effets s’ajoutent. Ces barreaux sont reliés du
,côté des soudures chaudes par un conducteur qui et
le récepteur thermique à la température Te. Le circuit est extérieurement fermé sur un conducteur Re à la température Ta et raccordé aux barreaux thermo- électriques par des éléments conducteurs de même nature que le récepteur (radiateur) à la température Tf.
On peut définir dans un tel circuit trois sortes de rendement :
1. Le rendement interne : 2. Le rendement global :
3. Le rendement total :.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01959002006064900
650
TABLEAU
C’est ce dernier qui compte en définitive, cependant
c’est le premier qui est souvent seul pris en consi-
dération.
Il existe entre ces trois rendements et celui de la
captation la relation
Rendement interne.
-Joffe a donné l’expression
suivante du rendement interne :
avec (rendement de Carnot)
ce = a1 + a2 : somme des pouvoirs thermoélec-
triques des barreaux 1 et 2,
-p : résistivité d’un barreau,
x : conductivité thermique du barreau.
La formule montre que le rendement dépend des températures Tc et Tf, et de la grandeur z caracté- ristique des matériaux utilisés et que l’on appelle le
facteur d’e mérite (z est de l’ordre de 10-3 pour les semi-conducteurs et 10-5 pour les métaux)..
Avec les matériaux actuels, les rendements internes ainsi calculés, sont nettement inférieurs à 10 %. Dans
ces conditions, nous avons pensé qu’on pourrait utiliser
des hypothèses simplificatrices afin d’obtenir une for- mule de ni algébriquement plus maniable. Nous avons
alors admis que pour les faibles rendements, tout se passait comme si la transformation de chaleur ,en
énergie électrique se faisait au niveau de la jonction
chaude et que les pertes par effet Joule n’apparaissaient qu’à ce niveau. On trouve alors que le maximum de rendement
avec une erreur qui est sensiblement
Lorsque les rendements sont faibles, nous avons trouvé, qu’ils pouvaient être facilement déterminés
expérimentalement. Il suffit de mesurer la varia- tion f1Tc de température de la soudure chaude à circuit fermé et à circuit ouvert et on a très approxi-
mativement
Rendement total.
--Nous avons établi l’expression
du rendement global, et par conséquent du rendement
total ; elle n’est pas simple, mais dans le cas des ren-
dements faibles, et en se plaçant au maximum de la
puissance utile, nous avons obtenu la formule sim-
plifiée
FIG. 2.
Qp étant la puissance perdue par rayonnement et
convection de la plaque chaude, Qr étant la puissance
dissipée par le radiateur
651
a et m sont fixés par construction. Il importe
d’étudier les variations de np avec z. "1)T est maximum
avec Z maximum. Si on construit la surface
on s’aperçoit que Z est une fonction croissante de T,.
Tc doit être le plus grand possible, sa valeur est limitée
par le point de fusion du matériau ; Tc doit donc être considéré comme une donnée.
Pour une valeur donnée du rapport e entre la sur-
face radiatrice et la surface réceptrice, Z n’est fonction
que de Ti (fig. 2). 1
La température Tf est déterminée par le maximum de Z, et par suite tous les éléments nécessaires à la construction du système : la concentration et le rap- port sil des dimensions des barreaux. Ce qui finalement
était le but recherché.
Lettre reçue le 12 mars 1959.
II. L’UTILISATION
DE L’U. V. SOLAIRE CONCENTRÉ (1)
Par F. JUSTON COUMAT et S. MARTINUZZI,
Nous avons étudié à la Faculté des Sciences diffé- rents types de photo-transformations irréversibles et réversibles.
.
Phototransformations - irréversibles.
-Un app a-
reillage constitué par un ballon laboratoire à double
enveloppe dans laquelle circule un liquide refroi-
disseur et filtreur, est placé au foyer d’un miroir en
aluminium de 2 m de diamètre. Cet appareillage nous a permis l’étude de certaines halogénations ; en parti-
culier la chloration du benzène (voir fcg. 1).
Lachloration était conduite de la façon suivante: du benzène est vaporisé par un injecteur,dans la chambre expérimentale, et soumis au contact d’un abondant
courant de chlore, le tout étant irradié par le flux ultraviolet concentré au foyer d’un miroir. Après
15 minutes, on arrête les courants de chlore et de
benzène, et on recueille sur les parois du ballon, les produits formés qui se sont déposés.
En faisant varier différents paramètres tels que
température, longueur d’onde actinique, débit de
chlore et de benzène, on peut obtenir certains isomères de composés chlorés, comme le Gammhexane, avec un
rendement très élevé par rapport aux méthodes indus-
trielles classiques..
Phototransformations réversibles.
-Des essais ont été faits sur les phénomènes. d’oxydo-réduction prenant
naissance sous l’effet des U. V. Dans une solution ferreuse de colorants organiques divers (système thio- nine-fer).
(1) Cette lettre et la précédente sont extraites d’une communication à la Société des Sciences d’Afrique du
Nord faite à la séance du 2 décembre 1958 au cours de
laquelle MM. Perrot et Savornin ont donné un compte
rendu du’colloque international de Montlouis sur les appli-
cations de l’énergie solaire,.-
Une étude est en cours sur les effets photoélectriques
.observés avec des semi-conducteurs organiques en phase liquide et en phase solide.
FIG. 1.’
Un montage, sur le grand miroir de 8,40 m de la Bouzaréah, pour l’étude de la photolyse de l’acétone
et le piégeage des radiçaux libres est en voie de réali-
sation.
’
