Miroir vertical face nord

Un soleil, des miroirs, un réflecteur secondaire, un absorbeur : plein de questions d'optique.
fveynandt
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Miroir vertical face nord

Messagepar fveynandt » Sam Mars 19, 2016 5:58 pm

Un miroir vertical côté nord peut réfléchir le rayonnement qui sortirait du récepteur côté Nord, de manière à le rabattre sur le récepteur.
Ainsi, ce rayonnement s'ajoute sur le côté nord du récepteur, au rayonnement arrivé par simple réflexion sur les miroirs primaires.
De plus, (comme le faisait remarque Rémy :) ) le miroir vertical capte une partie supplémentaire de rayonnement solaire qui sera intercepté par une deuxième réflexion sur les miroirs primaires. Cet apport supplémentaire correspond à la surface du miroir vertical multiplié par le cosinus de l'angle entre le soleil et le plan du miroir.

Quelques considérations à étudier plus avant :
+ Le récepteur ne doit pas être plus long que le champ de miroirs. Jean est catégorique sur ce point: inutile de dissiper du soleil qu'on s'est fatigué à collecter par des pertes thermiques excessives.
+ Le récepteur peut être décalé un peu vers le nord. En effet :
+ L'extrémité sud du récepteur reçoit rarement du rayonnement, du fait de l'inclinaison fréquente du soleil côté sud. La distance maximale de décalage dépend alors de la saison d'usage souhaitée du concentrateur.
+ L'extrémité nord est alors décalée d'autant au delà du champ de miroir :
+ elle sera presque toujours éclairée du fait de l'étalement de la tache focale dans le sens de la longueur.
+ Si le soleil est plus incliné vers le sud, le rayonnement qui déborde côté nord, sera rattrapé par le miroir vertical.
+ Le miroir vertical peut être triangulaire :
+ de la largeur du récepteur en haut
+ et tronqué en bas (d'une hauteur H), grâce au décalage vers le nord du récepteur (d'une longueur L), avec : H = L.tan(Theta) où Theta est l'angle d'inclinaison du soleil "minimum" par rapport à l'horizon sud. L'inclinaison minimale Theta peut être choisie supérieure à l'inclinaison minimale annuelle, qui ne se produit que rarement (par exemple un dimensionnement pour le 21 octobre ou 21 février pourrait être suffisant.
+ la troncature en bas est d'autant moins grave qu'une partie faible du rayonnement y est réfléchie, notamment sur les bords est et ouest du champ primaire.
+ la troncature du miroir vertical permet en plus de réduire sa prise au vent et alléger d'autant la structure, voire de faciliter un usage par grand vent. Pour limiter la prise au vent, on peut le concevoir par bandes, qui peuvent aussi être triangulaires, et orientées vers les facettes, pour en réfléchir exactement la lumière ;)
A suivre ::)
PS général : Merci pour la richesse des échanges sur ce forum ! :)

fveynandt
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Re: Miroir vertical face nord

Messagepar fveynandt » Sam Mars 19, 2016 6:32 pm

A propos du dimensionnement,
cf le rapport de Serkan : page 22 : on retrouve l'allongement de la tache dans la longueur !
et page 23 à 26 : l'étude de dimensionnement du miroir triangulaire : 1.2m de haut et 2m de large avec le récepteur décalé de 1.2m au nord du champ de miroirs... (Hauteur de la ligne focale 1.5m, je crois)

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remyb
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Re: Miroir vertical face nord

Messagepar remyb » Sam Mars 19, 2016 10:39 pm

Remarque sur la prise au vent :
  • Donc coté, on a 12m² de facette montée sur des structure "légére" car mobile, dont on doit assurer un calage angulaire à 0.1° en consommant le moins possible d'énergie électrique.
  • De l'autre, on a 4 à 6m² de miroirs immobiles, fixé sur une structure aussi solide que l'on veut (pas de problème d'ombre ni de poids). Que l'on n'a que besoin de positionner précisément (0.1°) lors de l'assemblage (réglage à prévoir).
Perso, si j'avais à dire lequel est le plus difficile, je n'hésiterai pas longtemps !

L'effet miroir avant le Fresnel est d'autant plus important que le soleil est bas.

Pour le schéma, j'ai considéré 6m de long (absorbeur et Fresnel) et 1.5m entre le Fresnel et l'absorbeur.
Donc, un rapport hauteur longueur de 1 pour 4

Pour 27° (c'est à dire atan(1/2), donc facile sur le schéma ;) ), voila ce que j'obtiens :
MiroirNord_18.jpg
Incidance de 18°, avec réflexion possible sur le miroir arriére. Et répartition de l'éclairage de l'absorbeur.
MiroirNord_18.jpg (95.93 Kio) Consulté 1460 fois

  • Les rayons bleues "F1" touchent le Fresnel avant de remonté vers l'absorbeur.
  • Les rayons bleues puis verts "F1 + M" touchent le Fresnel avant le miroir Nord et, enfin l'absorbeur
  • Les rayons rouges puis oranges "M + F2" touchent le miroir arrière avant le Fresnel, puis remonte vers l'absorbeur.
Dans cette configuration (la plus avantageuse pour le miroir arrière), la partie M + F2 représente 1/3 du total.
Il faut moduler par le fait qu'il y a des pertes de réflexion sur le miroir nord. Et que l'absorbeur fait de l'ombre (mais comme dans toutes les configurations...).

Si on néglige les pertes (réflexion, bout de ligne), on obtient la même surface de captation que :
  • Un absorbeur et Fresnel de 12m sans décalage (c'est ce que j'entends par le miroir arrière "double" la taille)
  • Un absorbeur et Fresnel de 9m avec un décalage de 3m
Mais avec des pertes thermiques sur seulement 6m d'absorbeur :lol: !

A noter que la partie du Fresnel utilisé après le miroir nord (le F2 du "M + F2"), est celle proche du miroir nord. Ce qui veut dire que l'apport sera répartie sur une durée non négligeable autour de midi.


Pour une incidence encore plus rasante de 18° (correspondant à atan(1/3) sit, 1 pou r 3 sur le schéma), voila ce que j'obtiens :
MiroirNord_27.jpg
Incidance de 27°, avec réflexion possible sur le miroir arriére. Et répartition de l'éclairage de l'absorbeur.
MiroirNord_27.jpg (92.02 Kio) Consulté 1460 fois

La partie "M + F2" continue d'éclairer le bout de l'absorbeur. A noter,que s'il était plus long, la "rallonge" serait,, elle aussi, éclairée.
Par contre, comme la partie "F2" utilisé est plus étalé, Il faudrait un miroir plus large pour assurer un temps de fonctionnement plus important. D'un autre coté, en hivers, le soleil "utilisable" est quasiment toujours plein sud.

Au niveau puissance interceptée, si je compare avec 6m incidence normale (100%), le rayonnement intercepté est de 66% à 27°.
Il est encore de 40% à 18° !
J'ai fait rapidement d'autres points de fonctionnement. Voila la courbe que j'obtiens :
MiroirNordInterception.jpg
Rayonnement solaire intercepté selon la projection du soleil dans le plan Nord Sud
MiroirNordInterception.jpg (12.75 Kio) Consulté 1460 fois

On obtiens un gros palier pour les incidents nomale et jusqu'à 45°. Pour 75°, on obtient même plus que 100% (=on capte plus que la longueur du Fresnel) !
De 27° jusqu'à 4°, la pente est linéaire.
A noter que pour 4° (soleil très, très bas à l'horizon), c'est l'extrémité Sud de l'absorbeur qui est éclairé.

Pour rappel, à Avignon, en hivers, le soleil de midi est au dessus de 18° en hivers. Et 40% de la puissance maxi, même si ce n'est que pendant 1h ou 2, sa me semble par négligeable.
Au mois de février et novembre, on doit être vers les 27°. Et, 66% de la puissance maxi pendant quelques heures, ça me semble plutôt intéressant !

Je n'ai pas encore regarder le rapport Serkan. Mais s'il n'a pas tenu compte du "M + F2", il est évident qu'il doit arriver aux conclusions dont tu partes (décalage + triangle réduit).
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remyb a écrit :S'il n'y a pas de solution :idea: , c'est qu'il n'y a pas de problème :!:

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Re: Miroir vertical face nord

Messagepar remyb » Mar Mars 22, 2016 8:43 pm

Je pense qu'il serait bien de faire une maquette en carton (découpe laser) à l'échelle réduite
maqetteCarton.jpg
Maquette en carton, croqui de découpe et de pluage/collage.
Axe réaliser avec un petit bout de fil éléectrique. La gaine servant de butée.
maqetteCarton.jpg (53.83 Kio) Consulté 1457 fois

Sur le schéma, il manque les biellettes.
Il faut aussi prévoir les trois travée de miroir (avec les supports associés).
:idea: Pour les articulations, on peut utiliser des petits bouts de fils électrique 1.5mm².
On coupe des petites longueurs (<1cm)
On en dénude les 2/3.
On enfile le cuivre dans les biellettes.
On coupe un petit bout de la gaine, que l'on renfile sur le fil de cuivre pour faire l'arrêt.

Dimensions :
Distance facettes-concentrateur : 1.5m
Longueur absorbeur : 6m
3 travées de 2.5m
Donc, 7.5m de long en tout
En dépassant de l'absorbeur de 1.5m, on optimise pour le soleil à 45° ;) (et avec un prolongement miroir à régler selon la saison, on complète l'apport des 1.5m de dépassement).

Pour le miroir vertical nord, il faut prévoir plusieurs tests

1 - Optimisé hivers :
forme : trapèze (7m²)
hauteur : 1,5m
Longueur basse : 3m (comme l'implantation des facettes).
Longueur haute : 6.4 m (environ 3 + 2 x 1,5 x tan(50°) )

2 - Optimisé midi :
forme : trapèze (7m²)
hauteur : 2m
Longueur basse : 3m
Longueur haute : 4 m (environ 3 + 2 x 2 x tan(7°) )

3 - Optimisé intersaison :
forme : Oreille de Mickey (7m²)
hauteur : 1.8m (1,5m à l'absorbeur)
Longueur basse : 3m
Longueur haute : 5,5 m Sauf le triangle de 3 mètres au centre, et les coin
Angle coupé à 45° sur 0.5m


Pour l’échelle, 1/20ieme c'est bien pour la vue générale (implantation des haubans, etc.)
Mais, pour être significatif au niveau optique, je pense qu'il faudrait plutôt une échelle 1/10...
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remyb a écrit :S'il n'y a pas de solution :idea: , c'est qu'il n'y a pas de problème :!:

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Re: Miroir vertical face nord

Messagepar remyb » Lun Mai 02, 2016 7:17 am

Exemples de forme possible (de 1 à 4, avec évaluation de la surface) :
FormeMurNord-2.png
FormeMurNord-2.png (5.08 Kio) Consulté 1389 fois

FormeMurNord-1.png
FormeMurNord-1.png (41.86 Kio) Consulté 1389 fois


La forme utilisée pour la maquette en carton me semble un bon compromis (mixte entre 1 et 2) :

Image

La forme 4 permet une production tôt le matin et tard le soir. Y compris en hivers.
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remyb a écrit :S'il n'y a pas de solution :idea: , c'est qu'il n'y a pas de problème :!:


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