Rendement maxi ou global ou moyen ?

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remyb
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Rendement maxi ou global ou moyen ?

Messagepar remyb » Dim Juil 26, 2015 10:07 pm

Les chaînes hifi sont dimensionnées par rapport a leurs enceintes. Si on branche n'importe quel enceinte sur n'importe quel ampli audio, on a de fortes chances d'avoir un rendement médiocre... Même si l'enceinte et l'ampli sont chacun de leur cote de super qualité !
En électronique, on appelle cela l'adaptation de l’impédance, ou l'adaptation de la charge.

De la même façon, un concentrateur solaire doit être adapté à la (aux) charge(s) qui lui seront connectés.
Par "charges", j'entends le(s) truc(s) qui, a la fin, va consommer l'énergie concentré par le CS.

Donc, commençons par la fin : la charge
De façon général, ce truc a besoin d'une puissance minimal en dessous de laquelle, il ne "tourne" pas. Et, souvent, il y a, en plus, besoin d'un temps de pré-chauffe ou de sur-consommation pour montée en température (Comme avec les voiture essence a carburateur ou il fallait tirer le "starter" pour démarrer).
Autre chose, le rendement est fonction, entre autre, de la puissance reçues (et de plein d'autres paramétrés !).
En fonction de la puissance reçu, la courbe du rendement passe par un maximum. Maximum, mais, quand même inférieur à 1 :!:
Enfin, il y a toujours une puissance maxi qu'il ne faut pas surtout pas dépassée sous peine de dégrader la charge. Voir la détruire complètement :oops: .
Bien sur, si plusieurs trucs sont mis en série sur le CS, par exemple l'absorbeur et un moteur stirling, leur rendement se multiplent. Comme ils sont toujours inférieur à 1, le rendement global est forcement inférieur à chacun des rendements initiaux...

Pour l'instant, restons en la pour la charge.

Passons naintenantm au concentrateur solaire.

Supposons qu'il s'agisse d'un concentrateur plan fresnel.
La puissance concentré par un tel dispositif, c'est, au mieux, un truc du genre :
P(teta)=S.(n.abs(cos(teta))+abs(sin(teta)))
avec
P=puissance collecte
S =puissance maximale collectable par une facette
n=nombre de facettes
teta=l'angle d'incidence du soleil
En fait, entre l'ombre de l'absorber et les rayons réfléchis interceptes par le miroir adjacent, c'est bien moins :(
(Si besoin, je vous ferait le demo dans la partie optique)
Si on trace, on obtient une courbe en cloche en fonction de teta, avec un maxi quand le soleil est au zénith. Et quasiment rien quand le soleil se lève ou se couche.


Procédons à l'adaptation de la charge"
La, je vois trois grandes options possible :

1 - On utilise directement la puissance
Mais dans ce cas :
* soit on dimensionne la charge pour s'adapte à la puissance maxi du CS, et la production se limite a une heure ou deux par jour... A condition que, pendante ces deux heures il n'y a pas de nuages ! Au final beaucoup d'effort par rapport au temps d'utilisation :? .
* soit on sous-dimensionne la charge, et, dans ce cas, lors que l'on passe par le maximum, il faut faire attention de ne pas faire exploser ou fondre la charge. En pratique, on rajoute un fusible ou une "soupape" de sécurité pour éviter cela. Au final, beaucoup d'effort pour concentré l'énergie dans le "but" ultime d'ouvrir une soupape de sécurité[le plus longtemps possible :shock:

2 - Soit on passe par stockage "tampon".
Il y a ce genre de tampon dans beaucoup de système. A vrai dire, dans qusi;ent tout ! Par exemple :
    * le volant d'inertie sur les moteurs de voiture
  • les condensateurs dans les alimentations d'ordinateur
  • les ballons d'eau chaude
  • les bonbonnes d'air comprimé des compresseurs
  • les ressorts ou contre-poids des vieilles horloges
  • etc
En général, au fur et a mesure de leur charge, l'énergie à fournir au tampon doit être de plus en plus "dense". Par "dense", je veux dire, avec une vitesse de rotation une tension, une température, une pression etc. plus élevés.
Or, l'élévations de ces grandeurs physiques se traduisent quasi-inévitablement par des baises de rendement...
Par exemple, un absorbeur peut délivrer une température plus élevée, mais au prix de perte thermiques plus importantes. Et a la température maximum, la puissance fournit en sortie est nulle, car entièrement consomme par les pertes thermiques !

Jusqu'au pic de concentration du zénith, la concentration du rayonne;ent augmente. Ce qui compense la problematique lier a l"élévation" de grandeurs.
Par contre, l'apres-midi, il faut une "élévation" toujours plus importante avec une concentration qui baisse... Autant dire que, très vite, on va vers une stagnation...
:idea: Et si on augmenter le stockage ?
Possible. Coûteux biensur... Et avec un inconvénient potentiel sur l'utilisation future de l’énergie car on "abaisse" la grandeur physique.
Par exemple, quand il faut 15 degre : 100l d'eau a 25 degre contient autant d’énergie que 50l a 35.
Mais, pour prendre un bain, perso, je préfère les 50l a 35. Quitte a rajouter un peu d'eau froide si c'est trop chaud !

3 - Dernier option, un complément avec une chaudière au fioul
Et, hop ! Un coup de baguette magique Petrole est tous vos problèmes disparaissent. Adaptation de charge parfaite car c'est le fioul qui fourni le delta !
Certains diront : "50% de fioul en moins, c'est déjà cela !" ou "Ça va dans le bon sens..."

En guise de réponse, je leur dirais de méditer sur cette histoire :
Imaginons que vous soyez condamne au peloton d’exécution.
Vous faites une ultime demande de grâce. Le matin du jour fatidique, votre avocat arrive avec le sourire, et vous dit :
- J'ai une bonne nouvelle, j'ai fait le forcing auprès de toutes mes relations, et ça a paye : votre demande de grâce a ete accepte a 80%. Au lieu de 10 tireurs, il y aura que deux dans le peloton d’exécution ;)
Je sais, c'est un peu gore :oops: , mais, au moins je suis sur de bien frapper les esprits. Et, en question subsidiaire, pensez-vous que ce soit une bonne nouvelle ? Perso, quitte a mourir que préfère éviter la lente agonie :evil:

En conclusion
Si on évalue l’énergie utilisable sur une journée (=le produit de la puissance utile par le temps d'utilisation), que l'on "ponde" avec le truc de l’élévation de densité énergétique :
  • Soit beaucoup de puissance pendant peu de temps = pas terrible
  • Soit pas beaucoup de puissance pendant plus de temps = pas mieux
  • Soit beaucoup d'eau tiede. Mais, a quoi bon concentrer si c'est pour, au final, avoir avoir de l'eau tiede...
  • Soit, je veux même pas en parler
A partir de la, soit on se suicide tout de suite, soit on regarde le problème autrement.
Le cœur du problème, c'est la courbe de puissance en cloche. Bien sur cela permet d'avoir un pic de puissance extra-ordinaire... Mais très court par rapport a une journée de 24h !
C'est comme piquer un sprint au milieu d'un marathon.
Ou battre son record de vitesse avec sa voiture. Ok, c'est jouissif :mrgreen: Mais, si derrière, on explose son moteur :(

Autrement dit, un CS utilisable (et donc rentable) ne doit pas avoir une courbe de puissance en cloche, mais "plus ou moins" en créneau. Voir avec avec une "baisse" de puissance lorsque le soleil est au zénith 8-) . Bien sur, comme il n'y a pas de magie en ce bas monde, il faut commencer par accepter la baisse du rendement maxi... Mais ce que l'on perd pendant une heure, on le gagne largement pendant les 23 autres heures de la journee !
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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: Rendement maxi ou global ou moyen ?

Messagepar remyb » Mer Août 05, 2015 8:09 pm

Prenons un positionnement a priori idiot des réflecteurs : en cercle tout au tour de l'absorbeur :
Même si la partie entre le soleil et l'absorber se comporte plus ou moins comme un store vénitien en position passante, il y a constamment une partie des facettes qui font de l'ombre aux autre :o
Schématiquement :

Code : Tout sélectionner

   \ | | | /
  \         /
 \    Q      /
  \         /
    _ _ _ _


La puissance récupérée par un tel dispositif et de l'ordre de :
P=S.n/pi
Cette puissance est indépendante de l'angle d'incidence teta.
Par rapport à la surface de réflecteur utilisée, on récupère moins de 32% du maximum théorique. Mais, l'emprise au sol est, elle-aussi divisée par trois, et, surtout la récupération est constante dans la journée.
Donc, il est très facile d'adapter la charge à une telle source d'énergie, et d'avoir une durée quotidienne d'utilisation égale a la durée d'ensoleillement !
Bien-sûr, il faut quant même tenir compte :
  • Du end loss (mai que l'on peu pertiellement compenser car la distance facette/absorbeur est constante)
  • De l'énergie à fournir pour orienter les réflecteurs, alors que la puissance récupéré est trois fois moindre (rappel : la variation angulaire est identique quel que soit la position des facettes, donc un seul moteur suffit)
  • Du passage des nuages
  • De la perturbation dû au vent qui déforme des réflecteur (d'autant plus que certains sont en hauteur...)
  • De la neige qui, au mieux, recouvre les réflecteurs en limitant leur pouvoir réfléchissant, et, au pire, les plie sous son poids.
Ces problèmes sont bien réels, même s'ils ne sont pas spécifique à cette disposition !

Cette disposition est un peu extrême : elle fonctionnerait "aussi bien" avec des rayons qui qui sortirait du sol... Ce qui est rarement du sol :? !
Mais, je trouve que la question ci-dessous mérite d'être posée :
Peut-on augmenter la puissance mini pour étendre la durée quotidienne d'utilisation, même si cela se fait détriment de la puissance maxi ?
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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: Rendement maxi ou global ou moyen ?

Messagepar remyb » Sam Août 08, 2015 3:30 pm

En ce moment, mon fils apprend à faire la nage du petit chien. Ces mains font le mouvement suivant :
Schématiquement :

Code : Tout sélectionner

      _ _
    /      \
   O        \
   /       \   
     | | |

L'orientation des mains pendant le "moulinet" engendre une force de poussée sur l'eau qui le fait avancer.
:idea: Inversement, un écoulement (le vent par exemple) engendrait la rotation d'un "moulinet" qui orienterait ces pales ainsi.
Schématiquement :

Code : Tout sélectionner

Vent     \ | | | /     Rotation
=>      \         /      )
       \    Q      /    \/
        \         /     
          _ _ _ _

Un tel dispositif pourrait faire une éolienne à axe verticale fort honorable.

Pourquoi parlait d'une éolienne dans un fil concernant les concentrateurs solaires ?
Je pense que vous aurez remarquer que le schéma ci-dessus est le même que celui du post précédent.
Et, de plus, laisser tourner le collecteur solaire, c'est le meilleur moyen pour limiter des efforts sur les réflecteurs en cas de vent !
Enfin, si le vent est trop fort, il vaut mieux abandonné l'idée de la concentration solaire, et passer en mode "éolienne". De tout façon, quand il y a du vent, il y a souvent des nuages :mrgreen: .

Que donnerait une éolienne a axe verticale capable de réfléchir la lumière du soleil vers son axe ?

En mode solaire (orientation dans la direction du soleil)
Quand le soleil est bas à l'horizon, une production maximum (donc, le matin et le soir)
=> Une production d'énergie solaire adapte à un stockage (pic de production le matin et le soir)
Dans le soleil est haut (à midi), une baisse de puissance (à 45°, une baisse d'environ 30%)
Une très faible emprise au sol. Une installation possible sur un toit terrasse.
Les réflecteurs étant verticaux, pas de problème avec la neige. Mieux, la neige au sol réfléchis les rayons du soleil vers l'éolienne ce qui booste sa production de chaleur.

En mode éolienne (orientation perpendiculaire au vent) :
Une production d'énergie mécanique (c'est plutôt cool pour un concentrateur solaire, surtout la nuit)
Le plus gros inconvénient : la fréquence de rotation n'est pas constante (elle fluctue avec la vitesse du vent)
Une production même en cas de turbulence (les éoliennes a axe verticale supporte assez bien cela)

Et au niveau coût :
Que le réflecteur tourne ou pas, les pales/réflecteurs doivent supporter les effort du vent. Donc, pas de surcoût lier à la construction.
Le mécanisme d'orientation des pales/réflecteurs est le même. Pas de surcoût de ce coté. Par contre, il faut choisir entre les deux mode. La nuit, c'est facile, mais le jour par grand soleil et vent, le choix est cornélien !

En conclusion :
Pour un expert du solaire, cette solution n'est pas optimisé (le maxi est inférieur à 32%, le minima de midi est inférieur à 20% quand le soleil est au dessus de 45°)
Pour un expert de l'éolien, cette solution n'est pas terrible (les axes verticaux, c'est un truc médiocre)
Par contre, pour quelqu'un qui chercherait l'autosuffisance énergétique dans des régions éloignées de l'équateur (Norvège, Québec, Patagonie, etc.), c'est une solution qui mérite d'être creusée.

Mais le plus important, c'est la réflexion suivante :
En acceptant de perdre un peu là ou on a beaucoup, on peut gagner la ou on a rien... Et, à mon avis, c'est bien plus efficient !

Autrement dit, en abaissant le rendement maxi, on peut augmenter le rendement moyen. Et, en répartissant mieux la production, on peut optimiser le rendement global de l'installation !
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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: Rendement maxi ou global ou moyen ?

Messagepar Nicolas Maurin » Mar Sep 22, 2015 1:36 pm

C'est bien d'avoir une réflexion sur le rendement moyen. : )

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Re: Rendement maxi ou global ou moyen ?

Messagepar remyb » Dim Sep 27, 2015 2:37 pm

Nicolas Maurin a écrit :C'est bien d'avoir une réflexion sur le rendement moyen. : )

J'essaye d'avoir une réflexion qui dépasse le seul critère du rendement...

Lors que l'on réfléchie à un problème, il y a, principalement, deux approches possible :

1 - La voie royale : le ROI
ROI = Return On Investment
Autrement dit, on investit pour faire. "On maximise les gains."

2 - Un problème de taille : le POI
POI = Perdition On Investment
Autrement dit, on oriente les investissement pour s'opposer aux "dangers" potentiels. "On minimise les pertes."

Les deux approches peuvent paraître similaires : Si on diminue les pertes, on augmente les gains et réciproquement. Et, à la limite, quand le rendement vaut 1, les pertes sont nulles et le gain est maximum.
Mais, en réalité :
  1. Ces deux approches conduisent à regarder le problème différemment.
  2. Les premières solutions qui viennent en tête sont différentes.
  3. Ces premières solutions/expérimentations "nourrisent" la réflexion et conduisent à de nouvelles solutions plus optimisées...
  4. Mais, physiquement, le rendement ne vaut jamais 1
  5. Qui plus est, financièrement, on est obligé d'arrêter l'optimisation bien avant de s'approcher de 1 !
Au final, les solutions financièrement acceptables donc très loin de la perfection sont très différentes selon l'approche utilisée !

Exemple :
Objectif : faire en sorte que les flêche touchent la cible (la cible, par forcement le centre).
Moyen : "tout est permis"

Solution ROI :
On vise le centre, pour cela on fixe l'arc et on l'oriente très précisément.
Solution POI :
On met en place un "entonnoir" autour de la cible, de façon à rattraper les flèches qui loupe la cible.



Bien sur, on peut (et il faut !) combiner les deux démarches !

Malheureusement, sur le siècle dernier, on a fortement favorisé le gain, sans tenir compte des pertes. Les choses changent, mais doucement.
Par exemple :
Démarche ROI : Vous avez une besoin, alors vous acheter un produit qui couvre ce besoin. Votre besoin change ou votre produit tombe en panne, vous le jeter, et vous en acheter un nouveau.
Démarche POI : Vous avez une besoin, alors vous "adapter" un produit Open Source (adapter, ça peut être l'utiliser tel quel s'il convient. Ça peut vouloir dire recycler un produit que l'on a déjà). Et, quand votre besoin changera (ça arrive forcement un jour) ou si produit est défaillant, vous aurez la possibilité de le modifier/réparer/recycler...

Plus grave, lorsque la démarche ROI tombe dans la "facilité" :twisted: , elle favoriser le court terme au détriment du long terme.
Par exemple, "Il y a besoin de plus de puissance ?" Facile, on va double la consommation en entrée. Et peu importe si cela double aussi les pertes. Et peu importe, si les pertes globales ne sont pas doublées, mais triplées ou quadruplées... Et peu import la pollution qui va avec.
Et je ne parle même pas des mises en œuvre en limite de légalité, voir frauduleuses...
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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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