Le solaire concentré : maintenant !

[polo974]

Alors pour le moment, c'est juste un dessin...
Leur seul moteur stirling, c'est truc pour (de) la NASA de 55W...
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[Tilleul]

Ce n'est pas qu'un dessin ! Voir le projet Eurodish :


La même à Odeillo

Mais par contre je ne pense pas que ça soit encore au stade industriel et encore moins au stade de l'installation dans le jardin ! (d'autant plus que le moteur stirling demande beaucoup de maintenance)

Le problème pour faire de l'électrique avec du solaire thermique c'est qu'il faut un ciel bleu et pas de poussières alors que le photovoltaique marche même en Allemagne. Mais quand on a ces conditions c'est certains que c'est une énergie très compétitive.

Le grand avantage par rapport au conventionnel c'est aussi de pouvoir utiliser la capacité électrique au fur et à mesure de la construction de la centrale. Alors qu'une centrale classique (charbon, nucléaire) ne commence à produire qu'après plusieurs années de chantier, la centrale solaire commence à produire beaucoup plus rapidement. On ne fait qu'ajouter des modules de productions les uns aux autres, la puissance fournie augmente donc graduellement au fur et à mesure de l'avancement des travaux.

[invite29a9c993]

Sous réserve d'habiter dans le sud de l'espagne ou en afrique...

Disons dans un secteur bénéficiant d'une insolation correcte. C'est possible en France.

Cartes d'ensoleillement pour l'Europe et l'Afrique (solar radiation maps)

[inviteab11f58a]

Disons dans un secteur bénéficiant d'une insolation correcte. C'est possible en France.

Non, mis a part dans quelques coins bénéficiant d'un ensoleillement direct important (à odeillo justement), le solaire à concentration n'est pas envisageable en france.
Ce sont des technologies destinées aux pays à fort ensoleillement direct (sahara, australie, certains endroits aux état-unis ou dans l'extreme sud de l'europe...)

[invite29a9c993]

La même à Odeillo

Merci beaucoup pour ce diaporama CEMES-CNRS de 2007 : cela fait plaisir d'avoir des nouvelles des recherches francaises dans le domaine du solaire à concentration.
51 kW : pas mal du tout pour une surface de 56 m2!

le moteur stirling demande beaucoup de maintenance

A ma connaissance, l'un des avantages du Stirling est précisément de demander très peu de maintenance.

Les avantages du moteur Strirling :

- le silence de fonctionnement : il n'y a pas de détente à l'atmosphère comme dans le cas d'un moteur à combustion interne, la combustion est continue à l'extérieur du ou des cylindres. De plus, sa conception est telle que le moteur est facile à équilibrer et engendre peu de vibrations.
- le rendement élevé : fonction, il est vrai, des températures des sources chaudes et froides. Comme il est possible de le faire fonctionner en cogénération (puissances mécanique et calorique), le rendement global peut être très élevé.
- la multitude de "sources chaudes" possibles : combustion de gaz divers, de bois, sciure, déchets, énergie solaire ou géothermique...
- l'aptitude écologique à répondre le mieux possible aux exigences environnementales en matière de pollution atmosphérique. Il est plus facile de réaliser dans ce type de moteur un combustion complète des carburants.
- la fiabilité et la maintenance aisée la relative simplicité technologique permet d'avoir des moteurs d'une très grande fiabilité et nécessitant peu de maintenance.
- la durée de vie importante du fait de sa "rusticité".
- les utilisations très diverses du fait de son autonomie et son adaptabilité au besoin et à la nature de la source chaude (du mW au MW).

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Le grand avantage par rapport au conventionnel c'est aussi de pouvoir utiliser la capacité électrique au fur et à mesure de la construction de la centrale. Alors qu'une centrale classique (charbon, nucléaire) ne commence à produire qu'après plusieurs années de chantier, la centrale solaire commence à produire beaucoup plus rapidement. On ne fait qu'ajouter des modules de productions les uns aux autres, la puissance fournie augmente donc graduellement au fur et à mesure de l'avancement des travaux.

Oui. Un autre avantage considérable : "Infinia's Stirling Products are made from common materials including steel, copper, aluminum and glass, in the same low-cost manufacturing techniques used to make affordable consumer products. Infinia's Solar Stirling Product is made without producing harmful chemical wastes and at the end of its long life, it can be recycled."
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Non, mis a part dans quelques coins bénéficiant d'un ensoleillement direct important (à odeillo justement), le solaire à concentration n'est pas envisageable en france.
Ce sont des technologies destinées aux pays à fort ensoleillement direct (sahara, australie, certains endroits aux état-unis ou dans l'extreme sud de l'europe...)

Tu peux ajouter la région Provence Alpes Côte d´Azur. C'est également possible dans les autres régions, mais la production électrique sera plus faible : il faudra donc placer plus de paraboles. Et en l'absence de soleil (journèes très nuageuses), le moteur Stirling (moteur à combustion externe) fonctionne avec tout type de source de chaleur : la combustion du biogaz par exemple.
## - Cf la carte d'ensoleillement de l'Europe dans le lien précédemment cité

[inviteab11f58a]

Tu peux ajouter la région Provence Alpes Côte d´Azur.

Ta carte montre l'ensoleillement global, pas l'ensoleillement direct.
A ma connaissance, en France, il y a deux endroits ou l'ensoleillement direct est suffisant pour autoriser l'utilisation de systèmes à concentration: la région d'odeillo (pyrénées orientales), et un coin vers briançon (à confirmer quand même).
Pour odeillo, l'énergie solaire directe reçue annuellement est équivalente (à peu de choses près) à celle d'alméria (sud de l'espagne).

[invite29a9c993]

Je ne suis pas de ton avis ; )

[inviteab11f58a]

Ecoute, je ne dis pas ça pour te provoquer ou t'embéter, j'aimerais bien que l'on puisse installer ce genre de systèmes un peu partout en France (je bosse dans le photovoltaïque sous concentration).
Mais c'est l'avis des gens de la communauté du solaire à concentration (qu'il soit photovoltaïque ou thermodynamique).
Ces technologies ne sont pas adaptées pour des pays comme la france (ne parlons pas de l'allemagne, pays qui pourtant est en pointe dans ce domaine), tout simplement parceque l'ensoleillement direct n'est pas suffisant pour que ça soit rentable.

[invite29a9c993]

J'apprécie la qualité de tes interventions.
Mais, d'après ce que j'ai lu, c'est possible en France :


Source : Solarserver.de

; )

[inviteab11f58a]

Suitable ça veut dire que ça fournira un peu d'électricité.
De là à ce que ça soit rentable...
Allez, je peux même te faire une concession. Peut être qu'un jour l'écart de technologie entre les systèmes à concentration et les systèmes conventionnels utilisant le rayonnement global (je parle surtout pour le photovoltaïque là) sera tellement en faveur de la concentration que ça sera rentable d'utiliser ces systèmes quelles que soient les conditions d'ensoleillement. A l'heure actuelle, je ne le pense pas (et je ne suis pas le seul...)

[invite29a9c993]

Nous sommes d'accord : cela fournira un peu d'électricité...En Algérie et au Maroc on met une parabole; à Nice, Marseille, Menton ou Monaco, il faudra en mettre deux. Et 4 en Normandie (les jours de beau temps - Donc prévoir de bonnes réserves de biogaz pour faire fonctionner le Stirling en Normandie...) ; )

[invite13fddc90]

Sinon il y a une solution qui est de mettre les centrales en altitude

Je crois que c'est compliqué

[inviteab11f58a]

Merci beaucoup pour ce diaporama PROMES-CNRS de 2007 : cela fait plaisir d'avoir des nouvelles des recherches francaises dans le domaine du solaire à concentration.
51 kW : pas mal du tout pour une surface de 56 m2 !

51 kW, c'est la puissance solaire collectée hein! (et non pas la puissance électrique délivrée, qui elle, est de l'ordre de 10 kW...)

[Tilleul]

...et je reprécise derrière que l'eurodish c'est pas de la recherche française c'est de la recherche germano-espagnole.

Encore un domaine scientifique où les français perdent toutes leur avance...

[invite29a9c993]

51 kW, c'est la puissance solaire collectée hein! (et non pas la puissance électrique délivrée, qui elle, est de l'ordre de 10 kW...)

Soit un rendement de 20% pour l'eurodish. La parabole-Stirling d'INFINIA a un rendement de 24% : la différence vient-elle de la qualité du moteur ?

...et je reprécise derrière que l'eurodish c'est pas de la recherche française c'est de la recherche germano-espagnole.
Encore un domaine scientifique où les français perdent toutes leur avance...

Il n'y a pas une part francaise ?

Sinon il y a une solution qui est de mettre les centrales en altitude Je crois que c'est compliqué

Oui, une très grande partie de l'énergie solaire est perdue en traversant l'atmosphère. D`où l'idée...de mettre les centrales solaires en orbite :

Le concept de centrale solaire spatiale est prometteur

23 août 2007 - Le concept de centrale solaire spatiale est prometteur - Des centrales solaires terrestres existent déjà à travers le monde. Toutefois, le rayonnement solaire est huit fois moins intense sur la surface terrestre que dans l'espace. Pourquoi donc ne pas le capter dans l'espace et propulser son énergie vers la Terre sous la forme de micro-ondes qui pourraient pénétrer l'atmosphère plus efficacement ? Telle est la question que se posent des chercheurs américains.

Un diaporama d'INFINIA très sympa pour ceux qui habitent dans une région ensoleillée et qui sont intéressés par une parabole pour produire l'électricité de la maison.

La diapo 3 donne des précisions sur les performances des différentes parties de ce système vraiment prometteur :
- Moteur : Puissance : 3kW ac net, rendement : 34%
- Concentrateur (parabole) : rendement : 86% - 388 soleils
- Système moteur + parabole : rendement : 24%

"This design means that we can make more electricity for about half the relative space as photovoltaics," said Jim Clyde, Infinia's vice president of sales and marketing. "It won't be half the cost when we first get going, but it will be for significantly less capital cost."

[polo974]

Oui, une très grande partie de l'énergie solaire est perdue en traversant l'atmosphère. D`où l'idée...de mettre les centrales solaires en orbite :

Entre le coût en énergie de la satellisation, le rendement pourri de conversion de l'énergie (tant à l'émission qu'à la réception), le danger d'un faisceau descendant d'énergie concentré et le fait de faire pénétrer encore plus d'énergie dans notre atmosphère à effet de serre, c'est une très très mauvaise idée...
De plus le rayonnement solaire au niveau de nos satellites est très loin d'être 8 fois celui au niveau du sol au soleil (bien sûr).

[invitec584173e]

...et je reprécise derrière que l'eurodish c'est pas de la recherche française c'est de la recherche germano-espagnole.

Encore un domaine scientifique où les français perdent toutes leur avance...

et italienne...

'INFINIA, SOLO et STM ainsi que d'autres fabriquent des moteurs Stirling hérités des travaux de Philips ( 1948-1975). Il y à bien quelque améliorations ici et la, des matériaux nouveaux permettant une plus grande longévité à hautes températures. En fait rien de bien nouveau. Ce qui fait que ces moteurs délivrent relativement peu de puissance. La cylindrée est modeste et les pertes sont astronomiques. Si l'on veut faire du moteur Stirling un serieux concurent aux autres technologie ( turbines, photovoltaique etc) il faut "oublier" les travaux de Philips et repenser le moteur en se fondant uniquement sur son aspect théorique. Oublier les configurations de type Alpha, Beta et Gamma qui limitent la cylindrée. Essayez de déplacer des centaines de litres d'hélium sous pression d'un cylindre à l'autre sans perte de charge ni volumes morts ni saturation du régénérateur. C'est encore pire en configuration Gamma
ou ii faut chauffer et refroidir un enorme volume de gaz contenu dans un seul cylindre. Pertes par conductions sur les parois du cylindres, impossibilité transférer les températures des cycles extrêmes à la totalité du gaz de travail et régénérateurs mal placés et mal fichus..

Une fois ces problèmes résolus, le rendement bondit à 29 % pour un delta de température de 85 °C seulement . Les miroirs disparaissent au profit de chauffe eau solaires simples et la puissance dépasse largement la centaine de KW.

[invite13fddc90]

Bonjour kaess,

Il me semble que c'est toi qui a travaillé sur le moteur stirling.

Penses-tu qu'il serait judicieux d'utiliser un chauffe-eau solaire pour le chauffage mais aussi pour l'électricité via un moteur sirling?

En effet, le chauffe eau stocke de l'energie sous forme de chaleure, alors pourquoi ne pas dimensionner le ballon pour la production d'éléctricité?
Cela éviterais de devoir utiliser beaucoup de batteries, seul une petite capacité de batteries serait présente pour faire face aux fluctuations de la demande. Cela aurait l'avantage d'utiliser de l'eau plutôt que des batteries, je pense que cela revient moins cher!
Les panneaux thermiques ont des rendements de l'ordre de 30 à 40%
Alors c'est vrais que comparé à du photovoltaique on a de la perte sur le stockage dans le ballon et via le stirling mais on gagne sur le prix des panneaux et des batteries je pense.

[invitedbb5457c]

Ca dépend ce que tu appeles pertes. En hivers et si le ballon est dans la maison, les "pertes" chauffent la maison.

[invite13fddc90]

Effectivement, il est en est de même pour les pertes du moteur sirling sous forme de chaleur

[invitedbb5457c]

Les panneaux thermiques ont des rendements de l'ordre de 30 à 40%
...
comparé à du photovoltaique

Les 30% à 40%, c'est pour une utilisation chauffeau (température 55° à 65°). Avec une si faible différence de température par rapport au 20° dans la maison (30° dans les radiateurs), le stirling ne produira sans doute pas grand chose.

Il faut donc des capteurs plus performant à haute température : tubes sous vides (ou concentrateur CPC - CNP ?).
Dans ce cas :
Environ 30% pour le capteur
et 29% pour le stirling
Ca fait à peine 10% en tout .
Soit un rendement du même ordre de grandeur qu'un panneau photovoltaique pour un investissement sans doute équivalent

Sauf que le chauffage et l'ECS sont CADEAUX

[invite13fddc90]

Ca évite d'utiliser 1 tonnes de batteries dans son garage.
Pour moi c'est la que réside le principal interet. Après le stirling peut produir de l'électricité et aussi de la chaleur qui soit récupérée pour le chauffage de la maison ou du ballon donc le rendement global est bien meilleur.
Ensuite, la différence de température peut être plus élevée, rien n'empêche d'utiliser la strate haute à 70-90°C pour le stirling.
Pour la puissance du stirling il paraît que c'est 4000Kwh la conso moyenne?
ca fait du 450Watts soit 0.61cheveaux ca doit être possible à faire même avec 50-70C° de différence thermique.

[invitedbb5457c]

As ce que je vois, tu recherches l'auto suffisant énergétique .

Si j'ai bien compris le fonctionndement d'un stirling, le démarrage et l'arrêt sont lentes (à confirmer). Donc, il n'est pas question de faire fonctionner un stirling directement à la demande.
Il faut donc prévoir un "tampon" en attendant son démarrage : quelques batteries seulement (pas des tonnes !), ou des gros condensateurs électriques (peut-être ?)

Au niveau thermodynamique, je verrai bien le fonctionnement avec :
- un ballon de chauffage basse température, avec stratification (mettons entre 30° et 40°)
- un ballon d'ECS, avec stratification (mettons entre 55° et 90°)
- un capteur solaire "haute" température (mettons 120°)
- un stirling
- des radiateurs basses températures dans la maison
- des radiateurs à l'extérieur (coté nord si possible)
- quelques batteries / condensateur pour faire le tampon


En journée :
- La strate basse du ballon de chauffage (30°) sert de source froide pour le stirling.
- les capteurs solaire fournissent du 120°C au stirling
- le stirling fonctionne une premiere fois pour abaisser cette température de 120°c à 90°C (bon rendement par rapport au 30°C ). En l'absence de consommation, l'électricité produite est stockée dans les batteries (ou revendu au réseau)
- le 90°C en sortie du stirling est stocké dans le ballon d'ECS (strate haute)

La nuit, ou en cas d'absence de soleil :
- la source froide du stirling est toujours le ballon de chauffage (30°).
- mais, cette fois-ci, le stirling fonctionne avec comme entrée chaude la strat haute du ballon ECS (90°). Rendement moyen par rapport au 30°C.
- l'eau, refroidit par le stirling (elle passe 90° à 55°), est réinjecté dans la strat basse du ballon d'ECS.


En hivers :
- la strate haute sert de chauffage dans les radiateurs basses températures.
- toute la chaleur captée par le capteur solaire est "perdue" plus ou moins directement dans la maison (par le chauffage, dans l'ECS ou par les pertes dans les ballons)

En été :
- le fonctionnement est identique
- sauf que l'on utilise les radiateurs extérieurs chaque fois que la témpérature extérieure est inférieure à la température du ballon de chauffage (la nuit, par exemple). Le but étant de le refroidir au maximum pour optimiser le rendement du stirling, et éviter de chauffer la maison avec les pertes dans les ballons de stockage.

kaess, est ce que ca te semble correcte comme fonctionnement ?
Est-ce que le même stirling peut fonctionne avec des différences de température variable :
- entre 120° et 30°
- puis entre 90° et 30°
tout en gardant un rendement correct (proche du rendement théorique maxi si possible) ?

[polo974]

...
Une fois ces problèmes résolus, le rendement bondit à 29 % pour un delta de température de 85 °C seulement .
...

29%, c'est le rendement de Carnot (à 20°C en froid), c'est à dire 0 perte...
Bonjour la taille des échangeurs isentropiques.

Mais, un volume mort ne pose pas vraiment un problème de rendement, juste de puissance à volume donné...

Par contre, un capteur solaire thermique fait mieux que 30% de rendement. Bien qu'en fait, là, on s'en fout un peu du rendement, il suffit "d'augmenter la toile".

[invitedbb5457c]

Dans les deux cas, on s'en fout un peu, mais pas trop : il ne faut pas que le prix de revient soit exorbitant.
(mais j'ai l'impression que Kaess a des solutions techniques pour la premiére partie ...)

[invitec584173e]

kaess, est ce que ca te semble correcte comme fonctionnement ?
Est-ce que le même stirling peut fonctionne avec des différences de température variable :
- entre 120° et 30°
- puis entre 90° et 30°
tout en gardant un rendement correct (proche du rendement théorique maxi si possible) ?

Un peu en dessous du rendement théorique..

Le proto est en cours de devis...

[invite29a9c993]

Entre le coût en énergie de la satellisation, le rendement pourri de conversion de l'énergie (tant à l'émission qu'à la réception), le danger d'un faisceau descendant d'énergie concentré et le fait de faire pénétrer encore plus d'énergie dans notre atmosphère à effet de serre, c'est une très très mauvaise idée...
De plus le rayonnement solaire au niveau de nos satellites est très loin d'être 8 fois celui au niveau du sol au soleil (bien sûr).

Disons que l'idée est très bonne mais que les difficultés sont trop nombreuses pour envisager un déveppement aujourd'hui. Cela me rappelle la fusion nucléaire et ITER : une idée superbe mais un développement possible (pas sûr) dans 50 ans. Les technologies solaires terrestres fonctionnent très bien dès aujoud'hui. Précisément, c'est dans les 10 - 20 ans qui viennent qu'il nous faut, d'après le GIEC, réduire nos émissions de gaz à effet de serre.

[invite29a9c993]

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"I'd put my money on the sun and solar energy. What a source of power!
I hope we don't have to wait 'til oil and coal run out before we tackle that."

Thomas Edison
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[Yoghourt]

Edison... C'est pas le gars qui voulait équiper le réseau électrique urbain en continu plutôt qu'en alternatif?

[invite29a9c993]

Edison... C'est pas le gars qui voulait équiper le réseau électrique urbain en continu plutôt qu'en alternatif?

Grâce à l'HVDC (Hight Voltage Direct Current, courant continu haute tension), les pertes sont inférieures à 3% pour 1000km.

L'intuition d'Edison était la bonne. Tesla et Westinghouse nous ont conduit à mettre en place des réseaux en alternatif qui posent de gros problèmes aujourd'hui dans la cadre de la globalisation du marché de l'énergie.
http://en.wikipedia.org/wiki/War_of_Currents
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