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Cahier des charges fonctionnel du prototype Alphasole

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Exigences de conception

Dans le cadre de la conception collaborative, nous travaillons sur les exigences de chaque élément développé ci-dessous dans les sections suivantes. L'historique des discussions entre contributeurs est accessible par les liens respectifs vers le forum :

Général

Exigences Démonstrateur Prototype Commentaire proto
Réduire les risques Attention aux réflexions parasites * risques optiques ; *risques lié au circuit hydraulique sous pression, à haute température
Coût (matériau, fabrication, transformation, assemblage)Minimum Minimum : < 300€/m² économies possible, par rapport au démonstrateur…

Optique de concentration

lien forum

Exigences Démonstrateur Prototype Commentaire proto
Rendement optiqueRéflectivité (incidence normale) 0.960-70% à affiner : géométrie cohérente/optimisée, cf discussion/forum ; réflectivité des miroirs à >=0.9 / Autres paramètres : encrassement, fréquence de lavage, évolution dans la durée de vie
Robustesse et durée de vie pas de contrainte 3 à 5 ans ? A étudier : *temps? *garantie? quelle perte d'efficacité? point de renouvellement, fréquence de maintenance… *équilibre économique? *à mettre aussi dans les autres section : structure, optique.. *Affiner : les éléments chers, structuraux durent plus longtemps : 20 ans ou plus…
Accessibilité pour nettoyage et maintenance pas de contrainte oui*nettoyage des miroirs facile ; *maintenance et réglage des facettes une fois montée ; *accès au récepteur une fois monté
Efficacité thermique du récepteur Concentration secondaire sur l'absorbeur>1.5 70-80% d'efficacité dans l'idéal
Facteur total de concentration Entre 15 et 30 Entre 15 et 30avec 20 miroirs, on est plutôt autour de 15
Réflecteur secondaire (CPC) : Conception coordonnée avec l'absorbeur 60%oui

Structure

Support du champ de miroirs et du récepteur

Exigences Démonstrateur Prototype Commentaire proto
Structures indépendantes : miroir, récepteur OuiNonposition relative fixe, à ajuster selon latitude
Résistance environnement extérieur Oui, ponctuellementoui, en permanencevitesse de vent, grêle, pluie, neige, poussière
Rigidité suffisante contre vibrations ou déformations Oui Oui?
Implantation au sol Pieds réglables Fixe.génie civil à prévoir ou fixation à structure existante, toiture… Attention à la rigidité, stabilité…
Facilité d'assemblage Oui Oui kit possible
Facilité à transporter Oui Non
Soudage Le moins possible Okpas d'exigence a priori, compromis entre : complexité à fabriquer et simplicité à assembler
Limitation du risque d'accident Oui Ouià toutes les étapes : fabrication, montage….

Structure des facettes miroirs

Miroir de Fresnel: surface 2×2 m$^2$ avec 20 facettes de 10 cm de large
pour l'usage, exigence en terme de puissance à relier à la surface
Exigences Démonstrateur Prototype Commentaire proto
Limitation de la déformation des miroirs Flèche inférieure à 5 mm 0.1° d'orientation de la facette, soit 1cm sur le récepteur (a priori) dépend de la hauteur du récepteur, valide pour 1,5m de hauteur
Suivi de la course du soleil (Est-Ouest) >120° soit 8h de suivi12h de suivi ? soit 90° de rotation sur 12h
Protection contre les intempéries Oui Ouipar exemple : 180° d'amplitude (miroir vers le bas)
Alignement optique possible par un réglage ne nécessitant pas d'outillage particulier Oui Oui

ou mieux : procédure à mettre au point pour la calibrage|

Facettes du miroir facilement interchangeables Oui Oui plus généralement : maintenance facile…

Système de suivi (Moteurs, Programme, Capteurs)

lien forum

Exigences Démonstrateur Prototype Commentaire proto
Suivre en temps réel et avec précision le déplacement du soleil Oui Oui prévoir un mode dégradé en cas de défaillance du système de suivi (suivi manuel (présence de la personne constamment) ou semi-manuel (du type pendule que l'on remonte))
Motorisation des miroirs Oui Oui
Consommation électrique -Minimum possible Prévoir un fonctionnement autonome (pas de connexion au réseau électrique) ? (panneau photovoltaïque ?)
Nombre de moteurs Minimum 1 par module ou 1 pour toutà valider en fonction des autres choix techniques (structure)
Suivi du soleil pour renvoyer l'angle correct d'inclinaisonOui Oui, avec la précision nécessaireobjectif : renvoyer tous les rayons de chaque miroir sur la largeur du récepteur (largeur du CPC)
Instrumentation (Détection des conditions météorologiques*) Oui Oui*: température ambiante, rayonnement solaire direct. (En complément de l'instrumentation du procédé (chaudière et usage))
Mesurer la température et la pression du fluide Oui piloter la pompe de circulation en asservissement en pression et/ou température (selon l'usage). Capteur de débit de vapeur ? Capteur du niveau d'eau liquide ? ⇒ dépend de l'usage
Arrêt automatique du système Optionnel Sécurité en cas de coupure électrique (pompe de circulation arrêtée ⇒ montée en température) + en cas d'orage (position miroirs têtes en bas (si possible)). (résistance à la grèle ?)
Interface de contrôle simple Oui niveau expert en programmation si besoin, mais simple à l'utilisation

idées: Accés à distance (ethernet) ? Facilite la programmation, consultation des informations de fonctionnement (et historique ?) =⇒ A prévoir dans un second temp. Mais, il faut peut-être prévoir dés à présent les ports sur l'Arduino…

Récepteur (Absorbeur)

lien forum

Exigences Démonstrateur Prototype Commentaire proto
Conçu spécifiquement pour le fluide utilisé, circulation passive ou forcée 100%oui
Matériau sélectifhautes qualités d'absorption dans tout le spectre solaire : 100%absorptivité 90 %, émissivité infrarouge 15% : matériau intrinsèquement absorbant (ou traitement de surface absorbant)= haute absorption dans tout le spectre solaire et faible émissivité dans l'infrarouge
Échange thermique élevé entre l'absorbeur et le fluide60% oui matériau et conduction-convection dans le fluide
L'ensemble doit être isolé thermiquement (vis-à-vis de l'air extérieur, pas de point de condensation, radiation infra rouge)60%oui voir exigence de rendement thermique de l'ensemble (matériau isolant au dessus et vitre en dessous)
Bonne résistance au variation de température (dilatation du matériau, étanchéité …)60%ouiprévoir la dilatation des différents matériaux (l'étanchéité de la cavité du récepteur évite l'entrée de poussière et la dégradation des performances optiques…)
Réduire les risques dans toutes les phases d'utilisations (installation/démontage, démarrage/arrêt, fonctionnement normal, fonctionnement dégradé (exemple : panne d'électricité, panne de la pompe d'alimentation))60%ouien particulier, risques liés aux hautes températures et à la pression du fluide

idées: * La modularité est difficilement compatible avec les importantes contraintes sur l'absorbeur (pression, variation de température, etc.) ** En cas de risque de gel, il faut vidanger l'absorbeur (sinon le gel risque de le détruire…) =⇒ Capteur de température extérieure + électro-vanne ? =⇒ Conception de l'absorbeur permettant sa vidange complète

Usages

Exigences à définir avec l'utilisateur…

Fonctionnement
Exigences Démonstrateur Prototype Commentaire proto
Positionnement : éviter l'ombre du bâtiment ou autres masques-?
Plage de fonctionnement-? *pour un soleil hors première/dernière heure, *pour quelle plage horaire dans la journée, dans la saison, *pour quelle latitude
Niveau de température-?L'optique, voire la technologie optimale est différente suivant la température. Exemple : *Production d'eau chaude à 80°C ; *Production de vapeur à 130°C partir d'eau liquide ; *Surchauffe de vapeur de 150°C à 250°C
Circuit hydraulique
Exigences Démonstrateur Prototype Commentaire proto
Pertes de charge-minimalesLimiter les pertes de charges, surtout pour les fluides légers : air, vapeur
Circuit ouvert / fermé-?
Risque de tartre-?encourage le fonctionnement en boucle fermée…
Fluide-?

idées: Pourrait-on avoir un retour du futur utilisateur ? De quel puissance (mini, maxi, moyenne) a-t-il besoin ? Pendant combien d'heure ? Et selon la saison ? Chez mes parents, distillerie de lavande : juillet. Conserve et confiture de juin à septembre.

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