systèmes pour la conversion de mouvements et d'énergies renouvelables Solaire thermoélectrique Concept PHRSD
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PIEGE HYPERTHERMIQUE DU RAYONNEMENT SOLAIRE DIRECT (PHRSD) 

1. Principes de fonctionnementf 2. Performances et exemples d'applications  3. Respect du cahier des charges






La présente invention est une nouvelle approche basée sur un piégeage progressif des rayons solaires permettant un rendement de conversion de l’énergie solaire directe en énergie électrique jusqu'à 60%,
soit une performance :
- 5 fois meilleure que celle du solaire photovoltaïque,
- 2 fois meilleure que celle du solaire thermo-électrique actuel,
- voisine de celle des meilleures centrales thermiques.

en particulier si la conversion thermomécanique est réalisée par une machine SPRATL

1. Dimensions et implantations


La taille des pièges solaires hyperthermiques (1) peut être très variable : toutefois, des miroirs (5) de quelques mètres carrés permettent une captation optimale du flux solaire.
Concentration et canalisation et absorption optimale des rayons solaires directs
Concentration et canalisation optimale des rayons solaires directs


Des dimensions de l'ordre du m² sont donc suffisantes pour obtenir par beau temps (flux solaire de 1000 W/m²)  :
- une puissance thermique de quelques milliers de Watt
- une puissance mécanique de 300 à 600 W/m² selon le cycle thermodynamique et la qualité du moteur et collecteur utilisés.
- une prise au vent de l’ordre de celle d’une parabole satellite qui ne pose pas de problème particulier.

Vue schématique et éclatée des composants de base du PHRSD
Vue schématique et éclatée des composants de base du PHRSD : envergure de quelques mètres pour (5)
nomenclature téléchargeable


Pour des installations à usage industriel, on obtient une centrale électrique solaire de haut rendement en juxtaposant les pièges solaires (1) sur toute la surface mise à disposition.


Des dispositifs rehausseurs (36) montés ou non sur des socles rotatifs (37) peuvent être envisagés pour éviter les phénomènes d’ombre intervenant en incidence rasante du soleil à son lever et à son couche
Bâtiment rotatif optimal en rayonnement solaire rasantfonctionnement au zenith (15B), au lever/coucher(15C) et champ solaire traditionnel (15D)
Bâtiment rotatif optimal en rayonnement solaire rasant        fonctionnement au zenith (15B), au lever/coucher(15C) et champ solaire traditionnel (15D)


Le caractère modulaire de la centrale sera particulièrement profitable en terme de fiabilité et de maintenance
, car :
- la probabilité de panne simultanée sur tous les pièges hyperthermiques est quasi nulle,
- une intervention sur un piège se fait en le déconnectant sans arrêter la centrale, avec une influence faible sur sa puissance dès que le nombre de pièges juxtaposés dépasse 10.
PHRSD à stockage thermique
De telles installations trouveront particulièrement bien leur place dans des zones bien insolées et peu valorisées, représentant des milliers de km² telles que les crêtes à valeur agricole très faible, les mers et océans, les déserts..

2. Régulation et gestion de la production solaire

La ressource solaire étant intermittente et irrégulière, la régulation de la production électrique de telles centrales doit être prévue :

- sans stockage d’énergie : le réseau gère les irrégularités en jouant sur la production d’autres centrales électriques régulatrices (notamment thermiques ou hydrauliques), comme il le fait actuellement pour gérer l’irrégularité des centrales éoliennes,

- avec stockage d’énergie : les pièges solaires hyperthermiques présentent l’avantage de permettre un stockage thermique de grande ampleur, efficace et peu onéreux puisqu’il suffira de chauffer à environ 1000°C, à l’aide d’un fluide caloporteur et de tubulures d’échange thermique (27,30), une masse importante de matériaux de bonne capacité thermique (29) : roche, terre, sable, métaux, eau, fluide spécifique…


PHRSD à stockage thermique :
 l'énergie accumulée en période diurne
 est déstockable à volonté en période nocturne




3. Des productions thermiques et électriques dans une très large gamme de puissances

Dans le cadre d'une production électrique de moyenne et haute puissance (> 1 MW), sur la base d’un rendement de 60%, il reste 40% de l’énergie solaire incidente rejetée sous la forme de chaleur. Deux options de cogénération sont envisageables :
- source froide peu refroidie : rejetant un fluide à environ 90°C et plus, permettant l’alimentation en appoint d’un chauffage urbain,
- source froide très refroidie : rejetant un fluide à moins de 25°C permettant de réchauffer gratuitement une serre à vocation agricole toute l’année, ce qui est actuellement impossible selon les saisons et/ou les pays.

Ces conversions peuvent se faire avantageusement avec une
machine SPRATL.

Toutefois, le potentiel solaire est très important puisque, avec un rendement de conversion thermoélectrique de 60% et 100 W/m² de puissance solaire moyenne annuelle et tout type d'installation est envisageable :
- une installation semi-industrielle de 100 m² (soit 10x10m) a une puissance moyenne électrique de 6 kW adaptée à un immeuble bien insolé de 15 appartements « 3 pièces »
- une grosse installation de 900 km², en un seul carré de 30 km de côté, ou répartie en plusieurs ilots en mer produirait 54 GW, soit l’équivalent de 54 centrales nucléaires, ce qui doublerait la puissance électrique installée en France.
Ces plates-formes off-shore sont tout à fait envisageables puisqu’elles sont largement maîtrisées depuis des années dans le cadre d’extractions pétrolières et que l’électricité produite peut transiter par câble sous-marin.
Home with 2 PHRSD : cogeneration of heat and electricity


Pour une installation à usage domestique, un ou plusieurs pièges solaires sont implantables sur les toits des immeubles ou des maisons. Les puissances sont alors beaucoup plus faibles, mais amplement suffisantes pour couvrir plus de la moitié des besoins électriques, voire la totalité. Sur la base de 3500 kWh annuels par foyer, cela représente une puissance moyenne de 400 W, ce qui correspond à la production de 4 paraboles de 150 cm de diamètre, de rendement 60% et insolées à 100 W/m² en moyenne.

La cogénération domestrique est aussi envisageable en utilisant l’air de la maison, ou son eau « chaude » comme source froide. La maison dispose dans ce cas de 2333 kWh thermiques d’appoint et de 3500 kWh électriques par année.


Enfin, quel que soit le type d’installation (industrielle, semi-industrielle ou domestique), lorsque le piège hyperthermique (1) se destine à la production d’énergie électrique, la face non réfléchissante de son miroir collecteur (5) peut être tapissée de panneaux photovoltaïques (33) qui sont les seuls dispositifs capables de convertir directement un rayonnement solaire indirect ou diffus en électricité.
Hybridation PHRSD solaire direct/ solaire diffus
Hybridation PHRSD solaire direct/ solaire diffus : panneau photovoltaïque (33) sur l'envers du miroir collecteur (22)

En période diurne, cette conversion du rayonnement diffus sera permanente quelles que soient les conditions atmosphériques. Toutefois, si les conditions deviennent nuageuses, et avec une cinématique d’orientation adéquate, le miroir collecteur pourra être basculé de 180° environ afin de placer face aux nuages les panneaux photovoltaïques (33).


Une telle machine, combinant un haut rendement de conversion électrique du rayonnement solaire direct (grâce à son piège hyperthermique) et la récupération optimale du rayonnement solaire diffus (grâce à ses panneaux photovoltaïques), se classe immédiatement parmi les machines hélioélectriques les plus efficaces et adaptatives pour des applications variées et respectueuses de l’environnement, qu’elles soient industrielles ou à plus petite échelle.



4. La production massive et écologique des vecteurs énergétiques nécessaires au XXIème siècle 

Les laboratoires et installations expérimentales regorgent d'idées sur des vecteurs énergétiques écologiques : hydrogène, carburants issus de la thermolyse de la biomasse, thermolyse de l'eau, biocarburants, stockage sur métaux spécifiques, réactions de Fischer Tropsch, "biomass or coal to liquid" (BTL, CTL)...

Mais malheureusement, l'on s'aperçoit bien trop souvent que la mise en oeuvre industrielle de ces "solutions"
 est à peu près aussi polluante que les vecteurs recherchés sont sensés êtres respectueux de l'environnement.


En effet, tous ces procédés nécessitent des quantités énormes de chaleur
 (réaction endothermique et /ou à cinétique haute température) ou d'électricité (hydrolyses...)


Le PHRSD , constitue une solution éminemment pertinente pour cette problématique :

- technologiquement car il offre une énergie thermique de haute qualité et d'excellents rendements de conversion thermoélectriques et car tous ses composants sont actuellement bien connus, expérimentés et donc maîtrisés.

- industriellement car il s'appuie sur le potentiel solaire absolument gigantesque à l'échelle des besoins anthropiques

- écologiquement car l'énergie solaire inonde des millions de km² totalement dévalorisés actuellement ; l'exploitation de cette énergie dans des zones désertiques, rocheuses, ou infertiles a une incidence très faible, voire nulle, sur l'écosystème puisqu'il y est parfois totalement absent.

Le PHRSD peut être adapté à la thermolyse haute température comme présenté ci-après sur la base d'un four solaire bi cavités

Variante du PHRSD en four bi-foyer de thermolyse
Variante du PHRSD en four à 2 cavités de thermolyse

Quelques vues C.A.O.


Vues en transparence et écorchée des fours et d'éventuels extracteurs de chaleur dans lesquels peut circuler directement le fluide à thermolyser.


Ainsi, quelles que soient les puissances envisagées, le piège solaire hyperthermique

s’adapte aussi bien à une approche centralisée que décentralisée
de la production écologique d’énergies au sens large .

    
Vidéo piège solaire de thermolyse :  en rotation                   cliquer pour lire                  Vidéo piège solaire de thermolyse : réglage de la hauteur à vérin


Rappel du sommaire de cette page :



1. Principes de fonctionnement 2. Performances et exemples d'applications  3. Respect du cahier des charges
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