Solaire à concentration / moteur Stirling

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Le concentrateur solaire couplé à un moteur de Stirling est une nouvelle technologie qui permet de transformer l'énergie solaire en énergie mécanique. L'énergie solaire est captée et concentrée grâce à une parabole de miroirs. Celle-ci met en marche un moteur Stirling.

Fonctionnement

Moteur Stirling

Ce type de moteur a été inventé en 1816 par le pasteur Robert Stirling. Il est aussi appelé "moteur à air chaud" ou "moteur à combustion externe". Le fluide principal est un gaz, soumis à un cycle thermodynamique simple composé de 4 phases:

• un chauffage isochore (à volume constant)
• une détente isotherme (à température constante)
• un refroidissement isochore
• une compression isotherme

Le moteur fonctionne si il est alimenté par une énergie thermique. Cette énergie thermique peut être issue soit de la combustion externe de dérivés du pétrole, gaz naturel, charbon, soit d'énergies renouvelables comme le solaire ou la géothermie.

Concentrateur solaire

Fichier:Parab.gif Le concentrateur solaire est composé soit d'un miroir parabolique soit d'une mosaïque de miroirs assemblés pour former une parabole. Pour un concentrateur ayant une surface collectrice de 56,7m², la température du point de convergence peut atteindre 650°C. Comme le montre le schéma à droite, le miroir parabolique permet de faire converger les rayons du soleil vers un point unique.

L'addition des 2 technologies

Fichier:Stirling-odeillo.jpg

Performances

Le laboratoire PROMES du CNRS possède deux "paraboles Stirling".
La première (surface collectrice de 56,7m²) a un rendement moyen de 14,7% et un rendement de pointe de 18%. La seconde, avec un récepteur solaire amélioré sur le moteur Stirling (l'efficacité thermique du récepteur a été améliorée de 30%) et une surface collectrice réduite à 42,m², atteint un rendemet moyen de 19%, et un rendement de pointe de 23%

Du côté industriel, la société étatsunienne Stirling Energy Systems a battu le record d'efficacité en conversion solaire-électricité le 31 janvier 2008, atteignant 31,25% Le précédent record, datant de 1984 était de 29,4%

Avantages et Inconvénients

Avantages

• Performances : le rendement est généralement du même ordre que pour des panneaux photovoltaïques, mais ce type de système a atteint des rendements supérieurs à 30% dans la conversion du rayonnement solaire en électricité.
• Simplicité : le principe de fonctionnement est relativement simple, face à la technologie photovoltaïque, et permet de fabriquer soi-même un système concentrateur solaire-moteur Stirling (avec des rendements pas forcément intéressants cependant)
• Cogénération : le moteur Stirling peut fonctionner en cogénération (valorisation du travail ET de la chaleur disponible) conduisant à un très bon rendement global
• Gamme de puissance : possibilité d'adapter la puissance au besoin suivant la source chaude utilisée (du mW au MW)

Inconvénients

• Coût : le moteur Stirling étant encore peu développé, c'est un matériel très coûteux
• Etanchéité : si la pression de fonctionnement est élevée, il est difficile de contenir le gaz utilisé dans le moteur. Ce problème est d'autant plus compliqué que l'un gaz très intéressant pour le moteur Stirling est l'hydrogène (pour sa légèreté et sa capacité calorifique importante), qui diffuse facilement au travers des matériaux
• Volume : les échanges de chaleur avec des gaz nécessitent généralement de grands volumes
• Modulation : un moteur Stirling fonctionne très bien à puissance nominale, mais des variations rapides de puissance sont difficiles à réaliser, et l'efficacité peut rapidement chuter

Voir aussi

Liens internes

• Moteur Stirling
• Énergie solaire
• Solaire à concentration thermodynamique
• Gestion de l'énergie
• Photovoltaïque
• Climatisation solaire

Liens externes

• Stirling Energy Systems, É.U
  
• Infinia, É.U

Bibliographie

http://www.photologie.fr/stirling/stirling.html
http://guillaume.douard.free.fr/modeles.htm
http://www.promes.cnrs.fr/PROJETS/Systemes/stirling.htm
http://www.stirlingenergy.com
http://www.sandia.gov/news/resources/releases/2008/solargrid.html

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