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Exposé sur Héliostat

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n

• Histoire de l'héliostat
  • définition
    • les applications des héliostats
      • principaux composants de l’héliostat
        • Type des héliostats
          • Le champ d’héliostat
          • Type des mouvements de l'héliostat
• Paramètres influant sur le rendement de

l'héliostat

• Principe de fonctionnement d’un héliostat
• la conception d'un héliostat
• conclusion

Un héliostat : Le mot "héliostat" est dérivé du grec "helios" qui signifie "soleil" et "stat" qui signifie "stationnaire". est un appareil qui consiste essentiellement en un miroir animé d'un certain mouvement de rotation et qui sert à diriger les rayons du soleil dans une certaine direction, malgré le mouvement de la Terre par rapport au Soleil. Dans le passé, dans de nombreuses expériences d'optique, il était nécessaire de faire passer un rayon de soleil réfléchi par un miroir à travers une série d'instruments soigneusement installés les uns après les autres sur une table ou un banc horizontal. Mais le Soleil a un mouvement continu apparent, qui décrit au cours de sa circulation quotidienne visible autour de l'axe du monde l'un des petits cercles de la sphère céleste.

L'héliostat est utilisé dans diverses applications pour différentes raisons: Énergie solaire: Dans les centrales solaires thermiques de l'héliostat, il est utilisé pour concentrer les rayons du soleil en un point ou une zone spécifique où se trouvent les capteurs solaires. L'astronomie En astronomie, ce mécanisme permet d'observer le Soleil sans avoir à modifier l'orientation de l'appareil d'observation. Géodésie Dans le domaine de la géodésie: l'héliostat est utilisé pour transmettre des signaux lumineux à longue distance. En effet, l'application la plus importante des héliostats est dans les centrales solaires thermiques, bien qu'elle puisse également être appliquée dans un panneaux photovoltaïque. Ce système présente deux avantages:

• Dans le cas de l'énergie solaire thermique , la température peut être considérablement augmentée. De cette façon, il est plus facile d'obtenir de la vapeur pour pouvoir entraîner une turbine à vapeur et produire de l' électricité.
• Dans le cas de l'énergie solaire photovoltaïque , elle permet de concentrer plus de rayonnement solaire dans le même module photovoltaïque. De cette façon, il est possible d'augmenter le rendement solaire. En revanche, ces avantages doivent être mis en contraste avec l'inconvénien d'augmenter l'investissement de l'installation solaire.

❖ Miroirs (Reflétant de la lumière du soleil) La réflectivité des rayons solaire peut être effectuée par des miroirs en verre, films réfléchissants, miroirs en plastique et métaux polis. Quel que soit le type utilisé de ces réflecteurs le taux de la réflectivité (réluctance) inférieur à 100%, selon l’étude de Coventry et al. [12] les deux premiers types des miroirs sont les options actuelles les plus appropriées pour les réflecteurs des héliostats. Parce qu’ils possèdent actuellement de réluctance adéquate par rapport aux autres ❖ Structure de support de miroir Les centrales solaires à tour utilisent principalement des héliostats de type T avec une structure métallique et des facettes en verre. La structure de support de miroir en acier est souvent constituée de plusieurs traverses qui sont montées sur un tube d’élévation horizontal. Le tube d’élévation et le pylône forment ensemble un «T» et sont reliés l'un à l'autre par le système d'entraînement pour le mouvement d'azimut et d'élévation. La déformation de la structure de l’héliostat qui est dû par la gravité et les charges de vent a un impact important sur le rendement énergétique annuel de la centrale solaire à tour.

❖ Pylône et fondation Le pylône est fabriqué en tube d’acier et fixé au sol par une fondation en béton. Cette solution de fixation est la plus répondu surtout pour les grands héliostats. ❖ Systèmes de contrôle : Systèmes de contrôle sont des caméras, des cartes électroniques et des algorithmes de contrôle qui sont utilisés pour fournir les signaux aux moteurs d'entraînement pour maintenir la position de concentration par rapport au soleil. Un système de réflexion des rayons solaire idéalement devrait faire le point de concentration sur la cible sans erreur. En réalité, les systèmes de réflexion ne sont pas parfaits, et ne pointeront pas toujours l’image solaire exactement au point désiré sur la cible. Cette erreur de concentration généralement et dû par plusieurs paramètres par exemple l’effet du vent et la température sur toute la structure d’héliostat et les jeux des articulations et des moteur et les calculs mathématiques. Cette erreur peut contrôler par des caméras. Ces caméras peuvent capter les erreurs ensuite les transformer à la carte de contrôle pour corriger la position finale. ❖ Système d’entrainement de mouvement : Selon l’aperçu de Coventry et sur les principaux systèmes d'entraînement de mouvement de l'héliostat, les systèmes d'actionnement ont longtemps été l'un des principaux facteurs de coût des héliostats

. Le système d'entraînement

✓ L'héliostat linéaire Ce type qui réfléchit précisément en direction d'un récepteur linéaire et nous avons deux Systèmes de l'héliostat linéaire:  L'héliostat a central cylindro-parabolique Sont des miroirs ranges parallèles de longs miroirs cylindro-paraboliques qui tournent autour d’un axe horizontal pour suivre la course du soleil. Les rayons solaires sont concentres sur un tube récepteur horizontal  L'héliostat a central solaire a miroirs de Fresnel Sont des miroirs plans, Chacun des miroirs peut pivoter en suivant la course du soleil pour rediriger et concentrer en permanence les rayons solaires vers un tube ou un ensemble de tubes récepteurs linéaires fixes

Un champ d’héliostat se compose de plusieurs centaines d’héliostats implante au pied de la tour. Leur fonction est de faire la réflexion de rayonnement solaire capte en le focalisant vers l’entrée du récepteur .l’énergie capte par les héliostats sera donc concentrer en haut de la tour. Figure : Le champ d’héliostat

Les paramètres influant sur le rendement de l'héliostat dans le flux solaire

concentre sur le récepteur sont :

• La hauteur du récepteur
• La forme des héliostats du champ
• Les dimensions des héliostats du champ
• La précision de pointage des héliostats
• L’état de surface des héliostats
• La qualité du réglage des facettes des

héliostats

• L’angle d’inclinaison de la cible
• Le dénivèle du champ d’héliostats
• La position des héliostats dans le champ
• La position du soleil dans le ciel en

fonction de l’heure et du jour de l’étude

• La qualité de l’atmosphère

La commande donne les ordres aux moteurs via une carte de programmable, en envoyant des signaux électroniques. Ces moteurs convertissent ensuite les signaux en mouvement mécanique. Ces moteurs permettent d’effectuer un déplacement d’Est en Ouest et du bas vers le haut afin de se positionner par rapport au soleil. La Figure illustre les éléments qui composent un héliostat classique.

L’un des procédés les plus intéressants pour convertir le rayonnement

solaire direct en énergie électrique est la centrale à tour. Ce type de centrale

est composé d’un champ d’héliostats, d’un récepteur solaire situé au sommet

d’une tour et d’une boucle thermodynamique de conversion de la chaleur en

électricité.

Les centrales à tour sont capables de produire de l'électricité solaire sur une

grande échelle. Les héliostats sont l'élément le plus important du point de

vue coût dans la composition de ces centrales.

L’héliostat a pour but de réfléchir les rayons solaires incidents vers une cible

fixe (la tour) durant toute la trajectoire diurne de l’astre solaire. Pour assurer

convenablement sa commande, il est nécessaire de connaitre ses

paramètres et de déterminer sa position par rapport à la tour, ce qui se

traduit par la détermination de son angle d’élévation (nord-sud) et son angle

de rotation (est-ouest).