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Projet Génie Physique
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Objectif du projet
Le but de ce projet est de réaliser un convertisseur d'énergie solaire en énergie électrique par le biais d'un moteur de type Stirling.Cahier des charges
Les principales caractéristiques du moteur solaire sont :
- surface de capteur solaire : 2.5 m²
- puissance produite : 250 à 500 W
- fonctionnement autonome
- orientation automatique suivant la position du soleil
- gestion des données via le logiciel Labview(r)
- moteur Stirling type Bêta
- gaz de travail : azote
- pression 1 à 10 bars
- température de la source chaude 600°C à 900°C
- température de la source froide 20 à 50°C,
- vitesse de rotation : 500 à 900 tr/min.
Principe de fonctionnement
Robert Stirling (1790-1878) a imaginé un moteur utilisant un fluide liquide ou gazeux, contenu dans une enceinte fermée, chauffée par une source de chaleur extérieur à l'enceinte, et soumis à de fortes pressions : le " moteur Stirling ".
Le moteur Stirling est une machine thermique convertissant de l'énergie thermique en énergie mécanique et qui fonctionne théoriquement suivant le cycle thermodynamique Stirling.
Figure 1 : Le cycle Stirling
Le moteur présente un " point chaud " et un " point froid ". Un gaz circule entre ces deux points et subit ainsi alternativement une compression et une dilatation. Cette pulsation du gaz est utilisée pour entraîner un piston qui permet de récupérer l'énergie mécanique. Les transformations théoriques du cycle Stirling imposent des mouvements discontinus du déplaceur et du piston moteur.
Technologies utilisées
Le concentrateur et l'architecture du bâti
Le concentrateur, de géométrie parabolique concentre les rayons du soleil en une tâche focale de cinq centimètres de diamètre située au foyer de la parabole. Afin de réfléchir le maximum de rayons principalement dans le domaine visible, la surface du concentrateur est recouverte d'une couche d'aluminium déposée sous vide protégée par un verni.
Figure 2 : La parabole sur son support
La monture du concentrateur est de type azimutal, mue par deux moteurs pas à pas. Mécaniquement, le mouvement azimutal est assuré par un motoréducteur, celui d'élévation par un vérin électrique.
Le moteur linéaire à couplage mécanique (architecture bêta)
La pulsation du gaz est récupérée par un piston couplé, via un double embiellage (couplage mécanique), à une génératrice qui produit ainsi de l'énergie électrique.
Figure 3 : Le moteur bêta et sa génératrice
Le collecteur (source chaude) réalisé en acier réfractaire est situé au foyer de la parabole tandis que le cylindre principal (source froide) est refroidi par une circulation d'eau.
Le moteur linéaire à couplage électromagnétique
Parallèlement au moteur de type Bêta nous avons étudié un moteur stirling de type linéaire à couplage électromagnétique. Le mouvement linéaire alternatif du déplaceur est réalisé par un moteur linéaire pas à pas. La pulsation du gaz est récupérée par un piston qui met en mouvement un alternateur linéaire produisant du courant électrique. Ce moteur est donc totalement dépourvu de couplage mécanique à l'exception du ressort de l'alternateur linéaire.
Figure 4 : Le moteur linéaire
Le suivi solaire
Le système est équipé d'un suivi solaire permettant de maintenir continuellement l'axe de la parabole en direction du soleil
Contrôle commande
Le système fonctionne de manière autonome à l'aide d'un programme développé sous Labview(r) qui prend en compte les données fournies par les différents capteurs (température, position et flux solaires, pression, ...). Ce programme gère l'automatisation du suivi solaire.
Figure 5 : Interface graphique du programme de commande
Equipe projet : AUBERT A., BASCOP R., BESSON J-M., BOUTTIER B., BUJARD N., BULIDON N., CAILLON N., CALLEJON A.,DEFELIX R. ; DEVEAUX A., DEVESSIERE A., DIAS G., DOS SANTOS B., DROSSON Q., EL BAKKALI A., GIRARD S., GUIEYSSE F., GUIGOURES L., HUCHOT R. ; LABROUSSE J-J., LAFFAILLE P., LAU L-S., LEGER S., LEPRINCE Ch., LEROY F., MAGNE J., MARQUES B., MATHIEU M., MODRU J., MOREAU A., MOURNET J-N., NAVARRO G., PANIAGUA E., PERRIER E., PERRIER F., PEYRARD F., PEZARD S., POYET F., ROULLET P.E.; ROURISSOL X., SAINT-PATRICE D., SIGOIGNE F., SOLELIS L., TOUZANI S., WLODARCZYK D.
Porteurs de projet : BATIER L., GALTIER X., PETIT M.
Service technique : GATTIER D. ; GUILLOT C. ; SIMONET D.