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-====== Cahier des charges ======+Retour [[wiki:​concentrateursolaire|page du projet]] ou [[:​start|page d'​accueil]]. 
 +====== Cahier des charges ​du démonstrateur ​======
  
-===== Concentrateur solaire ​=====+===== Exigences de conception ​=====
  
-==== Démonstrateur ====+Dans le cadre de la conception collaborative,​ on travaillera uniquement sur les éléments identifiés sur le [[wiki:​demonstrateur#​Schéma de liaison|schéma de liaison]]. Les exigences de chaque élément sont développées ci-dessous dans les sections [[wiki:​concentrateursolaire#​Structure|Structure]],​ [[wiki:​concentrateursolaire#​Optique de concentration|Optique de concentration]] et [[wiki:​concentrateursolaire#​Moteurs,​ Programme, Capteurs|Moteurs,​ Programme, Capteurs]]. ​
  
-{{./pasted_image.png}}+==== Structure ==== 
 +[[http://​forum.osefrance.org/viewforum.php?​f=9|lien forum]] ​
  
 +=== Support ===
  
 +^ Exigences ^ Démonstrateur ^
 +|Structures indépendantes : miroir, récepteur |Oui|
 +|Résistance environnement extérieur |Oui|
 +|Rigidité suffisante contre vibrations |Oui |
 +|Implantation au sol |Pieds réglables |
 +|Facilité d'​assemblage et transportable |Oui |
 +|Soudage |Le moins possible |
 +|Limitation du risque d'​accident |Oui |
  
 +=== Structure des miroirs ===
  
-==== Objet de l'​étude ====+^ Miroir ​de Fresnel: surface 2x2 m$^2$ avec facettes de 10 cm de large ^
  
-=== Objectif === +^ Exigences ^ Démonstrateur ^ 
-L'​objectif du projet est de fabriquer un concentrateur solaire, c'​est ​à dire, un dispositif permettant ​de collecter l'​énergie thermique solaire, c'est à dire : +|Limitation ​de la déformation des miroirs |Flèche inférieure ​à 5 mm | 
-1. capter et concentrer le flux solaire sur un absorbeur,​ +|Suivi ​de la course du soleil (Est-Ouest) |>120° | 
-2. assurer l'extraction de la chaleur pour son utilisation a posteriori. +|Protection contre les intempéries |Oui | 
-Les usages et grandeurs de référence sont définies par la suite.+|Alignement optique possible par un réglage ne nécessitant pas d'outillage particulier |Oui | 
 +|Facettes du miroir facilement interchangeables |Oui |
  
-=== Contexte ​=== +==== Optique de concentration ====
-Le développement du produit aura lieu au sein de l'​association Open Source Écologie en collaboration avec toute personne se sentant un lien pour le projet. Il sera réalisé de manière à s'​inscrire dans le contexte de l'​économie open source (voir Glossaire) sans contrevenir aux dispositions de la propriété intellectuelle (brevets existants) et aux normes en vigueur (dispositif sous pression).  +
-Le concentrateur solaire a été sélectionné parmi les 50 machines du Global Village Construction Set (GVCS, voir Glossaire). En effet, le changement climatique et la dépendance actuelle aux énergies fossiles nous montrent la nécessité d'une transition écologique où les énergies renouvelables,​ et en particulier le solaire thermique, doivent jouer un rôle prépondérant. +
-De plus, le choix du solaire thermique est motivé par le constat que environ 40% de l'​énergie consommée par l'​industrie en Europe est utilisée pour générer de la chaleur à des températures inférieures à 400°C.+
  
-=== Utilisationusages et finalité === +[[http://forum.osefrance.org/​viewforum.php?​f=10|lien forum]] ​
-Les utilisations sont à distinguer entre le démonstrateur et le produit final. +
-Démonstrateur:​ finalité éducative +
-Le but est de présenter la technique de la concentration solaire dans un but de diffusion des savoirs et de sensibilisationIl est nécessaire d'​aboutir à un produit fonctionnel,​ d'​encombrement réduit, fonctionnant en France. La température atteinte sera fonction des optiques concentration et de la surface de miroir mais n'est pas une exigence. +
-Concentrateur solaire: finalité productive +
-Usage: cuisson, procédés artisanaux ou industriels utilisant de la chaleur moyenne température (250°C max), adaptable sur une large plage de latitudes, dans des lieux isolés.+
  
-=== Fonctionnement === +^ Exigences ^ Démonstrateur ^ 
-Comment fonctionne un concentrateur solaire ? Toute la lumière qui arrive sur une large zone (par exemple plusieurs mètres carrés) est concentrée par un jeu de miroirs sur un petit absorbeur où circule un fluide (de l’eau par exemple). La température de l’absorbeur, ​et celle du fluide qui y circule, augmentent ainsi de manière importante. On obtient donc une source ​de chaleur renouvelable que l’on peut utiliser ​de différentes manières. +|Réflectivité ​(incidence normale|0.9 | 
-Certaines applications concrètes reposent simplement ​sur l’utilisation immédiate ​de la chaleur dans des fourspour des procédés chimiquesle séchage de matériauxla stérilisation,​ etc. +|Robustesse ​et durée ​de vie |pas de contrainte | 
-L’autre application,​ la plus connue, est de produire de l’électricité avec de la vapeur sous pression. Il est alors nécessaire d’ajouter au concentrateur solaire un moteur ainsi qu’un générateur électrique pour transformer la chaleur en mouvement puis en électricité.+|Accessibilité pour nettoyage et maintenance |pas de contrainte | 
 +|Concentration secondaire ​sur l'​absorbeur |>1.5 | 
 +|Facteur total de concentration |Entre 15 et 30 | 
 +|Réduire les risques |Attention aux réflexions parasites | 
 +|Coût (matériaufabricationtransformationassemblage)|Minimum |
  
-==== Solution retenue ==== 
  
-=== Géométrie ​===+==== Moteurs, Programme, Capteurs ====
  
-{{./pasted_image001.png}} +[[http://forum.osefrance.org/​viewforum.php?​f=12|lien forum]] ​
-//Figure 1// +
-Les différents technologies sont présentées Figure 1 +
-La solution que nous avons retenue est la première de la figure 1Il s'agit d'un concentrateur solaire plan, à symétrie axiale, avec deux étages de concentration. La concentration primaire est réalisée par un miroir de Fresnel, la concentration secondaire par un CPC (compond parabolic concentrator - concentrateur parabolique composé) sur l'​absorbeur situé au foyer.  +
-Cette solution a été retenue pour sa simplicité de fabrication et d'​utilisation.  +
-Plus précisément,​ le miroir de Fresnel ou collecteur (1) concentre le rayonnement sur une ligne sur laquelle se trouve le récepteur (3). L'​orientation globale du concentrateur solaire (CS) est fixée par l'axe du récepteur (axe x, Figure 2). Le suivi solaire selon un axe perpendiculaire (axe y) peut être réalisé aisément grâce à la rotation des facettes (3) du miroir de Fresnel. Par contre, la variation d'​angle d'​incidence parallèle à l'axe du CS (saisonnier ET quotidien) induit une translation entre l'​image réfléchie par le collecteur et le récepteur, c'est à dire des pertes supplémentaires aux extrémités du récepteur (end loss).+
  
-{{./​pasted_image002.png?​width=564}} +^ Exigences ^ Démonstrateur ^ 
-//Figure 2: schéma du concentrateur ​et définition ​des axes. (1) Miroir ​de Fresnel ou collecteur; (2) facettes ​du miroir; (3) récepteur.//​+|Suivre en temps réel et avec précision le déplacement du soleil |Oui | 
 +|Motorisation ​des miroirs |Oui | 
 +|Nombre ​de moteurs |Minimum | 
 +|Suivi ​du soleil pour renvoyer l'​angle correct d'​inclinaison|Oui | 
 +|Détection des conditions météorologiques |Oui | 
 +|Mesurer la température et la pression du fluide |Oui | 
 +|Arrêt automatique du système |Optionnel | 
 +|Interface de contrôle simple |Oui |
  
-Le miroir est horizontal et l'axe du CS (axe x) est orienté Nord-Sud. Cependant, le démonstrateur a vocation à être utiliser pour l'​expérimentation donc une certaine flexibilité dans le positionnement entre le miroir et la structure supportant le récepteur est demandée.+==== Absorbeur ====
  
-=== Contraintes particulières ===+[[http://​forum.osefrance.org/​viewforum.php?​f=11|lien forum]] ​
  
- +Exigences ​Démonstrateur ​^
- +
-|Surface de miroirs (utile) (m2)| 4| +
-|Fluide thermique d'​échange 1| Eau sous pression| +
-|"​Scalabilité"​ 2| Pas nécessaire| +
-|Alimentation électrique 3| Indifférent| +
-|Dimensions totales (m)|Au sol = 6*6 maximum| +
-|h = 2 ± 10% | Poids| +
-|Coût (€)| < 1000 4| +
-|Compatibilité design open source 5|Au maximum 4| +
-|Implantation|Paris latitude = 48°N| +
-|Livraison| 1/​09/​2015| +
- +
-//1 Ce choix s'​avère le plus judicieux pour différentes raisons (disponibilité,​ coût et sécurité) non expliquées ici.// +
-//2 Fabrication par modules qui peuvent être combinés pour augmenter la taille et la puissance du dispositif final.// +
-//3 Nécessité d'une alimentation électrique d'​appoint pour faire fonctionner le concentrateur (exemple: électronique d'​automatisation,​ etc)// +
-//4 coût du démonstrateur:​ financé par les fonds de l'​association,​ pourra être minimisé par de la récupération de matériaux // +
-//5 voir Open source// +
- +
-De plus, on essayera d'​utiliser au maximum des logiciels Open source. Le design étant réalisé en France, les plans utiliseront le système métrique et les normes de dessin françaises. +
- +
-=== Schéma de liaison === +
-{{./​pasted_image003.png?​width=500}} +
-//Figure 3// +
- +
-=== Exigences ​de conception === +
-Dans le cadre de la conception collaborative,​ on travaillera uniquement sur les éléments identifiés sur le schéma de liaison de la figure 3. Les exigences de chaque élément sont développées ci-dessous dans les sections Structure, Optique de concentration et Moteurs, Programme, Capteurs.  +
- +
-== Structure == +
-[[http://​forum.osefrance.org/​viewforum.php?​f=9|lien forum]]  +
- +
-== Support == +
-|Exigences| Démonstrateur| +
-|Structures indépendantes (miroir, récepteur, structure)|Optionnelle| +
-|Structure capable de résister à son environnement|Oui| +
-|Structure sufficently rigid to sustain vibrations and impacts |70% | +
-|Implantation au sol |Pieds réglables| +
-|Facilité d'​assemblage et transportable|70% | +
-|Conception compatible OSE http://​opensourceecology |Optionnelle| +
-|Soudage|Le moins possible| +
-|Limitation du risque d'​accident|Oui| +
- +
-== Structure des miroirs == +
-|Exigences|Démonstrateur | +
-|Limitation de la déformation des miroirs|Flèche inférieure à 5 mm| +
-|Les miroirs doivent pouvoir suivre la course du soleil|>​60° | +
-|Protection contre les intempéries|Oui| +
-|Alignement optique possible par un réglage ne nécessitant pas d'​outillage particulier|Oui | +
- +
-== Optique de concentration == +
-[[http://​forum.osefrance.org/​viewforum.php?​f=10|lien forum]]  +
-Miroir de Fresnel: surface 2x2 m2 avec facettes de 10 cm de large +
-|Exigences|Démonstrateur| +
-|Miroir avec une réflexivité d'au moins 90% du spectre solaire|100%| +
-|Miroir robuste et à longue durée de vie |100%| +
-|Miroir facile à nettoyer|70%| +
-|Concentration secondaire sur l'​absorbeur|>​1.5| +
-|Facteur total de concentration|Entre 15 et 30| +
-|Miroir interchangeable facilité|70%| +
-|Réduire les risques dans toutes les phases d'​utilisations|60%| +
-|Coût minimisé (matériau, fabrication,​ transformation,​ assemblage)|60%| +
- +
-== Absorbeur == +
-[[http://​forum.osefrance.org/​viewforum.php?​f=11|lien forum]]  +
-|Exigences|Démonstrateur|+
 |Conçu spécifiquement pour le fluide utilisé, circulation passive ou forcée |100%| |Conçu spécifiquement pour le fluide utilisé, circulation passive ou forcée |100%|
 |Matériau choisi pour ses hautes qualités d'​absorption dans tout le spectre solaire|100%| |Matériau choisi pour ses hautes qualités d'​absorption dans tout le spectre solaire|100%|
Ligne 126: Ligne 72:
 |Réduire les risques dans toutes les phases d'​utilisations|60%| |Réduire les risques dans toutes les phases d'​utilisations|60%|
 |Coût minimisé (matériau, fabrication,​ transformation,​ assemblage)|60%| |Coût minimisé (matériau, fabrication,​ transformation,​ assemblage)|60%|
- 
-== Moteurs, Programme, Capteurs == 
-[[http://​forum.osefrance.org/​viewforum.php?​f=12|lien forum]] ​ 
-|Exigences|Démonstrateur| 
-|Suivre en temps réel le déplacement du soleil |60%| 
-|Détection des conditions météorologiques|oui| 
-|Suivi du soleil pour renvoyer l'​angle correct d'​inclinaison|60%| 
-|Mesurer la température et la pression du fluide|60%| 
-|Programmation possible pour arrêter le système automatiquement|60%| 
-|Interface de contrôle simple|Oui | 
- 
-==== Glossaire ==== 
- 
-== Open source == 
-Le terme "open source"​ regroupe un grand nombre de critères à la fois d'​ordre juridique et technique: 
-juridique: absence de brevets, licence permettant la libre fabrication,​ distribution et utilisation de l'​objet. (à préciser?) 
-technique: la fabrication doit être accessible à tous (do-it-yourself),​ modulaire (pièces interchangeables ou remplaçables simplement),​ standardisée (éviter le bidouillage) et avec un nombre réduit de pièces distinctes. 
-De plus, cela implique une transparence dans la conception, ainsi que la rédaction et la mise à disposition complète de la documentation,​ des plans et études. ​ 
- 
-== Concentrateur Solaire == 
-... 
- 
-== Concentrateur Parabolique Concentré (CPC) == 
-... 
- 
-== Open Source Écologie == 
- 
-== ... == 
- 
-== Global Village Construction Set == 
-... 
- 
-==== Études à réaliser ==== 
-[[http://​forum.osefrance.org/​viewforum.php?​f=13|lien forum]] ​ 
- 
-== 1. Ensoleillement en fonction du lieu d'​implantation == 
-Lister les lieux possibles et déterminer l'​ensoleillement au cours de l'​année. De manière générale, mettre à disposition les données d'​ensoleillement pour une adaptation en tout lieu. 
- 
-== 2. Position du soleil en fonction de la date et de la latitude du lieu == 
-Définir le phénomène du "​cosθ"​ et chiffrer la baisse d'​efficacité aux hautes latitudes. Étudier l'​influence de l'​angle d'​inclinaison sur l'​efficacité de collection. ​ 
- 
-== 3. Orientation et facteur de concentration == 
-Décrire les orientations possibles du concentrateur. Évaluer le plus précisément possibles les avantages et inconvénients de chaque solution. Calculer pour chaque cas, le facteur de concentration atteignable. ​ 
- 
-== 4. Étude des propriétés thermiques de l'​absorbeur,​ conception == 
-à détailler 
- 
-== 5. Recensement et étude des brevets existants == 
-ne pas contrevenir aux dispositions des brevets existants (quel est le risque?) et étudier les solutions techniques des brevets expirés pour s'en inspirer. 
- 
-== 6. Étude de marché (technico-économique) == 
-segments d'​utilisateurs en fonction des performances 
- 
-== 7. Modélisation complète du concentrateur solaire == 
-service en soi, modèle physique, optique et thermique, à relier aux usages et conditions météo pour pilotage du CS. 
- 
-== 8. Prédiction de la production d'​énergie en fonction des données météo == 
- 
-== 9. Estimations économiques du coût matière et par système == 
- 
-== 10. Identifier les modifications techniques pour des utilisations annexes == 
  
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