5.1.3 : L’optique des champs d’héliostats [C3, C4, R2, R5, R6]
Le premier travail qui m’échut, en arrivant dans l’équipe, fut de quantifier les performances du champ d’héliostat.
Pour cela, il fallait comparer les résultats expérimentaux obtenus sur site aux prévisions fournies par les divers codes disponibles à l’époque ou développés par l’équipe THEM lors de la conception du champ d’héliostats.
J’ai très vite repris les codes de calculs qui avaient été développés lors de la phase projet, pour y introduire un certain nombre de précisions. Tout d’abord j’ai remplacé les rectangles représentant les héliostats par leur véritable géométrie. Ensuite, j’ai mis au point une méthode « exacte » de calcul des ombres et des blocages, par projection dans la direction du soleil et des rayons réfléchis des héliostats voisins dans le plan de chacun des héliostats. C’est cette méthode, au départ adaptée à la géométrie rectangulaire des miroirs, qui a été généralisée par triangulation de surfaces quelconques pour le calcul des tâches solaires dans les habitacles automobiles et les pièces de bâtiment (voir plus haut).
J’ai aussi intégré la luminance variable du soleil, en remplacement d’un soleil à luminance constante. De plus, j’ai proposé de prendre en compte les différentes irrégularités de surface des miroirs et les erreurs de pointage en site et en azimut sous la forme de distributions gaussiennes, elles-mêmes convoluées à la forme du soleil.
Toutes ces améliorations ont permis d’obtenir des résultats précis, tout en ne demandant que des temps de calcul modérés. Par contre, son adaptation à d’autres champs d’héliostats n’était pas prévue, et aurait certainement demandé de généraliser un certain nombre d’hypothèses.
Des comparaisons entre les résultats de ce code de calcul et des mesures effectuées sur site ont été menées, avec d’importantes difficultés pour avoir des mesures réelles fiables. Globalement, on a obtenu, sur diverses configurations de champs partiels, des densités de flux maximales équivalentes, et une puissance en entrée chaudière très proche, mais des cartes de flux légèrement différentes.
D’autres comparaisons ont été effectuées avec divers codes de calculs de recherche français ou américains, notamment basés sur des techniques de lancers de rayons. Le code que j’avais développé représentait un très bon rapport entre la précision des résultats et les temps de calcul. Par contre, il n’est pas évident que les progrès effectués depuis 20 ans en puissance de calcul et parallélisation ne modifient pas la donne.
C’est pourquoi une des recherches que j’aimerais bien mener dans un avenir très proche serait d’adapter les méthodes de Monte-Carlo développées récemment au laboratoire pour ces calculs de flux solaires concentrés par des champs d’héliostats.
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