Le moteur Stirling

Exemple :

SUNMACHINE SOLAIRE : Le moteur Stirling est hybride : il fonctionne à l'énergie solaire ou au gaz selon les besoins.Il produit chaleur et électricitéLe concentrateur solaire suit la course du soleil et focalise l’énergie solaire sur le moteur Stirling. La parabole mesure 4,5 m de diamètre. Le moteur Stirling dispose d’un brûleur gaz en complément, pour assurer l’appoint. La Sunmachine Solaire a été présentée au salon des Energies Renouvelables à Paris, en juin 2008

Principe :

Les capteurs paraboliques fonctionnent d'une manière autonome. Ils suivent le soleil sur 2 axes afin de concentrer le rayonnement solaire sur le foyer de la parabole réfléchissante.

Le rapport de concentration est souvent supérieur à 2000 avec une température de 750°C. De toutes les technologies solaires, les capteurs paraboliques ont démontré les meilleurs rendements solaire-électricité (29.4%). Un de leur principaux avantages est la modularité : ils peuvent en effet être installés dans des endroits isolés, non raccordés au réseau électrique. Ils possèdent donc également un important potentiel de développement, particulièrement dans des région peu peuplées de certains pays du sud. Le concentrateur : Le concentrateur solaire est composé d'une surface réflective de verre ou de plastique et concentre le rayonnement incident à son foyer. Sa taille dépend évidemment de la puissance solaire requise. Comme ordre de grandeur, on peut considérer qu'un concentrateur de 10 m de diamètre peut fournir jusqu'à 25 KW d'électricité sous un insolation de 1000 W/m². Le concentrateur possède deux degrés de liberté afin de poursuivre efficacement le soleil. Ce tracking s'effectue de façon tout à fait autonome, contrairement aux capteurs cylindro-paraboliques.

Recepteur pour cycle Stirling

Le recepteur :  Le récepteur absorbe l'énergie réfléchie par le concentrateur et la transfère au fluide de travail du cycle de puissance. La température de la source chaude peut être adaptée en plaçant le récepteur plus ou moins loin du foyer du collecteur. Deux types de cycles peuvent être utilisés en aval du récepteur : le cycle de Strirling ou le cycle de Brayton. Dans le cas du moteur Stirling, le flux de chaleur transmis est intermittent, ce qui pose des problèmes de fatigue par dilatation thermique. Pour répondre à ce problème, un fluide intermédiaire (le plus souvent du sodium) est parfois utilisé entre le récepteur et le moteur Stirling. L'efficacité du transfert de chaleur atteint 90%

Cycle de puissance :

Le système chargé de transformer la chaleur provenant de la radiation solaire en puissance mécanique est monté directement sur le capteur parabolique, à proximité de son foyer. Dans le cas contraire, le collecteur perdrait sa liberté de mouvement et ne pourrait plus poursuivre le soleil. Le système doit donc être le plus compact possible, de manière occulter un minimum la radiation solaire.

Le cycle de Stirling idéal est représenté sur la figure. Il comprend 4 transformations : - 1-2 : Compression isotherme - 2-3 : Echauffement isochore - 3-4 : Expansion isotherme - 4-1 : Refroidissement isochore De nombreuses irréversibilités existent dans le cycle qui réduisent ce rendement, particulièrement dans le régénérateur. Dans le cas des capteur paraboliques, la source chaude si situe généralement à une température de 700 °C et la source froide est assurée par l'air ambiant, brassé par un ventilateur à l'arrière du moteur. Le rendement chaleur-électricité du moteur Stirling à ces températures atteint 40%. Le principal avantage du moteur Stirling est que son fluide de travail (hélium ou hydrogène à une pression de 200 bars) est totalement isolé de son environnement. Le transfert de chaleur s'effectue de façon externe, ce qui simplifie singulièrement la conception du système.