Dossier technique four solaire

Introduction

Dernière mise à jour : 26-12-2016
Mécanisme pour suivi de trajectoire solaire permettant le guidage d’une parabole.

Objectif de recherche - my goals


Si la cuisson par concentrateur solaire est connue depuis longtemps, elle constitue encore une niche à pourvoir pour les pays industrialisés avec des systèmes avancés. Pour cela, il est nécessaire de développer un ensemble de fonctions complètes, suffisamment efficaces et pratiques pour une utilisation fréquente pendant les 8 mois les plus ensoleillés de l’année.
Le développement qui suit concerne le mouvement autonome et l’obtention du meilleur rendement possible.


If the principle of cooking through a solar concentrator is not new, though, it represents a possibility to seize for industrialized countries with developed systems. For that, it’s necessary to implement a pack of complete functions enough efficient and practical so that they could be used during the 8 most sunny months of the year.
They should be developed keeping the criteria of an autonomous mouvement and the need to have the best output possible.


L'approche technique - technical approach

Le mouvement de la parabole peut s’obtenir en utilisant un axe pour l’azimut et un axe pour la hauteur solaire. Les vitesses de ces deux axes sont sinusoïdales et varient chaque jour. Ce principe nécessite donc des systèmes de commande de technologie avancée (calculateurs, traqueurs solaires…).

Le mouvement de la parabole peut aussi s’obtenir en utilisant l’axe polaire. Cet axe est parallèle à l’axe de rotation terrestre, il est fonction de la latitude du lieu. L’avantage de ce principe est double : un seul actionneur, une vitesse de rotation constante (15 degrés par heure ). Le positionnement du point focal sous l’élément à chauffer permet de régler simultanément la hauteur solaire, la déclinaison saisonnière, l’azimut.

Positionner l’élément à chauffer dans l’axe de la parabole ne convient pas lorsque le soleil est bas (fin de journée, période hivernale), en effet le faisceau lumineux est dirigé plutôt latéralement sur l’élément à chauffer, les quelques rayons arrivant en dessous ayant un angle d’incidence trop faible sont réflechis. Il est donc nécessaire de diriger le faisceau lumineux du bas vers le haut sous l’élément à chauffer, et ce quelle que soit la hauteur solaire.

Le principe retenu doit aussi garantir la hauteur ergonomique constante, la stabilité de l’ensemble (absence de balourd).

Le mécanisme développé permet de répondre de manière synthétique à l’analyse précédente. Il se veut simple, robuste avec une intention écologique par la recherche de moyens non électriques.



One can create the movement of the parabolic device by using an axis for the azimuth and another one for the solar height. The speed of these two axes is sinusoidal and changes every day. This principle requires developed technological control systems, such as calculators and solar trackers….
The movement of the parable can also be obtained using the polar axis. This axis is parallel to the axis of rotation of the Earth, it depends on the latitude of the place. The advantage of this principle is double : only one actioneer, a constant speed of rotation (15 degrees per hour.) The positioning of the focal point, under the element to heat allows to set at the same time the solar height, the seasonal variations, the azimuth.

Positioning the element to heat in the axis of the dish is not enough when the sun is too low (at the end of the day, or during winter) indeed the sun beam comes on the side of the element to heat ; The few beams coming under having a too low angle of incidence are reflected. So it’s necessary to make the angle of incidence of the reflective surface of the parabole so as to direct the light beam from the bottom to the top under the element to heat, whatever the height of the sun is.


The chosen principle should also maintain a constant ergonomic height, as well as a sufficient stability (with no unbalance)

The mecanism developed allows to answer in a synthetic way to the previous analysis. It should be simple, robust, with an ecological element through the use of non electric means.


La sécurité - safety


La première mesure a consisté à mieux répartir l'énergie sur un point focal plus large en faisant des éléments de surfaces planes (facettes) sur la parabole. De la même manière qu’on peut passer rapidement la main sur une flamme de feu de bois, on peut passer rapidement la main sur le point focal sans subir de brûlures.

Le risque d’éblouissement accidentel lors d’un mauvais positionnement de la parabole est réel, cependant l’éblouissement est progressif et provoque la fermeture réflexe des yeux (comme c’est le cas avec le soleil). Pour prévenir ce risque il est conseillé de porter des lunettes contre l’éblouissement. La hauteur la mieux appropriée du four est de1400 mm environ par rapport au sol. Cette hauteur convient pour l’accès visuel au plat de cuisson mais rend difficile le positionnement de l’œil au-dessus du faisceau lumineux ou l’accès aux enfants. Ces dispositions sont validées par 4 années de pratique sans accidents.

Le risque de brûlures sur les parties chauffées est équivalent à celui de tout barbecue.

Enfin un risque insidieux qui s’est révélé lors des premières utilisations consiste à abandonner la parabole dans une position quelconque, le soleil étant en mouvement, les rayons peuvent être réfléchis un moment plus tard vers une direction non souhaitée, ce risque existe même si après le point focal les rayons divergent dans l’espace. Il est donc nécessaire, après utilisation, de garantir que la parabole sera toujours à l’ombre ou de la couvrir d’un écran et ce même si la parabole se situe à l’intérieur d’un local à proximité d’une fenêtre. Une housse sur la partie réflective semble le plus pratique, elle permet la protection des miroirs et assure la sécurité . Un mouvement autonome qui garantit la bonne position du point focal tout au long de la journée permet de pratiquement supprimer ce risque.



The first step consisted in splitting the energy on a wider focal point by creating some flat surfaces on the parabola. In the same way as one can move his hand fast over the flame of a wood fire, one can pass his hand fast on the focal point without being burnt.
The risk of accidental dazzling when the parabola is in a bad position is a real one, though the dazzling comes gradually and causes the closing of the eyes as a reflex (as with the sun). To avoid this, it is advised to use sun glasses.
The best height is of 1400 mm above the ground. This height is suitable for the visual access to the cooking plate, but makes it difficult to position the eye above the beam of the access for children. These strategies have been validated by four years without any accident.
The risk to burn oneself on the heated parts is equivalent to that of any barbecue.

Last point, an insidious risk appeared when we first used our device. It comes from leaving the parabola in a random position, as the sun moves. The rays can be reflected, a moment later towards an unexpected direction. This risk remains even if after the focal point, the rays usually diverge in space. Thus, it is necessary, after use, to make sure the parabola will always be in the dark, or to cover it with a sceen, even if the parabola remains inside a building next to a window. A cover on the reflecting part seems to be more practical, it allows the protection of the mirrors and ensures the safety. An autonomous movement which guarantees the good position of the focal point all through the day allows to reduce this risk almost to zero.



L'ergonomie - ergonomy

Le four solaire doit être sur un sol horizontal avec un dégagement  et orienté par rapport au nord.
La surface utile est de 2 m sur 2 m environ.
Pour engager une opération de cuisson il suffit de positionner le point focal sous le four et d’armer le ressort du système d’avance ou bien d'appuyer sur le bouton marche avec la version actionneur électrique. Un écran mobile au point focal permet de régler la puissance de chauffe. Selon l’endroit, l’utilisateur peut être dans une zone d’ombre. Ne pas oublier de mettre la parabole en sécurité à l’ombre en fin d’utilisation.



The solar oven should stand on an horizontal ground with a way out, and oriented with the point of reference of the North.
The useful surface if of around 2 meters on 2.
To start a burning operation, you just have to position the focal point under the oven and to trigger the spring the advance system or else to push on the start button with the version electric starter. A mobile screen allows to set the heating power. Acording to the place, the user can be in a dark zone. One should not forget to set the parabola in a safe place, in the dark, after use.




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