LE SYSTEME DE REFERENCE :
Générateur électrique solaire MAC DONNELL DOUGLAS réalisé pour le compte de la société SOUTHERN CALIFORNIA EDISON (USA). 
Le système est constitué d’un capteur parabolique de 88 m2 monté sur support bi-rotatif concentrant la chaleur du soleil sur un moteur Stirling de marque USAB type 4-95 Mark2, lequel entraîne un alternateur.
La puissance électrique délivrée est de 25 KW
Le rendement global de l’installation est de 30 %.


Qu’est-ce qu’un moteur Stirling ?
Le moteur Stirling du nom de son inventeur le pasteur et mécanicien écossais Robert Stirling est un moteur à  combustion externe. Cette invention ancienne ( 1816 ) qui n’a réellement fonctionné qu’en 1844 n’a pas connu de grands développements industriels car on lui préféra la machine à vapeur qui entrait alors  dans sa meilleure période d’exploitation.

Ce principe comporte pourtant de nombreux avantages :
-  utilisation de toutes les sources de chaleur
-  silence de fonctionnement 
-  absence de vibrations
-  grande durée de vie  
-  fonctionnement « écologique » 

Une technologie émergente, les perspectives : 
Le développement de ce moteur à été freiné par des problèmes mécaniques insurmontables à l’époque (étanchéité, lubrification), mais les moyens techniques modernes permettent aujourd’hui, d’envisager des solutions performantes et fiables.
Aujourd’hui ce type de moteur connaît des développements dans le domaine de la production électrique solaire, et de la co-génération.
Du fait de la réversibilité du cycle de Stirling, il est aussi très utilisé dans le domaine de la cryogénie, c’est à dire de la production de froid à très basse température, notamment pour le refroidissement des satellites.


Principe de fonctionnement :

L’originalité du principe réside dans le fait que le fluide moteur est recyclé continuellement  (refroidi, comprimé, réchauffé,  détendu) sans liaison avec l’extérieur.
Le moteur est constitué de deux parties, l’une est chauffée  ( bulbe chaud ou plaque chaude), l’autre  est refroidie à l’air ou à l’eau ( bulbe froid ou plaque froide). 
Le gaz chaud se détend dans la partie chauffée puis est refoulé à travers un échangeur, dans lequel il cède sa chaleur et donc se comprime, vers la partie froide. Là sa pression repousse le piston de travail : c’est le temps moteur.
Il revient, poussé par le piston déplaceur, dans le premier cylindre ou il est réchauffé et se détend, le cycle recommence.
Ce cycle thermodynamique est proche du cycle de Carnot.

Deux générateurs Stirling solaires réalisés dans le cadre de l'atelier scientifique et technique   
Autres réalisations


Moteur Stirling basse température à capteur plan,
 suivi du soleil par monture azimutale (bi-rotative)



Dessin avec modeleur volumique

Voir une animation (300 Ko) 

Le moteur à basse température à capteur plan à effet de serre permet un fonctionnement avec une différence de température très faible entre la source chaude et la source froide ( 20° C) . Sa vitesse de rotation est d’environ 60 tr/mn.
Ce moteur est conçu pour fonctionner en intérieur, avec une lampe à infrarouge de 150W .
La monture azimutale reprend la cinématique des systèmes de pointage générateurs électriques solaires à capteur parabolique. Elle permet au moteur de suivre la course du soleil toute la journée. La partie opérative comporte 2 axes rotatifs pilotés par un logiciel de calcul prenant en compte les conditions de lieu et de date.Chacun des deux axes est composé d’un moteur pas à pas ou courant continu, d’un réducteur roue et vis sans fin et d’un accouplement par joint de Oldham. Un détecteur de position mécanique à contact ( sur-course) et un détecteur opto-électronique à fourche permettent l’acquisition des positions.
Un circuit électronique spécialisé assure l’interfaçage des moteurs.

 

Moteur Stirling haute température à capteur parabolique

La température est d’environ 600°C au foyer de la parabole coïncidant avec la partie chaude du moteur. Il entraîne une génératrice électrique.
Il fonctionne en extérieur avec une exposition au soleil minimale.

Autres réalisations