Conception, mise en œuvre et caractérisation d’un simulateur solaire à haute densité de flux d’une puissance de 45 kWel

Ce travail présente la conception, la mise en œuvre et la caractérisation du premier simulateur solaire à haute densité de flux en France d’une puissance électrique de 45 kW. Ce dispositif consiste en un système à 7 lampes à arc au xénon de 6.5 kW chacune associée à un réflecteur ellipsoïdal. Le simulateur solaire a une configuration verticale avec des faisceaux se dirigeant de haut en bas et focalisés au même point, les deuxièmes points focaux des réflecteurs. Une table motorisée sert de support au porte échantillon. Dans ce travail, nous présentons d’une part, deux méthodes de caractérisation du flux lumineux et d’autre part, l’analyse du comportement thermique d’un matériau réfractaire, positionné au sein d’une cavité, irradié par simulateur solaire. Le dispositif de mesure de flux est composé d’une cible lambertienne refroidie à l’eau, d’une jauge Gardon et d’une caméra CCD. La méthode indirecte consiste à mesurer en nuance de gris le flux lumineux réfléchi par la cible ; mesurer avec la jauge la densité de flux à un ou plusieurs points de la cible ; établir une loi de calibration par minimisation des écarts entre les mesures de nuance de gris et celles de densité de flux aux différents points. La méthode directe mesure les valeurs de densité de flux sur un ensemble de points répartis uniformément sur le plan focal. La densité de flux maximal varie entre 1.73 et 2.40 MW/m2 par lampe et est égale à 13.2 MW/m2 lorsque les 7 lampes sont en fonctionnement. La densité de flux moyen sur une surface circulaire de 5 cm de diamètre est de 6.36 MW/m2 correspondant à environ 6300 soleils pour une puissance rayonnante de 10 kW. Pour un échantillon d’Alumine positionné à 6 cm en dessous du plan focal et chauffé par les 7 lampes, d’intensité de courant variant entre 50% et 70%, la température maximale en face avant est de 1068∘^{\circ}C. L’écart de température maximal à travers l’épaisseur et le long du rayon est respectivement 96∘^{\circ}C et 170∘^{\circ}C.

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