Centrales solaires orbitales

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Message Dim 25 Nov 2007 - 22:57


Pour l'instant je cogite à poser le problème sous une forme un peu plus quantitative.

Va voir: http://www.isunet.edu/index.php?option=com_content&task=view&id=246&Itemid=251 tu gagneras du temps. C'est téléchargeable en pdf.

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Message Lun 26 Nov 2007 - 8:36


@DeepThroat a écrit:
Pour l'instant je cogite à poser le problème sous une forme un peu plus quantitative.
Va voir: http://www.isunet.edu/index.php?option=com_content&task=view&id=246&Itemid=251 tu gagneras du temps. C'est téléchargeable en pdf.
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Etude datée de 1992. Je n'ai pas encore tout lu en détail, mais en page 163 (part 2), les masses spécifiques données pour les récepteurs solaires (hors structure) sont de l'ordre de 100 W/kg, jusqu'à 600 W/kg, et il me semble que ces chiffre sont déjà bien obsolètes.

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Message Lun 26 Nov 2007 - 9:09


Etude datée de 1992. Je n'ai pas encore tout lu en détail, mais en page 163 (part 2), les masses spécifiques données pour les récepteurs solaires (hors structure) sont de l'ordre de 100 W/kg, jusqu'à 600 W/kg, et il me semble que ces chiffre sont déjà bien obsolètes.
L'étude date de 1992, mais je n'en connais pas de plus récente aussi exhaustive. La suggestionn n'est pas de prendre les mêmes valeurs à la décimale près, mais de s'en inspirer pour construire un bilan. Le chapitre 10.4 semble intéressant en ce qu'il présente un système complet avec justement une hypothèse optimiste et une standard sur la masse des panneaux.

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Message Lun 26 Nov 2007 - 9:22


@DeepThroat a écrit:
Etude datée de 1992. Je n'ai pas encore tout lu en détail, mais en page 163 (part 2), les masses spécifiques données pour les récepteurs solaires (hors structure) sont de l'ordre de 100 W/kg, jusqu'à 600 W/kg, et il me semble que ces chiffre sont déjà bien obsolètes.
L'étude date de 1992, mais je n'en connais pas de plus récente aussi exhaustive. La suggestionn n'est pas de prendre les mêmes valeurs à la décimale près, mais de s'en inspirer pour construire un bilan. Le chapitre 10.4 semble intéressant en ce qu'il présente un système complet avec justement une hypothèse optimiste et une standard sur la masse des panneaux.
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Ok, je lirais ça ce soir pour me faire une idée. On doit pouvoir effectivement garder la même démarche en mettant à jour quelques chiffres, s'il n'y a pas eu de concepts nouveaux depuis (tours solaires? diodes lasers à haut rendement? etc.).

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Message Lun 26 Nov 2007 - 11:32


s'il n'y a pas eu de concepts nouveaux depuis (tours solaires? diodes lasers à haut rendement? etc.).
Pour le rendement des diodes lasers, ou autre (passer des MW à travers des diodes est un peu osé...) il n'y a pas eu de bouleversement à ma connaissance. Par contre le rendement de conversion lumière-> électricité est sensiblement meilleur avec des systèmes thermodynamiques. On peut même faire un peu de SF en imaginant de coupler un générateur de vapeur haute température sur une turbine et un alternateur supra conducteur. Le rendement bord sera certainement très supérieur mais la fiabilité et la masse seront sans doute beaucoup moins bonnes que dans l'option cellule solaires faible masse déja évoquée.
Tout cela ne résoud en rien le problème de la transmission de l'énergie au sol.....

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Message Lun 26 Nov 2007 - 11:49


@DeepThroat a écrit:
s'il n'y a pas eu de concepts nouveaux depuis (tours solaires? diodes lasers à haut rendement? etc.).
Pour le rendement des diodes lasers, ou autre (passer des MW à travers des diodes est un peu osé...) il n'y a pas eu de bouleversement à ma connaissance. Par contre le rendement de conversion lumière-> électricité est sensiblement meilleur avec des systèmes thermodynamiques. On peut même faire un peu de SF en imaginant de coupler un générateur de vapeur haute température sur une turbine et un alternateur supra conducteur. Le rendement bord sera certainement très supérieur mais la fiabilité et la masse seront sans doute beaucoup moins bonnes que dans l'option cellule solaires faible masse déja évoquée.
Tout cela ne résoud en rien le problème de la transmission de l'énergie au sol.....
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Il me semble que le rendement des diodes lasers peut atteindre 50%, ce qui est compliqué ici serait la synchronisation d'une grande matrice de diodes pour former un faisceau cohérent, mais ce n'est peut-être pas infaisable.
Et le fait de travailler à 1µm par exemple, au lieu des micro-ondes, change quand même assez les données du problème pour la transmission. De plus, avec une optique de 10m par exemple, on est dans les clous pour la divergence du faisceau.

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Message Lun 26 Nov 2007 - 12:26


Bon, un premier jet dans le pdf qui se trouve dans ce dossier :
http://minilien.com/?BC87OwZ6bK

Attention, c'est très grossier et approximatf mais il apparaît déjà que les deux paramètres qui peuvent évoluer sont :
  • les rendements de transmission (pas beaucoup, on sera toujours sous les 100%).

  • le rendement de conversion photovoltaïque (même remarque).

  • la masse par unité de surface collectrice des panneaux et de l'émetteur. C'est là qu'il faut surveiller de près les progrès.

  • le coût de mise en orbite qui est aujourd'hui fortement tiré vers le haut par l'étroitesse du marché, mais pourrait baisser à partir d'un certain volume.

Il faudrait pouvoir comparer aux coûts unitaires ($/kWh) du photovoltaïque au sol, mais là je n'ai pas de données.

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Message Lun 26 Nov 2007 - 12:34


@Henri a écrit:
...
Il faudrait pouvoir comparer aux coûts unitaires ($/kWh) du photovoltaïque au sol, mais là je n'ai pas de données.
A +

Il y avait des comparaisons ici :
http://www.esa.int/gsp/ACT/doc/POW/ACT-RPR-NRG-2005-RASTS-SPS_for_21st_Century_Energy_Systems.pdf
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Message Lun 26 Nov 2007 - 13:50


@lambda0 a écrit:
@Henri a écrit:
...
Il faudrait pouvoir comparer aux coûts unitaires ($/kWh) du photovoltaïque au sol, mais là je n'ai pas de données.
A +

Il y avait des comparaisons ici :
http://www.esa.int/gsp/ACT/doc/POW/ACT-RPR-NRG-2005-RASTS-SPS_for_21st_Century_Energy_Systems.pdf
Merci, ce document est intéressant, et ce qui est remarquable c'est la convergence entre les coûts du kWh spatial affichés dans ce document pour les grosses unités avec ma propre estimation grossière (~0.04 à 0,06 $ ou € par kWh) quand on part des mêmes suppositions pour les cellules (couches fines).
La seule différence c'est que j'étais moins optimiste pour les coûts de mise en orbite et plus optimiste pour les autres paramêtres.
Ce qui ressort de ce document, c'est qu'à l'horizon 2025-2030 les deux technologies (spatial & terrestre) devraient être au coude à coude. Mais personnellement j'attends plus de progrès de l'allègement des structures orbitales et de transferts énergétiques que de progrès dans les rendements de conversion photovoltaïque, ce qui creuserait l'écart en faveur du spatial.
Un dernier point : quel est le quid de l'amélioration des rendements photovoltaïques rapportés aux coûts, masses et durées de vies des cellules ?

PS : je vois que le document est protégé en modification et en extraction. Quel intérêt ? Ca se déplombe en trois coups de cuiller à pot...

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Message Lun 26 Nov 2007 - 14:36


Toutes ces études sont très intéressantes techniquement, et je pense bien que ça finira par être réalisable, mais la viabilité économique est quand même assez hasardeuse, même avec des progrès sur les rendements photovoltaiques.
Le fait que pour avoir une chance d'atteindre un point de rentabilité, il faille monter à des unités de 10GW ou plus est aussi pénalisant : même si les coûts d'exploitation peuvent être acceptables, le coût en capital risque de disqualifier ce type de système (c'est déjà un handicap qui freine l'énergie nucléaire par exemple, et qui va être encore exacerbé avec les centrales à fusion, encore plus coûteuses à la construction), même si théoriquement ça s'amortit sur la durée de vie. Question de montage financier. Quelle compagnie privée auraient les reins assez solides pour financer un tel système même si la R&D est prise en charge par les Etats ?
Reste des applications de "niche" à plus long terme où il y a moins de compétition avec d'autres sources d'énergie : alimentation d'une station lunaire, martienne, etc. Ou encore d'éventuelles applications militaires comme évoquées dans le premier document.
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Message Lun 26 Nov 2007 - 17:16


Maintenant les recherches pour améliorer la puissance massique des alimentations photovoltaïques des SPS pourraient bien être tout bénéf pour de futures missions martiennes ou un tug lunaire sans générateurs nucléaires... Je n'avais par exemple pas pensé à la centrale de propulsion vers Mars qui sert ensuite de SPS pour une base à la surface de Mars... Ca c'est le genre d'idée qu'on peut qualifier de géniale, je ne sais plus qui a proposé ça récemment sur le forum.

EDIT : heu c'est toi je crois... Alzheimer me guette :sage:

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Message Lun 26 Nov 2007 - 19:30


Encore un post alimenté par le trio magique Henri-Lambda0-Giwa ! Super C'est toujours très technique et bien documenté, j'adore ! J'imagine si vous vous retrouviez à discuter au bistro tous les trois, il faudrait rallonger les horaires d'ouverture !!

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Message Lun 26 Nov 2007 - 19:58

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Message Lun 26 Nov 2007 - 22:43


En reprenant les éléments de l'article et sans remettre en question les données de base que je n'ai pas vues. Il me semble que l'on parle de 70 Km2 au sol pour 5.3 GWe. Donc considérons cette même surface au sol dans le désert saharien. Soit un éclairement moyen (pour tenir compte de la rotation terrestre et de la variation d'angle solaire) des plus pessimistes de 400 W/m2, avec un rendement de 20% (pessimiste aussi) et sans employer de concentrateur (qui pèsent....) on récupère au bas mot 5.6 GW. Passons à 100 Km2 (ce qui reste du même ordre de surface) et on atteint déja 11.2 GW. Comme il y a des nuits, soyons encore pessimistes et triplons cette surface en prévoyant du stockage (au passage même avec un SSPP il faudra stocker, la demande électrique étant éminemment variable au cours du temps), on arrive à une base de l'ordre de 17 Km de côté, ce qui n'est pas énorme. Je serai fort étonné que l'on arrive à démontrer qu'il est moins cher d'envoyer et d'assembler 70 Km2 de quoi que ce soit en orbite GEO que de déployer la même chose au sol, sans compter qu'un faisceau laser de quelques dizaines de GW en permanence va être sympa à générer et contrôler.

Enfin; les colloques sont sympas, les hôtels en général de bon niveau et pendant qu'on gratte ce genre de papier on n'a pas à bosser sur de vrais projets avec plein de bons gros problèmes bien réels et bien immédiats. :cadeauesa:

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Message Mar 27 Nov 2007 - 1:55


En fait, c'est un vieux débat. Les SSPP n'ont pas les mêmes exigences que les dispositifs aux sols. Soit on considére que les évolutions technologiques à venir profiteront plutot aux centrales au sol (rendement de conversion photovoltaïque en hausse, coût par unité de surface en baisse, robustesse et durée de vie en hausse, abaissement des coûts de maintenance), soit ces évolutions bénéficierons plutot aux SSPP (masse surfacique en baisse, rendements de transmission vers le sol en hausse, coûts de mise en orbite en baisse). Difficile de trancher sur ces évolutions futures. Tout ce que l'on peut dire, c'est qu'aujourd'hui les centrales solaires au sol ont une bonne longueur d'avance sur les SSPP, mais ont aussi une bonne longueur de retard face aux bons vieux PWR...
Ca me rappelle un vieux débat sur l'utilisation des microondes versus l'utilisation des lasers pour propulser depuis le sol une charge utile en orbite. Les tenants des microondes s'appuyaient sur la maturité des magnétrons de puissance pour réaliser cette besogne (c'est sur l'étagère), tandis que les partisans du laser s'appuyaient sur l'immaturité de la technologie des lasers. Leur raisonnement était que les lasers semiconducteurs ont encore un énorme potentiel d'accroissement de leurs performances. La question n'est toujours pas tranchée à ce jour...

PS : un dispositif de stockage de l'énergie n'est pas nécessaire à une technologie qui vise à produire de l'énergie électrique se situant sous la droite horizontale de consommation minimale. On découpe l'année en 8766 heures qu'on classe par ordre croissant de la demande, et on trace une droite horizontale dont l'ordonnée est égale à la demande la plus faible, puis on case sous cette droite tout ce qu'on a intérêt à faire tourner 24h/24 (nucléaire, hydraulique) et au fur et à mesure qu'il faut monter en puissance, on rajoute charbon, puis fuel, puis gaz, par ordre croissant de coût du kWh. (Pour des raisons évidentes, dans le parc français on est obligé d'utiliser les PWR y compris au-dessus de cette droite...)

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Message Mar 27 Nov 2007 - 8:39


@DeepThroat a écrit:
...
Je serai fort étonné que l'on arrive à démontrer qu'il est moins cher d'envoyer et d'assembler 70 Km2 de quoi que ce soit en orbite GEO que de déployer la même chose au sol...
...

On ne dit pas autre chose, et d'ailleurs ce document suppose des réductions très importantes du coût de mise en orbite (moins de 1000 EUR/kg), hors de portée aujourd'hui, mais de telles études peuvent avoir des retombées pour d'autres applications.
A part ça, les "vrais projets" ont commencé par être des spéculations suscitant le scepticisme...

Henri:
On trouve couramment des diodes laser de quelques kW, et en recherche, on doit être autour de 100 kW. On essaye aussi de les faire émettre de façon synchrones pour former des faisceaux coéhrents plus puissant à partir de matrices de diodes. L'autre solution est de les utiliser pour le pompage d'un autre laser, et on doit déjà arriver à des rendements de 20% pour le pompage d'un YAG.

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Message Mar 27 Nov 2007 - 9:04


A part ça, les "vrais projets" ont commencé par être des spéculations suscitant le scepticisme...
Justement, je suis sceptique, je suis même payé pour ça.... :D
On trouve couramment des diodes laser de quelques kW, et en recherche, on doit être autour de 100 kW. On essaye aussi de les faire émettre de façon synchrones pour former des faisceaux coéhrents plus puissant à partir de matrices de diodes. L'autre solution est de les utiliser pour le pompage d'un autre laser, et on doit déjà arriver à des rendements de 20% pour le pompage d'un YAG.
Les niveaux de puissance cités sont ils en imupulsion ou en continu?
50 GW en continu dans une matrice de diodes qui en dissipe 50% ça va faire chaud sur la matrice..... :shock:

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Message Mar 27 Nov 2007 - 9:13


@lambda0 a écrit:On trouve couramment des diodes laser de quelques kW, et en recherche, on doit être autour de 100 kW. On essaye aussi de les faire émettre de façon synchrones pour former des faisceaux coéhrents plus puissant à partir de matrices de diodes. L'autre solution est de les utiliser pour le pompage d'un autre laser, et on doit déjà arriver à des rendements de 20% pour le pompage d'un YAG.

A+
Bigre 100 kW la diode laser... Les militaires doivent se frotter les mains. Mais ça ouvre aussi de sacrés perspectives dans le domaine de la propulsion spatiale (les données auxquelles je faisais allusion dans mon précédent post dataient déjà de quelques années).
Au fait, c'est dans quelles bandes de fréquences que fonctionnent ces diodes ?
Sinon question cohérence, je ne vois pas comment synchroniser la phase de deux diodes distinctes, fussent-elles gravées sur le même substrat...

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Message Mar 27 Nov 2007 - 9:18


@DeepThroat a écrit:Justement, je suis sceptique, je suis même payé pour ça.... :D
Je ne savais pas que c'était un métier... :shock:

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Message Mar 27 Nov 2007 - 12:06


DeepThroat:
Il s'agit bien de quelques kW en puissance moyenne.

Henri:
Ca se manipule comme un composant, mais si on regarde dans le détail, ces modules sont déjà des empilements.
Pour la longueur d'onde, en général c'est l'infrarouge proche, 0.9 à 1µm. Et c'est justement les militaires qui tirent ces développements. Sinon, il y a toute sortes d'applications industrielles, comme la soudure.
Pour la synchronisation, il y a différentes méthodes pour assurer le verrouillage, de phase, comme une contre-réaction optique :
http://citeseer.ist.psu.edu/53291.html
Article non disponible, mais il y a un résumé :
http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=/iel5/2944/29921/01366374.pdf
Mais de toute façon, on a plutôt intérêt à utiliser ces diodes pour pomper un laser comme je l'évoquais plus haut, d'autant plus que la qualité de faisceau n'est pas très bonne. Le haut rendement de ces diodes améliore nettement le bilan énergétique global.

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Message Mar 27 Nov 2007 - 12:20


@Skyboy a écrit:
Encore un post alimenté par le trio magique Henri-Lambda0-Giwa ! Super C'est toujours très technique et bien documenté, j'adore ! J'imagine si vous vous retrouviez à discuter au bistro tous les trois, il faudrait rallonger les horaires d'ouverture !!

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Je suis bien de ton avis, mais j'y ajoute sur ce post un Deep Throat pertinent. :sage:
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Message Mar 27 Nov 2007 - 12:38


@lambda0 a écrit:
...
Mais de toute façon, on a plutôt intérêt à utiliser ces diodes pour pomper un laser comme je l'évoquais plus haut, d'autant plus que la qualité de faisceau n'est pas très bonne. Le haut rendement de ces diodes améliore nettement le bilan énergétique global.
En y repensant, on peut jeter un coup d'oeil pour voir si ça ne vaut pas la peine de pomper directement des lasers en concentrant la lumière solaire. Le rendement d'un tel pompage doit être assez faible, mais d'un autre côté, on évite la conversion électrique, les diodes, etc.

A+

EDIT:
Un article de Landis sur le sujet :
http://www.mill-creek-systems.com/HighLift/Climbers/solar_laser_SPIE1.pdf
Avec google, "solar pumped laser", on trouve encore d'autres références.
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Message Ven 12 Sep 2008 - 8:10


http://www.marketwatch.com/news/story/space-based-solar-power-breakthrough-announced/story.aspx?guid=%7B95E1A8FD-F593-45B0-942F-E7B3793BDA20%7D&dist=hppr

Transmission d'énergie sans fil sur 148 km. A suivre pour plus de détails techniques (rendement, puissance, etc.).
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Je suis étonné de ne pas avoir trouvé de fil dédié à ce sujet. Et pourtant, on y travaille. Reste à en démontrer la rentabilité :

http://natler.over-blog.com/article-30226167.html
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Message Jeu 4 Juin 2009 - 21:25


Mais il y a des fils pour tout sur ce forum (!):

https://www.forum-conquete-spatiale.fr/autres-f21/centrales-solaires-orbitales-t4235.htm

(--> fusion ?)
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Message Ven 5 Juin 2009 - 11:18


@CosmoS a écrit:(--> fusion ?)
Yep !
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