Chapitre 4: Capteurs solaires à concentration
3 . Géométrie parabolique
3.1 . Parabole
La parabole est définie comme une courbe plane dont chacun des points est situé à égale distance d'un point fixe, le foyer F, et d'une droite fixe, la directrice D. Notons que FR est égale à RD. La droite perpendiculaire à la directrice et passant par le foyer F est appelé axe de la parabole. Le sommet de l parabole, situé sur l’axe est à mi-distance entre le foyer F et la directrice D.
Figure 1 : Parabole
- Lorsque l'origine du repère est confondu avec le sommet de la parabole et (x'x) est l'axe de la parabole, l'équation de la parabole s'écrit en coordonnées cartésiennes:
(2)
distance focale f=VF.
- En coordonnées polaires où r est le rayon, le sommet de la parabole est confondu avec l’origine du repère et symétrique par rapport à l’axe (x'x).
(3)
En pratique, la parabole est étudiée en coordonnées polaires en choisissant l’origine du repère au foyer F et en fonction d’un angle Ψ mesuré entre la droite (VF) et le rayon p de la parabole, on a :
(4)
Souvent utilisée comme concentrateur, la parabole a la propriété de faire converger tous les rayons parallèles au foyer. On peut monter que:
(5)
En energie solaire, les paraboles utilisées ont des limites, par conséquent, la parabole peut être décrite en fonction de l'angle d'ouverture'' rim angle'' et du rapport entre la distance focale et le diamètre d’ouverture (f/d), voir figure 2.
Figure 2: Segments de parabole ayant le même foyer et le même diamètre d'ouverture
La hauteur h peut être définie comme la distance maximale du sommet de la parabole à une droite tracée à travers l’ouverture:
(6)
L'angle d'ouverture peut être déterminé à partir des dimensions de la parabole:
(7)
La longueur de l'arc s de la parabole peut être déterminée pour le cas particulier défini par pour x = h et y = d/2 en intégrant l'équation (1):
(8)
d est le diamètre d’ouverture de la parabole et h est la distance du sommet à l’ouverture.