Je prototype un four solaire type box 2/2

Voici l’épisode 2 de ce projet personnel de four solaire, n’hésitez pas à lire l’épisode 1 sur la fabrication du four solaire. J’ai fait des tests par un petit soleil d’automne et voici les premiers résultats.

Première après-midi d’essai peu concluante

Je ne sais pas comment j’avais imaginé l’angle du soleil sur cette première installation dans le jardin mais vous devriez voir tout de suite qu’il y a un problème, n’est-ce pas ? Si le soleil frappe la plaque réfléchissante à 90°, eh bien j’ai passé l’après-midi à chauffer l’herbe devant l’installation…

Je pense donc que la seule chauffe est venue d’un peu de soleil direct sur la double vitre mais on n’a pas dépassé les 25° à l’intérieur (merci la sonde incrustée dans le tiroir, une idée de dernière minute qui s’avère utile !).

Du coup, mes ficelles ne vont pas servir à grand chose si je dois maintenir des angles de moins de 90° alors il fallait trouver 2 solutions : une pour le couvercle et une pour calculer les inclinaisons selon le jour de l’année et l’heure.

Deux améliorations majeures sur le four solaire

Calculer les meilleures inclinaisons pour un four solaire avec l’IA

Voici le prompt que j’ai donné à ChatGPT pour qu’il me donne un sacré coup de main :

Pourrais-tu me faire un tableau (en csv ou facilement copier-collable) comprenant :
– en colonnes : les heures entre 7H et 20H (7H, 8H, 9H, etc.)
– en lignes : les dates de chaque jour de l’année entre le 1er octobre 2024 et le 1er octobre 2025 (soit 365 lignes)
– en valeur au croisement de chaque colonne et ligne, calcule l’inclinaison optimale du four solaire pour la latitude de la Roche-sur-Yon en France

Pour le plaisir des développeurs parmi vous, je vous mets la fonction python qu’il a utilisée pour créer le tableau des inclinaisons pour un four solaire (je ne suis pas calée en python donc je vous laisse apprécier sa justesse ou pas) :

import pandas as pd
import numpy as np
import datetime
from math import sin, cos, radians, degrees, atan

# Constants
latitude = 46.67  # Latitude of La Roche-sur-Yon in degrees
tilt_factor = 23.45  # Earth's tilt in degrees

# Date range from October 1st, 2024 to October 1st, 2025
start_date = datetime.date(2024, 10, 1)
end_date = datetime.date(2025, 10, 1)
date_range = pd.date_range(start=start_date, end=end_date, freq='D')

# Define hours from 7H to 20H
hours = [f"{h}H" for h in range(7, 21)]

# Function to calculate optimal tilt angle for solar panel (simplified)
def optimal_tilt_angle(latitude, day_of_year, hour_of_day):
    declination_angle = tilt_factor * sin(radians((360 / 365) * (day_of_year - 81)))
    hour_angle = (hour_of_day - 12) * 15  # 15 degrees per hour
    altitude_angle = degrees(atan(sin(radians(latitude)) * sin(radians(declination_angle)) + cos(radians(latitude)) * cos(radians(declination_angle)) * cos(radians(hour_angle))))
    return max(0, 90 - altitude_angle)  # ensuring tilt angle is non-negative

# Create a DataFrame to hold the tilt angles
tilt_data = []

for date in date_range:
    day_of_year = date.timetuple().tm_yday
    daily_tilts = [optimal_tilt_angle(latitude, day_of_year, hour) for hour in range(7, 21)]
    tilt_data.append(daily_tilts)

# Create the DataFrame with dates as rows and hours as columns
df_tilt_angles = pd.DataFrame(tilt_data, index=date_range.date, columns=hours)

# Convert to CSV format
csv_output = df_tilt_angles.to_csv(index_label="Date")

# Save the CSV to display to the user
with open("/mnt/data/tilt_angles_solar.csv", "w") as file:
    file.write(csv_output)

import ace_tools as tools; tools.display_dataframe_to_user(name="Inclinaison optimale du four solaire", dataframe=df_tilt_angles)

Et voici le résultat, un beau tableur en CSV avec les angles d’inclinaison pour un four solaire en fonction de la date et de l’heure à la Roche-sur-Yon, en Vendée, et la version PDF :

Régler le couvercle à des angles de moins de 90°

C’est peut-être un peu scolaire mais avec mon mari, on a tout de suite pensé à nos rapporteurs au collège. Et j’ai commencé à bricoler un système dans une chute de bois qui ressemble à un rapporteur avec des trous entre les angles permettant de bloquer le couvercle au bon angle avec des tourillons en bois. Ce n’est pas très précis, forcément, mais ça permettra de tester. Pour que le rapporteur ne ressorte pas trop de l’autre côté, je l’ai coupé pour qu’il n’aille que jusqu’à 140° et non 180°. Voici les photos :

Seconde après-midi de test du four solaire

Les résultats sont en demi-teinte. En effet, le four a bien chauffé et a atteint un peu moins de 50 degrés celsius quand j’ai vérifié 1H après sa mise en place. Au passage, j’ai remarqué que l’angle de présentation de l’appareil face au soleil variait plutôt rapidement et devait être recalé toutes les 30 minutes environ. Dans la prochaine version, j’ajouterai un repère vertical (un simple crayon de bois fait l’affaire) à l’avant au milieu avec une petite ligne noire perpendiculaire sur la vitre pour positionner facilement le four solaire par rapport au soleil (l’ombre du crayon devra correspondre à la ligne, comme sur un cadran solaire).

Un four solaire qui chauffe à 50°C maximum, ça va être compliqué à utiliser (même si je m’en suis servie le lendemain pour réchauffer une tarte aux pommes déjà faite). J’ai bien essayé de demander à l’IA générative Claude Sonnet 3.5 (via Perplexity) de me trouver des recettes de cuisine solaire pouvant cuire à 50°C mais le test ci-dessous montre bien que la feta est loin de fondre et les légumes loin de cuire (je ne parle même pas du poulet qui a besoin de minimum 74°C à cœur pour cuire et être sûr pour la santé).

Des pistes pour améliorer le four solaire

J’en ai plusieurs mais je ne suis pas sûre et si vous avez des idées, n’hésitez pas à commenter et merci d’avance !

• Améliorer l’isolation du caisson (c’est loin d’être propre actuellement), notamment en refaisant la porte du tiroir et les joints sur les vitres, et en utilisant un véritable isolant.
• Améliorer la réflectivité du couvercle : j’ai déjà remplacé la couverture de survie par une couche de film Mylar (même si le mieux serait un miroir diélectrique mais je n’ai pas les moyens et le but n’est pas de créer un prototype trop coûteux à fabriquer)
• Ajouter des volets réfléchissants autour du caisson pour avoir une réflexion multi-directionnelle du soleil vers le caisson (comme j’ai vu sur d’autres modèles comme celui-ci à droite)
• Peut-être changer l’épaisseur des vitres sur une V2 mais celles-ci ne font déjà que 3 mm d’épaisseur donc je ne suis pas sûre
• Tester si recouvrir l’intérieur du caisson d’aluminium serait plus efficace que la peinture noire (le modèle de Corentin de Chatelperron a un caisson peint en noir mais je vois plusieurs modèles avec de l’aluminium.
• Et bien sûr, tester le four solaire en plein été devrait améliorer la montée en chaleur aussi.

L’objectif est d’atteindre 100° !!!

Créer un modèle de four solaire pour la découpe laser

Je prépare une 2nde version de ce four solaire que je souhaite réaliser à la découpe laser au fablab pour avoir un résultat mieux pensé et plus propre. J’ai donc utilisé l’excellent générateur de boîtes à encoches BOXES.PY https://boxes.hackerspace-bamberg.de/Menu et bricolé dans Inkscape pour que tout loge sur une planche de bois. J’ai également mesuré mes cocottes pour rendre l’appareil complet le plus compact et léger possible (parce que le prototype V1 est vraiment lourd pour moi).

Voici un premier essai de planche de découpe (travail en cours) :

Conclusion : Il y a encore du travail mais j’y arriverai, et un épisode 3 sera forcément publié ici mais je ne sais pas du tout quand car j’aimerais avoir des retours d’autres hackers / fablabers / lowtechers / bricoleurs pour fabriquer la version 2 la plus performante possible. A vos claviers et merci d’avance !!!