Brevet FR2440526A1 — publié le 19800530

La présente invention a pour objet des capteurs d'énergie solaire comportant un miroir pivotant qui réfléchit les rayons solaires et les concentre sur une chaudière située à proximité du foyer. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des capteurs solaires à concentration. On connaît déjà des capteurs solaires comportant un miroir focalisant qui est généralement un miroir parabolique ou un miroir à facettes planes s inscrivant sur une surface parabolique. Le miroir peut être également un miroir sphériqueselliptique, cylindro-parabolique ou cylindroelliptique. Un tel miroir concentre les rayons solaires au foyer ou le long d'une ligne focale lorsqu'il s'agit d'un miroir cylindro-parabolique ou cylindro-elliptique, mais > évidemment, on n'obtient une bonne concentration et donc des températures élevées que si l'axe du miroir dans le cas d'un miroir de révolution ou le plan médian du miroir dans le cas d'un miroir cylindrique est maintenu constamment en direction du soleil, de sorte que les miroirs connus sont montés sur un support qui pivote autour d'un axe horizontal porté par un bâti, lequel bâti pivote autour d'un axe vertical. Les mouvements de pivotement du miroir et du bâti sont commandés généralement par des vérins hydrauliques qui sont eux-mêmes commandés automatiquement par des cellules photo-électriques. La présente invention a pour objet des perfectionnements àce type de capteurs à miroir pivotant. Un premier objectif de l'invention est de munir le dispositif d'une réserve d'énergie suffisante pour placer automatiquement le miroir en position de sécurité, même en cas de panne de courant qui immobilise le groupe hydraulique. Un deuxième objectif de l'invention estde soustraire automatiquement le miroir aux effets du vent lorsque celui-ci dépasse une vitesse limite dangereuse. Un autre objectif de l'invention est d'équiper le miroir d'un dispositif qui le place automatiquement en position de sécurité pendant la nuit et qui le remet automatiquement en position de service le matin. Un capteur selon l'invention comporte, de façon connue, un miroir qui supporte une chaudière, dans laquelle circule un fluide caloporteur,qui est placée au foyer du miroir. Ce miroir est monté pivotant autour d'un axe horizontal sous l'action d'un premier vérin hydraulique qui commande l'inclinaison du miroir et cet axe horizontal est porté par un bâti qui pivote autour d'un axe vertical sous l'action de deux verins hydrauliques montés en opposition, qui commande l'orientation du miroir et les trois vérins sont alimentés par un groupe hydraulique. Les objectifs de l'invention sont atteints en équipant le groupe hydraulique de réservoirs hydropneumatiques qui servent de volant de pression et d'énergie. Un capteur selon l'invention comporte une électrovanne à ouverture par manque de tension qui met automatiquement les réservoirs hydropneumatiques en communication avec le cylindre du premier vérin en cas de panne de courant de sorte que le miroir est placé automatiquement en position de sécurité où son axe ou son plan médian est sensiblement vertical. Le premier vérin qui commande l'inclinaison du miroir est alimenté en liquide sous pression à travers un distributeur hydraulique à tiroir coulissant commandé par deux électrovannes, une première électrovanne qui met le cylindre du premier vérin en communication avec le réservoir hydro- pneumatique et qui commande le mouvement ascendant du miroir et une deuxième électrovanne qui met le cylindre du vérin en communication avec le bac à huile du groupe et qui commande le mouvement descendant du miroir. Un capteur selon l'invention comporte une cellule photo-électrique fixe qui est exposée au soleil, laquelle cellule commande un relais dont un contact ouvert au repos est inséré dans l'alimentation de la première électrovanne, de sorte qu'à la tombée du jour, lorsque l'éclairage de la cellule fixe descend au-dessous d'un seuil, le miroir monte automatiquement en position de sécurité et y reste jusqu'au matin où il redescend automaquement. Un capteur selon l'invention comporte un détecteur de vitesse du vent constitué par un interrupteur comportant un doigt monté pivotant sur une rotule, lequel doigt porte à son extrémité libre, un empennage en croix. Ce détecteur de vitesse du vent commande l'excitation d'un relais ayant un contact ouvert au repos qui est inséré dans le circuit d'alimentation de la première électrovanne qui commande la mise en position de sécurité du miroir en cas de vent trop fort. L'invention a pour résultat un capteur d'énergie solaire à miroir pivotant perfectionné. Un miroir destiné à alimenter en eau chaude un logement a par exemple, un diamètre de l'ordre de 3,5 m à 4 m et un tel miroir offre donc une grande prise au vent de face, qui peut renverser le miroir ou entraîneur des détériorations importantes. Le détecteur de vent d'un capteur selon l'invention permet d'éviter ce risque en plaçant le miroir en position de sécurité dès que le vent devient trop fort. De même, pendant la nuit, le miroir est placé automatiquement en position de sécurité ainsi que pendant une panne de courant. Les réservoirs hydropneumatiques qui équipent un capteur selon l'invention permettent non seulement de constituer un volant de pression qui évite que le moteur ne tourne en permanence, mais de plus, ils constituent une réserve d'énergie qui permet de placer le miroir en position de sécurité dès que la panne de courant se produit et de le maintenir dans cette position pendant toute la durée de la panne. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un capteur selon l'invention. La figure I est une vue d'ensemble du capteur. La figure 2 est un schéma d'ensemble des circuits hydrauliques. La figure 3 est un schéma synoptique des circuits électriques et électroniques d'un capteur selon l'invention. La figure 4 est un schéma développé d'un mode de-réalisation du montage de deux cellules photo-électriques mobiles montées en opposition. La figure 5 est un schéma développé d'un mode de réalisation d'un montage de la cellule photo-électrique fixe. La figure 1 représente un capteur qui comporte un miroir I, par exemple un miroir parabolique d'axe y yl qui porte une chaudiere 2, placée au foyer, dans laquelle circule un fluide caloporteur. La chaudière 2 est supportée par trois bras 3 dans lesquels passent les circuits aller et retour de fluide. Le miroir I est monté pivotant autour d'un axe horizontal x xl porté par un bâti 4. Le bâti 4 est monté sur une couronne dentée 5 qui roule sur un chemin de roulement circulaire et qui pivote autour d'un axe vertical z zl. Un premier vérin 6 commande la rotation du miroir autour de l'axe horizontal x xl. Deux vérins 7 et 8, montés en opposition, commandent une chaîne sans fin 9 qui entraîne une roue dentée 10 laquelle entraîne la couronne dentée 5 par l'intermédiaire d'une chaîne sans fin 11. Un groupe hydraulique composé d'un moteur 12 et d'une pompe 13 est connecté sur un ou plusieurs réservoirs hydropneumatiques 14 qui servent de volant de pression. La pompe 13 aspire l'huile dans un bac à huile à basse pression 15. Le réservoir hydropneumatique et le bac à huile sont connectés à travers des distributeurs hydrauliques à tiroir 15 et 17 sur le vérin 6 et sur les deux vérins 7 et 8. Le miroir 1 porte quatre cellules photo-électriques 27 montées en croix symétriquement par rapport à un axe u ul parallèle à l'axe y y1 du miroir. Le dispositif comporte, en outre, un détecteur de vent 28 constitué par un interrupteur muni d'un doigt vertical 29 qui peut pivoter dans tous les sens autour d'une rotule. L'extrémité du doigt 29 est munie d'un empennage en croix 30. L'appareil comporte, en outre, une cinquième cellule photo-électrique fixe 31. La figure 2 est un schéma des circuits hydrauliques d'un capteur selon l'invention. On retrouve sur ce schéma la pompe 31 du groupe hydraulique, le bac à huile 15, un réservoir hydropneumatique 14, le premier vérin 6, les deux vérins 7 et 8 montés en opposition et les deux distributeurs hydrauliques 16 et 17. Le réservoir hydropneumatique 14 comporte un pressostat 18 qui pilote automatiquement le moteur 12 entraînant la pompe 13. Les deux vérins 7 et 8 sont connectés chacun, à travers un orifice calibré réglable 19, 20, monté en parallèle avec un clapet de non retour 21, 22, sur les deux voies de sortie du distributeur 17 qui est un distributeur à quatre voies et à circuits parallèles ou croisés selon la position du tiroir. Les deux voies d'entrée sont connectés l'une au réservoir 14, l'autre au bac à huile 15. Le tiroir du distributeur 17 est commandé par deux électroaimants A et B. L'excitation de l'électro-aimant A commande la mise en parallèle des deux circuits, c'est-à-dire la mise en pression du vérin 7 et la mise à l'atmosphère du vérin 8 et le déplacement de la tige 50, qui relie les deux vérins du vérin 7 vers le vérin 8. On suppose que ce dépla- cement correspond à une rotation du miroir 1 autour de l'axe vertical z zl vers l'Ouest. Inversement, l'excitation de l'électro-aimant B correspond à une rotation du miroir vers l'Est. Le distributeur hydraulique 16 est du même type que le distributeur 17, mais on utilise une seule voie de sortie qui est connectée sur le vérin 6 à travers deux orifices calibrés réglables 23 et 24 montés en série, chaque orifice étant monté en parallèle avec un clapet de non retour 25, 26,lesquels clapets sont inversés l'un par rapport à l'autre. Ce montage permet de freiner les mouvements du vérin 6 qui n'est pas monté en opposition avec un autre vérin. Le tiroir du distributeur 16 est commandé par deux électro-aimants C et D. L'excitation de l'électro-aimant C commande le mouvement de pivotement du miroir autour de l'axe horizontal x xl dans le sens qui relève le miroir, c'est-à-dire qui amène l'axe y yl du miroir à la verticale. Cette position 1 qui est représentée en pointillés sur la figure 1, est la position de sécurité du miroir dans laquelle il offre une prise au vent minima quelle que soit la direction du vent. Inversement, l'excitation de l'électro-aimant D commande le mouvement de descente du miroir 1 pendant lequel le miroir bascule sous son propre poids en étant freiné par le vérin 6. Le distributeur 16 est court-circuité par une électrovanne F, qui est une électrovanne qui s'ouvre par manque de tension et qui met alors le vérin 6 en communication avec le réservoir hydropneumatique 14, de sorte que le miroir 1 passe automatiquement en position de sécurité en cas de manque de tension. La figure 3 est un schéma synoptique des circuits électriques et électroniques d'un dispositif selon l'invention. Ce dispositif est alimenté en 220V alternatif par deux bornes d'entrée 32a et 32b sur lesquelles sont connectés les conducteurs 33a et 33b à travers des fusibles 34aet 34b. L'électrovanne F est connectée directement sur les conducteurs 33a et 33b et en cas de manque de tension, l'électro-aimant commande l'ouverture de l'électrovanne qui met en communication le vérin 6 avec le réservoir hydropneumatique 14, de sorte que le miroir 1 monte en position de sécurité et y reste jusqu'au retour de la tension. On a représenté sur la figure 3 un relais 35 dont la bobine est alimentée à travers le pressostat 18 dès que la pression dans le réservoir 14 descend au-dessous d'un seuil. Le contact 35a de ce relais commande la mise en route du moteur 12 du groupe hydraulique. Le repère 36 représente un bloc de production du courant continu en + 12 V. Ce bloc comporte, de façon connue, un transformateur dont le primaire est alimenté en 220V alternatif à travers deux contacts 37a et 37b d'un relais 37. Les secondaires du transformateur sont connectés sur des redresseurs qui délivrent du courant continu en + 12 V. La bobine du relais 37 est alimentée en courant alternatif 220V à travers le contact 28a du détecteur de vent 28. Le relais 37 comporte quatre contacts mobiles, les contacts 37a et 37b qui commandent l'alimentation en 220V du bloc 36, un contact 37c qui commande l'excitation de l'électrovanne C et un contact 37d qui commande l'alimentation d'un temporisateur 38. Dès que la vitesse du vent dépasse un seuil, le vent qui agit sur l'empennage 30 de l'interrupteur 28 fait basculer le doigt mobile 29 et le contact 28a se ferme en excitant le relais 37.Un relais temporisé 38 maintient le relais 37 excité pendant environ 15 minutes après chaque réouverture du contact 28a. L'excitation du relais 37 commande la mise en position de sécurité du miroir par l'électrovanne C et commande en meme temps la coupure de l'alimentation du bloc 36 de sorte que le courant continu + 12 V est coupé et les cellules 27 ne sont plus alimentées. Grâce au maintien de l'auto-alimentation du relais 37 par le bloc temporisateur 38, on évite des battements en cas de bourrasques de vent passagères. La figure 3 représente, à gauche, les quatre cellules photo-électriques 27a, 27b, 27c et 27d montées en croix sur le bloc 27. Ces cellules sont montées deux à deux en opposition, suivant un montage connu. Les cellules 27a et 27b sont disposées symétriquement par rapport à un écran, formé par les deux autres cellules, qui est parallèle à un plan défini par les axes y y1 et z zî.(De même, les cellules 27c et 27d sont placées symétriquement par rapport à un écran parallèle au plan défini par les axes y yl et x x16 Elles sont connectées sur un amplificateur différentiel 39 sur les sorties duquel sont connectées en opposition les bobines de deux relais 40 et 41.De même les deux cellules 27c et 27d sont connectées sur un amplificateur différentiel 42 sur les sorties duquel sont con nectées les bobines de deux relais 43 et 44. Le contact mobile 40a, 41a, 43a et 44a de chaque relais est placé dans le circuit d'excitation de l'une des électrovannes A, B, C ou D. La figure 4 représente un exemple de réalisation préférentiel des circuits électroniques associés à deux cellules photo-électriques, par exemple aux deux cellules 27a et 27b qui commandent les électrovannes A et B lesquelles commandent l'orientation Est-Ouest du capteur. On voit sur la figure 4, que les deux cellules 27a et 27b, qui sont des photo-résistances, sont montées en pont diviseur, de sorte que la tension médiane est nulle lorsque l'éclairage des deux cellules est identique. Les deux cellules 27a et 27b sont disposées symétriquement par rapport à la branche du croisillon 27 qui est perpendiculaire à l'axe horizontal x xl. Si l'axe y yl du miroir est dirigé vers le soleil, il en est de même de cette branche du croisillon et l'éclairage des deux cellules est identiques. Sinon il apparaît une différence d'éclairage qui entraîne l'apparition d'une tension au point médian 39a. Cette tension est comparée à un seuil de référence par un amplificateur opérationnel 39 qui comporte un condensateur 45 et qui intègre la différence entre la tension d'entrée et la tension de référence. La tension de sortie de l'amplificateur 39 commande la fermeture de l'un ou l'autre de deux transistors T1, T2, montés en interrupteur, chacun d'eux dans le circuit d'alimentation d'une bobine 40 ou 41 des deux relais qui commandent respectivement l'électrovanne A ou B. Si par exemple le soleil est trop à l'Ouest, c'est-à-dire qu'il faut faire tourner le miroir vers l'Ouest pour le rattraper, la cellule photo-électrique 27a située à l'Ouest est plus éclairée que la cellule 27b. il apparait au point 39a une tension et lorsque celle-ci dépasse un seuil déterminé, la bobine 40 est excitée, l'électrovanne A s'ouvre et place le distributeur 17 dans la position à circuits parallèles. Le vérin 7 est alimenté et il entraîne le miroir en rotation vers l'Ouest autour de l'axe vertical z z1 jusqu a ce que les cellules 27a et 27b soient à nouveau éclairées également. La figure 3 représente la cinquième cellule photo-électrique 31 qui est une cellule fixe placée en un point cuvelle est constamment éclairée par le soleil, par exemple au sommet d'un piquet ou d'un mât. Cette cellule est connectée sur un circuit électronique comparateur 46 qui compare le signal émis par la cellule à un seuil. Le circuit 46 commande la bobine d'un ou plusieurs relais 47 qui comportent cinq contacts mobiles. Les contacts 47a, 47b, 47c du relais 47 commandent l'alimentation en courant continu des quatre cellules 27a, 27b, 27c, 27d et des circuits électroniques associés à ces quatre cellules. Le contact 47d est inséré dans un circuit d'alimentation directe en 220V de l'électrovanne C, en parallèle avec le contact 37c. Le contact 47e est inséré dans un circuit d'alimentation directe en 220V de l'électrovanne B dont l'excitation commande le retour vers l'Est du miroir. La figure 5 montre un exemple de réalisation préférentiel des circuits électroniques associés à la cellule 31. Cette cellule, qui est une photorésistance est montée dans un pont diviseur. La tension prélevée sur un potentiomètre 48 est comparée à une tension de référence par un amplificateur opérationnel 46, monté en comparateur. La sortie de l'amplificateur commande la bobine du relais 47. Lorsque l'éclairage de la cellule est suffisant, le relais 47 n'est pas excité. Les contacts 47a, 47b et 47c qui sont des contacts fermés au repos, sont fermés et les cellules 27a, 27b, 27c et 27d sont alimentées. Lorsque l'éclairage de la cellule devient trop faible, le soir, le relais 47 est excité. Les contacts 47d et 47e qui sont des contacts ouverts au repos, se ferment. La fermeture du contact 47d excite l'électrovanne C et provoque la mise en position de sécurité du miroir. La fermeture du contact 47e excite l'électrovanne B et provoque le pivotement vers l'Est du miroir. La figure 3 représente, en outre, des contacts 49a, 49b, 49c, montés en série avec les électrovannes A, B et C. Ces contacts sont ceux d'interrupteursde fin de course. Les contacts 49a et 49b sont placés respectivement sur les vérins 7 et 8 et arrêtent respectivement la rotation vers l'Ouest ou vers l'Est du miroir lorsque celui-ci est arrivé en fin de course vers l'Ouest ou vers l'Est. Le contact 49c est celui d'un interrupteur de fin de course sur lequel agit le vérin 6 lorsque le miroir 1 a atteint la position de sécurité. Le fonctionnement général est le suivant. Pendant la journée, le miroir 1 suit automatiquement les déplacements en azimut du soleil grâce aux cellules 27a et 27b qui commandent les électrovannes A et B et les vérins 7 et 8 qui font pivoter le miroir autour de l'axe vertical z z1. De même le miroir I suit automatiquement les déplacements en hauteur du soleil grâce aux cellules 27c et 27d qui commandent les électrovannes C et D et donc le vérin 6 qui fait pivoter le miroir autour de l'axe horizontal x xl. Lorsque le miroir arrive en fin de course vers l'Ouest, l'interrupteur de fin de course 49a arrête le déplacement vers l'Ouest. Lorsque la luminosité baisse la cellule fixe 31 commande le retour du miroir vers l'Est jusqu'à ce que l'interrupteur de fin de course 49b arrête le mouvement de rotation vers l'Est. En même temps, la cellule fixe 31 coupe l'alimentation des cellules 27a, 27b, 27c et 27d pendant la nuit et place le miroir en position de sécurité. Le matin, dès que la cellule fixe 31 détecte le soleil, elle alimente à nouveau les cellules et celles-ci font pivoter à nouveau le miroir vers le bas puis suivent automatiquement le soleil dans sa course vers l'Ouest. S'il y a trop de vent ou une panne de courant, le miroir est placé en position de sécurité. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs du dispositif qui vient d'être décrit à titre d'exemple pourront être remplacés par des éléments équivalents remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Capteur d'énergie solaire comprenant un miroir 1 qui supporte une chaudière 2, dans laquelle circule un fluide caloporteur,qui est placée au foyer du miroir, lequel miroir est monté pivotant autour d'un axe x xl horizontal sous l'action d'un premier vérin hydraulique 6, qui commande l'inclinaison du miroir, lequel axe horizontal est porté par un bâti 4 qui pivote autour d'un axe vertical z z1 sous l'action de deux vérins hydrauliques 7, 8 montés en opposition, qui commandent l'o rientation du miroir, lesquels vérins sont alimentés par un groupe hydraulique 12, 13, caractérisé en ce que ledit groupe hydraulique est connecté sur des réservoirs hydropneumatiques 14 qui servent de volant de pression et d'énergie. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une électrovanne F à ouverture par manque de tension qui met automatiquement lesdits réservoirs hydropneumatiques 14 en communication avec le cylindre dudit premier vérin 6 en cas de panne de courant de sorte que le miroir 1 est placé automatiquement dans une position 1' de sécuri té où son axe y y1 ou son plan médian est sensiblement vertical. 3 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit premier vérin 6 est alimenté en liquide sous pression à travers un distribuleur hydraulique 16 à tiroir coulissant commandé par deux électrovannes, une première électrovanne C qui met le cylindre du vérin en communication avec ledit réservoir hydropneumatique et qui commande le mouvement ascendant du miroir et une deuxième électrovanne D qui met le cylindre du vérin en communication avec le bac à huile 15 du groupe hydraulique et qui commande le mouvement descendant du miroir. 4 - Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule photo-électrique fixe 31 qui est placée en un lieu exposé au soleil, laquelle cellule commande un relais 47 dont un contact ouvert au repos 47d est inséré dans l'alimentation de ladite première électrovan ne C, de sorte que lorsque l'éclairage de ladite cellule photo-électrique 31 descend à la tombée du jour au-dessous d'un seuil, le miroir monte automatiquement en position 1' de sécurité et y reste jusqu'au matin où il redescend automatiquement. 5 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qutil comporte un détecteur de vitesse du vent constitué par un in terrupteur 28 comportant un doigt 29 monté pivotant sur une rotule lequel doigt porte à son extrémité libre un empennage en croix 30. 6 - Capteur selon la revendication 5 et l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit détecteur de vitesse du vent 28 commande, en cas de dépassement d'un seuil de vitesse, l'excitation d'un relais 37 ayant un contact ouvert au repos 37c, qui est inséré dans le circuit d'alimentation de ladite première électrovanne C, de sorte que celle-ci commande la mise en position 1' de sécurité du miroir en cas de vent dont la force dépasse un seuil dangereux. 7 - Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux cellules photo-électriques 27c, 27d portées par le miroir et placées symétriquement par rapport à un écran parallèle à l'axe y yl du miroir et audit axe horizontal x xl de rotation du miroir, lesquelles cellules sont des photorésistances montées en pont diviseur de tension et le point médian dudit pont est connecté sur un amplificateur opérationnel 42 monté en intégrateur dont la sortie commande deux bobines de relais 43, 44, montées en opposition et un contact 43a, 44a ouvert au repos de chacun de ces deux relais est placé respectivement dans le circuit d'alimentation des deux électrovannes C et D, de sorte que les deux cellules 27c, 27d maintiennent le plan x xl y y1 dirigé constamment vers le soleil. 8 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 3 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux autres cellules photo-électriques 27a, 27b, portées par le miroir et placées symétriquement par rapport à un écran parallèle à l'axe y y1 du miroir et à l'axe vertical z zl, lesquelles cellules sont des photorésistances montées en pont diviseur et le plan médian 39a dudit pont est connecté sur un amplificateur opérationnel 39 monté en intégrateur dont la sortie commande deux bobines de relais 40, 41 montées en opposition et un contact 40a, 41a ouvert au repos de chaque relais est disposé respectivement dans le circuit d'alimenta tion de deux électrovannes A et B, qui commandent les déplacements du tiroir coulissant d'un distributeur 17 placé dans les circuits hydrau liques qui alimentent lesdits vérins 12 et 13, de sorte que les deux celle les27a, 27b maintiennent le plan vertical y yl z zl constamment dirigé vers le soleil 9 - Capteur selon la revendication 4 et la revendication 8, caractérisé en ce qu'un contact ouvert au repos 47e du relais 47 est inséré dans l'alimentation de ladite électrovanne B de sorte que le miroir est ra mené automatiquement à l'Est à la tombée de la nuit.