Brevet FR2461902A1 — publié le 19810206

1. COLLECTEUR D'ENERGIE SOLAIRE PLAN A CONCENTRATION Le collecteur d'énergie solaire faisant l'objet de la présente inven- tion, est employé pour intercepter et concentrer l'énergie solaire, étant donné que la radiation solaire dans les conditions normales de réceptions n'a pas une intensité suffisante pour permettre son utilisation pratique et dans les domaines technologiques. On sait que pour satisfaire cette exigence d'interception, de cumul et/ou de concentration de l'énergie solaire, on utilise des collecteurs d'énergie solaire qui peuvent se diviser en deux groupes: collecteurs non focalisants (ayant une surface réceptrice plane) et collecteurs à focalisation (ayant IO une surface rêfléchiffante paraboliqui). Les collecteurs du premier groupe (panneaux solaires) se basent sur la propriété qu'une surface noire exposée au soleil absorbe les radiations so- laires et les transforme en chaleur, cette chaleur étant transmise à un fluide d'échange thermique contenu dans le même panneau. Les collecteurs du deuxième groupe (collecteurs à focalisation) auxquels la présente invention se réfère, sont constitués, selon l'art connu, par un miroir ayant une surface parabloique, apte à la focalisation de la radiation solaire sur une ligne droite unique (ou sur un point) dans laquelle est si- tuée une conduite contenant le fluide à réchauffer. Par cette technique on peut atteindre des températures élevées et, par conséquent des rendements considérables. Toutefois, en employant ces collec- teurs d'énergie solaire de type connu on rencontre de graves inconvénients, à savoir: - En ce qui concerne en particulier les panneaux solaires non focalisants on peut remarquer qu'ils fournissent un rendement faible, surtout pendant les mois d'hiver, du fait que, n'effectuant pas une concentration des radiations solaires, ils ne peuvent pas permettre d'atteindre des températures élevées. - Les collecteurs d'énergie solaire à focalisation de type connu étant constitués par un miroir parabolique qui, évidemment doit être de grandes di- mensions, entraînent en premier lieu, des prix de réalisation et d'installa- tions élevées; en deuxième lieu, ils nécessitent une structure mécanique complexe pour réaliser une installation en mesure de résister à la force du vent et aux intempéries; en troisième lieu, ils ont besoin de mécanismes complexes pour les déplacer, étant donné que l'axe du miroir parabolique doit s'orienter constamment au soleil; en quatrième lieu, ils posent des pro- blèmes d'installation sur les bâtiments, du fait qu'ils sont inesthétiques et 2. et que leur entretien est difficile. Le but de la présente invention est celui de palier les inconvénients mentionnés ci-dessus et, en particulier, ceux relatifs aux collecteurs d'énergie solaire à focalisation de type connu. Le problème qui est à la base de la présente invention est celui de surmonter les désavantages cités plus haut, tout en permettant la réalisation d'un collecteur d'énergie solaire plan, fixe, mais du type à focalisation. La présente invention se base sur le principe qu'il n'est pas nécessaire de concentrer les radiations solaires sur une ligne mince, comme c'est le cas des collecteurs à surface réfléchissante parabolique, car les conduites transpartant le flui4e à réchauffer ont une section finie et il suffit, par conséquent, de concentrer les radiations incidentes sur cette section (no- tamment sur la section longitudinale de symétrie de la conduite). Le problème est résolu, selon la présente invention, par un collecteur d'énergie solaire plan à concentration, du type constitué par un système optique apte à la focalisation des radiations solaires sur une surface de concentration, caractérisé en ce que ledit système optique est plan, monté sur un bâti de support fixe et comportant une pluralité de surfaces planes de miroirs, sensiblement rectangulaires, placées côte à côte et égales entre elles, disposées chacune dans un plan, orientés, l'un par rapport à son voi- sin selon un angle préfixé, constant; lesdites surfaces planes de miroir étant mobiles selon un mouvement rotatoire autour de leurs axes longitudi- naux; lesditsiaxestlongitudinaux sont parallèles, coplanaires et alignés selon un plan normal à ceux-ci. Les avantages principaux provenant de l'utilisation d'un collecteur d'énergie solaire selon l'invention sont représentés par le fait qu'on peut réaliser un collecteur d'énergie solaire à focalisation (ayant donc un ren- dement élevé) essentiellement plan. Cette caractéristique entraîne des bas prix de réalisation,d'înstallation'et-d'entretien; én outre, un collecteur d'énergie solaire de ce genre peut être installé directement sur les toits des bâtiments ou ailleurs. Du fait que le bâti de support est fixe, la structure apparaît simple, sans aucun mécanisme complexe et on évite par conséquent la rotation de tout le collecteur d'énergie solaire. Un autre avantage est déterminé par le fait que la surface optique cons- tituée par une pluarlité de surfaces de miroir disposées côte à côte, of- fre une résistance plus faible à la force du vent et elle n'a donc pas - 246 1902 3. besoin de structures mécaniques complexes. L'invention sera décrite plus en détail en se référant à un exemple de réalisation pratique, illustré à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre une vue en coupe du collecteur d'énergie solaire selon un plan perpendiculaire aux axes longitudinaux de rotation des surfaces de miroirs; - la figure 2 montre une vue de face du collecteur d'énergie solaire. En se référant à ces figures, on a indiqué en 1 un bâti de support rectangulaire fixe, pourvu à sa partie inférieure d'un profilé de support transversal 2. Une pluralité de surfaces planes de miroir 3, rectangulaires, disposés côte à côte et égales entre elles, est fixée d'une part à ce bâti de support 1 et d'autre part. au profilé de support 2 par l'intermédiaire d'une pluralité correspondante de paires de supports tournants 4. Les surfaces planes de miroir 3, dont chacune est disposée dans un plan, orientés l'un par rapport à son voisin selon un angle (a) préfixé et constant, sont libres de tourner autour de leurs axes longitudinaux (A), co- planaires, à chacun desquels est associée une paire de ces supports tournants 4. La rotation autour de leur axe longitudinal (A) des surfaces planes de mi- roir 3 est déterminée par un dispositif de rotation 5 (tige motrice) relié à ces supports tournants 4 au moyen d'engrenages 6. Ce dispositif est entraîné par un moteur électrique 7, relié à celui-ci par -un moto-réducteur 8, com- mandé par un dispositif électronique selon la grandeur de l'angle d'inciden- ce des radiations solaires (R) par rapport aux surfaces de miroir 3. En se référant à la figure 1, on a indiqué en 9 un bras de support d'une enceinte sensiblement cylindrique 10 en matière transparente, dans la- quelle est introduite de manière coaxiale une conduite ll de section rectan- gulaire, pourvue d'une surface extérieure de concentration 12 noircie, orien- tée vers les surfaces de miroir 3, ayant la même forme et les mêmes dimen- sions que chacune de ces surfaces de miroir 3, absorbant la chaleur pour utilisation technique. En (S1) on a indiqué un premier plan disposé dans le plan d'appar- tenance d'une surface générique de miroir 3 comprenantl'axe de rotation (A) de cette surface de miroir 3. Il forme avec un deuxième plan (S2) comprenant chacun des axes de rotation (A),un angle préfixé (b) égal à l'angle de ré- flexion des radiations solaires incidentés (R) vers la surface de concentra- tion 12. Les surfaces de miroir 3 sont situées dans des plans réciproquement 2 46 1902 4. orientées selon des angles (a) constants pendant la rotation, mais évi- demment différents selon les variations des paires de surfaces de miroir 3 concernées. En effet, variant l'angle d'incidence des radiations solaires (R), les variations des angles (b) sont égales pour toutes les surfaces de miroir 3. Par conséquent, après avoir réglé au début les angles (b) des surfaces individuelles de miroir 3 pour concentrer les radiations solaires (F) sur la surface de concentration 12, il suffit d'un seul mécanisme de réglage (dispositif de rotation 5 commandé par le moteur électrique 7). En cas de grèle, ou bien quand on ne désire pas utiliser le col- lecteur, il suffit de tourner les surfaces en miroir 3 selon un angle dé- siré dans le but de protéger le collecteur d'énergie solaire contre les in- tempéries. Evidemment de nombreuses modifications structurales et/ou de caractère pratique pourront être apportées à la présente invention sans que l'on sorte pour autant de son cadre de protection. La surface de concentration 12 peut être constituée par exemple, par des cellules photoélectriques en mesure de produire du courant élec- trique. 246 1902 5. R E V E N D I CAT I 0 N S 1) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, du type cons- titug par un système optique apte à la focalisation des radiations solaires sur une surface de concentration, caractérisé en ce que ledit système opti- que est plan; monté sur un bâti de support (1) fixe et comportant une plu- ralité de surfaces planes de miroir (3), sensiblement rectangulaires, pla- cedes côte à cote et égales entre elles, disposée chacune dans un plan, orien- tés l'un par rapport àsonvoisin selon un angle (a)préfixé, constant; lesdi- tes surfaces planes de miroir (3) étant mobiles selon un mouvement rotatoire autour de leurs axes longitudinaux (A); lesdits axes longitudinaux (A) - étant parallèles, coplanaires et alignés selon un plan (S2) normal à ceux- ci. 2) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit un seul dispositif de rotation (5) pour lesdites surfaces planes en miroir (3); le dispositif de rotation (5) étant susceptible de déterminer la même variation angulaire pour chacune des surfaces planes de miroir (3) en vue de la concentration de la radiation solaire (R) sur ladite surface de concentration (12). 3) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la surface de concentration (12), de forme sensiblement allongée et rectiligne, solidaire du bâti de support fixe (1), présente une surface plane utile, en regard dudit système optique, égale à chacune des surfaces planes de miroir (3). 4) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que ladite surface de concentration (12) est constituée par des cellules photoélectriques en mesure de produire du cou- rant électrique. ) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface de concentration (12) est constituée par une surface noire susceptible d'absorber lesdites radia- tions (R) réfléchies, pour la production de chaleur d'utilisation technique.