Brevet FR2468857A1 — publié le 19810508

La présente invention a pour objet un capteur d'énergie solaire à double concentration du type (heliostat), permettant l'utilisation de la dite énergie pour le surchauffage rapide d'un fluide calo-porteur à de haute température, de l'ordre de (400 C à 500oC) dans un circuit d'échange. Les calories sont stockées par une huile contenue dans une cuve isolée. La chaleur accumulée peut être utilisée à des fins domestiques et industrielles pour (le chauffage central, l'eau chaude et la production de vapeur). L'ensemble de l'appareil est mobile par rapport à deux axes pivotants, il est entièrement automatisé et téléguidé. I1 existe toutefois, à ce jour, des capteurs concaves comportant un unique foyer convergent. Leurs surfaces de réflexion sont toujours très importantes pour lsoptention d'un rendement calorifique correct . Ils sont munis de poursuite solaire permettant le pointage héliocentrique des organes d'absorption (chaudières solaires). Les différents handicaps , filtres atmosphériques et variations d'intensités lumineuses) provoquent l'aliénation du Ronctionne- ment général de ces appareils, car les quatre organes de poursuite (cellules photo-résistantes) sont indépendants et il n'existe aucune correlation entre eux et établissent aucune comparaison des différents seuils électroniques car leurs réglages respectifs s'établissent sur une seule intensité. Les dispositifs suivant l'invention, permettent de capter l'éner- gie solaire avec un rendement maximum, tout en réduisant les sur fs es de réflexion de capteurs à concentration. Dans ce cas, il est possible de développer les techniques de concentration, en constituant par l'intermédiaire du réflecteur, deux foyers convergents puis, on corrige les faisceaux par uneop-- tique. Le gain Se chaleur est donc récupéré par deux chaudières, dont l'une est placée au point focal du premier foyer et l'autre est placée après l'optique convexe, qui corrigent le rayonnement des faisceaux superposés et se placemt-au point focal du deuxième fo Ver. Le dispositif suivant l'invention, permet d'éviter les inconve- nients de la poursuite solaire. ans ce cas en effet, il est possible de remÉdier àceux-ci,en hranchant les organes de poursuite "Cellule photo-électrique" par paires et par mouvement de rotation, dans un même circuit électronique qui tient compte des variations d'intensité lumi -neuse. Celui-ci analyse le rayonement reçu et stabilise pro -gres-sivement le seuil de déclanchement qui reste toujours fi -xe par rapport aux variations des radiations solaires. Le dispositif, objet de l'invention, comporte un ref -lecteur concave où sont collés plusieurs centaines de miroirs plans, taillés en triangle, qui se juxtaposent en formant des hexagones s'encastrant les uns aux autres sur toute la surface de la parabole. La courbure, où se positionnent les facettes, est calculée de façon à former deux foyers constitués par la covergence de l'ensemble des faisceaux. Les deux foyers sont justifiés par la densité lumineuse, qui est en ces deux points, maximum. Le premier foyer de convergence se compose par les rayons émis,de la partie extrême la plus rapprochée du centre de la parabole, de chaque facettes.Une premiére chaudiére de forme tubulaire se place en ce point, elle est constituée d'un tube au bout évasé qui renferme un corps de chauffe baignant dans de l'huile. Cette huile permet une chauffe uniforme de l'ensemble de la chaudière. Le second foyer de convergence se compose de tous les rayons qui passent sans eAtre perturbés autour de la premiere chaudiére. Ici, ces rayions viennent se superposer sur un optique, qui aprés correction , p SitiOnsnera chaque faisceaux en plusieurs centaines de foyers sur toute la surface de la deuxieme chaudiére. NOTR: Le nombre de foyersest égal au nombre de facettes La seconde chaudiére est formée d'une spirale,provoquant la ci -rculation et le chauffage progressif du fluide calo-porteur, renfermé entre deux disques concave, sur lequel se branche àl'- arrier d-u second, l'entrée et la sortie de ce dit fliude. Le fluide calo-porteur surchauffé provenant de cette chaudiére et du corps de chauffe de la chaudiére tubulaire vient s'écha -nger dans une cuve, celui-ci est régulé par une sondequi, mu -nie d'une cellule photo-résistante, pilote un variateur de vitesse agissant sur un circulateur qui favorise le debit en rapport au variation du rayoement solaire. Cet appareil a aussi pour dispositif inventif une poursuite solaire simultanée dans sa course apparente,malgré tout filtre atmosphérique et variation d'intensité lumineuse. Il consiste à placer quatre cellules directionelles dans un boitier surmo nté d'un cache reportant une ombre sur celles-ci. Tout déplace ment de l'ombre par ranport à l'axe perpendiculaire à la surfa ce du réflecteur,provoque le rattrapage immédiat de l'équilibre électrique du circuit et de la même façon le pointage hélioca- entrique de l'appareil. Ce fonctionement est possible grâce au branchement par paires par mouvements directionnels, azimut et sit. Donc, deux élèments "photo-électrique", sont connectés dans un circuit;branchés en série entre les tensions d'alimentations " -12V et +1ZV " , un potentiométre placé au point milieu permet d'effectuer le réglage de l'équiligre lorsque celles-ci sont irradiées identiquement. A partir de la , une tension d'alimentation double "Négative et Positive" , agit sur l'entrée de référence, car rapport à la masse ( point 0 ) , sur le circuit intégré ( CI ) " Ampli Opérationel ".La tension de s -ortie de l'an pli opérationel est soit négative ou positive par rapport à la tension différentielle, sélectionnée par la résistivité augmentante de la cellule correspondant au depla- -cement de ltombre, puis amplifié par deux transistors de puis sance excitant le relais correspondant a' la polarité. Gi la densité lumineuse est forte ou faible, le seuil de déblocage du CI demeure fixe; sa sensibilité est réglée par une résist- ance variable qui est branchée entre l'entrée et la sortie de celui-ci. Ces circuits sont aliments par une alimentation stabilisée symétrique à diodes zéners , ils peuvent être alimentés par battries, celles-ci étant rechargées par des photo-piles. CE type de poursuite peut être adaptée à tous systémes de capteurs, demendant une poursuite d'une précision extréme. Les dessins annexes représentent, à titre d'exemple non limit -atifs, une forme d'exécution de l'invention. La figure 1 représente une vue arriére du support métallique tubulaire. La figure 2 représente une vue de profil de la parabole, de son support, des deux chaudiéres et de l'optique La figure 3 représente une vue de dessus du systéme de rotation -ont par chaîne et crémaillère. La figure - représente une vue de profil du systéme d'élèvation je le parabole, l'ensemble étant solidaire du socle pivotant. La figure , représente une vue en coupe du rayonnement solaire sur les facettes. La figure 6 repr'sente une vue en coupe du rayonnement solaire passant par l'optique convergent et se positionnent les deux chaudiéres. La figure 7 représente le circuit hydraulique de manoeuvre. La figure 8 représente le circuit d'automatisation de l'appar eil. La figure r représente la tête de recherche solaire et j1 son de Je régulation, et la coupe ( A....A') de ces deux appareils. LA figure 1O représente le schéma électronique d'un système de poursuite solaire. La fi gure Il reprr'sente schéma llectronique du système de dépointage et de remise È l'EST, le soir. L'appareil est constitué essentiellement d'une parabole (1) en matiére polyester, sur laquelle sont collés plusieurs cen -taines de miroirs formant un réflecteur (2). Celui-ci est cintre par un cerceau métalique(3) qui vient se placer par rapport à un axe horizontal (10) deux paliers à roulements (11, 12) solidaires des deux supports (4, 5) , ces supports en forme de "V" sont consolidés par deux goussets (6,7) et par deux raidisseurs tubulaires (8, 5). L'ensemble est fixe. au sol sur un socle- à roulement (13) qui pivote par rapport à l'axe vertical (14). Le socle est muni d'une roue dentée (15) qui est manoevrée par un vérin de base(16) par l'intérmédiaire d'une chaîne (18), et d'un pignon(19). Le vérin de téte (20) est fixé sur un support en forme de U (21) solidaire du socle, la tige de ce vérin est ancrée sur l'armature mobile (2 qui tient en position "les deux chaudiéres(24, 2;) l'optique(26) et la parabole(1)", par un point d'ancrage articulé sur axe. (27). Les paragraphes ci-desseus se rapportent essentielement à l'in -vention. La coure de la parabole est calculée Je façon à avoir deux foyers de convergence. Une premiére chaudiére(24) se lace au premier foyer ( point A) Elle est formée d'un tube (28) au bout évasé, à l'intérieur duquel un corps de chauffe (25) baigne dans de l'huile (30) éprouvée à dehautes températures, sur la partie surpérieure du tube se trouve une souspape de sécurité (31), en cas de surpre ssion. Au deuxiéme foyer (point B), se trouve uneoptique con vex ( 26 ) formé d'un plan bombé (32), qui se trouve face au réflecteur, à cet endroit, les faisceaux (33) se superposent sur toute la surface de la loupe, et se reconcentrent en plus -ieurs centaines de foyers (34) qui se juxtaposent sur toute la surface de la deuxiéme chaudiére (25). NOTA: entre ces deux surface égales ( loupe et deuxiéme chau diére), ce produit une concentration supplémentaire de chaque faisceau , rayonnant des centaines de facettes, il y a donc gain de concentration à surface égale , donc gain de chaleur. L'ensemble de cet appareil est actionné par un systéme hydraulique qui comporte deux vérins (20 , 16), la vitesse de déplacement de ceux-ci sont réglés par quatre limiteurs de débit (35,36,37 et 38) , ils agissefltpour les deux sens de dé -placement des tiges de vérins. La manoeuvre est Comrdandée par deux électro-distributeurs (39 , 40) . l'électrovane normale ment ouverte (41) a l'avantage de dépointer le capteur pour le sortir de la tache solaire lors d'une panne de courant, car il serait dangereux de chauffer le liquide calo-porteur sans qu' -il ne circule. Elle établit le circuit diélèvation. Cet appareil est entierement automatisé. Sur le schéma électrique général, les deux circuits de pointage solaire (47 et 45) sont identiques, l'un de ces circuit est détaillé sur la figure 10. Vu le déplacement du soleil, sur une tette de recherche (solidaire du réflecteur)surmonté d'un cache (70) qui reporte une ombre sur quatre cellules (66,67,68,69) fixées dans un boitier (71) ,i?s circuits commandent les quatre bobi -nes des électro-distributeurs (49, 50,51, 52) hydrauliques,par l'intermédiaire des relais de pilotages (53,54,55,56) . Des contacts de fin de course(57,58,59) qui annulent les mouvements de rotation par rapport àl'axe horizontal et vertical.La bob ine (60) qui dépend de l'électrovanne normalement ouverte reste toujours sous tension. Le moteur de pompage (42) se met en fonction ou se stoppe grâce au contacteur du mano-contact (46) qui par la temporisation du relais (61) maintientcelui-ci pendant quelques secondes pour pressuriser la réserve d'huile dans l'accumulateur (43). Cet accumulateur est destiné à manoeuvrer l'appareil avec le mini -mum d'énergie motrice grace à sa reserve hydraulique. Un contacteur (62) est muni d'une tige flexible qui s'actionne dans tous les "azymuts ", au bout de celle-ci un petit volet en prise de vent se régle sur la hauteur pour atteindre la sen -sioilité demandée. Lorsque le vent est fort, ce contact com- -mande la mise à l'horizontalede la parabole. Celle-ci reste quelques minutes sur cette position grâce su relais temporisé (63). L'appareil se positionne à lTEsT par un systéme électronique (64). Ce circuit coupe simultanément l'alimentation (65) des circuits de poursu-ite pour éviter les contradictions de mouvement . Il est réglé sur une intensité lumineuse fixe et fonctionne sur deux seuils extr-êmes de lumiére, le jour et la nuit L'ensemble de la poursuite solaire est basé sur quatres cellules apairées. Ces cellules photo-résistantes sont placées dans un boitier (71), elles asservissent un circuit èlectronique dont circuit intégré (72), comparent les tensions différentielles, ces tensions sont amplifiées par deux transistors de puissance (73,74) pour exiter les relais correspondants à la polarité. Llavantage de cet appareil de poursuite solaire, est qu'il fonctionnemalgré tous les filtres atmosphérique et malgré les différentes intensités lumineuses. Une sonde (77) munie d'une cellule (76) régule le débit du fl -uide calo-porteur. Cet appareil peut être utilisé pour la (climatisation chaud et froid, par échange)ou pour le ( pompage d'eau, dans un forage). REVENDICATIONS I - appareil pour l'utilisation de l'énergie solaire, permettant de surchauffer un liquidicalo-porteur qui lui, s'échange dans une huile de stockage pour chauffer des eaux (chauffage et sanitaire), une régulation par sonde agissant sur le débit. Il comporte un réflecteur concave à facettes sur lesquelles se réfléchissent le rayonnement solaire en deux foyers conver gents, une chaudière tubulaire se positionnant au premier fo yer, uneoptique focalise les faisceaux du deuxième foyer aug mentant la puissance de chauffe d'une chaudière concave. Une poursuite horizontale et verticale, chacune asservie par une paire de cellules photo-résistantes, un système de remi se à Jour automatique. L'ensemble étant mobile sur un châs- sis métallique actionné par vérin hydraulique. 2 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la poursuite solaire et constituée par 4 cellules photo résistantes apairées branchées en différentielles dans un cir cuit électronique,qui se stabilisent malgrè toutes les varia tions d'intensité lumineuse solaire et malgrè tous les fil tres atmosphériques. 3 - Appareil selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les quatre cellules photo-résistantes sont placées dans un boîtier (solidaire du réflecteur) surmonté d'un cache rappor tant une ombre portée sur celles-ci. Tout décalage des ra yons perpendiculaires à l'axe -est aussitôt rattrapé par la (ou les) cellule(s) concernée). 4 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un circuit électronique piloté par une sonde munie d'une cellule photo-résistante régule le débit du fluide calo-porteur en fonction des variations d'intensité solaire. 5 - appareil selon la revendication 1 caractérisé encre que le réflecteur est formé de facettes triangulaires, dans- leurs positions constituant deux foyers convergents. 6 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la premier chaudière est constituée d'un tube métallique au bout évasé contenant de huile et un corps de chauffe en spirale se positionnant perpendiculairement au réflecteur. Pour un aventuel danger de surpression la premier chaudière comporte aussi une valve de sécurité. 7 - Appreil s elon la revendication 1 caractérisé par le fait que la deuxième chaudière est constituée 9e deux disques concaves qui enferment une spirale provoquant un circuit et chauffe nrogressivement le fluide calo-porteur. - Appareil selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'antique simple convexe présente une partie bombée face au réflecteur. r - Appareil selo-n l'une queLconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que le réflecteur ; les deux chau dieres et l'optique de correction et monté pivotant sur un axe horizontal et vertical, constitué par un bâti métal lique et supporté par un socle à roulements et actionné par un vérin hydraulique. 1C- Appareilselon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait qutun circuit électronique de mise È- pour, pilote' par une cellule photo-résistante agit sur un seuil fixe positionnant, le soir, l'appareil à l'Est et annulant la poursuite, l'annulation de la poursuite est remise en vigueur au lever du soleil.