Brevet FR2488378A1 — publié le 19820212

Installation pour la concentration de l'énergie du rayonnement solaire La présente invention-concerne une installation pour la concentration de l'énergie du rayonnement solaire, colpor- tant une tour présentant un puits à lumière et un récepteur pour le rayonnement dispos en dessous, une multitude de ré- flecteurs primaires placés autour de cette tour, qui concen- trent le rayonnement solaire incident ainsi qu'un dispositif réflecteur secondaire appliqué au-dessug du puits k lumière. On connatt ule installation de ce genre pour ltutili- sation de l'énergie solaire d'après la demande de brevet allemande à l'inspection publique n 28 01 674. Dans celle-ci un certain nombre dthéliostats servant de réflecteurs primai- res, au millet desquels se trouve une tour, est placé sur le toit d'un bâtiment. La partie inférieure de la tour est formée par un puits à lumière verticale, cylindrique, sur lequel dans le prolongement de l'axe, est posez une charpente qui porto L son extrémité supérieure un miroir concave vu par dessous.Les divers héliostats sont orientés selon la position du soleil de telle façon qu'ils dévient la lumière solaire incidente dans la direction du miroir concave placé à l'extrémité supérieure de la tour. Les distances focales des héliostats sont en outre déterminées de façon à ce que leurs foyers se confondent par 11 orientation appropriée avec le foyer du miroir concave qui sert de dispositif réflecteur secondaire. L'énergie incidente du rayonnement est réfléchie par ce réflecteur secondaire unique perpendiculairement vers le bas à travers le puits à lumibre, vers le récepteur de rayonnement. Le puits B lumière peut store métallisé à l'intérieur, pour réfléchir plus loin les rayons tombant au moins obliquement. Cette installation connue destinée à l'utilisation de l'énergie solaire présente certains inconvénients0 Par exemple, le nombre dthéliostatrA utilisables et, par conséquent, la puits sance du rayonnement absorbé, sont relativement faibles. La forme géométrique proposée du réflecteur secondaire unique fait que seul le rayonnement des héliostats placés relativemént proches de la tour peut être réfléchi dans le puits à lumière. Le rayonnement provenant des héliostats plus éloignés ne peut plus entre capté qu'en partie, car il tombe déåW dans la région du bord du réflecteur secondaire unique. La présente invention a pour objet, tout en évitant les inconvénients mentionnés, de fournir une installation du type mentionné au début, qui permet d'utiliser un champ aussi étendu que possible de réflecteurs primaires (héliostats) et ainsi une puissance du rayonnement aussi grande que possible peut titre captée. Cet objet est réalisé selon la présente invention par le fait que le dispositif réflecteur secondaire présente un certain nombre de réflecteurs secondaires courbe, séparés, que la multitude de réflecteurs primaires est subdivisée en groupes et que chaque groupe est associé à un des réflecteurs secondaires de façon que les imagea du soleil formées par les divers réflecteurs primaires de chacun des groupes soient projetées par les réflecteurs secondaires respectifs, environ dans le plan de l'orifice supérieur du puits à lumière. Â la place d'un dispositif réflecteur secondaire unique, formant une surface géométrique fermée, se substitue alors un certain nombre de réflecteurs secondaires courbes, séparés. Chacun de ces réflecteurs secondaires est orienté vers un groupe de réflecteurs primaires qui lui est associé. Chaque réflecteur primaire peut Stre réglé d'une façon optimale sur son réflecteur secondaire associé, où la distance focale en fonction de l'écartement est choisie à chaque fois de façon B ce que le disque solaire soit formé environ dans le plan de l'ouverture supérieure du puits k lumire. Ceci ne peut store atteint exactement à chaque fois que pour le réflecteur primaire disposé sensiblement au centre d'un groupe, où les empla céments des images du soleil renvoyées par les autres réflec- teurs primaires d'un groupe, par interposition du réflecteur secondaire associé, sont situés à chaque fois légbrement au-dessus ou en dessous du plan mentionné À l'aide du dispositif conforme k la présente invention et du dispositif de guidage des rayons, on parvient à concentrer l'énergie totale de rayonnement renvoyée par les miroirs sur une surface aussi petite que possible, et k réaliser la section transversale de préférence circulaire de l'ouverture supérieure du puits k lumière aussi étroite que possible.Il est possible tout simplement d'utiliser un champ très grand de réflecteurs primaires (champ d'héliostats), étant donné quota chacun des groupes de réflecteurs primaires obtenus à partir de la subdivision, peut être associé un réflecteur secondaire orienté d'uno façon optimale. Dans le perfectionnement avantageux de la présente invention, il est proposé de monter les réflecteurs secondaires sur une structure porteuse en forme de cuvette, convexe par rapport au puits à lumière, de façon k ce que les groupes de réflecteurs primaires plus éloignés de la tour soient associés aux réflecteurs secondaires plus proche du bord de la structure porteuse en forme de cuvette. Un dispositif de ce genre est adapté au mieux k un champ de réflecteurs -a"'es environnant la tour de tous côtés. Les réflecteurs secondaires se succèdent ici sur des lignes périphériques circulaires de la structure en cuvette, ce qui fait que les diamètres des réflecteurs augmentent depuis le milieu jusqu'au bord Cela tient au fait que les réflecteurs secon- daires plus proches du bord de la structure en cuvette sont associés aux groupes placés plus éloignés dans le champ des réflecteurs primaire, groupes dont les réflecteurs présentent de plus grandes distances focales et créent ainsi de plus grandes images du soleil aussi bien les réflecteurs primaires que les réflec- teurs secondaires sont avantageusement sphériques, car cette forme est la plus simple k fabriquer. Théoriquement, les réflecteurs secondaires doivent avoir la forme de segments paraboloSdes de révolution, mais ils peuvent Btre voisins d'un segment sphérique à l'intérieur de limites permises La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après en référence aux dessins ci-annexé sur lesquels s la figure 1 est un schéma de principe de l'installation conforme à la présente invention avec la marche des rayons t la figure 2 est une représentation schématique atun dispositif de réflecteurs secondaires t la figure 3 est une représentation sectorielle schématique d'un champ d'héliostats subdivisé en groupes de réflecteurs primaires La figure 1 comporte une tour i avec une structure porteuse 2 placée sur une eharpente 3 pour des réflecteurs secondaires Est représentéen outre une marche des rayons qui est ramenée aux rayons marginaux des hdliostats 6 et 7 tombant parallèle ment à partir dtun point de la surface du soleil0 Les rayons parallbles incidents sont concentrés par les surfaces sphériques des héliostats tout d'abord à la surface de leur foyer. Etant donné que les rayons provenant de points opposés du disque solaire tombent sous des angles nettement différents, à la surface des foyers des réflecteurs primaires se forment des images du soleil à partir desquelles les réflecteurs secondaires (non représenté) appliqués sur la structure porteuse 2 forment à leur tour des images environ dans le plan de l'orifice supérieur 9 de la tour i. La marche des rayons continue ensuite plus loin à l'intérieur du puits à lumière 4, où se produit d'autant plus de réflexions sur sa paroi interne métallisé que les héliostats correspondants sont éloignés davantage de la tour. Le récepteur 5 de rayonnement est muni de dispositifs classiques pour éliminer la chaleur.Il peut s'agir par exemple de tubes traversés par un liquide, reliés de façon à bien conduire la chaleur à des surfaces absorbantes. Le liquide peut Stro vaporisé et la vapeur peut être amenée à une turbine reliée à un générateur. Mais il est également possible de conserver le liquide chauffé dans un réservoir bien isolé pour utiliser la chaleur d'une autre façon. Sur la figure 2 est représentée schématiquement une structure porteuse 2 en forme de cuvette. Sur cette structure porteuse sont appliqués des réflecteurs secondaires 8 sphériques sur des lignes périphériques circulaires 10. Ces réflecteurs apparaissent par suite du raccourcissement Qtt k la perspective, sous forme d'une ellipse* mais ils ont la forme de segments shpériques circulaires avec des diambtres croissants depuis le milieu de la structure porteuse jusqu'8 son bord. Parmi les réflecteurs secondaires placés uniformément sur le pourtour de la structure porteuse, seuls quelquesuns sont représentés pour plus de clarté.Les réflecteurs secondaires peuvent titre ajustes séparément k chaque fois sur un groupe associé des héliostats. Leur orientation dépend par conséquent de la disposition des réflecteurs primaires (héliostats) et du type de subdivision en groupes du champ dthéliostats. Dans une disposition du champ une fois choisi, le réglage des réflecteurs secondaires reste en principe constant.Par contre, pour les réflecteurs priiaires, un système de post-guidage est nécessaire pour tenir compte de la position du soleil variable pendant le jour et pendant l'année La figure 3 représente schématiquement un secteur d'un champ d'hiliostats.Les héliostats individuels -6 sont rassemblés en groupes 11, 12, 13 et 14, qui sont disposés autour d'une tour. Cette tour est représentée par une ligne périphé rique circulaire 10 de sa structure porteuse 2.Sont représentés quatre réflecteurs secondaires 8, 8t, 8" et 8"' appliqués sur cette ligne périphérique 10, réflecteurs qui sont associés à chaque fois respectivement aux groupes d'héliostats 12, 12t, 12" et 12"', Les réflecteurs secondaires et les groupes d'héliostats qui leur sont associés sont situés à chaque fois dans la mime direction radiale. ainsi, on obtient un angle d'incidence du rayonnement, aussi favorable que possible, sur les réflecteurs secondaires dont la surface réfléchis- sante est ainsi exploité d'une façon optimale. ainsi, le plus grand nombre possible de réflecteurs secondaires peut Autre disposé sur le pourtour de la structure porteuse.En dehors de la ligne périphérique 10 représentée, sur laquelle se sueebdent bien entendu plus des quatre réflecteurs secondaires 8 k 8"' représentés, avec une représentation tridimensionnelle on obtient d'autres lignes périphériques concentriques en dessous et au-dessus du plan du dessin. ainsi, en dessous du plan du dessin se trouve une ligne périphérique circulaire ayant un diamètre plus faible comportant des réflecteurs secondaires qui sont associés aux groupes dthéliostats 11. Àu-dessus de la ligne périphérique 10 se trouvent deux autres lignes périphé- riques circulaires de plus grand diamètre comportant des réflecteurs secondaires qui sont associe aux groupes d'hélios tats 13 et 14. Avec des diamètres croissants des lignes périphériques, le nombre de réflecteurs secondaires montés en série sur ces lignes, augmente pour un écart angulaire simultanéient croissante Les groupes d'héliostats portant les repères 11, 12, 13 et 14 sont orientés dans la direction Nord-Sud. REVENDICATIONS 1. Installation pour la concentration de l'énergie du rayonnement solaire comportant une tour présentant un puits à lumière et un récepteur de rayonnement disposé en dessous, une multitude de réflecteurs primaires placés autour de cette tour, concentrant le rayonnement solaire incident ainsi qu'un dispositif réflecteur secondaire appliqué audessus du puits à lumière, caractérisée par le fait que le dispositif réflecteur secondaire présente un certain nombre de réflecteurs secondaires courbes, séparés, que la multitude de réflecteurs primaires est subdivisée en groupes et que chaque groupe est associé k chaque fois à un des réflecteurs secondaires de façon à ce que les images du soleil formées par les divers réflecteurs primaires de chacun des. groupes soient projetées par les réflecteurs secondaires respectifs environ dans le plan de l'orifice supérieur du puits à lumière. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les réflecteurs secondaires sont montés sur une structure porteuse en forme de cuvette, convexe par rappartb au puits à lumière de façon B ce que les groupes de réflecteurs primaires éloignés davantage de la tour soient associés aux réflecteurs secondaires plus proches du bord de la structure porteuse en forme de cuvette0