Brevet FR2505463A1 — publié le 19821112

Dispositif de poursuite pour ltorientation continue de collecteurs solaires. L'invention concerne un dispositif de poursuite pour l'orientation continue de collecteurs solaires tels que des panneaux solaires, des concentrateurs solaires et des miroirs paraboliques réfléchissants pour chaudières solaires et particulièrement, un dispositif capable de maintenir un collecteur solaire en position pratiquement perpendiculaire aux rayons du soleil à tout moment en assurant en même temps la commande du collecteur aussi bien en élévation qu'en azimut. I1 est connu que pour une utilisation correcte des collecteurs solaires, ceux-ci doivent être placés dans une position pratiquement perpendiculaire aux rayons incidents de façon que le flux de rayonnement traversant le collecteur soit aussi grand que possible. Etant donné que selon l'heure et la saison, l'angle d'incidence du rayonnement solaire au sol varie continuellement à cause de la rotation de la terre et l'oblicité de l'axe terrestre, il est nécessaire de disposer d:un mécanisme de poursuite qui, en faisant varier continuellement la position du collecteur, le maintienne constamment tourné vers le soleil et perpendiculaire aux rayons de celui-ci.Ce mécanisme doit donc régler l'orientation du collecteur aussi bien en élévation qu'en azimut en prenant comme référence la position de montage du collecteur (terrain dégagé, toit d'une maison, colline etc...). On connait de nombreux dispositifs capables de jouer ce rote. En particulier, les dispositifs connus disposent tous de deux moteurs indépendants l'un pour régler l'orientation en azimut du collecteur (c'est-à-dire pour faire tourner celui-ci autour d'un axe pratiquement perpendiculaire au plan sur lequel on monte le collecteur) et l'autre pour en régler l'élévation (c'est à-dire pour faire varier l'inclinaison du collecteur relativement au plan de montage susdit).Les moteurs sont asservis à une centrale appropriée, mécanique ou électrique, qui, sur la base de la position réelle ou prévue du soleil, commande la rotation des moteurs et oriente le collecteur dans la position correcte. Les dispositifs décrits ne sont pas exempts d'inconvénients. En particulier, l'utilisation de deux moteurs distincts pour le réglage en élévation et en azimut nécessite une centrale de type complexe et perfectionné qui soit capable de coordonner le mouvement des deux moteurs et de relever et de compenser des déphasages de fonctionnement, même minimes, qui tendraient autrement à croitre à cause du caractère cyclique du mouvement. Ces centrales sont donc de construction compliquée et peu économique. En outre, selon les saisons, le mouvement solaire subit des modifications notables de sorte qu'il est nécessaire d'assurer périodiquement une compensation manuelle ou automatique du dispositif de pour. suite en intervenant sur la centrale. Cette nécessité en complique davantage la réalisation concrète. En définitive, les dispositifs de poursuite connus sont très coûteux, de réalisation compliquée et leur utilisation et leur entretien ne sont pas simples. Le but de l'invention est donc de réaliser un dispositif de poursuite pour l'orientation continue de collecteurs solaires qui soit exempt des inconvénients décrits et qui, en particulier, puisse être commandé au moyen d'un seul moteur. L'invention propose un dispositif de poursuite pour l'orientation continue de collecteurs solaires, du type conçu pour assurer simultanément la commande du collecteur solaire aussi bien en élévation qu'en azimut relativement 9 un plan horizontal, comprenant un moteur de réglage de la position en azimut du collecteur, des moyens de soutien du collecteur conçus pour tourner autour d'un premier axe pratiquement perpendiculaire au plan horizontal et des moyens de transmission du moteur aux moyens de soutien, dispositif caractérisé par le fait que le collecteur solaire est monté sur les moyens de soutien de manière à tourner solidairement de ceux-ci autour du premier axe et à tourner autour d'un deuxième axe pratiquement perpendiculaire au premier, vers une position parallèle au plan horizontal, un tirant pratiquement rigide de longueur prédéterminable étant relié par une première extrémité au collecteur et par une deuxième extrémité à un premier lien pouvant être fixé relativement au plan mentionné et disposé en position excentrique relativement au premier axe mentionné, de manière à faire varier à chaque instant, à cause de la rotation en azimut du collecteur, la position en élévation de ce dernier pour le maintenir pratiquement perpendiculaire aux rayons solaires. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on donne maintenant une description d'un mode d'exécution de celle-ci, à propos des dessins annexés sur lesquels - La figure 1 est un plan d'un collecteur solaire constitué par un panneau solaire plan asservi à un dispositif de poursuite réalisé selon les principes de l'invention et - La figure 2 est une coupe suivant le plan de trace II-II de la figure 1, montrant le panneau et le dispositif de poursuite. Sur les figures 1 et 2, on a indiqué par la référence générale I un dispositif servant à tirer parti de l'énergie solaire et comprenant un collecteur solaire quelconque 2 de type connu (par exemple un panneau solaire plan) et qui n'est donc pas décrit, un bâti fixe de soutien 3 et un dispositif de poursuite 4 du mouvement solaire relatif, conçu pour commander le positionnement du collecteur 2 aussi bien en azimut qu'en élévation, c'est-à-dire pour faire tourner le collecteur 2 autour d'un premier axe pratiquement perpendiculaire à un plan horizontal 5 et simultanément autour d'un deuxième axe pratiquement parallèle au plan 5 susdit. Le dispositif 4 comprend un moteur 6, avantageusement électrique, une tige 7 montée sur le bâti 3 en position pratiquement perpendiculaire au plan 5, de manière à pouvoir tourner autour de son propre axe, et solidaire en torsion du panneau 2, des moyens de transmission de mouvement 8 du moteur 6 à la tige 7 et un tirant rigide 9 dont les extrémités sont fixées respectivement au collecteur 2 et au bâti 3. Le bâti 3 a la forme d'un tronc de pyramide et comprend une plaque de base 10, pratiquement de forme triangulaire, une plaque intermédiaire 11 et une plaque de tête 12, réunies rigidement entre elles par des montants 14 disposés sur les sommets 15 des plaques 10, 11 et 12 et constitués par des barres profilées en T. Le bâti 3 est fixe relativement au plan horizontal 5 et a pour rôle de supporter le collecteur solaire 2 et le dispositif 4 ; il peut donc avoir toute autre forme appropriée du moment qu'il permet la rotation du collecteur 2 parallèlement au plan 5. Aux plaques 11 et 12 sont fixées solidairement des ensembles de soutien 16 dans lesquels la tige 7 est montée folle au moyen de roulements 18. La tige 7 est munie d'une poulie dentée 19 qui en est solidaire en torsion et qui reçoit du moteur 6 un mouvement de rotation synchronisé avec la vitesse apparente du soleil, par l'intermédiaire d'un arbre de sortie 20 d'un réducteur 21 de type connu relié par une courroie crantée 22 à la poulie 19. Le moteur 6 est de type connu, il est supporté par la plaque 11 et permet de réaliser la poursuite en azimut du soleil le long de sa trajectoire.Cela ne nécessite pas de systèmes perfectionnés de régulation de la vitesse étant donné que pendant des périodes discontinues assez longues (jours, semaines), la vitesse apparente du soleil ne varie que de façon presque insensible et de toute façon insuffisante pour altérer sensiblement le rendement du collecteur solaire 2. I1 est donc suffisant de corriger périodiquement (par exemple par une intervention manuelle) la vitesse de rotation du moteur pour l'adapter à la variation des saisons. Le collecteur solaire 2 tourne solidairement de la tige 7, parallèlement au plan 5, étant donné qu'il est monté sur un étrier 23 solidaire en torsion de la tige 7 sur laquelle il est monté radialement au moyen d'un pivot quadrangulaire 24 faisant corps avec la tige 7 et planté dans l'étrier. En particulier, le collecteur 2 est articulé à une extrémité fourchue 25 de l'étrier 23, gracie à un pivot 26 pratiquement parallèle au plan 5 et auquel sont reliées des oreilles 27 solidaires d'une paroi postérieure 28 du collecteur 2, opposée à une paroi 29 de captage des rayons solaires.Les oreilles 27 sont placées dans une position telle que le collecteur 2 est pratiquement perpendiculaire à l'étrier 23, le centre de gravité G étant disposé au-dessus du pivot 26 et désaxé relativement à celui-ci, dans une mesure prédéterminée d, de façon que la force de gravité oblige le collecteur 2 à tourner autour du pivot 26 dans le sens de la flèche (figure 2) vers une position, non représentée, pratiquement parallèle au plan 5. Des contrepoids éventuels 30 placés dans une position appropriée permettent de déplacer le centre de gravité G dans la position susdite, y compris dans des conditions de liaison différentes. Au mouvement de renversement du collecteur 2 s'oppose le tirant 9 qui est donc constamment maintenu sous tension. I1 se compose de deux éléments rigides 31 et 32 de longueur prédéterminée, réunis entre eux par un manchon tendeur 33. De cette manière, on peut faire varier la longueur totale du tirant 9 en agissant sur le manchon 33 et en réglant ainsi l'inclinaison du collecteur 2 relativement au plan 5. Le tirant 9 est fixé par une première extrémité 34 à un lien 35 solidaire du collecteur 2 et par une deuxième extrémité 36 à un lien 37 pouvant être relié solidairement à un montant 14 du bâti 3. Les liens 35 et 37 doivent permettre trois degrés de liberté et sont tous deux constitués par un joint à cardan 38 monté de manière à pouvoir tourner respectivement dans un plateau 39 fixé solidairement au collecteur 2 et dans un plateau 40 fixé au montant 14.Dans un mode d'exécution non représenté, ils sont constitués par contre par des joints sphériques de diamètre approprié. A cause de la présence du tirant 9, le collecteur 2 ne peut pas accomplir de rotations complètes autour de la tige 7 mais peut seulement se mouvoir le long d'un arc de cercle entre une première position prédéterminée, par exemple celle qui est représentée sur les figures 1 et 2, et une deuxième position prédéterminée, symétrique de la première et décalée relativement à celle-ci d'un angle prédéterminé proportionnel à l'arc parcouru par le soleil ; cet angle est en moyenne de 180 , de toute façon il est généralement inférieur à 2700.Cela est rendu possible par la position des liens 35 et 37 dont le premier doit être situé dans le plan où est situé l'étrier 23 et est fixé au collecteur 2 à l'endroit de la ligne médiane et dont le deuxième doit être situé dans un plan passant par l'axe de la tige 7 et orthogonal au plan où est situé le lien 35 quand le collecteur 2 se trouve dans la première (ou la deuxième) position prédéterminée susdite. Pour permettre le retour du collecteur 2 à la fin de la course, il est prévu un interrupteur automatique non représenté qui, à la fin d'une fraction de tour prédéterminée de la tige 7, inverse le mouvement du moteur 6. Le fonctionnement du dispositif décrit est le suivant. Le moteur 6 fait tourner le collecteur 2 parallèlement au plan 5 à une vitesse qui peut être prédéterminée manuellement ou automatiquement de façon connue et qui est synchronisée avec la vitesse apparente à laquelle le soleil décrit sa trajectoire. Donc, si l'on dispose l'ensemble 1 de façon que le collecteur 2, dans la position représentée par la figure 1 ou en tout cas dans la première position prédéterminée susdite, soit orienté vers l'est au lever du soleil, le collecteur 2 sera mis en rotation de manière à rester toujours orienté en azimut vers le soleil tout le long de sa trajectoire. Toutefois, la position du soleil varie, relativement au plan 5, non seulement en azimut mais aussi en élévation, étant donné qu'il tend vers une hauteur maximale qu'il atteint à midi pour baisser ensuite à nouveau suivant une trajectoire symétrique. L'orientation en élévation du collecteur 2, de manière à le maintenir toujours perpendiculaire aux rayons incidents du soleil, s'effectue en vertu de son mouvement de rotation en azimut. En effet, étant donné que le lien 37 est excentrique par rapport à l'axe d'orientation de la tige 7, quand le collecteur 2 parcourt la première moitié de sa trajectoire en se rapprochant du lien 37, la distance entre les liens 35 et 37 diminue, desserrant le tirant 9 qui, étant la seule entrave à la rotation du collecteur 2 autour du pivot 26 sous l'action du poids du collecteur 2 luimême, permet à celui-ci de tourner dans le sens de la flèche (figure 2) en se plaçant dans une position moins oblique relativement au plan 5 et compensant donc la variation de hauteur du soleil relativement à ce plan. Dans la deuxième partie de trajectoire, les liens 35 et 37, après avoir atteint leur position la plus rapprochée lors de la position du soleil à midi, s'éloignent et le tirant 9 rappelle le collecteur 2 vers la position verticale, le faisant tourner en sens opposé.Etant donné que le lien 35 se trouve au milieu du collecteur 2 et que le lien fixe 37 est situé le long de labissectricede l'angle parcouru par le collecteur 2 dans sa rotation horizontale, le mouvement composé de celui-ci est symétrique et exactement synchronisé avec celui du soleil. Pour compenser la variation de l'angle d'incidence des rayons solaires avec les saisons, il suffit d'agir sur le manchon 33 qui, en faisant varier la longueur du tirant 9, fait varier l'inclinaison de fin de course du collecteur 2. D'après ce que l'on a décrit, les avantages de l'invention sont évidents. En particulier, elle permet de réaliser un dispositif de poursuite pour l'orientation de collecteurs solaires actionné au moyen d'un seul moteur. Cela permet une économie notable et une simplification sensible de la construction. En outre, le moteur et éventuellement'la centrale de commande automatique doivent assurer seulement le réglage en azimut, beaucoup plus simple que le réglage en élévation qui, par contre, s'effectue automatiquement et avec synchronisation constante par suite du mouvement de rotation, grâce à l'action du tirant et à celle de la force de gravité sur le collecteur solaire. En définitive, le dispositif selon l'invention est de réalisation plus économique que les dispositifs connus, de fonctionnement efficace et d'entretien et de réglage simples. D'après ce que l'on a décrit, il est clair en outre que l'on peut apporter des modifications au dispositif selon l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. En particulier, la rotation du collecteur 2 autour du pivot 26 peut être commandée directement par le tirant 9 qui, s'il a une rigidité suffisante, peut jouer le rôle de contrefiche, en faisant précisément tourner le collecteur 2 vers une position horizontale à mesure que célui-ci, tournant parallèlement au plan 5,rapproche les points de liaison 35 et 37. Dans ce cas, il n'est évidemment.pas nécessaire que le centre de gravité G du collecteur 2 se trouve dans la position de la figure 2 et les contrepoids 30 ne sont pas nécessaires non plus. Ainsi, le collecteur 2 ne subit pas le moment de renversement du vent. En outre, en cas de nécessité (obstacles naturels ou artificiels), les liens 35 et 37 peuvent être disposés de façon-quelconque, en obtenant aussi des trajectoires asymétriques. Enfin, le lien 37 peut être rendu réglable si le plateau 40 est monté solidairement d'un manchon pouvant coulisser dans un trou pratiqué dans le montant 14 perpendiculairement à sa surface et pouvant être fixé dans celui-ci par des moyens appropriés (cales, vis etc.). De cette manière, on peut exécuter un réglage de principe de la position en élévation du collecteur 2 en affectant le manchon 33 seulement au réglage micrométrique. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de poursuite pour l'orientation continue de collecteurs solaires, du type conçu pour assurer simultanément la commande du collecteur solaire (2) aussi bien en élévation qu'en azimut relativement à un plan horizontal (5), comprenant un moteur (6) de réglage de la position en azimut du collecteur !2) des moyens de soutien (7, 23) du collecteur (2) conçus pour tourner autour d'un premier axe (7) pratiquement perpendiculaire au plan horizontal (5) et des moyens (8) de transmission du moteur (5) aux moyens de soutien (7, 23) dispositif caractérisé par le fait que le collecteur solaire (2) est monté sur les moyens de soutien (7, 23) de manière à tourner solidairement de ceux-ci autour du premier axe et à tourner autour d'un deuxième axe (26) pratiquement perpendiculaire au premier, vers une position parallèle au plan horizontal (5), un tirant (9) pratiquement rigide de longueur prédterminable étant relié par une première extrémité (34) au collecteur (2) et par une deuxième extrémité (36) à un premier lien (37) pouvant être fixé relativement au plan mentionné (5) et disposé en position excentrique relativement au premier axe mentionné, de manière å faire varier à chaque instant, à cause de la rotation en azimut du collecteur (2), la position en élévation de ce dernier pour le maintenir pratiquement perpendiculaire aux rayons solaires. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le collecteur (2) décrit une trajectoire symétrique le long d'un arc de cercle, que le premier lien (37) est disposé à l'endroit de la bissectrice de l'ansle sous-tendu parc l'arc de cercle mentionné, et que la première extrémité (34) du tirant (9) est fixée au collecteur (2) au moyen d'un deuxième lien (35) situé dans le même plan que le premier axe. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le premier lien (37) et le deuxième lien (35) possèdent trois degrés de liberté et se comportent comme des joints sphériques. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chacun des premier (37) et deuxième (35) liens est constitué par un joint à cardan (38) libre de tourner respectivement dans un oremier plateau f4ns pouvant ne fixer solidairement à un bâti (3) fixe relativement au plan horizontal (5) et dans un deuxième plateau (39) fixé solidairement à une paroi (28) du collecteur (2). 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la longueur du tirant (9) est proportionnelle à l'angle moyen d'incidence des rayons solaires relativement au plan horizontal (5). 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le moteur (6) tourne à une vitesse préaéterminable,proportionnelle au parcours de l'arc solaire, de façon que le mouvement en azimut du soleil et du collecteur (2) relativement au plan horizontal (5) soient synchrones. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le tirant (9) comprend des moyens (33) permettant de faire varier de façon prédéterminée la longueur de celui-ci. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le tirant (9) comprend un premier (31) et un deuxième (32) éléments de longueur prédéterminée, reliés entre eux par un manchon tendeur (33). 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les moyens de soutien comprennent un étrier (23) relié en torsion à une tige (7) montée folle sur le bâti fixe t3) et coaxiale au premier axe, le collecteur (2) étant articulé à l'étrier (23) au moyen d'un pivot (26) coaxial au deuxième axe de façon que le centre de gravité (G) du collecteur (2) soit disposé au dessus du pivot (26) et désaxé relativement à ce dernier, de sorte que le collecteur (2) tourne autour du deuxième axe sous son propre poids. 10.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le tirant est conçu pour jouer le rôle d'une contrefiche en poussant le collecteur (2) à tourner autour du deuxième axe en vertu de la rotation du collecteur (2) autour du premier axe. 11.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend un interrupteur conçu pour inverser le mouvement du moteur (6) au bout d'une fraction de tour prédéterminée de la tige (7).