Brevet FR2521292A1 — publié le 19830812

L'invention concerne un détecteur de soleil comportant au moins deux détecteurs photovoltalques dont les surfaces sensibles sont inclinées par rapport à la direction du soleil. Dans de nombreux procédés relatifs à la captation de l1énergie solaire, ou au contraire à la protection thermique contre les effets du soleil, il est nécessaire de connattre avec une précision relative la position du soleil dans le ciel, soit en orientation, soit en altitude, soit les deux. Les dispositifs actuellement connus sont relativement complexes et ne permettent pas d'être intégras éco nomiqueoeent dans des utilisations courantes au niveau du logement par exemple. Un système suiveur de soleil est connu, par exemple, du brevet français nO 2.435.078. Le dispositif se compose d'une platine carrée supportée par une suspension cardan dont les axes perpendiculaires sont entratnés par des servomoteurs. Chaque côté de la platine porte une cellule, inclinéé par rapport à la verticale, dont la surface sens i- ble est tournée vers l'extérieur. Les cellules fixées sur deux côtés opposés déterminent donc des axes d'orientation Nord-Sud et Zst-Ouest. Au centre du dispositif est disposé un bottier cylindrique comportant un trou central muni d'une optique. Le fond du boltier porte quatre cellules photo vol talques qui reçoivent le rayon lumineux provenant de l'optique d'entrée.Les cellules extérieures servent à faire un pointage approximatif de la source lumineuse. Ce pointage est amélioré par les cellules disposées dans le fond du bottier qui délivrent une tension proportionnelle à leur éclairement. Les tensions des quatre cellules sont comparées par un dispositif électronique qui envoie des signaux de commande aux servomoteurs pour orienter la platine perpendiculairement à la source lumineuse. Le système décrit permet de déterminer avec une bonne précision la position du soleil, mais comporte un nombre de constituants importants dont la protection con tre les agents atmosphériques est difficile à assurer. En outre, il ne peut être intégré à un élément ou ensemble mobile de faibles dimensions. Un dispositif plus simple est décrit dans le brevet français n 2.403.525, dans lequel quatre cellules dia métralement opposées sont fixées au bord du miroir parabolique d'une chaudière héliothermique. Lorsque le miroir n'est pas dans l'axe du soleil, il porte ombre sur au moins une cellule. Les tensions des cellules sont comparées par des moyens électroniques qui commandent les organes de pointage du miroir. L'invention a pour objet la réalisation d'un détecteur compact, simple, de faible encombrement susceptible être porté par l1élément ou le dispositif dont l'orientation est fonction de la direction du soleil ou de l'illku- mination maximum. Il est destiné à contrôler, par exemple, l'orientation de lames mobiles de protection solaire dont l'axe serait,soit dans un plan horizontal, soit dans un plan vertical, de telle sorte que leur ombre portée soit minimum (récupération d'énergie) ou maximum (protection 50- laire).Il est également destiné à donner une orientation optima à des capteurs solaires placés en terrasses ou sur le sol, à toute période du jour et de l'année, afin dwobte- nir un rendent maximum et d'éviter ainsi les pertes non négligeables relatives aux capteurs fixes plein Sud dont le rendement le matin et le soir baisse considérablement du fait de leur fixité. Les explications et figures données ci-après, à titre d'exemple, permettront de comprendre cotent l'inven- tion peut être réaliste. La figure 1 représente une vue perspective d'une première forme de réalisation du détecteur selon l'invention. La figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'une deu xiéme forme de réalisation du détecteur. La figure 4 est une vue en perspective d'une troisième forme de réalisation du détecteur. Le détecteur de soleil, selon la réalisation représentée figure 1, se présente extérieurement sous l'aspect d'un volume fermé, creux ou constitué d'un matériau transparent, présentant deux faces 1 et 2 formant un dièdre. Sur les surfaces intérieures des faces 1 et 2 sont fixés des détecteurs photovoltarques 3 et 4 dont les surfaces sensibles sont dirigées l'une vers l'autre. La surface sensible des détecteurs est constituée d'un élément rectangulaire de dimensions correspondantes ou de plusieurs éléments disposés côte à côte, reliés électriquement les uns aux autres, couvrant au moins partiellement les surfaces intérieures des faces 1 et 2. Le dièdre est fermé par une troisième face opaque 5 perpendiculaire au plan bissecteur présentant symétriquement de part et d'autre du plan une zone 6 transparente au rayonnement solaire. Les côtés 7 et 8, fermant les côtés triangulaires du détecteur, sont au moins en partie opaques. Le détecteur est utilisé en disposant l'ar & e du dièdre selon la direction horizontale Est Ouest (E-O) ou verticale, la face 5 étant orientée au sud, ces directions correspondant à la direction de l'axe de rotation des éléments mobiles devant être commandés. Lorsque le détecteur est aligné selon la direction Est Ouest et plus particulièrement lorsque le soleil est bas sur l'horizon en été, les surfaces mobiles ne pourront être atteintes par le rayonnement qu'à partir du moment où le soleil est à l'Est et jusqu'a l'Ouest. Afin d'éviter cet inconvénient, la zone transparente formée sur la face avant 5 du détecteur est prolongée sur les côtés triangulaires 7 et 8. Selon une variante de réalisation, les côtés 7 et 8 sont inclinés symétriquement par rapport à l'axe de symétrie du dièdre et en sens contraire par rapport au dièdre, c'est-à-dire vers l'intérieur, les faces dirigés vers l'intérieur étant rendues réfléchissantes. Ainsi, dès que le rayonnement solaire n'est plus tangent à la face 5, il pénètre dans le détecteur par la fente 6 et est réfléchi par les surfaces réfléchissantes intérieures des faces triangulaires 7 et 8 vers la ou les surfaces sensibles. Cette variante avec faces réfléchissantes peut être utilisée seule, c'est-à-dire avec une zone transparente s'étendant seulement sur la face avant 5 du dièdre ou en combinaison avec une zone transparente prolongée sur les deux côtés 7 et 8. Si les détecteurs photovoltatques 3, 4 sont adjacents, c'est-à-dire si leurs bords forment l'arête du dièdre, le réglage du détecteur sera obtenu à partir des différences d'éclairement de chaque détecteur. Une solution plus simple est obtenue en prévoyant une zone neutre 9, ne comportant pas de surfaces sensibles au rayonnement, disposée près de l'arête du dièdre perpendiculairement à son axe de symétrie. Cette zone correspond, par exemple, b la fente 6 et sépare les détecteurs 3 et 4. Selon le rapport de la largeur de la fente à celle de la zone neutre, le fonctionnement pourra être continu,si la largeur de la fente 6 est supérieure 'ou égale à la largeur de la zone neutre, ou discontinu, si la largeur de la fente 6 est inférieure à la largeur de la zone neutre. Cette zone neutre peut être obtenue soit en limitant les dimensions des détecteurs, soit en recouvrant la surface sensible par un cache plus ou moins important ce qui permet le fonctionnement continu ou discontinu. Le mode de fonctionnement d'un détecteur de soleil comportant une zone neutre ou insensible est le suivant. Le rayonnement solaire tombant sur, par exemple, le détecteur 3 donne naissance à une tension qui est envoyée à l'entrée d'un circuit électronique. Un tel circuit en soi connu comporte schématiquement un amplificateur et un relais comandant la rotation d'un moteur d'entratnement du dispositif solaire. Lorsque le détecteur ne comporte pas de zone neutre la tension du détecteur 3 est comparée à la tension du détecteur 4---- supposée différente puisque plus ou moins éclairé.La différence des deux tensions et le sens de cette différence soeit envoyés à un relais qui commande le moteur d'entratnement. Le dispositif solaire, duquel est solidaire le détecteur, est déplacé Jusqu'à ce que; la tension ou la différence entre les tensions des détecteurs 3 et 4 soit nulle. Le moteur d'entraînement s'arrête alors jusqu'au moment où le soleil a changé de position, le rayonnement atteignant par exemple le détecteur 4. Le même cycle se reproduit alors. Dans les cas d'ascension ou de déclin du soleil, un seul détecteur sera soumis au rayonnement, la temporisation de la remise en marche du moteur ne dépendra plus alors que de l'inertie du dispositif solaire et de son moteur d'entrainement. Cette inertie peut d'ailleurs être déterminée par un circuit de temporisation du moteur ou par la définition d'un seuil de tension pour la mise en marche du moteur. Afin de permettre une mise en oeuvre aisée du détecteur, il est prévu, selon son axe de symétrie, des moyens de fixation et de connexion électrique constitués, par exemple, par une prise 10, aux broches Il de laquelle sont connectés les détecteurs,qui coopère avec un socle 12 fixé de manière orientable sur le dispositif solaire 13 à orienter. -La forme prismatique des exemples de réalisation ci-dessus décrits est adaptée à une utilisation avec des dispositifs solaires mobiles selon une seule direction O-E verticale, tels que des laies de protection solaire. Dans le cas de l'utilisation de capteurs solaires de récupération d'énergie placés en terrasse ou sur le sol, il est souhaitable de leur donner une orientation optimale à toute période du jour et de l'année. L'orientation de ces capteurs peut être' obtenue par l'utilisation de deux détecteurs prismatiques, le sommet de chacun des dièdres étant dirigé verticalement et E-O, c'est-à-dire perpendiculairement l'un à l'autre. Selon une forme de réalisation ayant pour but une simplifi cation de cette combinaison, le détecteur (fig.3) est constitué de quatre faces 14, 1S, 16, 17, les faces opposées 14, 16 et 15, 17 formées par l'intersection de deux dièdres dont les arêtes sont perpendiculaires entre elles dans un même plan déterminant un détecteur en forme de pyramide dont la base carrée 18, perpendiculaire à l'axe de symétrie, présente une zone 19 transparente au rayonnement solaire, centrée sur l'axe de symétrie. Selon une forme préférée de la zone transparente, celle-ci est circulaire. Trois au moins des surfaces intérieures des faces de la pyramide portent des détecteurs photovoltaIques. Le mode de fonctionnement du détecteur pyramidal est semblable à celui du détecteur prismatique. Le traitement des tensions utilise des moyens semblables à ceux précédemment décrits et permet la commande de deux moteurs d'entrarnerran, chaque moteur agissant sur le capteur 50laire selon une direction donnée E-O et N-S, ou les composantes du mouvement du capteur lui-même. Une zone neutre ou insensible 20 est éventuellement prévue au sommet de la pyramide et sur l'arête séparant chaque dièdre. Une prise 21, fixée selon l'axe de symétrie de la pyramide et à son sommet, porte les broches de connexion aux détecteurs photovoltatques et permet la fixation du détecteur sur le capteur mobile par l'intermédiaire d'un socle orientable. Le détecteur est positionné de manière que ses faces soient parallèles deux à deux aux directions N-S et E-O. Selon une forme de realisation simplifiée du détecteur de soleil ne nécessitant qu'un nombre réduit de détecteurs photovoltaiques et un appareillage électronique simplifié, on répartit les détecteurs photovoltaques selon les trois faces 22, 23, 24 d'un trièdre (fig.4) formant une pyramide à base triangulaire isocèle 28. Ce détecteur présente une zone 25 transparente au rayonnement solaire centrée sur l'axe de symétrie et une prise 26 fixée au sommet de la pyramide et selon l'axe de symétrie. Une zone neutre ou insensible 27 est prévue au sommet. Le détecteur de soleil est fixé de manière qu'un de ses côtés 24 soit dans la direction E-O. Le détecteur-de soleil selon l'invention présente l'avantage non seulement de permettre l'orientation vers le soleil, mais aussi, dans certains cas, le recalage sur la zone de ciel la plus lumineuse. GCnéralcment, le détecteur de soleil de type pyramidal sera utilisé avec des contacts de fin de course E-O de manière qu'au lever du jour il soit ramené face au soleil levant. Le dispositif solaire commandé par le détecteur pourra être muni de moyens permettant de déterminer un éclairement minimum au-dessous duquel le dispositif sera isolé du rayonnement ambiant et remis en position moyenne ou de départ. REVENDICATIONS 1. Détecteur de soleil comportant au moins deux détecteur photovoltaïques dont les surfaces sensibles sont inclinées par rapport à la direction du soleil, ractérisé en ce qu'il constitue un volume fermé présentant au oins deux faces (1,2; 14,16; 15,17 > formant un dièdre sur la surface intérieure desquelles sont fixés les détecteurs photovoltaïques (3,4), les surfaces sen sibles étant dirigées l'une vers l'autre, et une troisiè- s face opaque (5,18) opposée au dièdre et comportant une zone (6,19,22) transparente au rayonnement solaire centrée par'rapport à l'axe de symétrie du dièdre. 2. Détecteur selon la revendication 1, carac térisé en ce que la zone transparente s'étend symétrique- ment de part et d'autre du plan bissecteur du dièdre. 3. Détecteur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la zone transparente s'étend au moins partiellement sur les côtés triangulaires (7,8) fermant les extrémités du dièdre. 4. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une zone insensible (9, 20,24) au rayonnement solaire est prévue à partir du sommet du dièdre et symétriquement sur chacune des faces. 5. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les côtés triangulaires (7,8) fermant les extrémités du dièdre sont inclinés symétrique- ment par rapport à l'axe de symétrie du dièdre et en sens contraire par rapport au dièdre, les faces dirigées vers l'intérieur étant réfléchisantes. 6. Détecteur selon l'une des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce qu'il est constitué de quatre faces (14,16 - i5,17), les faces opposées étant formées par deux dièdres d'arêtes perpendiculaires entre elles dans un même plan, déterminant une pyramide, dont la base, perpendiculaire à l'axe de symétrie, présente une zone transparente (19)au rayonnement solaire centrée sur l'axe de symétrie de la pyramide, au moins trois des quatre fa ces portant les détecteurs photovoltarques. 7. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume fermé est constitué de trois faces (22,23,24) formant un trièdre sur la surface intérieure desquelles sont fixés les détecteurs photovoltaiques, les surfaces sensibles étant dirigées l'une vers l'autre, la base perpendiculaire à l'axe de symétrie présentant une zone (25) transparente au rayonnement solaire centrée sur l'axe de symétrie. 8. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une zone (9,20,27) insensible au rayonnement solaire est prévue à partir du sommet du volume et symétriquement sur chacune des faces. 9. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le volume fermé porte,selon son axe de symétrie et b son extrémité opposée à la zone transparente, des moyens de fixation et de connexion électrique (10,21,26) reliés aux détecteurs photovoltarques.