Brevet FR2514871A1 — publié le 19830422

La présente invention concerne un dispositif de commande automatique de l'orientation d'un capteur solaire en direction du soleil. On sait que pour obtenir un rendement maximal des capteurs solaires, ceux-ci doivent être montés mobiles et suivre la trajectoire du soleil, chaque jour, de manière à recevoir, à chaque instant, le flux lumineux maximal. On connatt déjà des installations dans lesquelles 1 1orientation d'un capteur parabolique, c'est-à-dire constitué d'un paraboIde de révolution au foyer duquel est située une chaudière, est déterminée à distance par un ordinateur central. Cet ordinateur contient, dans une mémoire, un programme enregistré qui fait correspondre à chaque instant d'une journée quelconque durant une période de quatre ans, des valeurs de consigne déterminant l'orientation en azimut et en site du capteur parabolique, de manière que son axe de révolution soit toujours dirigé de manière précise vers le soleil, quelle que soit la position de celui-ci. Une telle installation de commande à distance donne effectivement satisfaction mais elle présente l'inconvénient d'être prévue pour un seul cycle et par ailleurs d'être relativement onéreuse. La présente invention vise essentiellement à remédier à ces inconvénients en procurant un dispositif de commande pouvant être placé dans sa totalité à l'endroit même où se trouve le capteur et prenant en charge ce dernier, de manière autonome. A cet effet, ce dispositif de commande automatique de l'orientation d'un capteur solaire en direction du soleil, comprenant des moyens de réglage de la position du capteur en azimut, des moyens de réglage de la position du capteur en site, des détecteurs des positions effectives du capteur en azimut et en site, et des moyens de calcul des valeurs de consigne en azimut et en site pour le capteur en fonction d'un programme enregistré, est caractérisé en ce qu'il comporte, b l'emplacement du capteur, un microprocesseur associé à une horloge et relié, par un interface et un étage de puissance aux moyensde réglage du capteur en azimut et en site, ce microprocesseur calculant en permanence, à partir du programme enregistré, des informations approximatives d'azimut et de site dont les valeurs ne s'écartent jamais de plus ou moins quelques degrés des valeurs théo riques correspondant à la position effective du soleil, à chaque instant, et un dispositif de pointage optique lié au capteur mobile, délivrant des signaux d'erreur de position et appliquant ces signas d'erreur au microprocesseur qui calcule ainsi, à partir des informations approximatives et des signaux d'erreurs, des valeurs de positions exactes désirées et qui compare ces valeurs avec les positions réelles en azimut et en site pour produire de nouvelles valeurs de consigne appliquées aux moyens de réglage en position, si bien que le capteur solaire est toujours orienté en direction du soleil. Le dispositif de commande suivant l'invention offre l'avantage qu'il peut être aisément associé à chaque capteur, sous une forme peu encombrante, et qu'il présente par ailleurs un coût notablement réduit par rapport à une installation de commande à distance à partir d'un ordinateur. En outre, le microprocesseur du dispositif de commande peut prendre en charge d1autres paramètres tels que la vitesse du vent, la température de l'eau chaude etc. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma synoptique de l'ensemble d'un dispositif de commande automatique de l'orientation d'un capteur solaire parabolique. La figure 2 est une vue en élévation du capteur solaire parabolique et du dispositif de pointage optique associé. La figure 3 est une vue en plan d'une forme d'exécution du dispositif de pointage optique. La figure 4 est une vue en coupe axiale du dispositif de pointage optique. Le dispositif de commande automatique représenté sur la figure 1 est destiné à piloter un capteur solaire 1 du type parabolique. Ce capteur comprend un réflecteur 2 en forme de paraboloide et au foyer duquel est disposée une chaudière 3. Le circuit de l'eau chaude n'est pas représenté sur le dessin, dans un but de simplification. L'orientation du réflecteur parabolique 2 en azimut, c'est-à-dire la position angulaire autour d'un axe vertical, est commandeépar un moteur 4, tandis que l'orientation en site, c'està-dire la position angulaire autour d'un axe horizontal, est déter minée par un autre moteur 5. Les positions réelles en azimut et en site du réflecteur parabolique 2 sont relevées par des détecteurs de position respectifs 6 et 7. Les informations relatives aux positions en site et azimut du réflecteur parabolique 2, lesquelles sont délivrées sous forme analogique, sont appliquées à des entrées d'un convertisseur analogique/digital 8 qui est lui-même relié à un microprocesseur 9. Ces grandeurs analogiques d'entrée appliquées au convertisseur 8 sont par exemple constituées par des tensions variables entre 0 et 5 volts, lesquels sont délivrés par des potentiomètres constituant des détecteurs de positions angulaires 6 et 7. D'autres signaux d'entrée analogiques sont appliqués au convertisseur 8. Ainsi un thermocouple 11 mesurant la température de la chaudière est connecté à une entrée du convertisseur 8 pour fournir à celui-ci une information relative à la température de l'eau dans la chaudière 3. Un autre thermocouple 12, connecté à une entrée du convertisseur 8,est également prévu pour mesurer la température du liquide à la sortie de la chaudière 11. Enfin, deux autres entrées du convertisseur 8 sont reliées à un dispositif de pointage optique 13 qui est lié mécaniquement au capteur 1 et qui est représenté d'une manière plus détaillée sur les figures 2 à 4.Ce dispositif de pointage optique 13 comporte quatre cellules photoélectriques associées par paires deux à deux, à savoir une première paire de cellules 15, 16 assurant le pointage en azimut et une seconde paire de cellules 17, 18 assurant le pointage en site. Les deux cellules de pointage en azimut 15, 16 sont reliées respectivement aux deux entrées d'un amplificateur 19 dont la sortie est connectée à une entrée du convertisseur 8 et de la même façon les deux cellules de pointage 17, 18 sont reliées respectivement aux deux entrées d'un amplificateur 21 dont la sortie est connectée à une autre entrée du convertisseur 8. Les amplificateurs 19 et 21 délivrent respectivement des signaux d'erreur lorsque les positions réelles du capteur solaire 1, en azimut et en site, ne correspondent pas à un pointage précis sur le soleil. Les amplificateurs comparateurs 19, 21 deli- vrent à leurssortiesdes signaux de tension dont l'amplitude varie par exemple de O à 5 volts pour un décalage angulaire de + 10. On décrira d'une manière plus détaillée ultérieurement le dispositif de pointage en se référant aux figures 2 à 4. Le microprocesseur 9 est connecté à une horloge à quartz 22 qui a un cycle de fonctionnement établi sur quatre ans. Autrement dit,cette horlogedzet, sur différentes sorties, des signaux correspondant aux minutes, heures, jours, mois et années durant cette période de quatre ans. Ces signaux sont pris en considération par le microprocesseur 9 qui, au moyen d'un programme préenregistré, peut calculer, à partir d'équations simplifiées azimut-hauteur et horaire-site, deux informations approximatives de mise en position du réflecteur parabolique 2 en azimut et en site.Ces deux informations azimut et site sont calculées par le microprocesseur 9 de manière que leur valeur ne s'écarte jamais de plus de quelques degrés, en plus ou en moins (par exemple + 30) par rapport à la valeur théorique correspondant à la position du soleil. Le microprocesseur 9 et-l'horloge 2 sont alimentés en courant par un bloc d'alimentation 23. Toutefois, horloge 22 est également sauvegardée par une pile 24 en cas de coupure de courant. Le microprocesseur 9 est relié, par l'intermédiaire d'un interface d'entrée/sortie 25,à un étage de commande de puissance 26 dont les sorties sont reliées aux deux moteurs 4 et 5 commandant respectivement les déplacements du réflecteur parabolique 2 en azimut et en site. Le microprocesseur 9 calcule à chaque instant , en fonction de son programme enregistré, les deux informations approximatives de position du réflecteur parabolique 2 en azimut et en site, ces informations stérant au maximum de + 3 des valeurs théo riqucs correspondant à la position du soleil. Simultanément le microprocesseur 9 reçoit les signaux d'erreur de position délivrés par le dispositif de pointage optique 13. Le microprocesseur 9 calcule alors, à partir des informations de positions approximatives et des signaux d'erreur , les valeurs exactes de-l'azimut et du site que devrait avoir le réflecteur parabolique 2 pour être pointé exactement sur le soleil.Le microprocesseur 9 compare également les valeur théoriques exactes avec les valeurs des positions réelles en site et en azimut qui sont fourniespar les détecteurs 6 et 7. Par échantillonnage régulier dans le temps, toutes les minutes, le microprocesseur 9 émet alors à sa sortie de nouvelles valeurs de consigne qui sont transmises par l'interface 25 à l'étage de puissance 26. Les moteurs de commande en azimut 4 et de commande en site 5 sont alors alimentés de manière que les signaux d'erreur fournis par le dispositif de pointage 13 soient ramenés à a,autrement dit que le réflecteur parabolique 2 soit pointé exactement sur le soleil. Si le dispositif de pointal optique 13 est mis hors service, par exemple par suite du passage d'un nuage, le microprocesseur 9 continue à prendre en charge la commande de la position du capteur solaire 1, en se basant uniquement sur le programme préenregistré. De ce fait, le capteur solaire bicontinue à suivre grossièrement le mouvement du soleil caché si/que l'on ne perd pas la trace de celui-ci. La perte de rendement calorifique est de l'ordre de 30% pour trois degrés d'écart. Un coup leur opto-électonique 27 est également connecté à l'interface d'entrée/sortie 25 pour tenir compte d'autres facteurs. Le coupleur 27 est par exemple relié à un contact 28 actionné par un anémomètre 29. Ainsi, si la vitesse du vent dépasse un seuil prédéterminé, l'anémomètre 29 provoque la fermeture du contact 28 et l'en- voi d'un signal d'alarme au microprocesseur 9. Ce dernier réagit en commandant le moteur de site 5 de manière à mettre le réflecteur parabolique 2 en position "parapluie", c'est-à-dire à l'horizontale. Un autre circuit de sécurité 31 est relié au coupleur27 pour appliquer à ce dernier un signal si le réservoir de stockage d'eau chaude atteint une température limite. Ce signal appliqué au microprocesseur 9 entraîne l'émission,par ce dernier, de signaux provoquant une défocalisation du récepteur parabolique 2. Tous les composants principaux du circuit électronique constituant le dispositif de commande suivant l'invention sont avan réalisés tageusement en technologie C MOS.Le microprocesseur 9 peut être du type 80 35 fabriqué par la la Société Intel, le convertisseur analogique/digital 8 du type ADC 8008 fabriqué par la Société National Semiconducteur, et l'horloge à quartz 22 du type E 050-16 fabriqué par la Société Microelectronic -Marin. On décrira maintenant, en se reférant plus particulièrement aux figures 2 à 4, une forme d'exécution du dispositif de pointage optique 13. Ce dispositif comporte une embase 32 constituée par un caisson parallélépipédique qui est fixé par sa face inférieure 32a (figure 4) à un bras radial 33 solidaire du réflecteur parabolique 2 du capteur solaire 1. Le plan des faces inférieure 32a et supérieure 32b est perpendiculaire à l'axe du réflecteur parabolique 2. Sur la face supérieure 32b de l'embase 32 sont disposées les quatre cellules photoélectriques 15-18. Ces quatre cellules sont réparties régulièrement autour de l'axe xx' du dispositif de pointage optique 13, lequel est parallèle à l'axe du réflecteur parabolique 2. Les deux cellules 15, 16, assurant le pointage en azimut, sont situées sur un axe recoupant l'axe du réflecteur 2 et les deux autres cellules 17, 18 assurant le pointage en site, sont sur un axe perpendiculaire à l'axe des cellules 15, 16. Au centre du dispositif de pointage 13 est disposé un. tube primatique 34, à section droite carrée, d'axe xx', donc perpendiculaire à la face supérieure 32b de l'embase 32. L'embase 35 de ce tube 34 est constituée par une plaque carrée qui recouvre la moitié intérieure de chacune des quatre cellules photoélectriques 15-18, comme on peut le voir sur la figure 3. Lorsque le dispositif de pointage optique 13 est dirigé exactement sur le soleil, le flux lumineux reçu est parallèle au tube 34 et par conséquent les moitiés externes des quatre cellules 15-18 reçoivent la même quantité de flux lumineux, ces cellules émettent des signaux électriques de même niveau et par conséquent les signaux d'erreur délivrés par les amplificateurs 19 et 21 sont nuls. Par contre, si le réflecteur parabolique 2 n'est pas exactement pointé sur le soleil, le flux lumineux tombant sur le dispositif de pointage optique 13 est légèrement incliné par rapport à l'axe xx' et il en résulte une différence d'éclairement entre les cellules 15 et 16, si l'écart angulaire est en azimut et entre les cellules 17 et 18 si l'écart angulaire est en site. Cette différence d'éclairement se traduit par l'émission de signaux d'erreur par les amplificateurs 19 et 21. Bien que dans la description qui précéde on ait considéré un capteur solaire 1 du type à réflecteur parabolique 2, il est évident que l'invention s'applique également à n'importe quel autre type de capteur solaire qui doit être orienté à chaque instant en direction du soleil, afin de capter le flux lumineux maximal. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande automatique de l'orientation d'un capteur solaire en direction du soleil, comprenant des moyens (4) de réglage de la position du capteur en azimut, des moyens (5) de réglage de la position du capteur en site, des détecteurs (6, 7) et des positions effectives du capteur en azimut/en site, et des moyens de calcul des valeurs de consigne en azimut et en site pour le capteur en fonction d'un programme enregistré, caracté risé en ce qu'il comporte, à l'emplacement du capteur5 un micro processeur(9) associé à une horloge (22) et relié, par un inter face (25) et un étage de puissance (26),aux moyens (4, 5) de réglage du capteur en azimut et en site, ce microprocesseur (9) calculant en permanence, à partir du programme enregistré, des informations approximatives d'azimut et de site dont les valeurs ne s'écartent jamais de plus ou moins quelques degrés des valeurs théoriques correspondant à la position effective du soleil, à chaque instant, et un dispositif de pointage optique (13) lié au capteur mobile (1), délivrant des signaux d'erreur de position et appliquant ces signaux d'erreur au microprocesseur (9) qui cal cule ainsi, à partir des informations approximatives et des signaux d'erreur, des valeurs de positions exactes désirées et qui compare ces valeurs avec les positions réelles en azimut: et en site pour produire de nouvelles valeurs de consigne appliquées aux moyens de réglage en position, si bien que le capteur solaire est toujours orienté en direction du soleil. 2. Dispositif de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur analogique/digital (8) relié au microprocesseur (9)et àl'horloge (22) et dont les entrées analogiques sont connectées à la sortie du dispositif de pointage optique (13) et à celles des détecteurs (6, 7) des positions ef fectives du capteur en azimut et en site. 3. Dispositif de commande suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le convertisseur analogique/digital comporte une entrée reliée à une sonde thermique (11) mesurant la température de la chaudière du capteur (1). 4. Dispositif de commande suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le convertisseur analogique/digital comporte une entrée reliée à une sonde thermique (12) mesurant la température du liquide à la sortie de la chaudière (11). 5. Dispositif de commande suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 4, caractérisé en ce que l'interface (25) est relié à un coupleur optoélectronique (27) à plusieurs entrées recevant des signaux correspondant à d'autres facteurs devant être pris en considération. 6. Dispositif de commande suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le coupleur (27) est connecté à un contact (28) actionné par un anémomètre (29). 7. Dispositif de commande suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le coupleur (27) est relié à un circuit de sécurité (31) contrlant la température du liquide chaud contenu dans un réservoir. 8. Dispositif de commande suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de pointage optique (13) comprend quatre cellules photoélectriques (15, 16, 17, 18) disposées régulièrement autour d'un axe xx', dans un plan perpendiculaire à l'axe du capteur (1), deux de ces cellu les (15, 16),mesurant l'écart de pointage en azimut, étant disposées suivant un axe recoupant l'axe du capteur et étant connectées respectivement à deux entrées d'un amplificateur (19) délivrant à sa sortie un signal d'erreur de position enazimut, tandis que les deux autres cellules (17, 18), mesurant l'écart de position en site, sont disposées suivant un axe perpendicu laire à l'axe des deux premières cellules (15, 16) et sont connectées respectivement aux deux entrées d'un amplificateur (21) délivrant à sa sortie un signal d'erreur de position en azimut. 9. Dispositif de commande suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de pointage optique (13) comprend un tube prismatique (34), à section droite carrée, dont l'axe xx' est confondu avec l'axe de symétrie des quatre cellules photo électriques (15-18), l'embase (35) de ce tube étant constituée par une plaque carrée qui recouvre la moitié intérieure de cha cune des quatre cellules photoélectriques (15-18).