Brevet FR2530789A1 — publié le 19840127

0- "Système pour l'utilisation de l'énergie solaire La présente invention est relative à un sys- tème pour l'utilisation de l'énergie solaire, On connait des dispositifs variés pour l'uti- lisation de l'énergie solaire, en particulier ce que l'on appelle les chauffeaux solaires domestiques Tous ces chauf- fages solaires connus sont des dispositifs statiques, c'est- à-dire que les collecteurs sont dans une position fixe par rapport au soleil, Pour obtenir l'effet maximum de l'éner- gie solaire, il est essentiel que la surface du collecteur du chauffage soit dirigée perpendiculairement aux rayons du soleil, dans le cas o le collecteur de ce chauffage solaire est plat, ou bien que l'axe de ce collecteur coïn- cide avec les rayons solaires dans le cas oh un collecteur solaire de concentration est utilisée Cependant, il est facilement compréhensible que cette position idéale n'ést obtenue dans ces dispositifs classiques que très rarement, à savoir généralement à midi et de façon plus précise au midi de quelques jours au cours de l'année. Ainsi dans les chauffages solaires connus, on peut obtenir en général seulement une température de 70 C et un rendement d'environ 50 % Si l'on essaie d'obtenir des températures plus élevées, le rendement est réduit. Cependant pour de nombreux buts commerciaux, on exige un rendement supérieur à 50 % et des températures âe fonction- nement de plus de 100 C, et ainsi les dispositifs connus 2.- ne sont pas économiques pour de nombreuses applications. Il a en conséquence été souhaité de disposer d'une installation qui satisfasse les besoins précités, c'est-à-dire qui assure un rendement supérieur à 50 % et en mnme temps une température de fonctionnement supérieure à 10000. Il a été trouvé que ce but pouvait être atteint dans une large mesure en concevant un système qui ne soit pas statique mais dynamique, c'est-àdire qui soit la plupart du temps dans la position idéale, à savoir dans le cas d'un collecteur plat, perpendiculaire aux rayons du soleil, et dans le cas d'un collecteur de concentration, avec son axe coïncidant avec les rayons du soleil. En conséquence, la présente invention concerne un système pour l'utilisation de l'énergie solaire, système caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'unités opérant ensemble, chacune de ces unités comportant un col- lecteur solaire monté sur un support portant ce collecteur solaire, des moyens de rotation horizontale étant prévus pour faire tourner chaque support et son collecteur solaire autour d'un axe horizontal, et des moyens de rotation verti- cale étant prévus pour faire tourner chaque support et son collecteur solaire autour d'un axe vertical, des moyens d'actionnement horizontaux et verticaux étant prévus pour actionner la rotation horizontale et la rotation verticale, des moyens étant prévus pour suivre la commande de ces mo- yens d'actionnement, ces moyens d'actionnement comportant un poste de commande central connecté aux moteurs de rota- tion horizontaux et verticaux pour simultanément et indépen- damment commander ces uniztas, et un support distinct étant prévu pour loger au moins une partie de ces moyens d'action- nement horizontaux et verticaux. Il est facilement compréhensible que le collec- teur peut être mis en rotation soit directement, soit par l'intermédiaire d'une base sur laquelle il repose, et les 3. deux possibilités sont dans le cadre de la présente inven- tion. Un collecteur solaire en relation avec la pré- sente invention est tout dispositif approprié qui utilise l'énergie du soleil, par exemple des collecteurs thermi- ques plats ou de concentration disponibles dans le commer- ce, utilisés comme parties de chauffage, solaires, des col- lecteurs photo-voltalques pour la production de l'électri- cité, etc Il est facile de comprendre que pour certaines applications au contraire, ctest-à-dire pour les applica- tions pour lesquelles les chauffages solaires ont été si largement utilisés, c'est-à-dire le chauffage de l'eau, une unité est suffisante. Toutefois, pour obtenir de grandes quantités d'énergie solaire, un rendement élevé et des températures élevées une seule unité ne sera pas suffisante car il est trop encombrant et trop compliqué deaccroître les dimensions des collecteurs et des supports disponibles commerciale- ment. En conséquence, le dispositif conforme à la présente invention n'est pas limité à une unité mais peut comprendre un nombre illimité d'unités, Le nombre d'unités est uniquement limité par des raisons de construction, c 9 est- à-dire par les efforts requis pour les moyens d'actionne- ment, la résistance du dispositif aux efforts extérieurs, etc Toutes les unités sont mises en rotation simul- tanément et elles sont en tout temps parallèles les unes aux autres, et si elles suivent la position du soleil, el- les sont essentiellement toutes en même temps dans la po- sition idéale requise. Les moyens verticaux et horizontaux peuvent être couples les uns aux autres, c'est-à-dire actionnés par des moyens d'actionnement et de commande unique, ou bien peuvent 4.- 8 tre actionnés séparément Cependant un jeu de moyens d'ac- tionnement est suffisant pour chaque sorte de moyens de rotation. Le mouvement du collecteur, de la base et/ou du support, peut 8 tre continu, c'est-à-dire qu'il peut se déplacer en continu très lentement et donc se trouver la plupart du temps essentiellement dans la position idéale. Toutefois, cela peut être tout à fait compliqué et en con- séquence, on peut construire le système conforme à la pré- sente invention, de façon telle que le déplacement est ac- compli seulement à intervalles, c'est-à-dire par exemple tous les quarts d'heure. Les moyens de rotation sont par exemple des axes appropriée munis de paliers. Les moyens d'actionnement s'étendent le long des supports individuels, reliés les uns aux autres dans la même position géométrique, cela peut être par exemple des tiges, des c Ables, des cha nes etc Comme moyens de commande on peut utiliser des moyens électroniques de poursuite précis vérifiant le mouvement continu de tous les collecteurs Toutefois, on peut utiliser également par exemple une horloge élec- trique qui e voie à des intervalles prédéterminés des signaux au moyen d'actionnement pour autoriser le dépla- cement de tous les collecteurs a intervalles. Comme moyens de transformation, on peut pren- dre en considération dans le cas de la transformation en énergie thermique, des tubes canalisant un liquide appro- prié par exemple de l'eau Dans le cas de transformation en énergie électrique, des c Ables appropriés, etc ^ Le dispositif fonctionne en principe comme suit: On fixe l'angle de départ aussi bien dans la position verticale que dans la position horizontale et on vérifie que le déplacement du collecteur solaire ou des o- collecteurs solaires, démarre lorsque le soleil est dans une certaine position Ceci peut être obtenu par exemple au moyen d'une cellule photo-volta 5 que Ensuite, le sys- tème suit le soleil pendant toute la journée de façon que le collecteur ou les collecteurs, conservent essentielle- ment en tout temps la position idéale en relation avec le soleil et le mouvement est arrgté à la fin du jour, c'est- à-dire au moment oh il n'y a plus suffisamment d'énergie solaire Le système est ensuite ramené en arrière dans la position de départ, Ceci peut être accompli par des moyens automatiques, par exemple certains signaux électriques ou même manuellement. Il est facile de comprendre que:langle néces- saire varie dans une certaine mesure avec la saison de l'an- née, Ainsi, le dispositif est ajusté un certain nombre de fois dans l'année, par exemple chaque trimestre, Toutefois on peut constater qu'en moyenne l'angle de rotation requis autour de l'axe vertical sera voisin de 1600, c'est-à-dire que l'on démarre à environ 100 vers lest, pour finir à 260 vers l'ouest L'angle de rotation autour de l'axe ho- rizontal est de l'ordre de 30 à 50 0, c'est-à-dire que l'on part d'environ 75 (à partir de lehorizon) vers le haut pour arriver à environ 25 en été, et environ 45 en hi- ver. Les matériaux dont sont constituées les dif- férentes parties du système conforme à la présente inven- tion, ne constituent pas une particularité critique de cette invention Comme indiqué plus haut, le collecteur peut être un collecteur du commerce Toutes les autres parties doivent être aussi résistantes que possible aux conditions atmosphériques, par exemple résistantes aux intempéries et à la pluie, La présente invention va maintenant être dé- crite en se référant aux dessins ci-joints, sans être li- mitée à ceux-ci Sur ces dessins, les parties correspondan- 6.- tes sont indiquées sur les différentes figures par les m 8 mes numéros de références. la figure 1 est une vue latérale schémati- que d'un système conforme à la présente invention, la figure 2 est une vue de dessus du système représenté sur la figure 1, les figures 3 a à 3 c représentent une unité comportant un collecteur d'énergie à plaque plane, la figure 4 est une vue latérale de deux uni- tés selon la figure 3, reliées l'une à l'autre par les moyens d'actionnement et montrant également les moyens de transformation. la figure 5 est une vue latérale d'une unité comportant un collecteur solaireà concentration la figure 6 a est une vue latérale détaillée d'un poste de commande, la figure 6 b est une vue frontale du poste de commande de la figure 6 a, la figure 6 c est une vue de dessus de la partie supérieure du poste de commande des figures 6 a et 6 b. les figures 7 a et 7 b sont une vue latérale et une vue de dessus respectivement d'une autre réalisation de la partie inférieure du poste de commande de la figure 6, les figures 8 a et 8 b sont une vue latérale et une vue de dessus respectivement d'une autre réalisation de la partie supérieure du poste de commande de la figure 6, les figures 9 a et 9 b sont une vue latérale et une vue de dessus respectivement d'une autre réalisation de la partie inférieure du poste de commande de la figure 6, les figures 10 a et l Ob sont respectivement des vues schématiques latérale et de dessus d'une autre réa- lisation du système, les figures lia et llb sont des vues schémati- ques latérale et de dessus respectivement d'encore une autre 7.réalisation du système, la figure 11 c montre un collecteur plat avec une forte inclinaison. Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2, comporte deux unités 1 o D'autres unités 1 l sont indiquées en tirets montrant que le nombre des unités 1 e n'est pas limité. Chaque unité 1 (pour des raisons de clarté une seule unité 1 est repérée avec un numéro de référence) est constituée du support 2, deune base 3 en-forme de berceau et du collecteur solaire plat 4, Ces unités 1 sont reliées au poste de commande au moyen d'une tige 6 (moyen horizontal) et d'une tige 7 (moyen vertical). Le poste de commande 5 comprend le poste 9 S le système moteur 10, les bras 11 et 11 % les tiges d'action- nement 6 et 7 respectivement, le mécanisme de synchronisa- tion 12, le mécanisme d'ajustement 13 et le mécanisme de déplacement 14 Le poste de commande 9 est un système comportant une horloge donnant des ordres pour des modifications de position dans le système de déplacement 14, lequel système 14 est basé sur des moyens mécaniques 9 électromécaniques ou bien hydrauliques Cependant 9 on peut disposer d'un mi- canisme de déplacement 14 et alors le poste de commande 9 doit comprendre par exemple des moyens électroniques com- portant des cellules photoélectriques qui assurent un mou-. vement continu et un retour automatique à la position-de départ, Le mécanisme de déplacement 14 peut être une plaque ronde munie de trous une roue dentée 9 une vis sans fin, un mécanisme de transport, un piston hydraulique 9 etcoo. Le dispositif fonctionne comme suit O Au matin, lorsque le soleil se lève 9 le poste de commande 9 actionne, par llintermédiaire du système mo- 8.- teur 10, les bras 11 et 11 ' dont le mouvement est synchro- nisé par le mécanisme 12, les tiges 6 et 7 ' respectivement qui déplacent le collecteur 4 et le support 2 dans la posi- tion requise indiquée par le mécanisme 14 Si on le désire, il peut y avoir un système moteur additionnel qui élimine la nécessité du mécanisme de synchronisation 12 Au moment du coucher du soleil, le dispositif est ramené au moyen d'un signal ou bien manuellement dans la position de dé- part En variante, son inclinaison peut être fixée automa- tiquement en supposant qu'il y ait des moyens d'actionne- ment séparés pour chaque moyen de rotation. L'inclinaison désirée au départ du collecteur 4, est fixée par le mécanisme d'ajustement 13, c'est-à-dire une vis Cet ajustement doit être fait périodiquement par exemple tous les deux mois. Le poste représenté sur les figures 3 a à-3 c comporte une base 20 à partir de laquelle s'étend une tige rotative 21 La tige 22 est reliée rigidement et perpen- diculairement à la tige 21 Des paliers 23 sont montés sur la tige 22 et portent la base 3 portant le collecteur 4. Te bras 24 est connecté au centre de la partie Supérieure de la base 3 et à la tige 6, cette tige 6 provo- quant le mouvemet a&tour de l'axe horizontal et donc dé- terminant langle d'nclinaison désiré, La tige 21 est re- liée -ar l'inrtermédiaire du bras 25 à ia tige 7 la tige 7 provoque le mouvement de la tige 21 ou des tiges 21, au- tour de l'axe vertical et détermine ainsi la direction dé- sirée du collecteur. La figure 4 montre deux unités en série, telles que celles représentées sur la figure 35 ces unités étant connectées l'ute à l'autre au moyen de tiges 6 et 7 respec- tivement, Ces tiges 6 et 7 assurent le déplacement simulta- né et parallèle de toutes les unités A c Sté des parties décrites en relation avec les figures 3 a et 3 c, on y voit la canalisation 30 pour fournir le liquide froid à tous les 9.- collecteurs 4, et la canalisation 31 pour le transport de ce liquide à partir de tous les collecteurs 4 Le tuyau flexible 322 sert à transporter le liquide froid de la ca- nalisation principale vers le collecteur 4, tandis que le tuyau flexible 33 est prévu pour le transport du liquide chaud du collecteur 4 à la canalisation 31 Le détecteur de température 34 permet le contr 8 le de la température ob- tenue dans le collecteur, I'unité représentée sur la figure 5 diffère de celle représentée sur les figures 3 a à 3 c en ce que le collecteur plat 4 est remplacé par un collecteur à concen- tration 4 et que la base 3 est modifiée de façon corres- pondante à la-base 31 pour ce collecteur de concentration. lie poste de commande 5 représenté sur les fi- gures 6 a à 6 c comporte un châssis 40 fixé à la terre dans le milieu duquel s'étend perpendicul A Irement à la terre, la tige 40 ' autour de laquelle tourne la pièce 41. la pièce 41 est actionnée par le bras 42 qui, à son tour, est actionné par le système moteur 10, le bras 43 est relié à l'autre c 3 té de la pièce 41 opposé au bras 42 le bras 43 actionne, par l'intermédiaire de l'élément 7 V la tige 7 qui provoque à son tour, en actionnant tous les supports 2, la rotation autour de leaxe vertical de ces supports 2. le bras 44 est également rigidement relié à la pièce 41 lia partie verticale de la tige 6 est à l'inté- rieur d'une rainure sur ce bras 44 et à l'intérieur d'une rainure 45 le déplacement du bras 44 fait que la tige 6 se déplace à l'intérieur de la rainure 45 et que ceci pro- voque l'inclinaison correcte du collecteur 4. Le mécanisme de déplacement 14 est constitué par une plaque munie de trous 46, cette plaque étant rigi- dement reliée au châssis 40, le déplacement des unités 1 est accompli à intervalles qui sont indiquées par les dis- tances des trous 46 Chaque trou 46 est muni d'un mécanisme 10.- de fermeture par exemple par une broche 47, qui est ouvert au moyen du mécanisme 48 (piston hydraulique, moyen élec- trique, etc). la plaque mobile 49 est déplacée par la vis 50 et elle est fixée au châssis 40 par les vis 51 La longueur du déplacement de la plaque 49 est déterminée par la vis 51 et par la rainure 52 Le déplacement de cette plaque 49 détermine la position de la rainure 45 La plaque 49 est déplacée quelque fois dans l'année, de façon à assurer l'inclinaison correcte des collecteurs 4 en accord avec la saison. Le système moteur 10 est constitué d'un cylin- dre et d'une unité de pression hydraulique C'est le seul système moteur nécessaire pour actionner le système Les déplacements des tiges 6 et 7, sont synchronisés par les bras 43, 44, la plaque 49 et la rainure 45. Le poste de commande 9 constitue un système suivant les déplacements du soleil et délivrant des signaux au système moteur 10 pour assurer un déplacement continu (non représenté ici), ou bien une horloge ou un appareil analogue délivrant le signal déterminant les intervalles corrects de déplacement. Dans le poste de commande représenté sur les figures 7 a et 7 b, le déplacement de la totalité du système est un déplacement continu Ce dispositif comporte le mo- teur 55 Ce moteur 55 est monté sur le châssis 40 et en- trafne en rotation la plaque 14 qui est une roue dentée. En même temps que la plaque 14, tourne le bras 43 ac- tionnant la tige 7 et la pièce 41 transmettant le mouve- ment à la partie supérieure du poste de commande. Le mouvement est gouverné par le poste de com- mande 9 Il est prévu deux vitesses, une lente pendant le jour et une rapide pour ramener le dispositif dans sa po- sition de départ. Dans la partie supérieure du poste de contrôle 11.- visible sur les figures 8 a et 8 b, un autre mécanisme est représenté. la distance de l'axe vertical de la tige 6 à ltaxe 402 est déterminée par un mécanisme de transport qui transforme le mouvement de rotation en un mouvement longi- tudinal, Ce mécanisme est actionné par un moteur à engrena- ge 63, un engrenage 62 et une vis 60 qui poussent le bloc 61 se déplaçant dans la rainure 45 à l'intérieur du bras 449 Ainsi la position de la rainure 45 est fixée. Le moteur à engrenage 653, l'engrenage 62 et la vis 60 peuvent être remplacés par d'autres moyens con- venables dactionnement par exemple un piston O Il est facile de comprendre à partir des figé- res 8 a et 8 bp que les moyens horizontaux peuvent âtre ac- 1 5 tionnés séparément et indépendamment Les figures 9 a et 9 b montrent un mécanisme de transport remplaçant le système moteur l O o Ce mécanisme est constitué par un moteur à engrenage 63, l'engrenage 62 et la vis 60 qui poussent le bloc 61 relié à la tige 66 o Le déplacement de la tige 66 entraîne la rotation du bras 42 o Tous les autres déplacements sont accomplis de la même manière que celle décrite sur la figure 66 L'élément 64 synchronise le déplacement du syse tème avec le deplacement du soleilo Le dispositif représenté sur les figures 10 a et l Ob diffère de celui représenté sur les figures I et 2, en ce que les moyens verticaux et horizontaux sont actiomnnés séparément et que cet actionnement n West pas synchroniséo Ainsie les moyens verticaux sont actionnés à partir du pos- te de commande 5, par leintermédiaire de la tige d'action- nement 7, alors qu'au contraire les moyens horizontaux sont actionnée à partir du poste 2 par l'intermédiaire de la tige d'actionnement 6 du piston 100 et du bras 2 to Le dispositif représenté sur les figures lla et Ilb montre deux unités 1, Il est facile de comprendre que 12.- le nombre d'unités 1 n'est pas limité comme le montrent les figures 1 et 2 Comme on le voit également sur la figure 10, le dispositif sur la figure 11 actionne séparément les mo- yens verticaux et horizontaux, Le dispositif représenté sur la figure 11 a des avantages très importants en ce qu'il permet un plus grand déplacement autour des deux axes sans aucun danger de blocage mécanique dans les po- sitions extrêmes. Sur la figure 11 c on peut voir un collecteur plat placé à une forte inclinaison comme cela est nécessai- re dans les premières heures du matin, ou bien dans les dernières heures du soir Il est également évident que ce dispositif convient aussi pour le montage de collecteurs à concentration. La réalisation représentée sur les figures 11 a à 11 ic est constituée comme suit: Les unités 1 sont reliées au poste de commande , au moyen de la tige 6 (moyens horizontaux) laquelle tige 6 se déplace le long de tous les supports 2 dans des guides axiaux 75, et par deux câbles (ou cha nes) 7 ' et 7 " (moyens verticaux). le poste de commande 5 comprend le poste 9, le système moteur 109 le piston 10 a actionnant le bras 11 qui tire les câbles 79 ou 7 " par l'intermédiaire des ressorts 1 t, provoquant ainsi la rotation des roues à câbles (ou des roues à chaines) 70 vers la droite ou vers la gauche. Les roues 70 sont reliées rigidement aux tiges rotatives 11 qui tournent en entraînant le collecteur autour de son axe vertical Le câble 7 ' est enroulé entièrement autour de chaque roue 70 et il est fixé au point 70 ' à la roue évitant ainsi toute possibilité de glissement entre le câ- ble et la roue Puisque toutes les roues 70 sont montées en unités 1, de la m 8 me manière, tous les collecteurs tour- nent parallèlement autour de leurs axes verticaux L'impor- 13.- tance de la rotation dans chaque sens peut être supérieure à 900, si bien que la poursuite totale du collecteur en direction après le soleil ou bien la rotation totale du collecteur autour de son axe vertical, est supérieure à 1800. Le piston 10 b dans le poste de contrôle 5 tire ou pousse la tige 6 qui est reliée par l'intermédiaire de la tige 73 à l'anneau de glissement 720 Cet anneau 72 est monté dans une fente sur la partie mobile 71 qui est con- nectée par l'intermédiaire de la tige 74 au berceau 3 dans lequel est placé le collecteur Lorsque la tige 6 est poussée ou tirée, elle transfère son déplacement par l'in- termédiaire de la tige 73 et l'anneau glissant 72 a la pare tie mobile 71 qui se déplace vers le haut et vers le bas sur la tige 21, poussant ou tirant la tige 74 qui fait tourner autour de leaxe horizontal le berceau avec le col- lecteur monté sur lui. La partie mobile 71 tourne en même temps que la tige 21 puisqu'elle est reliée par la tige 74 au ber- ceau qui est relié rigidement à la tige 210 L'anneau glis- sant 72 reste toujours dans la même direction du fait de la tige 73. Les paliers 75 maintiennent la tige 6 en place, si bien qu'elle peut transmettre le mouvement sans dévier de son axe. Cette construction constitue une unité et per- met un déplacement libre du collecteur en direction et en élévation, quelle que soit sa position, et sans aucune possibilité de blocage mécanique dans les positions ex- trames. 14._ REVEINDI CAT IONS 1. Système pour l'utilisation de l'énergie solaire, système caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'unités opérant ensemble, chacune de ces uni- tés comportant un collecteur solaire monté sur un support portant ce collecteur solaire, des moyens de rotation ho- rizontale étant pré-vus pour faire tourner chaque support et son collecteur solaire autour d'un axe horizontal, * et des moyens de rotation verticale étant prévus pour fai- re tourner chaque support et son collecteur solaire au- tour d'un axe vertical, des moyens d'actionnement horizon- taux et verticaux étant prévus pour actionner la rotation horizontale et la rotation verticale, des moyens étant prévus pour suivre la commande de ces moyens d'actionne- ment, ces moyens d'actionnement comportant un poste de commande central connecté aux moyens de rotation horizon- taux et verticaux pour simultanément et indépendamment commander ces unités, et un support distinct étant prévu pour loger au moins une partie de ces moyens d'actionne- ment horizontaux et verticaux. 2. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'énergie solaire est transformée en énergie thermique. 3. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'énergie solaire est transformée en énergie électrique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que le collecteur est un collecteur plat. 5 _ Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que le collecteur est un collecteur de concentration. 6. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 3, caractérisé en ce que le collecteur est une cellule photo-voltaique. 15.- 7. Dispositif selon ltune quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux moyens de rotation sont actionnés par um moyen d'actionnement gou- verné par un mécanisme de synchronisation> 8 e Dispositif selon lgune quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque moyen de rotation est actionné par un moyen d O actionnement indépen- dant. 9. Dispositif salon leune quelconque des re- vendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mouvement est un mouvement continu. 10. Dispositif selon lune quelconque des re- vendications 1 à 7, caractéris en ce que le mouvement est aecompli à intervalles.