Brevet FR2546337A1 — publié le 19841123

Dispositif d'orientation de panneaux solaires La présente invention a pour objet un dispositif d'orientation de panneaux s-olaires disposés en rangées et répartis de façon à minimiser les ombres portées par chaque panneau sur les autres, tout en maintenant un coefficient satisfaisant d'occupation du sol, ce qui conduit généralement (du moins sur terrain plat) à répartir les panneaux suivant un réseau hexagonal centré. Les panneaux solaires utilisant des photopiles et une optique de concentration du rayonnement solaire doivent être munis d'un dispositif d'orientation commandé de façon que le rayonnement solaire transmis par l'optique reste dirigé sur les photopiles en dépit des variations journalières et saisonnières de la position du soleil. Les dispositifs d'orientation utilisés à l'heure actuelle peuvent être répartis en deux groupes. Dans les dispositifs du premier groupe, chaque panneau est muni de son propre système complet d'orientation. Le coût d'un tel dispositif est évidemment tel qu'il n'est justifié que pour un panneau de surface très importante. Les dispositifs du second groupe comprennent un seul système d'orientation commandant plusieurs panneaux par une tringlerie mécanique. Les dispositifs existants de ce genre à couplage par bielles sont lourds et complexes et limitent de façon excessive la plage de débattement angulaire des panneaux. La présente invention vise notamment à fournir un dispositif du second groupe mettant en oeuvre des moyens mécaniques simples, légers, fiables et de coût modéré. Elle trouve une application particulièrement importante au cas des panneaux à faible niveau de concentration, par exemple par lentilles de Fresnel à foyer linéaire, De tels panneaux en effet n'ont à être orientés qu'autour d'un seul axe, dans la mesure où le facteur de concentration reste suffisamment faible. L'invention propose notamment un dispositif d'orientation, autour d'axes parallèles, de panneaux solaires disposés en rangées dispositif comportant un mécanisme de déplacement angulaire entraînant et un jeu d'au moins deux bielles de transmission situées chacune d'un côté de la rangée et reliées chacune à chaque panneau entraîné par l'intermédiaire de deux câbles de traction. Dans un mode avantageux de réalisation de l'invention, chaque panneau est fixé à un châssis rotatif autour d'un axe et muni d'au moins trois guides d'enroulement des câbles délimitant une aire inscrite traversée par l'axe. Aux latitudes moyennes (40 a450 notamment), on utilisera en règle générale un axe de rotation vertical, qui permettra dans la pratique de capter le flux solaire à moins de 300 de la normale, sauf sous des incidences où d'autres problèmes, tels que les ombres portées des panneaux les uns sur les autres et/ou l'atténuation par l'atmosphère, interviennent de façon prépondérante. Cette disposition permet d'utiliser une optique réfringente et d'éviter l'emploi de miroirs. Le châssis aura généralement une forme rectangulaire en plan et les guides seront alors placés dans les angles et pourront avoir une forme de tambour. Les bielles pourront être maintenues par des plaques (ou des doigts) perpendiculaires a l'axe et fixées au châssis. Pour compenser les dilatations thermiques et maintenir les câbles en tension, ces derniers seront généralement munis de moyens élastiques, typiquement de ressorts. Si ces ressorts travaillent en compression, ils peuvent être prévus pour venir a spires jointives lorsque les efforts à transmettre atteignent une valeur déterminée. Ces ressorts peuvent notamment êre interposés entre chaque câble et la bielle correspondante. On voit que les bielles ne sont soumises qu'à des efforts de traction. Elles peuvent donc être légères. On peut sans difficulté donner aux panneaux une amplitude en rotation dépassant 1800. Les forces d'orientation étant appliquées aux panneaux en des points éloignés de l'axe de rotation, on obtient des couples importants permettant de maintenir une orientation déterminée sans qu'il soit nécessaire d'alourdir le dispositif par des poulies de grand diamètre. La dilatation thermique des bielles n'introduit pas d'erreurs d'orientation, du fait de la présence et du montage des ressorts et de la symétrie dés efforts exercés par rapport à l'axe de rotation des panneaux Ces avantages, et notamment la légèreté du dispositif, ne sont possibles qu'à condition d'adopter des panneaux ayant une surface unitaire modérée afin de limiter les couples aérodynamiques qu'ils subissent. Le châssis dont est muni chaque panneau est avantageusement constitué par un treillis de profilés, dont chacun a la section adaptée aux efforts à transmettre. Le châssis porte le panneau dans l'inclinaison optimale à la latitude du lieu d'implantation. On peut prévoir un panneau directeur à partir duquel sont transmises les for-ces d'orientation ; ce panneau est alors muni d'un moteur associé à un dispositif de détection ou de calcul de la position angulaire du soleil autour de l'axe d'orientation et de commande du moteur. Le moteur entraîne le panneau par des moyens quelconques, avantageusement par l'intermédiaire d'une transmission irréversible. Pour que le couple d'orientation appliqué soit élevé, le moteur peut entraîner un galet porté par un bras de longueur importante, solidaire du panneau.Le galet s'applique sur un rai#l circulaire de rayon correspondant à la longueur du bras. L'invention sera mieux comprise à lalecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'implantation de rangées de panneaux suivant un réseau hexagonal centré, vu de dessus, - la figure 2 est une vue en plan de deux panneaux de la figure 1 et de leurs câbles de liaison avec les bielles de transmission du dispositif équipant la rangée, - la figure 3 est une vue en perspective simplifiée montrant un ressort de liaison entre câble et bielle, - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3, - la figure 5 est un schéma de principe montrant un guide de câble équipant un châssis, - la figure 6 est un schéma de principe du châssis d'un panneau, vu en perspective, - les figures 7 et 8 montrent, respectivement en plan et en élévation, un dispositif d'entraînement utilisable pour déplacer en rotation les panneaux orienteurs de la figure 1, - les figures 9, 10 et 11, où les épaisseurs ne sont pas données à l'échelle, sont des vues partielles d'un panneau, respectivement à partir du dessous suivant un plan parallèle au fond (ligne IX-IX sur la figure 10) et suivant les plans X-X et XI-XI, respectivement perpendiculaire et parallèle aux rangées de photopiles, - la figure 12 est une vue de détail à grande échelle, en coupe suivant un plan parallèle à celui de la figure 11, montrant le montage d'une rangée de photopiles. L'invention sera maintenant décrite en supposant qu'elle est mise en oeuvre dans une installation comportant des panneaux solaires répartis sur un terrain plat et à une latitude moyenne, conduisant à orienter les panneaux autour d'un axe vertical, c'est-à-dire uniquement en azimut. Dans ce cas, des considérations d'ombres portées conduisent à disposer les panneaux 10 suivant un réseau hexagonal centré, comme illustré en figure 1, l'une des diagonales principales étant orientée Est-Ouest. Sur un terrain en pente, on sera souvent amené à adopter une disposition différente, les bielles du dispositif de transmission de mouvement suivant approximativement les lignes de niveau du terrain. Les panneaux montrés en Figure 1 sont orientés par rangées correspondant chacune à une direction à 300 de l'axe Nord-Sud, de part et d'autre d'une position moyenne orientée Nord-Sud. Dans chaque rangée, un panneau (désigné par l'-indice a) constitue panneau directeur et il est muni d'un moteur d'orientation et d'un dispositif de commande de ce moteur (non représenté). Ce panneau directeur 10a est généralement placé au centre de la rangée. Il entraîne les panneaux orientés 10b situés de chaque côté (par exemple au nombre de quatre de chaque côté) par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission. Ce mécanisme de transmission comporte, pour chaque rangée, deux bielles 11 et 12, généralement en acier et pouvant être constituées de sections aboutées par des éclisses, et deux câbles de liaison 13 et 14 par panneau orienté 10~. Ces câbles, en fils d'acier de haute résistance en général, sont fixés par une extrémité à un châssis 15 qui constitue- un élément de structure soutenant le panneau et qui est solidaire de celui-ci et par l'autre extrémité à la bielle correspondante 11 ou 12. On donne à chaque câble un arc d'enroulement sur le châssis 15 suffisant pour autoriser le débattement angulaire 2 requis (figure 1). Aux latitudes moyennes, on adoptera en général un angle 2 de l'ordre de 2400. Les câbles prennent appui sur des guides d'enroulement 16 disposés aux angles du châssis et formant tambour.Des plaques support de bielle 17 sont également disposées aux quatre coins du châssis 15 pour soutenir les bielles. Le bord 18 de ces supports est rabattu pour tenir compte de la flèche que peut prendre chaque bielle (figures 2, 5 et 6). Lorsque les panneaux sont dans leur position médiane, chaque câble doit s'enrouler sur trois faces au moins du support avant son point de fixation pour autoriser l'amplitude de 2400 requise. Entre chaque câble 13 ou 14 et la bielle correspondante 11 ou 12 est interposé un ressort de compensation. Les figures 3 et 4 montrent un tel ressort 19, interposé entre le câble 14 et la bielle 12. Cette dernière est avantageusement constituée par un profilé en U qui autorise une fixation aisée des ressorts de compensation et protège ces derniers. De plus, dans cette disposition, la traction exercée par le câble a une composante tendant à rappeler la bielle vers le panneau, c'est-à-dire vers une position où elle est guidée par la plaque 17. Les figures 3 et 4 montrent que le ressort 19, maintenu par un volet 21 réalisé par pliage du profilé, travaille en compression. L'une de ses extrémités prend appui sur une rondelle 20 soudée à la bielle. L'autre extrémité prend appui sur une rondelle 22 montée sur un tube 23 qui traverse le ressort suivant l'axe et dont la position est réglable à l'aide d'un écrou 24. La partie terminale du câble 14 forme une boucle qui emprisonne une clavette 25 traversant le tube 23. Le châssis 15 du panneau directeur 10a a une constitution similaire à celle du châssis des panneaux orientés 106. Toutefois, il est renforcé et est muni de quatre câbles d'orientation au lieu de deux. Ces quatre câbles sont directement fixés aux bielles 11 et 12. On a indiqué sur la figure 2 les ancrages des parties terminales de ces quatre câbles 27, 28 (correspondant aux câbles 11 et 12 du panneau 10b représenté), 29 et 30 par des points entourés d'un cercle. Le châssis support des panneaux peut avoir la constitution montrée schématiquement en figure 6, en profilés soudés. La section droite donnée à chacun de ces profilés sera choisie alors en fonction du type de contraintes qu'il subit soit en fonctionnement normal, soit lorsque l'on se trouve dans des conditions de vent maximum. Il faut remarquer au passage que l'on peut dans ce cas placer tous les panneaux dans une position dite de "survie", pour laquelle le moment des forces exercées par les câbles sur les panneaux est maximum. Les profilés 31, 32, 33, 34, 35 pourront être en alliage d'aluminium filé soudé. La plaque centrale 36 est munie d'un tube destiné à tourner sur un axe de rotation fixe, également tubulaire. La réalisation pratique du châssis et du dispositif lui permettant de tourner autour de l'axe vertical peut être celle montrée en Figures 7 et 8, qui illustrent également un mécanisme d'entraînement en rotation du panneau directeur 10a. Le châssis 15 montré en figures 7 et 8 est monté sur un massif d'ancrage 40. A cet ancrage est fixée une platine 41, à l'aide de tiges filetées de scellement 42 permettant de régler la hauteur et l'orientation de la platine. Cette platine porte un tube pivot 42 en plusieurs pièces soudées, se prolongeant jusqu'au niveau de la partie haute du châssis. Le châssis 15 porte de son côté un tube 43 guidé sur le pivot 42 par des paliers lisses 44 placés en haut et en bas, dont un seul est visible sur la figure 8. Dans le mode de réalisation du mécanisme d'entraînement de panneau directeur montré en figures 7 et 8, le panneau est muni d'un bras en treillis 45 terminé par un chariot d'entraînement sur un rail circulaire 46 de déviez loppement angulaire correspondant au débattement recherché. Ce chariot porte un motoréducteur 47 dont l'arbre entraîne un galet 48. Dans le chariot coulissent quatre tiges 49 munies de galets presseurs 51. Des ressorts 50 tirent les tiges vers le haut, de sorte que le chemin de roule- ment du rail 46 se trouve pincé entre les galets 48 et 51, ce qui assure un entraînement satisfaisant. On décrira maintenant, en faisant référence aux figures 9 à 11, une constitution possible de panneau solaire à faible concentration avantageusement utilisé en liaison avec le dispositif d'orientation suivant l'invention. La fonction du panneau est de porter les photopiles et l'optique permettant de concentrer l'énergie solaire qu'elles reçoivent. De plus, le panneau doit évacuer la chaleur dissipée par les photopiles (la densité de chaleur restant modérée étant donné la faible concentration) et les protéger contre les poussières et les projections d'eau. Par ailleurs, le panneau doit être d'un coût acceptable. Dans ce but, le panneau peut comprendre un caisson en métal léger en tôles pliées et assemblées. Le fond 52 du panneau, sur lequel sont fixées les photopiles, fait office de radiateur. Il est en tôle pliée pour présenter des nervures trapézoïdales (figure 10) parallèles aux rangées de photopiles 53. Les nervures donnent aux panneaux la rigidité nécessaire pour résister aux efforts dus au vent et augmentent -la surface d'échange avec l'air ambiant. La périphérie 54 du caisson (figure 11) est également réalisée en tôle pliée, dont les bords 55 sont rabattus pour positionner les extrémités des lentilles de Fresnel 56 constituant l'optique de concentration, dont la péri phérie est indiquée par une ligne en traits mixtes sur la figure 9. Le fond 52 est fixé, par exemple par rivets, sur la périphérie rabattue (figure 11). La face avant du caisson est munie de cornières parallèles 57 à ailes inégales, au nombre de douze par exemple. Ces cornières, parallèles aux rangées de photopiles 53, permettent de fixer les lentilles de Fresnel 56. Dans les parties terminales des cornières 57, la petite aile est découpée et l'aile restante est coudée, comme on le voit en 58 sur la figure 9. La partie coudée est fixée à la périphérie 54 du caisson et fournit une surface d'appui sur toute la périphérie des lentilles de Fresnel 56. Les cornières participent également à la tenue mécanique du panneau. Comme l'indique la figure 10, elles peuvent être maintenues en leur milieu par une tige et une entretoise 59 qui réduit la flèche résultant de la-pression dynamique du vent. Chaque lentille de Fresnel 56 peut être double, de façon à concentrer l'énergie solaire sur deux rangées adjacentes de photopiles occupant l'espace entre deux nervures de renforcement du fond 52.Chaque lentille peut être composite et constituée par exemple par une plaque de verre 60 qui a l'avantage d'être rigide, de bien résister à l'abrasion, d'être facile à nettoyer et de résister aux ultra-violets et une lentille en résine silicone 61. D'autres solutions sont toutefois possibles, par exemple l'utilisation de lentilles en polyméthacrylate de méthyl. Comme on l'a indiqué plus haut, le fond 52 du caisson porte les photopiles. Les moyens de fixation des photopiles doivent être prévus pour assurer un posi-tionnement précis de ces photopiles, permettre l'évacuation de la puissance thermique dissipée dans les photopiles tout e-n isolant électriquement celles-ci par rapport au fond formant radiateur, limiter les contraintes mécaniques dans les photopiles (constituées habituellement par des plaquettes de silicium) à un niveau acceptable, et assurer-une étanchéité complétant celle de la face avant du caisson. De plus, les matériaux disposés en avant des photopiles doivent avoir une transparence et une tenue aux rayonnements ultra-violets proches contenus dans le spectre solaire satisfaisantes. Le mode de montage montré en figure 12 permet de répondre à ces exigences tout en conservant un coût modéré. Pour cela, il n'adopte que des solutions éprouvées, notamment dans le domaine des panneaux plans sans concentration d'énergie. Chaque rangée de photopiles 53 est protégée par une plaque de verre 63 qui permet, de plus, d'exercer une pression répartie sur la photopile afin de maintenir un contact thermique satisfaisant entre les photopiles et les fond 52. Cette pression est exercée par un dispositif de pressage qui comprend des pattes en métal léger 64 prenant appui sur les bords de la plaque 64 et encadrant la plaque. Des vis 65 exercent la force de pression requise, par 1 'in- termédiaire de ressorts a lame 66 qui permettent de doser la pression exercée. Entre la rangée de photopiles et le fond 52 est interposée une résille d'espacement 67 en matériau polymère souple. Cette épaisseur est choisie de façon à assurer l'isolement minimum requis, par exemple 1 kV en tension continue, ce qui conduit, dans la pratique, à une épaisseur minimum de l'ordre de 0,5 mm. Les lames de contact 68, généralement en cuivre recuit de 0,1 mm d'épaisseur environ sont interposées entre les photopiles et la résille. L'espace résiduel entre la photopile et le fond est rempli par une résine silicone 69, éventuellement chargée de poudre d'alumine pour augmenter sa conductivité thermique. Les espaces résiduels situés entre la plaque de verre 63 et les photopiles 53 et autour des connexions peuvent être également remplis de résine silicone stabilisée aux ultraviolets 70, analogue a celle utilisée pour encapsuler certains panneaux plans. Dans la pratique, il sera généralement commode de grouper les photopiles en modules de quelques photopiles équipées de leur plaque de verre de protection et munie-s de la résille. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'orientation, autour d'axes parallèles, de panneaux solaires disposés en rangées, dispositif comportant un mécanisme de déplacement angulaire des panneaux, caractérisé en ce que le dispositif comprend un jeu d'au moins deux bielles de transmission (11, 12) situées chacune d'un côté de la rangée et reliées chacune à chaque panneau entraîné par l'intermédiaire de deux câbles de traction (13, 14) au moins. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque panneau est fixé à un châssis (15) rotatif autour de l'axe correspondant, muni d'au moins trois guides (16) d'enroulement des câbles, délimitant une aire traversée par l'axe, les câbles étant fixés au châssis. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le châssis a une forme rectangulaire en plan et en ce que les guides (16) sont placés dans les angles et sont en forme de tambour. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaqu-e panneau est équipé de plaques (18) destinées à supporter les bielles. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque câble est relié par des moyens élastiquement déformables, tels qu'un ressort (19), à la bielle correspondante de chaque panneau entraîné. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que chaque ressort travaille en compression et est interposé entre un câble et la bielle correspondante. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque panneau (lova) est relié aux bielles (11, 12) par quatre câbles (27-30) de façon que les bielles travaillent toujours en traction. 8. Dispositif suivant la revendication 2 ou l'une quelconque des revendications qui en dépendent, caractérisé en ce que le châssis est constitué par un treillis en profilés muni de moyens de rotation autour d'un axe vertical et supportant le panneau dans une position oblique correspondant à la latitude du lieu d'implantation. 9. Dispositif selon l'une quelconque des re-vendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme de déplacement angulaire commande l'orientation d'un panneau directeur placé sensiblement au milieu de la rangée et relié aux deux bielles par quatre câbles. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les panneaux sont disposés suivant un réseau hexagonal centré, et en ce qu'ils sont orientés de part et d'autre d'une position moyenne orientée Nord-Sud correspondant à la direction d'une des médiatrices du réseau. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le panneau comporte un caisson dont le fond (52) est constitué par une tôle portant des rangées de photopiles (53) montées parallèlement aux plis et une face avant constituée par des lentilles de Fresnel à foyer linéaire.