Brevet FR2590422A1 — publié le 19870522

La présente invention concerne des dispositifs de trans- formation d'énergie destinés à transformer un rayonnement solaire en énergie électrique et, plus particulièrement, un réseau photo- voltalque en couche mince enfermé dans une coupole et disposé sur une membrane étirée qui est auto-alimentée pour suivre le rayonne- ment solaire. Il est bien connu d'utiliser un réseau photovoltaique dans un dispositif de transformation d'énergie qui transforme un rayonnement solaire en énergie électrique. Les cellules photovoltai- ques incluses dans un réseau photovoltaique engendrent une force électromotrice, quand elles sont exposées à un rayonnement solaire, entraînant le passage d'un courant dans un circuit qui comprend le réseau photovoltaique. Les cellules photovoltaiques sont généralement des struc- tures cristallines délicates, spécialement celles utilisées dans les réseaux photovoltaîques en couche mince. Théoriquement, une exposition extérieure directe du réseau photovoltaique au rayonne- ment solaire fournit une transformation d'énergie optimale. Cepen- dant, il est généralement opportun de protéger le réseau photovol- talque (qu'on appellera dans la suite PV) des intempéries telles que la grêle, qui peuvent entraîner une détérioration importante d'un réseau PV. Un procédé connu pour protéger les réseaux PV consiste à les enrober d'une résine époxyde ou d'une autre matière appropriée qui soit transparente pour un rayonnement solaire. L'enrobage doit être suffisamment fort pour résister aux intempéries, telles que des orages avec grêle, et à des forces de vent dominant. Cependant, par l'obtention de la protection nécessaire par enrobage pour le réseau PV, il existe une certaine dégradation du coefficient de transmission du rayonnement jusqu'au réseau PV. Le réseau PV est aussi monté généralement sur une structure ayant une construction relativement robuste pour satisfaire les exigences de charge de vent dominant. Puisque la position du soleil par rapport au réseau PV varie d'une manière continue, il est bien connu d'utiliser un dispositif de repérage pour orienter d'une manière continue le ré- seau PV pour une exposition optimale au rayonnement solaire. Le dispositif de repérage doit être suffisamment puissant pour suppcr- ter toutes les charges de vent sur le réseau PV et la structure de montage, ainsi que l'inertie de ces structures. Par conséquent, un mécanisme d'entraînement approprié pour le dispositif de repérage est prévu pour fonctionner sous des charges de vent dominant et doit ainsi être vraisemblablement tout à fait robuste et coûteux et avoir une consommation d'énergie relativement élevée. Le niveau relativement élevé de consommation d'énergie exigé par le dispositif d'entraînement amoindrit l'énergie utilisable engendrée par le ré- seau PV. A l'encontre de l'arrière-plan précédent, un but géné- ral de l'invention est de fournir un nouveau dispositif de transfor- matino d'énergie comportant un moyen de transformation d'énergie et un dispositif de repérage qui soient protégés du vent par un dispo- sitif de protection contre les intempéries léger et économique. Un autre but général de l'invention est de fournir un nouveau dispositif de transformation d'énergie comportant un dispo- sitif de repérage qui soit moins robuste et moins conteux que les dispositifs de repérage qui doivent fonctionner sous des charges de vent dominant. Un autre but général de l'invention est de fournir un nouveaJ dispositif de transformation d'énergie comportant une plate- forme pour un moyen de transformation d'énergie qui soit moins ro- bJste et moins coDteuse que les plate-formes qui doivent fonction- ner sous des charges de vent dominant. Encore un autre but général de l'invention est de fournir un nouveau dispositif de transformation d'énergie qui soit profilé pour réduire au minimum la résistance au vent et suffisamment résis- tant aux intempéries pour assurer une protection pour un moyen de transformation d'énergie, sa plate-forme et son dispositif de repé- rage associé. Un autre but général de l'invention est de fournir un nouveau dispositif de transformation d'énergie qui ait la capacité d'utiliser de la lumière diffuse. Un but plus spécifique de l'invention est de fournir un nouveau dispositif de transformation d'énergie comportant un dispo- sitif de repérage qui exige un minimum d'appel d'énergie en raison de sa structjre légère et de sa protection contre le vent. Encore un autre but spécifique de l'invention est de fournir un nouveau dispositif de transformation d'énergie dans le- quel un réseau PV soit supporté par une membrane étirée, légère et économique, à l'intérieur d'une enceinte en forme de coupole souple et gonflable formant un écran protecteur pour le réseau PV. Encore un autre but de l'invention est de fournir un nou- veau dispositif de transformation d'énergie mettant en oeuvre un réseau PV cui suive le rayonnement solaire et dans lequel le dispo- sitif de repérage ait une robustesse réduite au minimum et soit placé dans une enceinte protectrice protégeant également le réseau PV. Un autre but spécifique de l'invention est de fournir un nouveau procédé pour transformer un rayonnement solaire en énergie électrique. D'autres buits, avantages et nouvelles caractéristiques de l'invervion seront établis en partie dans la description qui suit, et en partie seront évidents pour l'homme de l'art par l'examen de ce qui sai, ou pourront être déduits de la pratique de l'invention. Les buts e: avantages de l'invention pesvent être réalisés et at- teints ogrce aux moyens et combinaisons particulièrement mis en évidence -_les revendications annexées. =our réaliser ce oui orécède et d'autres buts et confor- mémert aux Laroes buts de la présente invention, telle que réalisée et larceme-: décrite dans la suite, le disDositif de transformation d'énergie ce l'invention comprend un moyen pour recevoir un rayonne- ment solaire et transformer ce rayonnement en énergie électrique, tel qu'; n r éseau PV. Le réseau PV est de préférence monté sur une membrane étirée qui est maintenue par un cadre. Des moyens de repérage pour orienter le réseau PV dans des posirC-s prédéterminées qui assurent une exposition optimale au rayonne-erz solaire coopèrent avec le cadre. Une enceinte consti- tJuée d'une matière à rayonnement transmissible comprend un espace de logement intérieur dans lequel sont logés le réseau PV sur la membrane étirée, le cadre et les moyens de repérage et elle cons- titue un écran protecteur pour tous ces composants. L'enceinte est constituée de préférence d'une matière souple gonflable et elle maintient sa forme préférée, telle que d'une coupole, sous l'influence d'une faible pression d'air fournie à la coupole. Sous cette disposition, le dispositif de transformation d'énergie est profilé pour réduire au minimum la résistance au vent, il est léger pour fonctionner avec un minimum d'appel d'énergie et il est suffisamment résistant aux intempéries pour assurer une pro- tection contre les intempéries telles que la grêle. On va maintenant expliquer les principes de l'invention dans la description suivante, donnée à titre d'exemple non limita- tif, en référence au dessin annexé dans lesquel: la Figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de transformation d'énergie incorporant un exemple de réalisation de la présente invention; la Figjre 2 est une vue latérale en élévation de celui- ci; et la Figsre 3 est une vue en coupe fragmentaire agrandie d'un dispositif de fixation de coupole. Les caractzres de référence corresoondants indiquent les parties corresponzr-.tes dans l'ensemble des différerntes vues du dessin. Un dispositif de transformation d'énergie incorporant un exemple de réalisa:tor préféré de l'invention est indiqué dans son ensemble par la réserece numérique 10 sur la Figure 1. Le dispcsitif de transformation d'énergie 10 comprend une membrane étirée 12, donts ne partie est représentée sur la Fi- gure 1, qui est étirée jusque sir une couronne 14 pour former une plateforme ou un suoport pour in réseasu PV 16. La membrane étirée 12 est une couche rince constituée d'une matière polymère ayant une épaisseur comprise a3proximativement entre 0,051 et 0,254 mm, une épaisseur comprise entre 0,127 et 0,152 mmr,de préférence. La membrane 12 peut être maintenue à une tension prédéterminée sur la couronne 14 de n'importe quelle manière connjue appropriée. Par exemple, on peut souder ou fixer autrement la mem- brane 12 sur la couronne 14 alors que la couronne est maintenue en compression. Quand la compression sur la couronne est supprimée, la membrane 12 devient tendue d'une quantité prédéterminée. On peut également réaliser la fixation de la membrane 12 sur la couronne 14 par serrage ou soudage, ou d'une manière sembla- ble à celle o des rideaux sont fixés à des fenêtres ou à des portes, la membrane étant forcée dans une fissure (non représentée) autour de la périphérie de la couronne au moyen d'une pièce rapportée en forme de talon d'accrochage de fixation (non représenté). Une matière polymère appropriée pour la membrane 12 est vendue sous le nom commercial Flexigard, qui est fabriquée par 3M Company de Minneapolis, Minnesota. Des matières métalliques appro- priées pour la membrane 12 sont l'aluminium et l'acier. Le réseau PV 16 peut être un réseau de cellules PV cris- tallines qui sont fabriquées sous la forme de tranches, de petits disques ou de coupons qui peuvent être profilés sous des formes rec- tangulaires pour assurer un contact de côté-à- côté voisins entre les cellules. Des cellules PV du type fabriqué par Arco Company et sar Solarex Company conviennent poour les besoins de l'invention. Un autre type de réseau PV est consitujé de silicium amorphe qui n'a pas une structure cristalline. La structure de silicium amorphe est constituée en feuilles qui ont ces dimensions plus grandes que cel- les des cellules cristallines. Saryo Corporation et Sharp Corpo:a- ion fabriquent des réseaux PV de silicium amorphe qui convienne-- soDr les besoins de l'invention. Le réseau PV 16, qu'il ait une structure du type cel'ile cu une structure amorphe, peut être soudé à la membrane 12 en u:!- lisant un adhésif approprié. La couronne 14 est suooortée par une colonne 18 au mcyen c' n support à pieds 20 qui est couplé à un dispositif d'entrai- re-ent à deux axes représenté schématiquement de façon simplifiée par la référence numérique 22. Le support à pieds 20 comprend se ensemble de pieds, de préférence trois pieds 24, 26 et 28 espacés de 120 entre eux qui peuvent être constitués d'acier ou de tout autre matériau approprié. Les pieds 24, 26 et 28 ont une extrémité connectée à la couronne 14, les extrémités opposées con- vergeant vers un joint en pivot d'élévation 30 du dispositif d'en- trainement à deux axes 22. Le joint en pivot d'élévation 30, qui incline la couronne 14 d'angles prédéterminés voulus, comprend une languette 31 jointe à un joint en pivot azimutal représenté schéma- tiquement en 32. Le joint en pivot azimutal 32 fait pivoter la lan- guette 31 autour d'un axe qui coïncide avec la colonne 18. Le joint en pivot azimutal 32 fait ainsi pivoter également la couronne 14. Le dispositif d'entraînement à deux axes 22 est du type souvent utilisé avec des héliostats tels que fabriqués parMcDonnell Douglas, Arco Company et Martin Marietta Corporation, mais il a une construction moins robuste que ceux-ci. Un micro-ordinateur servant à diriger le déplacement du dispositif d'entraînement à deux axes 22 est indiqué schématiquement par la référence numérique 34 sur la Figure 2. La colonne 18, qui est constituée de n'importe quel ma- tériau approprié tel que l'acier ou le béton est fixée rigidement à une base 36, également constituée de béton ou de tout autre matériau de base approprié. Une enceinte 38 ayant de préférence la forme d'une coupo- le sphérique renferme l'ensemble des composants décrits précédemment qui sont supportés par la base 36. La coupole 38 a une structure souple et gonflable, de préférence constitJuée d'une matière polymère telle qu'elle est vendue sous le nom commercial Tefzel, fabriquée par DuPont ou Halar, fabriquée par Allied Chemical. L'épaisseur de paroi de la coupole est de préférence comprise entre 0,051 et 0,152 mm et est transparente pour le rayonnement solaire. L'enceinte 38 est fixée de façon étanche à la périphérie de la base 36 au moyen de tout dispositif de serrage approprié tel que représenté sur la Figure 3. Par exemple, un collier 40 compor- tant une partie saillante en forme de V 42 est fixé à la base 36. Une partie d'extrémité périphérique 44 de l'enceinte 38 est tendue sur la partie saillante en forme de V 42 et serrée sur celle-ci au moyen d'un collier de serrage 46 de forme complémentaire à la partie saillante en forme de V 42. L'enceinte 38 comprend écalemert une o-vertzjre ou soupa- pe 48 à travers laqselie l'air est envoyé au moyen d'un ventilateur qui communique avec 'ouverture 48 par un tube 52. De préférence, la pression maintenue zas l'enceinte 38 es- de l'ordre de 138 à 690 Pa. Bien Q.'on ne l'ait pas repiésenté, on peut utiliser des dispositifs de réclage de pression appropriés pour maintenir le niveau de pression voJl tels qu'un détendeor de pression. Les dimersbo% du dispositif de wransformation d'énergie 0 sont une question ce choix. Néanmoins, pour donner un exemple des 1 grandeurs considérées er pratique, on peut avoir une couronne 14 ayant un diamètre d'approximativement 10 mètres, l'enceinte 38 étant légèrement plus grande pour assurer un jeu approprié pour le pivote- ment et l'inclinaison de la couronne 14. En utilisant le dispositif de transformation d'énergie 10, le dispositif d'entraînement à deux axes 22 est utilisé pour sui- vre le rayonnement solaire conformément à un programme approprié fourni dans le micro-ordinateur 34. L'enceinte 38 fournit un espace tranquille 54 qui n'est pas soumis aux intempéries ou affecté de façon nocive par des vents dominants. Ainsi, un environnement isolé et protégé est fourni dans l'espace d'enceinte 54. L'énergie produite par le réseau PV 16 est utilisé pour alimenter le ventilateur 50 et le dispositif d'entraînement à deux axes 22, ce qui rend le dispositif 10 auto-alimenté pendant despério- des d'ensoleillement. L'énergie fournie par le réseau PV 16 est une puissance en courant continu qui peut être transformée en puissance en courant alternatif si on le souhaite. Pendant la nuit et pendant des périodes d'absence d'ensoleillement, lapuissance nécessaire pour maintenir l'enceinte 38 gonflée peut être fournie par une bat- terie ou à partir de la puissance tirée d'une grille électrique, non représentée ici. On doit également noter que l'enceinte 38 peut avoir des exigences de pouvoir réflecteur relativement faibles puisque le rayonnement solaire est simplement reçu par le réseau PV et qu'il n'est pas réfléchi. Ainsi, ni la paroi de l'enceinte 38 ni la mem- brane 12 supportant le réseau PV n'ont besoin d'avoir une surface optique de haute précision, spécialement puisque la lumière diffuse de l'enceinte 38 est reçue par le réseau PV 16. En conséquence, il n'est pas nécessaire que le rayonnement solaire traverse l'enceinte 38 jusqu'au réseau PV suivant un faisceau droit. Certains avantages de l'invention qui ressortent de la description précédente sont qu'un dispositif de transformation d'énergie 10 fournit un écran protecteur pour le réseau PV 16 qui permet de monter le réseau PV 16 sur une membrane étirée 12, qui est une plateforme économique, ce qui permet d'utiliser undispositif de repérage de soleil tirant une faible puissance. Puisque le ni- veau de tension sur l'enceinte 38 est assez faible, l'impact de la grêle sur la surface de paroi d'enceinte n'a qu'un minimum d'effet. Toutes les déformations de surface de l'enceinte 38 dues à la grêle sont corrigées par l'état souple de la matière d'enceinte sous l'in- fluence de l'espace sous pression 54. En outre, puisque le réseau Pv 16 et sa plate-forme sont légers et protégés du vent, on peut utiliser un dispositif de repérage dont la robustesse est réduite au minimum et économique. Le dispositif de repérage a un faible appel d'énergie en raison de la structure légère et en raison de sa protection contre le vent. De plus, le réseau PV 16 exige un dispositif de repérage de précision très faible car il a la capa- cité d'utiliser la lumière diffuse. Par conséquent, puisque le dis- positif peut être mis en fonctionnement avec un dispositif de repé- rage très économique en raison de sa capacité d'utiliser la lumière diffuse, il peut fonctionner avec un dispositif d'entraînement économique. Ce qui précède est considéré à titre d'illustration des principes de l'invention. En outre, puisque l'homme de l'art peut facilement faire de nombreuses modifications et de nombreux change- ments, l'invention ne doit pas être limitée à la construction et au fonctionnement exacts représentés et décrits, et, en conséquence, orn peut recourir à toutes les modifications et équivalences appro- priées pour tomber dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transformation d'énergie, caracté- risé en ce qu'il comprend un moyen (PV 16) pour recevoir un rayon- nement solaire et transformer le rayonnement solaire en énergie électrique,un mouer ( 12) pour supporter le moyen récepteur, et un moyen à enceinte translucide (38) contenant le moyen récepteur et le moyen de support et constituant un écran protecteur autour du moyen récepteur eu du moyen de support. 2. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le moyen récepteur (16) com- prend un réseau phozovoltaique. 3. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 2, caractérisé en ce que le moyen de support (12) comprend une nembrane(12)sur laquelle le réseau photovoltaique (16) est joint. 4. Dispositif de transformation d'énergie selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que la membrane (12)est constituée d'une matière pclymère. 5. Disoositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 3, ca:actérisé en ce que la membrane est constituée d'une matière méal!lique. 6. Disocsitif de transformation d'énergie selon la reven- dication 4, caracterisé en ce qu'il inclut un cadre (14,20,18) pour maintenir la memc:a-e (12) et en ce que la membrane est étirée d'une quantité:déterminée sur le cadre. 7. DisDcsitif de transformation d'énergie selon la reven- dication 5, cara:_.risé en ce qu'il comprend un cadre (14,20,18) pour maintenir la membrane et en ce que la membrane est étirée d'une quantité prédéte-rinée sur le cadre. 8. Disoositif de transformation d'énergie selon la reven- dication 1, caracr-risé en ce que le moyen à enceinte (38) est cons- titué d'une matière polymère souple. 9. DisDocsitif de transformation d'énergie selor la reven- dication 8, caraczrélisé en ce que le moyen à enceinte (38) est gonflable jusqu'à une dimension et une forme prédéterminées, le dispositif comprenant en outre un moyen de gonflage (48,50) pour gonfler le moyen à enceinte jusqu'à la dimension et la forme prédé- terminées. 10. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de repérage (22,34) pouvant coopérer avec-le cadre (14,20,18) pour orienter le cadre dans des positions prédéterminées qui four- nissent une exposition optimale du moyen récepteur au rayonnement solaire. 11. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 10, caractérisé en ce que le moyen de repérage est in- clus dans le moyen à enceinte. 12. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 10, caractérisé en ce que le moyen de gonflage comprend un premier moyen de fonctionnement alimenté électriquement (50) pour gonfler le moyen à enceinte et en ce que le moyen de repérage comprend un second moyen de fonctionnement alimenté électriquement (22), le moyen récepteur (16) fournissant l'énergie électrique pour les premier et second moyens de fonctionnement alimentés électrique- ment (50,22) de sorte que le dispositif de transformation d'énergie est auto-alimenté. 13. Dispositif de transformation d'énergie,caractérisé en ce qu'il comprend un mcyen (PV 16) pour recevoir un rayonnement solaire et transformer le rayonnement solaire en énergie électrique, une membrane étirée (12) sur laquelle est montée le moyen récepteur, un cadre (14,20, 18) pour maintenir la membrane étirée, un moyen de repérage (22) pouvant coopérer avec le cadre pour orienter le cadre dans des positions prédéterminées qui fournissent une exposition optimale du moyen récepteur a. rayonnement solaire, et un moyen à enceinte (38) constitué d'Jne matière à rayonnement transmissible, le moyen à enceinte comportarz un espace de logement intérieur (54) pour loger le moyen récepteur, la membrane étirée, le cadre et le moyen de repérage pour constizJer un écran protecteur autour de ceux-ci. 14. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 13, caractérisé en ce que le moyen à enceinte est cons- titué d'une matière souple. il 15. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- verdication 14, caractérisé en ce que le moyen à enceinte a la fo_- me d'une coupole gonflable, les dimensions et la forme de la coupo- le étant maintenues 'ar une différence de pression prédéterminée entre l'espace de lo-ement intérieur et l'extérieur de la coupole. 16. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 13, caractérisé en ce qu'il.comprend in premier moyen de fonctionnement alim-erzê é6lectriquenent (50) pour gonfler la cou- pole, et en ce que le moyen de repérage comprend un second moyen de fonctionnement alimenté électriquement (22), le moyen récepteur (16) fournissant l'énergie électrique aux premier et second moyens de fonctionnement alimentés électriquement de sorte que le dispositif de transformation d'énergie est auto-alimenté. 17. Dispositif de transformation d'énergie selon la re- vendication 13, caractérisé en ce que le moyen récepteur comprend un réseau photovoltaique (16). 18. Procédé pour transformer un rayonnement solaire en énergie électrique, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une membrane montée sur un cadre, à monter un réseau photovoltaique sur la membrane étirée, à enfermer la membrane étirée, le réseau photovoltaique et le cadre dans une enceinte à rayonnement solaire transmissible qui est gonflable, à suivre ou repérer le rayonnement solaire à partir de l'intérieur de l'enceinte en utilisant l'énergie produite par le réseau photovoltaique pour orienter le cadre dans des positions prédéterminées qui fournissent une exposition optima- le du réseau photovoltaique au rayonnement solaire, et à maintenir une pression de gonflage prédéterminée à l'intérieur de l'enceinte en utilisant l'énergie produite par le réseau photovoltaîque. 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il consiste à constituer la membrane et l'enceinte de matières polymères. 20. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir la pression de gonflage dans l'enceinte comprise approximativement entre 138 et 690 Pa.