Brevet FR2626966A1 — publié le 19890811

Dispositif capteur de rayons solaires La présente invention concerne un dispositif capteur de rayons solaires dans lequel la lumière solaire, focalisée au moyen d'une lentille de Presnel, est efficacement guidée dans un câble optique. L'auteur de la présente invention a précédemment proposé un dispositif capteur de rayons solaires comprenant un grand nombre de lentilles. Les rayons solaires focalisés par les lentilles sont guidés dans les câbles conducteurs optiques. Les rayons solaires guidés de cette manière sont transmis à travers le câble conducteur optique sur un point optique do souhaité. Dans le dispositif capteur de rayons solaires mentionné ci-dessus, lorsque l'angle d'ouverture numérique de la lentille est grand, l'image du soleil, focalisée par la lentille, est petite. Par conséquent, un câble optique de i S petit diamètre peut être utilisé. Cette petite dimension est un avantage. Cependant, l'angle de la pente au niveau de la partie circonférentielle de la lentille est grand, et donc la quantité de lumière se réfléchissant au niveau de cette partie est importante et l'efficacité de focalisation n'est pas bonne. L'angle d'incidence du câble optique est également grand. Par Lo conséquent, le taux de réflexion est important au niveau de l'extrémite recevant la lumière du câble optique et l'efficacité de guidage des rayons solaires dans le câble optique n'est pas bonne. En outre, les rayons solaires entrant dans la lentille sont réfléchis sur l'extrémité émettant la lumière de celle-ci et sont renvoyés dans la lentille. Ensuite, les rayons solaires réfléchis se propagent à l'intérieur de la lentille. Pour cette raison, les rayons incidents ne peuvent être guidés efficacement dans le câble optique. so D'autre part, lorsque l'ouverture numérique de la lentille est faible, l'angle de la pente au niveau de la partie circonférentielle de celle-ci est petit. Par conséquent, le taux de réflexion est faible sur ce côte et l'angle d'incidence pour le câble optique est petit de sorte que le taux de réflexion au niveau de l'extrémité recevant la lumière du câble optique est également faible. Le captage de rayons solaires devient plus efficace. Au contraire, l'image du soleil focalisée par la lentille est grande. Donc, le diamètre du câble optique doit être grand. Par conséquent, le coût du cable optique devient éleve. Ces problèmes constituent les points faibles de la technique antérieure. Un objet de la présente invention est de permettre l'utilisation d'un câble optique d'une grande ouverture numérique et d'éliminer en outre la réflexion sur l'extrémité recevant la lumière du cable optique afin de maintenir une haute efficacité dans-le guidage des rayons solaires dans le ts câble optique. Un autre objet de la présente invention est de réduire le diamètre du câble optique dans le but d'en diminuer le coût. La fig. 1 est une vue en perspective illustrant un mode de réalisation d'un dispositif capteur de rayons solaires précédemment proposé par l'auteur de la présente invention; les figs. 2 à 4 sont, respectivement, des vues de construction illustrant des modes de réalisation de la technique antérieure du dispositif capteur de rayons solaires; et la fig. 5 est une vue de construction illustrant un mode de réalisation du dispositif capteur de rayons solaires selon la présente invention. La fig. 1 est une vue en perspective détaillée illustrant un mode de réalisation d'un dispositif capteur de rayons solaires. Sur la fig. 1, le Ao numéro de référence 1 désigne une capsule de protection transparente, 2 une lentille de Fresnel, 3 un outil porte-lentille, 4 un détecteur de direction pour détecter la direction des rayons solaires, 5 une fibre optique (ou un cable conducteur optique) ayant une extrémité recevant la lumière à placer au niveau du foyer de la lentille de Fresnel 2, 6 un AS porte-fibre, 7 un bras, 8 un moteur pas à pas, 9 un arbre rotatif horizontal entraîné par le moteur pas à pas 8, 10 une base pour porter la capsule de protection 1, 11 un moteur pas à pas, et 12 un arbre rotatif vertical entraîné par le moteur pas à pas 11. to Comme l'avait déjà proposé l'auteur de la présente invention, le dispositif capteur de rayons solaires mentionné ci-dessus détecte la direction du soleil au moyen du détecteur de direction de rayons solaires 4, et son signal de détection commande les moteurs pas à pas 8 et 11il. Les deux moteurs pas à pas 8 et 11il font tourner l'arbre rotatif horizontal 9 et tç l'arbre rotatif vertical 12, respectivement, de manière à guider le détecteur de direction de rayons solaires 4 dans la direction du soleil. De cette manière, les rayons solaires focalisés par chacune des lentilles 2 sont respectivement guidés dans les fibres optiques 5 ayant une extrémité recevant la lumière placée au niveau du foyer des lentilles respectives. 3 Les fibres optiques ou les câbles conducteurs optique 5 sont prévues pour chaque lentille et sortent du dispositif capteur de rayons solaires, regroupées en faisceau dans un cable 13 et conduites vers un point optique souhaité o elles sont utilisées. Les figs. 2 et 3 sont, respectivement, des vues de construction illustrant des modes de réalisation de la technique antérieure des dispositifs capteurs de rayons solaires. Sur les figs. 2 et 3, le numéro de référence 2 désigne une lentille pour focaliser la lumière solaire, et 5 un câble optique dans lequel sont guidés les rayons solaires focalisés. La fig. 2 représente un mode de réalisation dans le cas d'une grande ouverture (angle) numérique de la lentille 2, et la fig. 3 représente un autre mode de réalisation dans le cas d'une faible ouverture (angle) numérique de la lentille 2. Lorsque l'ouverture numérique de la lentille 2 est grande, l'image du soleil, focalisée par la lentille 2, est petite comme représenté sur la fig. 2. Par conséquent, un câble optique de petit diamètre peut être utilisé. Cette petite dimension est un avantage. Au contraire, l'angle de la pente 4 au niveau de la partie circonférentielle de la lentille 2 est grand, et donc la quantité de-lumière se réfléchissant au niveau de cette partie est importante et l'efficacité de focalisation n'est pas bonne. L'angle d'incidence E8 du câble optique 5 est également grand. Par conséquent, le taux de réflexion est important au niveau de l'extrémité recevant la lumière du câble optique 5 et l'efficacité de guidage de rayons solaires dans le câble optique n'est pas bonne. En outre, les rayons solaires entrant dans la lentille 2 sont réfléchis sur l'extrémité émettant la lumière 2a et renvoyés dans la lentille 2. Ensuite, les rayons solaires réfléchis se propagent à l'intérieur de la lentille 2. Pour cette raison, les rayons incidents ne peuvent être guidés efficacement dans le câble optique. D'autre part, lorsque l'angle d'ouverture de la lentille 2 est petit, l'angle de la pente 8E3 au niveau de la partie circonférentielle de la lentille 2 est égaiement petit. Par conséquent, le taux de réflexion est faible au niveau de ce côté et l'angle d'incidence Ek pour le cable optique 5 est petit de sorte que le taux de réflexion au niveau de l'extrémité recevant la lumière du câble optique 5 est également faible, Le captage de rayons devient donc plus efficace. Au contraire, l'image du soleil focalisée par la lentille 2 est grande comme représenté sur la fig. 3. Par conséquent, le diamètre du câble optique doit être grand. Le coût du câble optique devient donc élevé. Ces problèmes constituent les points faibles de la technique antérieure. La fig. 4 est un schéma agrandi de la partie principale d'une lentille de Fresnel utilisée à la place d'une lentille avec un grand angle d'ouverture comme représenté sur la fig. 2. Comme on le sait, une lentille de Fresnel A est une lentille dans laquelle son épaisseur est réduite par l'utilisation efficace de la surface courbe C d'une lentille ordinaire comme représenté sur la fig. 2 et son poids total est donc également réduit. Dans le cas o on emploie une lentille de Fresnel à la place des lentilles respectives représentées sur les figures 2 et 3, à la fois la dimension du dispositif et le poids de celui-ci peuvent être diminués. Particulièrement, dans le cas o la lentille suit le mouvement du soleil, le poids de la partie mobile est réduit de sorte que son action peut être plus rapide. Telles sont les conditions préférées pour le dispositif. Go D'autre part, dans le cas o on emploie une lentille de Fresnel comme représenté sur la fig. 2, en principe, une lentille d'un grand angle d'ouverture est découpée comme représenté par AA, AL, A3...... Les parties découpées de la lentille sont disposées au niveau d'un plan horizontal comme représenté par A, AL, A3,...... et les surfaces de lentille, Sj, Si, S* , ........, sont utilisées comme surfaces de la lentille de Fresnel. A cette occasion, lorsque la lentille est découpée comme représenté par A,, AL, A3 ...... les surfaces B,, Bz, B3...... doivent être découpées de façon oblique comme représenté sur la fig. 4. Dans une telle construction, les rayons lumineux correspondant à V,,, Vt,. .. ne peuvent être utilisés. Pour cette..DTD: 3u raison, elle s'avère être inefficace. La présente invention a été réalisée afin de résoudre les imperfections de la technique antérieure comme mentionné ci-dessus. En particulier, un objet de la présente invention est de permettre l'utilisation d'un câble optique d'une grande ouverture numérique et d'éliminer en outre la réflexion sur l'extrémité recevant la lumière du câble optique de manière à maintenir une haute efficacité de guidage des rayons solaires dans le câble optique. Un autre objet de la présente invention est de pouvoir diminuer le diamètre du câble optique dans l'intention d'en abaisser le coût. La fig. 5 est une vue de construction illustrant un mode de réalisation du dispositif capteur de rayons solaires selon la présente invention. Sur la AC fig. 5, le numéro de référence 2 désigne une lentille de Fresnel pour focaliser les rayons solaires, 5 un câble optique, et 20 un couplage optique composé d'un guide de lumière conique tronqué, ayant une large extrémité 20a pour recevoir la lumière et une petite extrémité 20b pour émettre la lumière. A5 Dans la présente invention, une lentille dé Fresnel d'une faible ouverture numérique, en d'autres termes, n'ayant pas un si grand angle de pente au niveau de la partie circonférentielle de celle-ci est utilisée comme lentille focalisant la lumière. Cependant, une lentille de Fresnel 2 d'une ço faible ouverture numérique a un petit angle de pente au niveau de la partie circonférentielle de celle-ci, et par conséquent, le taux de réflexion de celle-ci est faible. Et en outre, la découpure oblique illustrée sur la fig. 4 peut être diminuée et les rayons solaires peuvent donc être focalisés efficacement au moyen de la lentille de Fresnel 2. Cependant, comme l'image du soleil focalisée par une lentille de Fresnel 2 avec une faible ouverture numérique est grande, dans le cas o les rayons solaires focalisés par la lentille de Fresnel sont guidés directement dans le câble optique 5, un câble optique de grand diamètre doit être employé, de sorte que le coût du dispositif devient élevé. D'autre part, si le diamètre du câble optique 5 doit être diminué, l'angle d'ouverture de la lentille 2 doit être augmenté afin de diminuer l'image focalisée par la lentille 1. Cependant, lorsque l'angle d'ouverture de la As lentille 2 est augmenté, l'angle d'incidence des rayons solaires au niveau de la surface d'extrémité incidente du câble optique 2 est également augmenté comme mentionné plus haut, de sorte que la perte de réflexion devient importante. Cela est un problème qu'il faut résoudre. Ainsi, dans la présente invention, le couplage optique 20 ayant une extrémité recevant la lumière 20a d'une grande surface et l'extrémité émettant la lumière 20b d'une petite surface est employé, et l'image du soleil comparativement grande focalisée par la lentille de Fresnel 2 d'une ouverture numérique comparativement faible est reçue au niveau de la grande extrémité 20a du couplage optique 20 et guidée dans le couplage optique 20. Les rayons solaires guidés dans le couplage optique 20 sont réfléchis par la surface circonférentielle 20c et se propagent vers l'extrémité émettant la lumière 20b. Chaque fois que ces réflexions sont répétées, l'angle A5 d'ouverture devient de plus en plus grand. A la fin, l'angle d'ouverture au niveau de l'extrémité émettant la lumière 20b devient approximativement égal à l'ouverture numérique du câble optique 5. Par conséquent, si les rayons solaires émis depuis le couplage optique 20 peuvent être guidés dans le cable optique 5, les rayons lumineux peuvent se propager à UO l'intérieur du câble optique 5. De cette manière, les rayons lumineux peuvent être transmis le plus efficacement. Cependant, comme mentionné plus haut, dans le cas o l'ouverture numérique du câble conducteur optique 5 est grande, les rayons solaires d'un grand IS angle d'incidence (angle d'ouverture) correspondant sont guidés dans le câble optique 5 d'un grand nombre d'ouverture, Cependant, la perte de réflexion est importante au niveau de son extrémité recevant la lumière du cable optique 5, de sorte que les rayons solaires ne peuvent être efficacement guidés dans le câble optique 5. Au contraire, dans la présente 3c invention, l'extrémité émettant la lumière 20b du couplage optique 20 est reliée de façon unitaire et adhésive à la surface d'extrémité recevant la lumière du câble optique 5 au moyen d'une pâte optique ou équivalent. Par conséquent, la perte de réflexion au niveau de l'extrémité recevant la lumière du câble optique 5 peut être complètement éliminée. Comme il apparaît d'après la description qui précède, selon la présente invention, lorsqu'il y a une lentille de Fresnel d'une faible ouverture numérique, la perte de réflexion au niveau de la partie circonférentielle de la lentille peut être diminuée par comparaison au cas o la lentille de Fresnel a une grande ouverture numérique. Outre cela, la surface coupée en biais requise au moment de former la lentille de Fresnel est réduite, de sorte que les rayons solaires peuvent être focalisés de façon efficace. Et de plus, en utilisant un couplage optique ayant une grande surface recevant la lumière, la lentille de Fresnel d'une faible ouverture numérique peut être utilisée et donc la perte de réflexion sur la surface recevant la lumière du couplage optique peut être réduite. Lorsque les rayons solaires passent à travers le couplage optique, l'angle d'ouverture des rayons solaires est augmenté. En outre, l'angle d'ouverture peut être augmenté de sorte qu'il devient un angle d'ouverture maximal prouvé devant être pris par le câble optique. Par conséquent, un cable optique d'une grande ouverture numérique peut être employé et un câble optique d'un petit diamètre peut être employé. Ainsi, le coût du câble optique peut être réduit. En outre, la perte de réflexion au niveau de l'extrémité recevant la lumière du câble optique peut être complètement éliminée en reliant de façon unitaire et adhésive l'extrémité émettant la lumière du couplage optique à l'extrémité recevant la lumière du câble optique au moyen d'une pâte optique ou équivalent. REVENDICATION 1. Dispositif capteur de rayons solaires comprenant une lentille (2) pour focaliser la lumière solaire, un couplage optique composé d'un guide de lumière (20) conique tronqué et d'un cable optique (5), dans lequel les rayons solaires focalisés par ladite lentille sont reçus au niveau de la grande extrémité (20a)dudit couplage optique et réémis depuis la petite extrémité (20b) dudit couplage optique, et lesdits rayons sont entre outre guidés dans ledit câble optique, caractérisé en ce que ledit câble optique c a une plus grande perte par réflexion lorsque l'angle d'incidence des rayons solaires sur la surface de réception de lumière dudit guide de lumière est égal ou supérieur à l'ouverture numérique dudit câble optique, ladite lentille est composée d'une lentille de Fresnel ayant une ouverture numérique inférieure à celle dudit câble optique, ledit couplage optique a As une extrémité émettant la lumière avec une ouverture numérique égale à celle dudit câble optique de manière à éliminer ladite perte par réflexion, ladite extrémité émettant la lumière dudit couplage optique étant reliée de façon adhésive à l'extrémité recevant la lumière du câble optique au moyen d'une pâte optique. 9o