Brevet FR2637967A1 — publié le 19900420

Procédé et dispositif autonome de récupération d'énergie solaire a orientation automatique.sls DESCRIPTION La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif autonome de récupération d'énergie solaire å orientation automatique. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication de capteurs solaires. Une des applications de l'invention est son utilisation en combinaison avec des capteurs connus de récupération d'énergie, dont la plus grande partie est d'origine solaire, afin de suivre d'une manière autonome et automatique le déplacement du soleil. Depuis de nombreuses années, beaucoup de sociétés et de constructeurs développent des capteurs pour récupérer l'énergie naturelle disponible dans la nature et renouvelable en tout point de la terre. Les développements principaux concernent les capteurs solaires, qui est la source d'énergie la plus concentrée et la plus sûre, et plus de 400 brevets concernant ces produits ont été déposés depuis une quinzaine d'années en FRANCE, avec plus ou moins de succès commercial. Compte tenu des déplacements du soleil en cours de journée et la meilleure efficacité de garder le capteur le plus possible face à celui-ci, certains fabricants ont développé des systèmes que l'on peut qualifier de "TOURNESOL" et qui, pour des raisons de commodité d'exploitation, sont commandés en rotation d'une manière connue, plus ou moins automatique. Ainsi, on peut citer quatre brevets déposés en FRANCE dans ce domaine, soit le "capteur solaire à air et son dispositif automatique d'orientation" par MM. J.L. ALLIES et H. LEFEBVRE, déposé le 27 Mai 1983 sous le NO. FR. 83/09.118, le "système d'orientation automatique pour capteur solaire" par M. GALLAN, déposé le 27 Mai 1982 sous le NO. FR. 82/09.470, le "dispositif de commande automatique de l'orientation d'un capteur solaire en direction du soleil par la S.A. GALLIER, le 19 Octobre 1981 sous le NO. .8.119.586 et les "dispositifs d'orientation automatique d'un capteur solaire" par M. H. PELLEGRIN le 28 Février 1978, sous le NO. FR. 78/06.878. La plupart de ces systèmes sont assez fragiles et sont sensibles å l'action du vent, et même quand ils sont de fabrication plus robuste comme celui de Monsieur GALLAN, ils nécessitent tous une source d'énergie extérieure et leur automatisme d'orientation est en général programmé et nécessite un calibrage et une adaptation, au site d'implantation et aux variations du plan d'écliptique en fonction de la période de l'année. Ainsi, en dehors de quelques réalisations, dont certaines sont très connues comme le four solaire d' Odeilho, et qui concernent en général des puissances ou des implantations telles que l'apport d'énergie externe n'est pas gênant, la majorité des capteurs solaires existants sont fixes, ce qui limite leur rendement et leur efficacité. Par ailleurs, dans la plupart des installations de récupération d'énergie solaire, les capteurs sont constitués de surfaces réfléchissantes renvoyant les rayons du soleil vers un seul point appelé foyer. Les rayons du soleil étant parallèles, lesdites surfaces sont en fait des paraboloides en général décomposés en panneaux plans pour des questions de simplification de réalisation, lesquels panneaux plans sont, soit adjacents les uns aux autres et tous tangents au même paraboloide, soit montés indépendamment les uns des autres et pouvant alors être orientés pour être chacun tangent å plusieurs paraboloides ayant tous le même foyer. Pour de petites installations, la chaudière et les surfaces réfléchissantes ou capteurs, sont montés fixes sur une même structure, et c'est celle-ci qui peut tourner pour suivre le déplacement du soleil. Pour les grosses installations, la chaudière est fixe et il faut alors que chaque panneau soit orientable indépendamment pour renvoyer les rayons toujours dans la chaudière. Nous nous intéressons ici qu'aux petites et moyennes installations dont les éléments de chaudière et de capteurs sont fixes les uns par rapport aux autres. Les petits panneaux plans réfléchissant faisant capteur sont alors montés fixes sur un seul support leur donnant leur position de tangence par rapport en gdnéral å un seul parabolorde. Ils sont constitués la plupart du temps de vitrages faisant glace-miroir, lesquels vitrages ne peuvent pas alors être continus, même s'ils sont adjacents. Ceci fragilise les installations de part le matériau, et surtout de par leur fixation. De plus, l'indépendance de ces panneaux les rend déformables les uns par rapport aux autres, surtout dans le temps avec les chocs et les dilatations, leur précision d'angle de réflexion diminue et l'efficacité globale s'en ressent. Le problème posé est de pouvoir équiper tout système connu de récupération d'énergie solaire afin de l'orienter automatiquement le plus possible dans la direction du soleil et d'une façon autonome. Une solution au problème posé est un procédé de récupération d'énergie essentiellement d'origine solaire, utilisant tout système de captage et de transformation de ladite énergie en énergie directement utilisable, de type électrique, caractérisé en ce que - on monte ledit système de captage sur tout support permettant son orientation dans le plan vertical et le plan horizontal; - on équipe ledit support d'au moins un moteur électrique et de tout moyen d'entrainement assurant ltorientation du système de captage dans le plan vertical et horizontal;; - on place en une zone non utilisée de la structure dudit système de captage, un ensemble de capteurs solaires connus de type photovoltafque, indépendant de ceux constituant le système de captage et suffisant pour charger une batterie tampon apte å faire fonctionner ledit moteur électrique; - on place en une zone quelconque dudit système de captage, un dispositif de recherche de point chaud, de type cellule photoélectrique bidirectionnelle connue; - on asservit la commande dudit moteur électrique avec le signal de sortie délivré par ladite cellule, de telle façon que ledit système de captage soit toujours orienté dans la direction des rayons du soleil; - on installe l'ensemble du système ainsi autonome en toute zone choisie par l'utilisateur et on récupère l'énergie transformée par ledit système de captage par tout moyen connu. Une autre solution au problème posé est un dispositif autonome de récupération d'énergie, essentiellement d'origine solaire, comportant tout système de captage et de transformation de ladite énergie en énergie directement utilisable de type électrique ou thermique, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un support équipé de tout moyen mécanique permettant l'orientation dudit système de captage dans les plans vertical et horizontal, d'au moins un moteur électrique assurant l'entraînement dudit moyen mécanique, d'un ensemble de capteurs solaires de type photovoltaique rechargeant une batterie tampon, alimentant ledit moteur électrique, lequel ensemble est solidaire du système de captage, d'un dispositif de recherche de point chaud de type cellule photo-électrique connue bidirectionnelle, lequel dispositif de recherche commande par un asservissement la mise en marche dudit moteur électrique, de telle façon que ledit système de captage soit toujours orienté dans la direction du soleil. Un autre problème posé et complémentaire au précédent est de réaliser des surfaces réfléchissantes qui soient assez robustes, d'une grande efficacité et d'une grande rigidité pour éviter les déformations de la structure générale. Une solution au problème posé est un dispositif autonome de récupération d'énergie, dans lequel ledit système de captage et de transformation de l'énergie comporte, d'une manière connue, des surfaces de captage réfléchissantes en forme de paraboloides et une chaudière, située au foyer desdits paraboloides, dans laquelle circule un liquide caloriporteur à réchauffer, caractérisé en ce que au moins l'une desdites surfaces de captage est une plaque réfléchissante pliée en accordéon, de telle façon qu'une lamelle formant pli, recevant les rayons du soleil, réfléchisse ceux-ci sur ladite chaudière et que l'autre partie du pli reliant deux lamelles est telle que chaque plan contenant une de cesdites lamelles est tangent à l'un desdits paraboloides. Le résultat est un nouveau procédé et de nouveaux dispositifs autonomes de récupération d'énergie solaire et å orientation automatique. Les avantages d'un tel procédé et de ces dispositifs sont nombreux car ils permettent une autonomie intéressant les zones d'accès difficiles et les installations de faible ou moyenne puissance. Leur réalisation est robuste et fiable et leur prix de revient est réduit par l'optimisation de réalisation qui permet l'invention, en particulier par le gain de poids obtenu sur les surfaces réfléchissantes De plus, l'efficacité et le rendement de captage sont très importants, supérieurs aux équipements actuels puisqu'un équipement réalisé suivant l'invention permet, et des essais l'ont confirmé, de chauffer un volume de 100 litres à la température de 60 C en une heure, gracie à une surface réfléchissante de panneaux de 5 m , au lieu de quatre heures pour un système classique, connu et non orientable automatiquement. L'ensemble de ces considérations, l'efficacité élevée, le prix de revient raisonnable, l'installation et l'entretien facile ouvrent davantage l'intérêt de tels systèmes à des clientèles jusqu'a présent hésitantes, car le retour financier sur investissement est moins sflr pour d'autres matériels. Ainsi, toutes les collectivités et les hotels par exemple ne peuvent être que très sensibles aux réelles économies d'énergie que permettent le procédé et les dispositifs suivant l'invention. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de réalisation suivant le procédé et les dispositifs de l'invention, qui sont donnés à titre d'illustration, mais d'autres réalisations et applications peuvent être réalisées. La figure 1 est une vue d'ensemble de côté d'un dispositif suivant l'invention. La figure 2 est une vue de dessus d'une partie d'un dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente un dispositif autonome complet de récupération d'énergie, monté sur un socle fixe servant de support 3, que l'on peut installer en toute zone exposée aux rayons du soleil. Ce support 3 est un cylindre vertical recevant des moyens mécaniques permettant en particulier l'orientation du système de captage 7 dans le plan horizontal, tel que par exemple une bille d'acier 2, située sur le dessus et dans l'axe 1 du cylindre et recevant en appui une structure 4 en forme de cloche renversée sur ledit support 3. Cette structure 4 portant le système de captage 7 peut tourner librement dans le plan horizontal et est entraînée en rotation par un moteur électrique 8 solidaire du support 3, transmettant son mouvement par tout moyen de transmission et d'accouplement, par exemple des courroies 142 Sur la structure pivotante 4, sont montés des moyens mécaniques permettant l'orientation du système de captage 7 dans le plan vertical comme, par exemple, un axe horizontal 15, portant ledit système 7 et monte librement en rotation sur la structure 4, pivotant dans le plan horizontal, lequel axe est entraîné en rotation par un moteur électrique 9 solidaire de ladite structure 4, transmettant son mouvement par tout moyen de transmission et d'accouplement, par exemple des courroies 141 passant sur des poulies. Afin d'éviter tout porte-à-faux préjudiciable à la rotation dans le plan horizontal, et dans l'exemple de la figure où le système de captage 7 est désaxé par rapport à l'axe 1, il est prévu dans ce mode de réalisation particulier de monter un contrepoids 5 monté sur un axe 6, diamétralement opposé au système de captage. Son poids et sa rotation autour de l'axe 6 permettent de régler l'équilibre avec le système de captage 7. Les moteurs 8 et 9 peuvent être des moteurs de très grande série, genre moteurs d'essuie glace. Le système de captage 7 qui est décrit dans la figure 2 comporte des capteurs réfléchissants et la chaudière de récupération 11 et porte également, d'une part les capteurs solaires 12 de type photovoltaique alimentant une batterie tampon 13, laquelle batterie tampon assure ensuite ou en même temps l'alimentation des moteurs électriques 8 et 9 quand c'est nécessaire et, d'autre part, un dispositif 10 de recherche du point chaud de type cellule photoélectrique bidirectionnelle. Quand cette cellule détecte une variation du point chaud maximum, c'est-à-dire un écart de la direction du plan des capteurs 7 par rapport à la direction du soleil, on asservit la mise en marche d'un des moteurs 8 ou 9 pour assurer leur rotation et donc celle des capteur 7 dans la direction voulue. Ce système de rotation et de pointage est donc entièrement autonome et assure le suivi de l'orientation des capteurs actifs 7 face au soleil et donc permet une efficacité maximum de ceux-ci. La figure 2 est une vue de dessus d'une partie du dispositif décrit dans lafigure 1, essentiellement en ce qui concerne la partie capteur 7 multiénergie. Il s'agit de capteurs solaires, auquel il peut être rajouté éventuellement d'autres capteurs comme par exemple pour récupérer le vent qui passerait dans ce système et qui est canalisé par la surface réfléchissante 16. En effet, cette surface réfléchissante est maintenue toujours face au soleil pour recevoir les rayons de celui-ci au maximum de sa surface, gracie au système décrit dans la figure 1. Cette surface est constituée d'une plaque réfléchissante pliée en accordéon, de telle façon que chaque lamelle 17 formant un pli et recevant les rayons du soleil 191 , réfléchisse ceux-ci sur la chaudière 11, située au foyer de tous les paraboloides dont les lamelles 17 sont des plans tangents. Ainsi, l'autre partie du pli 18 reliant deux lamelles 17 est calculée pour permettre une telle configuration des lamelles, et assurer à l'ensemble une grande rigidité. La surface réfléchissante peut par exemple être constituée de tôles continues et embouties en acier inoxydable chromée. Cette plaque réfléchissante 16 peut être aussi constituée d'un support quelconque sur lequel sont fixées toutes feuilles de matériau connu faisant miroir par lu-même ou en combinaison avec ledit support. Les rayons réfléchis 192 du soleil atteignent alors la chaudière 11 oû ils sont concentrés, permettant de porter le liquide caloriporteur 20 qui circule à l'intérieur de celle-ci à une température assez élevée pour être utilisable en chauffage par exemple. Pour améliorer l'efficacité de l'ensemble, le conduit de la chaudière 11 est pris de section triangulaire, dont deux faces sont orientées vers les lamelles 17, et celles-ci sont dans un mode de réalisation préférentielle de largeur égale à environ la largeur d'un côté du conduit triangulaire de ladite chaudière. La troisième face dudit conduit de la chaudière 11 est fermé et supporte l'ensemble du capteur solaire connu 12 de type photovoltaîque rechargeant la batterie tampon 13. Cette disposition est un exemple de réalisation qui permet d'utiliser au mieux les zones disponibles et qui assure aux capteurs 12 d'être toujours orientés dans la direction du soleil comme les lamellcs 17. Les divers composants du système d'orientation décrit dans la figure 1 et repris partiellement dans la figure 2, surtout au niveau des photopiles 12, peuvent entre utilisés sur divers systèmes de chaudières ou de tout capteur de récupération d'énergie solaire existant par ailleurs et même déjà installé. En particulier, on peut utiliser le dispositif suivant l'invention avec tout système fixe de captage et de transformation d'énergie, en utilisant le support 3 équipé de tout moyen mécanique et de moteur d'entraînement 8 tel que décrit ci-avant, supportant et permettant l'orientation de tout sytème réfléchissant les rayons solaires sur ledit système fixe de captage auquel est associé alors le dispositif de recherche de point chaud 10 déjà décrit, de telle façon que ledit système réfléchissant dirige toujours les rayonnements solaires sur ledit système de captage. L'ensemble des composants mesurant et permettant l'orientation des capteurs et l'asservissement des moteurs correspondants peut être piloté par un programmateur de type connue tel qu'un microprocesseur et ses circuits annexes. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et aux applications décrits ci-dessus et qui ne constituent que des exemples auquels des modifications et des variantes peuvent être apportées. REVENDICATIONS 1. Procédé de récupération d'énergie essentiellement d'origine solaire, utilisant tout système (7) de captage et de transformation de ladite énergie en énergie directement utilisable, de type électrique ou thermique, caractérisé en ce que -- on monte ledit système de captage (7) sur tout support (3) permettant son orientation dans le plan vertical et le plan horizontal; - on équipe ledit support d'au moins un moteur électrique (8) et de tout moyen d'entraînement assurant l'orientation du système de captage dans les deux plans verticaux et horizontaux; - on place en une zone non utilisée de la structure dudit système de captage, un ensemble de capteurs (12) solaires connus de type photovoltaîqùe, indépendant de ceux constituant le système de captage et suffisant pour charger une batterie tampon (13) apte à faire fonctionner ledit moteur életrique (8);; - on place en une zone quelconque dudit système de captage, un dispositif de recherche de point chaud, de type cellule photoélectrique bidirectionnelle connue; - on asservit la commande dudit moteur électrique (8) avec le signal de sortie délivré par ladite cellule (10), de telle façon que ledit système de captage (7) soit toujours orienté dans la direction des rayons du soleil (19); - on installe l'ensemble du système ainsi autonome en toute zone choisie par l'utilisateur et on récupère l'énergie transformée par ledit système de captage par tout moyen connu (20). 2. Dispositif autonome de récupération d'énergie, essentiellement d'origine solaire, comportant tout système de captage (7) et de transformation de ladite énergie en énergie directement utilisable de type électrique ou thermique, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un support (3), équipé de tout moyen mécanique permettant l'orientation dudit système de captage dans les plans vertical et horizontal, d'au moins un moteur électrique (8) assurant l'entraînement dudit moyen mécanique, d'un ensemble de capteurs solaires (12) de type photovoltaîque rechargeant une batterie tampon (13), alimentant ledit moteur électrique, lequel ensemble est solidaire du système de captage, d'un dispositif de recherche de point chaud de type cellule photo-électrique (10) connue bidirectionnelle, lequel dispositif de recherche commande par un asservissement la mise en marche dudit moteur électrique (8), de telle façon que ledit système de captage est toujours orienté dans la direction du soleil. 3. Dispositif autonome de récupération d'énergie suivant la revendication 2, dans lequel ledit système de captage (7) et de transformation d'énergie comporte, d'une manière connue, au moins une surface de captage réfléchissante en forme paraboloide et une chaudière (11), constituée d'un conduit, dont la section a une forme triangulaire située au foyer dudit paraboloîde et dans laquelle circule un liquide caloriporteur (20) à réchauffer, caractérisé en ce que deux faces étant orientées vers ladite surface parabololde, la troisième face orientée dans la direction du soleil supporte ledit ensemble de capteurs (12) solaires connus, de type photovoltaique, rechargeant ladite batterie tampon (13). 4. Dispositif autonome de récupération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel ledit système de captage (7) et de transformation de l'énergie comporte, d'une manière connue, des surfaces de captage réfléchissantes en forme de paraboloide et une chaudière (11) située au foyer desdits paraboloides, dans laquelle circule un liquide caloriporteur (20) à réchauffer, caractérisé en ce que l'une desdites surfaces de captage est une plaque réfléchissante et pliée en accordéon, de telle façon qu'une lamelle (17) formant pli, recevant les rayons du soleil, réfléchisse ceux-ci sur ladite chaudière et que l'autre partie du pli (18) reliant deux lamelles est telle que chaque plan contenant une de cesdites lamelles est tangent à l'un desdits paraboloides. 5. Dispositif autonome de récupération d'énergie suivant la revendication 4 et comportant une chaudière (11) constituée d'un conduit de section triangulaire, caractérisé en ce que la largeur desdites lamelles (17) réfléchissantes est égale à environ la largeur d'un des côtés du conduit triangulaire de ladite chaudière (11). 6. Dispositif autonome de récupération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens mécaniques permettant l'orientation dudit système de captage dans le plan horizontal, sont constitués d'une bille (2) située sur le dessus et dans l'axe d'un support cylindrique (3) vertical et recevant en appui une structure en forme de cloche renversée (4) sur ledit support, laquelle structure portant ledit système de captage peut tourner librement dans le plan horizontal et est entraîné en rotation par un moteur solidaire (8) dudit support transmettant son mouvement par tout moyen de transmission et d'accouplement par exemple des courroies (14). 7. Dispositif autonome de récupération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens mécaniques permettant l'orientation dudit système (7) de captage dans le plan vertical sont un axe (15j horizontal portant ledit système et monté librement en rotation sur toute structure porteuse (4) assurant l'orientation dudit système dans le plan horizontal, lequel axe (15) est entraîné en rotation par un moteur (9) solidaire de ladite structure porteuse transmettant son mouvement par tout moyen de transmission et d'accouplement, par exemple des courroies(14). 8. Dispositif autonome de récupération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ladite plaque réfléchissante (16) pliée en accordéon est une tôle en acier inoxydable chromée. 9. Dispositif autonome de récupération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ladite plaque réfléchissante (16) pliée en accordéon est constituée d'un support quelconque sur lequel sont fixées toutes feuilles de matériau connu faisant miroir par lui-même ou en combinaison avec ledit support. 10. Dispositif autonome de récupération d'énergie essentiellement d'origine solaire, comportant tout système fixe de captage et de transformation de ladite énergie, caractérisé en ce qu'il comporte un support (3), équipé de tout moyen mécanique et d'un moteur d'entraînement (8) suivant la revendication 3, supportant et permettant l'orientation de tout système réfléchissant les rayons solaires sur ledit système fixe de captage, auquel est associé un dispositif (10) de recherche de point chaud suivant la revendication 3, de telle façon que ledit système réfléchissant dirige toujours le rayonnement solaire sur ledit système de captage.