Brevet FR2814225A1 — publié le 20020322

CAPTEUR SOLAIRE COMPORTANT DES MOYENS DE POURSUITE DU SOLEIL La présente invention concerne un dispositif destiné à capter l'énergie solaire pour la transformer en une autre énergie comme, par exemple, en énergie électrique ; elle concerne plus particulièrement le système de poursuite du soleil et sa mise en oeuvre. Dans le domaine des énergies nouvelles ou renouvelables , l'énergie solaire occupe une place de plus en plus importante à l'heure actuelle. La recherche d'énergie propre et la fluctuation des cours des énergies traditionnelles dans l'économie ont poussé récemment le développement des énergies nouvelles telles que l'énergie éolienne et l'énergie solaire. Ainsi, les recherches effectuées ont permis d'améliorer considérablement l'efficacité des capteurs solaires de manière à réduire leur encombrement qui demeure l'un des principaux problèmes desdits capteurs. Toutefois, l'utilisation de capteurs solaires par les particuliers pour leur usage domestique reste très marginale en raison des faibles rendements obtenus, du coût et de l'encombrement de l'installation, de même, pour certaines utilisations professionnelles. Les rendements obtenus restent faibles en raison des caprices météorologiques mais aussi en raison de la localisation des capteurs et de leur inadaptation à capter de manière satisfaisante les rayonnements, notamment lorsqu'ils ne sont pas axiaux. Ainsi, la présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités des dispositifs de capteurs solaires de l'art antérieur afin d'augmenter le rendement des capteurs et afin de diminuer de fait leur encombrement, et ce, à l'aide de moyens simples, fiables et faciles à mettre en oeuvre. Elle a pour objectif d'améliorer sensiblement les dispositifs de l'art antérieur afin de pouvoir rendre accessible l'utilisation de l'énergie solaire par tous, y compris les entreprises et les particuliers. Selon sa caractéristique principale, le dispositif pour capter l'énergie solaire de l'invention est du type comportant un ensemble de capteurs solaires disposés sur un support de capteur monté mobile sur un châssis et est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de poursuite du soleil destinés à permettre le positionnement du support et des capteurs sensiblement dans l'axe du soleil. Selon une autre caractéristique du dispositif pour capter l'énergie solaire, celui-ci comprend des moyens de contrôle qui déterminent la position exacte du soleil par rapport à la position de référence"0"du dispositif à un instant (tO) donné. Selon une caractéristique complémentaire, le dispositif pour capter l'énergie solaire est caractérisé en ce que les moyens de contrôle comprennent un ordinateur qui permet de déterminer la position du soleil à un instant (tO) en fonction des paramètres d'entrée liés au lieu d'installation du dispositif. Selon un premier mode de réalisation du dispositif pour capter l'énergie solaire de l'invention, les moyens de contrôle utilisent une méthode dite de calculs directs. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le dispositif pour capter l'énergie est caractérisé en ce que les moyens de contrôle utilisent une méthode dite de lecture de table. Selon une autre caractéristique du dispositif pour capter l'énergie solaire, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande destinés à mouvoir le support de capteur pour orienter son axe dans la direction déterminée par les moyens de contrôle à un instant (tO) donné. Selon le mode de réalisation préféré du dispositif pour capter l'énergie solaire, le support de capteur est constitué par un cadre support principal articulé sur un cadre intermédiaire, lui-même articulé sur le châssis, lesdites articulations s'effectuant selon deux axes orthogonaux et en ce que les moyens de commande commandent des moyens de déplacement motorisés qui gèrent les rotations respectives du cadre intermédiaire et du cadre principal. Selon une caractéristique complémentaire, le cadre intermédiaire est articulé sur le châssis autour d'un axe vertical et le cadre support principal est articulé sur le cadre intermédiaire autour d'un axe horizontal, les moyens de contrôle déterminant la position angulaire exacte du soleil dans un repère lié aux axes. Selon une autre caractéristique du dispositif pour capter l'énergie solaire, celui-ci est caractérisé en ce que les moyens de contrôle déterminent la position du soleil en temps réel et en ce qu'ils transmettent l'information aux moyens de commande de manière discrète à intervalles de temps (t) réglables. Selon une caractéristique complémentaire, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs d'inclinaison destinés à informer les moyens de commande de la position angulaire précise du cadre support par l'intermédiaire d'un codeur absolu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. Les figures 1 à 3 illustrent un mode de réalisation du dispositif pour capter l'énergie solaire de l'invention. La figure 1 représente en perspective le cadre support et son articulation sur le châssis dans une position active. La figure 2 illustre en perspective le cadre et son châssis disposé dans la position de référence"0"ainsi que les moyens de contrôle et de commande du dispositif. La figure 3 illustre schématiquement le dispositif de l'invention. Le dispositif pour capter l'énergie solaire de l'invention illustré figures 1 à 3 et portant la référence générale (1) est constitué par un ensemble de capteurs (2a, 2b,...) disposés sur un support de capteur (3) mobile dans l'espace par rapport au châssis (4) qui le porte. Selon l'invention, le dispositif (1) comporte des moyens de contrôle (MCO) destinés à définir la position exacte du soleil dans l'espace à un instant (tO) donné et des moyens de commande (MCA) destinés à mouvoir le support de capteur (3) de manière à ce que les capteurs (2a, 2b,...) soient dans une position optimale par rapport au rayonnement solaire pour pouvoir capter son énergie, comme le montrent les figures 1 et 3. Les moyens de contrôle (MCO) et les moyens de commande (MCA) forment avantageusement les moyens de poursuite du soleil du dispositif (1) de l'invention. Le support de capteur (3) est formé par un cadre support principal sur lequel viennent se fixer des capteurs solaires (2a, 2b,...), lesdits capteurs pouvant être des cellules photovoltaïques ou des capteurs dits à fluide, par exemple, ou tout autre type de capteur solaire commercialisé. Ce cadre support principal peut se présenter, comme le montrent les figures 1 et 2, sous la forme d'un cadre plat (3), mais il pourrait présenter une forme légèrement bombée ou une forme parabolique, ou toute autre forme, sans pour autant sortir du champ de protection de l'invention. Ce support est avantageusement monté mobile par rapport à un châssis (4) qui le supporte. Le châssis (4) porte ainsi des moyens de déplacement (MD) destinés à actionner le cadre support principal (3) pour le mouvoir. Pour ce faire, le cadre support principal (3) est au moins mobile en rotation par rapport au châssis autour d'un premier axe de rotation (XX') et est avantageusement mobile autour d'un deuxième axe de rotation (YY'). Ainsi, selon le mode de construction illustré figures 1 et 2, le cadre support principal (3) est monté articulé sur un cadre intermédiaire (5) autour d'un axe (XX') sensiblement horizontal, tandis que ce cadre intermédiaire est lui-même articulé sur le châssis autour d'un deuxième axe (YY') sensiblement vertical. Les moyens de déplacement (MD) sont formés par un ensemble de moteurs (6a, 6b) ou de motoréducteurs qui gèrent de manière connue en soi les rotations respectives du cadre support principal (3) et du cadre intermédiaire (5) par l'intermédiaire d'éléments de liaison et d'entraînement (7) mécaniques tels que des articulations, des liaisons par vis sans fins, des courroies ou autres éléments de liaison et d'entraînement équivalents. Selon l'invention, les moteurs (6a, 6b) qui gèrent l'entraînement en mouvement des cadres (3,5) sont commandés par des moyens de commande (MCA) formés, par exemple, par un automate programmable (9) et une armoire de puissance (10) destinée à alimenter lesdits moteurs. Il va de soi que les moyens de déplacement (MD) et l'agencement spécifique du cadre support (3) pourraient être différents, sans pour autant sortir du champ de protection de l'invention. Ainsi, les mouvements du cadre support principal (3) sur lequel sont montés les capteurs (2a, 2b,...) pourraient être obtenus, non plus grâce à une construction à deux axes de rotation (XX', YY'), mais plutôt par une articulation de type à rotule, par exemple. Selon le mode de réalisation illustré du dispositif (1), le châssis (4) porte un premier moteur (6a) qui commande la rotation du cadre intermédiaire autour de l'axe vertical (YY'), tandis que le cadre intermédiaire (5) porte le deuxième moteur (6b) destiné à actionner en rotation un écrou fixe non représenté pour entraîner en translation une vis sans fin (7) articulée sur le cadre support principal (3) proprement dit autour d'un axe (18) parallèle à l'axe horizontal (XX'). Selon l'invention, le dispositif comprend des moyens de contrôle (MCO) qui informent les moyens de commande (MCA) de la position du soleil dans l'espace pour que ceux-ci positionnent le cadre support (3) et ses capteurs dans l'axe du soleil, c'est-à-dire pour que l'axe (ZZ') du cadre principal (3) pointe sur le soleil. Les moyens de contrôle (MCO) comprennent avantageusement un ordinateur (8) qui permet la détermination de la position du soleil en fonction des paramètres d'entrée liés au lieu où est installé le dispositif, comme sa position géographique (longitude, latitude), son altitude, la date et l'heure solaire ou time zone . Selon un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens de contrôle (MCO) utilisent une méthode dite de calcul direct qui permet la détermination exacte de la position du soleil en fonction des paramètres d'entrée précités, ladite méthode étant réalisée grâce à un logiciel utilisant des calculs d'astronomie connus. On peut noter qu'une fois les paramètres liés au lieu d'installation et à la date et l'heure rentrés dans l'ordinateur (8), celui-ci est parfaitement autonome dans le temps et peut ainsi déterminer à tout instant la position du soleil pour la communiquer aux moyens de commande. Selon un deuxième mode de réalisation du dispositif pour capter l'énergie solaire (1) de l'invention, les moyens de contrôle (MCO) utilisent une méthode dite par lecture de tables. Cette méthode, formulée dans un logiciel, consiste à se baser sur des tables de données connues, qui sont notamment éditées dans les livres d'astronomie, lesdites tables donnant par exemple les positions solaires pour des lieux précis. Grâce au logiciel paramétré l'ordinateur applique des corrections appropriées aux valeurs données par les tables en fonction des paramètres d'entrée précités du lieu où est installé le dispositif (1). Selon cette méthode, l'ordinateur comporte des moyens de saisie destinés à permettre la saisie des tables existantes nécessaires au logiciel pour la détermination de la position du soleil et la saisie des paramètres d'entrée indispensable. L'un des avantages de la méthode dite de lecture de table est qu'elle nécessite une mise à jour régulière des données utilisées et permet donc au fabricant de limiter dans le temps l'utilisation du dispositif et donc de pouvoir effectuer des remises à jour de celui-ci. Ainsi cette méthode permet au fabricant de suivre sa clientèle te de la fidéliser. Les moyens de saisie des données peuvent être de tous types et nécessiter un support de type bande, disquette ou CD Rom ou être réalisés à l'aide d'un système de télémaintenance. Les calculs correctifs à effectuer et l'acquisition des valeurs contenues dans les tables sont programmés dans un logiciel présent dans l'ordinateur qui détermine la position du soleil pour la transmettre aux moyens de commande (MCA) du dispositif (1). Selon l'invention et quelque soit la méthode utilisée, les moyens de contrôle (MCO) déterminent avantageusement la position du soleil en temps réel ; ils utilisent l'information de manière discrète afin de la fournir aux moyens de commande (MCA) à intervalles de temps (t) réguliers comme, par exemple, toutes les dix minutes, ce qui correspond à un mouvement du soleil d'environ 1, 5 à 2 . Bien entendu, le dispositif de l'invention (1) pourrait comporter des moyens de réglages qui permettraient de régler l'intervalle de temps (t) entre les mises en oeuvre successives des moyens de commande (MCA) par les moyens de contrôle (MCO). Il va de soi que cette mise en oeuvre des moyens de commande pourrait ne plus s'effectuer de manière discrète mais être gérée en continu. Toutefois, ceci impliquerait des déplacements très lents des cadres supports (3,5) qui seraient alors difficiles à mettre en oeuvre alors qu'u réglage suffisamment fin de l'intervalle de temps (t) permet d'obtenir une précision suffisante pour que l'axe (ZZ') du support (3) ne soit pas éloigné de l'axe du soleil de plus de deux ou trois degrés. Selon le mode de réalisation préféré du dispositif (1) de l'invention, le châssis (4) est destiné à être installé et mis à niveau pour être horizontal. Les cadres supports (3,5) possèdent respectivement des capteurs d'inclinaison, un capteur d'angle horizontal et un capteur d'angle vertical destinés à informer les moyens de commande (MCA) de la position précise du cadre support principal (3) ou plutôt de son axe (ZZ') par rapport à une position de référence ou point O illustré figure 2 et indexé lors de l'installation du dispositif, cette position correspondant avantageusement à une orientation horizontale et vers le Nord de l'axe (ZZ') du cadre principal. Ces mesures d'angles sont avantageusement transmises aux moyens de commande par l'intermédiaire d'un codeur absolu (12) ou à l'aide de tout autre type de codeurs (codeurs incrémentaux). Par ailleurs, il va de soi que le châssis (4) peut comporter des moyens de mise à niveau qui permettent de régler son assiette afin qu'il soit parfaitement horizontal et que les mesures d'angles puissent être efficaces grâce à un réglage parfait du point de référence ou point 0 . On pourrait toutefois imaginer que le réglage de la référence puisse s'effectuer par apprentissage, par exemple, et que le châssis puisse ainsi être positionné avec une précision moindre, les moyens de commande (MCA) et/ou les moyens de contrôle (MCO) étant alors prévus pour prendre en compte les corrections à effectuer dues à l'inclinaison du châssis et donc des axes (XX') et (YY'). Bien entendu, il est important que les moyens de contrôle (MCO) déterminent les coordonnées angulaires du soleil dans le système d'axe de référence (XX', YY') lié au châssis (4) et au cadre (3) afin que les moyens de commande (MCA) soient à même de positionner l'axe (ZZ') du cadre support principal (ZZ') dans la position angulaire déterminée grâce aux capteurs respectifs qui mesurent les angles d'inclinaison dans le référentiel lié aux axes de rotation (XX') et (YY') du cadre support. Selon l'invention, lorsque le dispositif pour capter l'énergie solaire (1) fonctionne, l'ordinateur (8) détermine la position angulaire du soleil par rapport au point de référence O à chaque instant (tO, tl, t2) pour lequel les moyens de commande sont mis en oeuvre pour positionner le cadre support principal (3). Cette détermination s'effectue par la méthode des calculs directs ou la méthode de lecture de table en fonction du mode de réalisation du dispositif choisi et donc du logiciel associé installé sur l'ordinateur. A chaque instant (tO, tl, t2), l'automate (9) ou une carte spécifique associée à l'ordinateur recueille les coordonnées angulaires du soleil déterminées par les moyens de contrôle (MCO). Elle les compare au positionnement angulaire du cadre fourni par les capteurs et actionne les moyens de déplacement jusqu'à ce que les capteurs angulaires lui signalent que l'axe (ZZ') du cadre support principal est positionné selon les coordonnées exactes du soleil déterminées. De cette manière, les capteurs (2a, 2b,...) disposés sur le cadre support principal présentent leur axe, pointés vers le soleil, et suivent celui-ci pas à pas selon un intervalle de temps (t) avantageusement réglable et qui représente une faible variation angulaire de la position du soleil, variation avantageusement inférieure à 5 . Par ailleurs, le dispositif (1) peut comporter des capteurs destinés à mesurer l'intensité du rayonnement reçu, lesdits capteurs permettant alors, en fonction d'un seuil réglé par l'utilisateur, de commander le fonctionnement du système de poursuite du soleil ou son arrêt momentané en fonction de la météo, par exemple. De même, les moyens de contrôle (MCO) sont capables de gérer la mise en marche et l'arrêt du système de poursuite pour que le dispositif (1) se trouve en sommeil pendant les heures où l'ensoleillement n'est pas effectif. Cette fonction peut avantageusement être gérée par l'ordinateur (8) dont le logiciel permet le calcul de l'éphéméride du lieu où est installé le dispositif et donc la mise en oeuvre du système de poursuite le jour et son arrêt la nuit. Notons, comme le montrent les figures 2 et 3, que l'automate, l'armoire de puissance et l'ordinateur sont avantageusement distincts et reliés aux moyens de déplacement (MD) par un ensemble de câbles (13) qui permet le transfert des informations du codeur absolu (12) et la mise en oeuvre des moteurs (6a, 6b). De plus, l'ordinateur (8) comporte un moniteur vidéo (14) et le logiciel utilisé peut comporter une imagerie destinée à visualiser à l'écran l'ensemble des données gérées par l'ordinateur. Toutefois, les moyens de contrôle (MCO) et les moyens de commande (MCA) pourraient être regroupés dans une même armoire, par exemple. Ainsi, l'ordinateur est alors obtenu par une carte et son processeur et ne nécessite plus les accessoires usuels tel que le clavier et le moniteur vidéo, mais uniquement des moyens de saisie de type à disquette ou autre, tandis que l'automate est également remplacé par une carte spécifique, lesdites cartes étant reliées et disposées à l'intérieur d'une même armoire de commande. Par ailleurs, il va de soi que l'invention couvre également des modes de réalisation simplifiés du dispositif dans lequel la monture du cadre support n'est pas de type altazimut tel que décrit, mais de type équatoriale avec un seul axe de rotation, par exemple, et avec des moyens de contrôle excessivement simplifiés mais qui permettent un certain suivi du soleil par les capteurs montés sur le cadre support autour de l'axe de rotation unique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) du type comportant un ensemble de capteurs solaires (2a, 2b,...) disposés sur un support de capteur (3) monté mobile sur un châssis (4), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de poursuite du soleil destinés à permettre le positionnement du support et des capteurs (2a, 2b,..., 3) sensiblement dans l'axe du soleil. 2. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (MCO) qui déterminent la position exacte du soleil à un instant (tO) donné par rapport à la position de référence"0"du dispositif (1). 3. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (MCO) comprennent un ordinateur (8) qui permet de déterminer la position du soleil à un instant (tO) en fonction des paramètres d'entrée liés au lieu d'installation du dispositif. 4. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (MCO) utilisent une méthode dite de calculs directs. 5. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (MCO) utilisent une méthode dite de lecture de table. 6. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (MCA) destinés à mouvoir le support de capteur (3) pour orienter son axe (ZZ') dans la direction déterminée par les moyens de contrôle (MCO) à un instant (tO) donné. 7. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le support de capteur est constitué par un cadre support principal (3) articulé sur un cadre intermédiaire (5), lui-même articulé sur le châssis (4), lesdites articulations s'effectuant selon deux axes (XX') et (YY') orthogonaux et en ce que les moyens de commande (MCA) commandent des moyens de déplacement (MD) motorisés qui gèrent les rotations respectives du cadre intermédiaire (5) et du cadre principal (3). 8. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cadre intermédiaire (5) est articulé sur le châssis (4) autour d'un axe (YY') vertical et en ce que le cadre support principal (3) est articulé sur le cadre intermédiaire (5) autour d'un axe (XX') horizontal, les moyens de contrôle (MCO) déterminant la position angulaire exacte du soleil dans un repère lié aux axes (XX', YY'). 9. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 6 et l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (MCO) déterminent la position du soleil en temps réel et en ce qu'ils transmettent l'information aux moyens de commande de manière discrète à intervalles de temps (t) réglables. 10. Dispositif pour capter l'énergie solaire (1) selon la revendication 6 et l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs d'inclinaison destinés à informer les moyens de commande (MCA) de la position angulaire précise du cadre support (3) par l'intermédiaire d'un codeur absolu (12).