Brevet FR2855595A1 — publié le 20041203

- 1 "Système de pistage pour panneau solaire motorisé" La présente invention concerne un système de pistage pour panneau solaire motorisé. Nos sociétés, voraces en énergie, se tournent de plus en plus vers les énergies renouvelables. L'énergie éolienne prend un essor certain. L'énergie solaire thermique a ses adeptes. L'énergie solaire photovoltaïque semble progresser plus lentement. Il est vrai que le rendement des bellules photovoltaïques est très faible, 15 à 18% pour les plus performantes. En effet, les panneaux photovoltaïques d'une façon générale produisent une énergie électrique qui est fonction: - de la famille des cellules les constituant déterminant un rendement et une 15 durée de vie spécifique, de la luminosité ambiante, et - de la température de jonction des thermocouples les constituant. D'une façon générale, un panneau solaire orienté de façon optimum par rapport à une source lumineuse produira une énergie électrique avec élévation 20 de sa température de surface. Sauf cas particulier, actuellement, les sources lumineuses utilisées sont des astres décrivant chacun, une courbe prévisible et connue de façon périodique. Un panneau photovoltaïque positionné de façon optimum sur le zénith de 25 la courbe de la source lumineuse ne produira une énergie maximum que pendant le temps o les cellules constituant le panneau fixe pourront capter cette intensité lumineuse. La détection d'une cible (astre ou autre objet) et son suivi (miroir de four solaire) est bien connu en robotisation et la tentation d'utiliser un automatisme 30 performant avec moteurs asservis à divers capteurs est maintenant bien connue et généralisée. Seulement, la dépense énergétique pour mettre en oeuvre ces mécanismes et les maintenir en état de veille suiveuse est telle que la solution est difficilement viable en solaire photovoltaïque. - 2 Dans l'état de la technique antérieur, on connaît le document WO0155651 qui décrit un système comprenant un bras support sur lequel sont montés plusieurs panneaux solaires. Pour limiter l'effort de manipulation lors de la rotation, chaque panneau solaire est disposé de telle sorte que le centre 5 gravité est proche de l'axe de rotation. Le document DE19922795 décrit un panneau solaire mobile sur un support en demi-cercle par exemple. Le système peut être motorisé pour permettre le déplacement du panneau sur le support. Dans ce cas, le moteur est solidaire du support. L'arbre du moteur entraîne un réceptacle glissant sur le dessus du support, ce réceptacle étant prévu pour 10 accueillir le panneau solaire. Un tel système consomme une quantité d'énergie non négligeable, ce qui en réduit considérablement le rendement. Le moteur doit être suffisamment puissant pour entraîner le poids total du panneau solaire. On connaît également le document EP0016873 décrivant un panneau solaire articulé par des moyens électromagnétiques ou par un dispositif mécanique à 15 base de crémaillère et de piston. L'articulation motorisée est obtenue en faisant pivoter un support du panneau alors qu'une articulation manuelle est possible pour incliner ce même panneau solaire. Ce système reste encombrant et peu économe en énergie. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des 20 systèmes précités en proposant un nouveau système peu encombrant et présentant un rendement optimisé. Un autre but de la présente invention est la réalisation d'un système simple, fiable et peu gourmand en énergie pour suivre le soleil (la source lumineuse) avec une précision nécessaire et suffisante. L'invention a encore 25 pour but d'obtenir un pistage efficace et/ou personnalisable de la source lumineuse. On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un système de pistage pour panneau solaire motorisé. Selon l'invention, il comprend: - un mât sur lequel est disposée de façon pivotante la partie supérieure 30 arrière du panneau solaire; - une came solidaire du mât sur laquelle repose la partie inférieure arrière du panneau solaire, cette came s'inscrivant dans un plan faisant un angle non nul avec l'axe du mât; et - 3 - un moteur apte à déplacer ledit panneau solaire par rapport au mât de façon à ce que ce panneau solaire suive le mouvement d'une source lumineuse, ladite partie inférieure se déplaçant le long du bord extérieur de la came. Ainsi la trajectoire du panneau solaire est guidée par le bord extérieur de la came. Cette came peut avoir une forme qui est fonction de la latitude du lieu d'installation du panneau solaire. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le moteur est solidaire du panneau solaire. Avantageusement, la partie inférieure arrière du 10 panneau peut comprendre un barreau rotatif entraîné par l'arbre du moteur, ce barreau étant disposé de façon perpendiculaire à la direction de déplacement du panneau solaire, et il vient en prise avec le bord de la came. Pour ce faire, on peut munir le bord de la came d'un crantage qui peut être directement réalisé sur la came ou présent dans une courroie crantée additionnelle. En outre, pour 15 améliorer la prise entre le barreau et la came, on peut prévoir un ressort de traction maintenant le barreau en appui sur la came. De préférence, lorsqu'il s'agit d'un mât personnalisé, ce mât peut être télescopique de telle sorte que l'inclinaison du panneau solaire est variable. La longueur du barreau est alors suffisante pour assurer l'appui sur la came lorsque 20 le panneau solaire est soulevé ou baissé. Selon un second mode de réalisation de l'invention, le système comprend des moyens de fixation pour fixer le panneau solaire au mât de façon amovible et en fonction des dimensions dudit mât. Dans ce cas, le système peut s'adapter à tout type de mât tel qu'un lampadaire ou le poteau d'une éolienne. Avantageusement, la came, solidaire des moyens de fixation, peut comprendre une ouverture apte à accueillir le mât, et les moyens de fixation peuvent comprendre au moins: - un premier anneau de diamètre variable pour serrer le mât, et - un deuxième anneau relié au premier anneau et de diamètre supérieur à 30 ce premier anneau, la partie supérieure du panneau solaire étant disposée sur ce deuxième anneau. Le deuxième anneau peut être libre en rotation autour du premier anneau, la partie supérieure arrière du panneau solaire étant alors solidaire de 4 ce deuxième anneau. Le moteur, solidaire des moyens de fixation, est alors apte à faire pivoter le deuxième anneau. Par ailleurs, le deuxième anneau peut autrement être solidaire du premier anneau, la partie supérieure arrière du panneau solaire étant alors disposée de 5 façon coulissante le long du deuxième anneau. Le moteur, solidaire du panneau solaire, est alors apte à faire coulisser le panneau solaire sur le deuxième anneau. De préférence, le deuxième anneau peut comprendre un crantage venant en prise avec le moteur. De même, ce crantage peut être directement réalisé sur 10 le deuxième anneau ou présent dans une courroie crantée additionnelle. La partie inférieure arrière du panneau peut comprendre un barreau glissant sur le bord de la came. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le barreau est disposé de façon perpendiculaire à la direction de déplacement du panneau 15 solaire, ce qui permet l'inclinaison de ce dernier. D'une façon générale, on peut avoir une came horizontale et un mât disposé sensiblement à la verticale de sorte que la partie inférieure du panneau solaire prend appui sur le barreau. Dans ce cas, I'inclinaison du panneau solaire correspond alors à une rotation du panneau solaire selon un axe horizontal, alors que le pivotement ou rotation dû 20 au pistage de la source lumineuse correspond à une rotation selon un axe vertical. Selon l'invention, le système peut comprendre un dispositif de commande pour activer le moteur à des instants prédéterminés et pour une durée prédéterminée de façon à faire pivoter le panneau d'un angle donné. Comme indiqué précédemment, un panneau photovoltaïque positionné de façon optimum sur le zénith de la courbe de la source lumineuse ne produira une énergie maximum que pendant le temps o les cellules constituant le panneau fixe pourront capter cette intensité lumineuse. Cet angle est de plus ou moins 15 par rapport à la dite source de lumière soit environ deux heures pour 30 le soleil. Alors que la source lumineuse y est présente pendant environ huit à douze heures par jour en moyenne selon la latitude et la saison. Ainsi, contrairement à certains systèmes de l'art antérieur, ici le panneau solaire ne tourne pas en continu, le moteur est alimenté par intermittence. On économise donc grandement l'énergie. - 5 A titre d'exemple, le dispositif de commande peut comprendre des capteurs pour détecter le début et la fin de course du panneau solaire, un relais pour inverser le sens du moteur en fonction des capteurs, et un circuit électronique à base d'une horloge pour programmer l'alimentation du moteur. Mais on peut aussi utiliser en association avec des capteurs pour détecter le début et la fin de course du panneau solaire, un automate programmable pour gérer le moteur. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif de commande est alimenté à partir de l'énergie directement issue du panneau 10 solaire. Le système reste ainsi autonome. D'autre part la température de surface du panneau atteinte pendant les deux heures d'exposition peut minorer le rendement. On prévoit alors en outre un dispositif de refroidissement du panneau solaire sous forme d'un serpentin disposé sur la face arrière dudit panneau solaire, ce serpentin véhiculant un 15 liquide de refroidissement destiné à réchauffer des dispositifs externes. A titre d'exemple, on peut utiliser un film soudé sur le dispositif de refroidissement afin d'optimiser l'échange de chaleur avec l'arrière du panneau solaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système comprend des 20 moyens pour mesurer le vent et, à partir des mesures obtenues, commander l'orientation du panneau solaire de façon à limiter la prise au vent. Les moyens pour mesurer le vent peuvent comprendre un anémomètre et/ou une girouette pour détecter le sens et/ou la vitesse du vent. Ces mesures permettent ensuite d'orienter le panneau vers une position de mise en drapeau, c'est à dire avec 25 une prise de vent minimum tout en tenant compte éventuellement des conditions angulaires indiquées précédemment. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est un schéma simplifié d'un système de pistage pour panneau solaire motorisé selon l'invention; - La figure 2 est une vue simplifiée en perspective de la came selon l'invention; - 6 - La figure 3 est une vue schématique simplifiée en perspective d'une variante du système de pistage selon l'invention; - La figure 4 est une autre vue schématique simplifiée en perspective de la variante du système de pistage selon l'invention; et La figure 5 est une vue schématique éclatée d'un panneau solaire associé à un dispositif de refroidissement selon l'invention. En se referant à la figure 1, on distingue un mat 1 maintenu vertical sur un socle 2. Ce mât est dédié pour le système de pistage selon l'invention. Pour ce faire, il porte un ou plusieurs panneaux solaires 3 pour capter en particulier la 10 lumière provenant du soleil et générer du courant au moyen de dispositifs électriques connus en soi et non représentés. Le mât 1 porte la partie supérieure arrière du panneau solaire 3 au moyen d'un bras télescopique 8 disposé au sommet de ce mat. Le bras télescopique 8 peut être manuel ou électrique et il a comme fonction de modifier l'inclinaison du panneau solaire 3. Le mât I porte sur sa partie centrale une came 4 fixe prévue pour recevoir la partie inférieure arrière du panneau solaire 3. la came 4 est fixe mais peut être mobile verticalement de façon à modifier également l'inclinaison du panneau solaire 3. Conformément à la figure 1, la came 4 est disposée selon un plan 20 horizontal, mais il est également envisageable de disposer la came 4 dans un plan faisant un angle autre que 90% par rapport à l'axe du mât 1. Sur la figure 2 on voit un peu plus en détail la forme de la came 4. Elle se présente sous la forme d'un demi disque comprenant une ouverture excentrée pour accueillir le mât 1, les moyens de fixation n'étant pas représentés. 25 L'invention est notamment remarquable par le fait que le bord circulaire de la came sur lequel la partie inférieure arrière du panneau solaire 3 doit se déplacer est conçu de façon à maintenir la face avant du panneau solaire 3 dans une orientation face au soleil. On peut notamment envisager de concevoir la partie circulaire de la came 4 en fonction du lieu o chaque panneau solaire est 30 installé. Pour assurer le déplacement du panneau solaire 3 le long du bord circulaire de la came 4, on dispose un barreau rotatif 7 sur la partie inférieure arrière du panneau solaire 3, ce barreau venant en prise directe avec le bord circulaire de la came 4. En particulier, le bord circulaire de la came 4, comporte - 7 un crantage ou une courroie crantée (non représenté) sur lequel viennent s'engager des dents du barreau 7 réalisé sous la forme d'une roue d'engrenage. Pour assurer les déplacements du panneau solaire 3, un moteur 5 disposé à l'arrière de ce panneau entraîne par son arbre 6 le barreau 7. Pour 5 assurer une bonne transmission entre le barreau 7 et la came 4, on prévoit un ressort de traction 9 disposé entre le mat 1 et le panneau solaire 3. La liaison pivotante entre le bras télescopique 8 et la partie supérieure arrière du panneau solaire 3 est telle que lorsque la partie inférieure du panneau solaire se déplace, la face avant de ce panneau solaire se trouve pratiquement 10 face au soleil. Mais, comme on le verra ci-après, le déplacement n'étant pas continu, le soleil n'est réellement en face du panneau solaire qu'une fois toutes les deux heures. L'avantage en est un gain de rendement puisque le panneau solaire n'est pas continuellement chauffé à cent pour cent par le soleil. L'avantage en est également une dépense énergétique minimum (donc encore gain en rendement) puisque le moteur consomme peu par rapport à un fonctionnement continu. Le dispositif de commande 10 est un circuit électronique comportant une horloge et est relié à deux capteurs de fin de course (non représentés) pour détecter la position de début et de fin de déplacement du panneau solaire 3. On peut raisonnablement envisager l'utilisation du panneau solaire pendant 12 heures par jour, ce qui correspond à un angle de 180 degrés en pistant le soleil. Contrairement à des systèmes de l'art antérieur qui préconise une rotation continue du panneau solaire de façon à capter à chaque instant le maximum d'énergie provenant du soleil, ce qui correspond à une consommation 25 d'énergie de la part du moteur beaucoup trop importante donc une contrainte quant au rendement du panneau solaire, la présente invention envisage une rotation discontinue. Il est vrai que le rendement d'un panneau est maximum lorsque le soleil est face au panneau, mais lorsque l'on tourne le panneau solaire d'environ 15 degrés par rapport à l'axe avec le soleil, le rendement ne 30 varie quasiment pas. Le panneau solaire peut donc être décalé de plus ou moins degrés par rapport au soleil sans perte importante de rendement. On peut donc programmer le moteur de façon à faire pivoter le panneau de 30 degrés à chaque déplacement, ce qui correspond à un déplacement toutes les deux - 8 heures afin de parcourir les 180 degrés dans une journée. On économise ainsi l'énergie puisque le moteur n'est alimenté que très peu de temps à chaque fois. Sur les figures 3 et 4 est représentée une variante du système de pistage selon l'invention. Cette variante peut s'adapter à tous types de mât tel que le 5 mât d'une éolienne ou encore un poteau électrique ou un lampadaire. Le système de fixation illustré sur les figures 3 et 4 est donc prévu pour être amovible et capable de s'adapter à différentes dimensions des mats. Sur ces figures, le mât 11 est par exemple le tronc d'un lampadaire. Le dispositif de fixation comprend un support 17 doté de deux moyens d'attache flexible 13 et 10 14 venant s'enrouler autour du mât 11 pour le rendre solidaire du support 17. le dispositif de fixation comprend également un système à double anneaux 15 et 16 concentriques. Le premier anneau 15 est fixé autour du mât 11 alors que le deuxième anneau 16 peut pivoter par rapport au premier anneau 15 via des roulements disposés en bout des bras 15a et 15b solidaires du premier anneau 15 15. Le deuxième anneau 16 est fixé à la partie supérieure arrière du panneau solaire 3 par des moyens d'attache solide 18. La face extérieure du deuxième anneau 16 est en prise avec l'arbre 6 du moteur 5 solidaire du support 17. La liaison entre l'arbre du moteur 6 et le deuxième anneau 16 est réalisée de façon à permettre une transmission efficace, notamment au moyen de courroie 20 crantée et de dents d'engrenage. Le système des figures 3 et 4 comprend également une came 12 présentant une partie circulaire semblable à celle de la came 4 de la figure 1. En outre cette came 12 est en forme de U permettant de la fixer de façon amovible au support 17 après que ce dernier a été fixé au mât 11. La came 12 peut 25 prendre différentes positions le long du support 17 de façon à modifier l'inclinaison du panneau solaire 3. Comme dans le système illustré sur la figure 1, la partie inférieure arrière du panneau solaire 3 des figures 3 et 4 repose sur la came 12 via un barreau 7. Par contre, dans le système des figures 3 et 4, le barreau 7 n'est pas entraîné par le moteur 5 et la liaison entre le barreau 7 et la 30 came 12 peut être réalisé au moyen d'un roulement facilitant le glissement. Le barreau 7 peut donc être réalisé sans dents d'engrenage et la came 12 sans courroie crantée. La figure 5 est une représentation éclatée du panneau solaire selon l'invention. Ce panneau comporte une face avant 3a pour recevoir les rayons - 9 solaires, un film intermédiaire 3b pour transmettre de façon efficace la chaleur de la face avant 3a vers un serpentin 19 disposé sur une face arrière 3c. Le serpentin 19 véhicule un liquide de refroidissement qui capte la chaleur provenant le la face 3a via le film 3b. La chaleur ainsi captée peut servir à des applications thermiques classiques. On améliore ainsi le rendement du panneau solaire puisqu'il peut fonctionner à une température pas trop élevée pour laquelle son rendement est optimum. Bien sûr, I'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. On peut raisonnablement envisager un système comportant plusieurs panneaux solaires solidaires disposés sur un même plan, la puissance du moteur étant adaptée en conséquence. - REVENDICATIONS 1. Système de pistage pour panneau solaire (3) motorisé, caractérisé en ce qu'il comprend: - un mât (1) sur lequel est disposée de façon pivotante la partie supérieure arrière du panneau solaire; - une came (4) solidaire du mât sur laquelle repose la partie inférieure arrière du panneau solaire, cette came s'inscrivant dans un plan faisant un angle non nul avec l'axe du mât; et - un moteur (5) apte à déplacer ledit panneau solaire par rapport au mât de façon à ce que ce panneau solaire suive le mouvement d'une source lumineuse, ladite partie inférieure se déplaçant le long du bord extérieur de la came. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur est solidaire du panneau solaire. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie inférieure arrière du panneau comprend un barreau rotatif (7) entraîné par l'arbre 20 (6) du moteur, ce barreau étant disposé de façon perpendiculaire à la direction de déplacement du panneau solaire, et en ce que ce barreau est en prise avec le bord de la came. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bord de la 25 came est muni d'un crantage. 5. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le barreau est maintenu en appui sur la came au moyen d'un ressort de traction(9). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le mât est télescopique de telle sorte que l'inclinaison du panneau solaire est variable. 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des 35 moyens de fixation pour fixer le panneau solaire au mât de façon amovible et en fonction des dimensions dudit mât. - 11 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que la came, solidaire des moyens de fixation, comprend une ouverture apte à accueillir le mât, et en ce que les moyens de fixation comprennent au moins: s - un premier anneau (15) de diamètre variable pour serrer le mât, et - un deuxième anneau (16) relié au premier anneau et de diamètre supérieur à ce premier anneau, la partie supérieure du panneau solaire étant disposée sur ce deuxième anneau. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième anneau (16) est libre en rotation autour du premier anneau (15), la partie supérieure arrière du panneau solaire étant solidaire de ce deuxième anneau, et en ce que le moteur, solidaire des moyens de fixation, est apte à faire pivoter le deuxième anneau. 10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième anneau (16) est solidaire du premier anneau(15), la partie supérieure arrière du panneau solaire étant disposée de façon coulissante le long du deuxième anneau, et en ce que le moteur, solidaire du panneau solaire, est apte à faire 20 coulisser le panneau solaire sur le deuxième anneau (16). 11. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le deuxième anneau comprend un crantage venant en prise avec le moteur. 12. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la partie inférieure arrière du panneau comprend un barreau (7) glissant sur le bord de la came. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le barreau est disposé de façon perpendiculaire à la direction de déplacement du panneau solaire. 14. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 35 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande (10) pour activer le - 12 moteur à des instants prédéterminés et pour une durée prédéterminée de façon à faire pivoter le panneau d'un angle donné. 15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif 5 de commande comprend des capteurs pour détecter le début et la fin de course du panneau solaire, un relais pour inverser le sens du moteur en fonction des capteurs, et un circuit électronique à base d'une horloge pour programmer l'alimentation du moteur. 16. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif de commande comprend des capteurs pour détecter le début et la fin de course du panneau solaire, ces capteurs étant associés à un automate programmable pour gérer le moteur. 17. Système selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le dispositif de commande est alimenté à partir de l'énergie directement issue du panneau solaire. 18. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de refroidissement du panneau solaire sous forme d'un serpentin (19) disposé sur la face arrière dudit panneau solaire, ce serpentin véhiculant un liquide de refroidissement destiné à réchauffer des dispositifs externes. 19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend un film (3b) soudé sur le dispositif de refroidissement afin d'optimiser l'échange de chaleur avec l'arrière du panneau solaire. 20. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mesurer le vent et, à partir des mesures obtenues, commander l'orientation du panneau solaire de façon à limiter la prise au vent.