Brevet FR2914049A1 — publié le 20080926

La présente invention est relative à une conception modulaire de constituants optiques des centrales solaires fondées sur le principe d'une concentration du rayonnement solaire sur un foyer ponctuel ou linéaire. Les constituants de telles centrales sont destinées à réfléchir, et le cas échéant à concentrer le rayonnement solaire. Ils sont constitués de surfaces réfléchissantes disposées sur des structures qui sont le plus souvent métalliques, et le cas échéant orientables afin de suivre le soleil dans sa course. C'est ainsi que sont construits, avec dés géométries adaptées à chaque configuration, les concentrateurs cylindro-paraboliques, les héliostats, les miroirs secondaires, ou les concentrateurs paraboliques. Le mode de réalisation habituel de tels composants consiste à réaliser une armature complète, puis à fixer des miroirs réfléchissants sur la dite armature. Ce procédé conduit à devoir réaliser des armatures très rigides afin de résister aux effets du vent, il implique des liaisons mécaniques délicates du point de vue de la rigidité et de la fiabilité entre l'armature et les miroirs réfléchissants, il implique enfin des réglages délicats ne pouvant le plus souvent être opérés que sur site. Les composants peuvent en outre difficilement être protégés des intempéries. La présente invention décrit une conception modulaire des constituants optiques d'une centrale solaire, associant au sein d'un même module la fonction optique et la fonction structurale, les propriétés optiques et structurales du constituant étant obtenues par un simple assemblage sur un même plan d'un certain nombre de modules. Chacun des modules ainsi constitués est susceptible d'être produit en usine en mettant en oeuvre des matériaux et des techniques de réalisation économiques. Chacun des modules est également 1 susceptible de subir un pré-réglage optique avant l'assemblage global sur site. 35 Selon un premier mode de réalisation, un module élémentaire est constitué d'une armature de forme cubique ou parallélépipédique (1), dont une face est équipée avec un matériau réfléchissant (2). Ladite armature est réalisée avec les matériaux et selon les procédés classiquement mis en 40 oeuvre dans la construction mécanique, tels qu'une armature métallique ou une armature de poutrelles de béton. Selon une variante, un module élémentaire est constitué d'un caisson tubulaire à section carrée ou rectangulaire, à parois minces, réalisée à l'aide des matériaux et des procédés de 45 construction classiquement mis en oeuvre notamment dans le bâtiment et le génie civil, tels que l'acier, le bois, les matériaux composites à base de fibre de verre et de résine polyester, le béton, ou toute combinaison de ces procédés. Un matériau réfléchissant est disposé sur l'une des deux 50 extrémités du tube, l'autre extrémité étant fermée ou pouvant rester ouverte. Selon une variante, le module élémentaire est constitué d'un caisson tubulaire à section hexagonale, ou toute autre forme permettant un assemblage aisé des modules, ledit assemblage ne 55 ménageant aucun vide entre eux. Le dispositif réfléchissant constituant l'une des faces du module élémentaire est une partie d'un miroir plan, d'un miroir parabolique, d'un miroir sphérique, d'un miroir de Fresnel de plus grandes dimensions, ou de tout autre 60 dispositif répondant à la problématique posée par la configuration optique d'une centrale solaire. Le dispositif réfléchissant attaché au module peut être réglé en orientation par rapport au corps du module par un ou plusieurs dispositifs adéquats tels que vis-écrou, ou être préréglé en usine lors de 65 la fabrication du module, au moyen de jeux de cales ou 2 dispositifs équivalents. Il est également susceptible d'être fixé au corps du module sans aucune possibilité de réglage, selon le contexte de son utilisation. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'armature du module élémentaire est 70 découpée à son extrémité devant recevoir la surface réfléchissante selon une géométrie appropriée. Ladite surface est fixée sur la tranche des parois de l'armature tubulaire, de façon à réfléchir le rayonnement solaire selon une direction précise par rapport à l'axe longitudinal de 75 l'armature. Cette fixation peut préférentiellement s'opérer au moyen d'un collage. Chaque module peut être équipé d'un dispositif occultant mobile tel qu'un volet roulant, permettant la protection des surfaces optiques notamment vis-à-vis des intempéries, des 80 poussières et des vents de sable. Un ensemble de modules juxtaposés, et le cas échéant un dispositif optique complet est également susceptible d'être équipé d'un dispositif occultant mobile. Chaque module est muni d'un ou plusieurs dispositifs 85 mécaniques permettant sa solidarisation avec le ou les modules voisins. Ces dispositifs de fixation sont ceux traditionnellement utilisés en mécanique, tels que des boulons. A cette fin, des perçages (3) peuvent être ménagés dans l'armature des modules. Les modules peuvent être 90 assemblés entre eux par l'intermédiaire d'un dispositif d'indexation permettant un positionnement relatif très précis. Les modules fixés rigidement entre eux constituent un ensemble plan, rigide et indéformable susceptible d'être orienté en bloc en direction du soleil. 95 Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente un module optique (1) équipée de son miroir (2)et comprenant des perçages (3). 3 La figure 2a représente un ensemble de modules optiques 100 juxtaposés dont les orientations des miroirs sont identiques, de telle sorte que le rayonnement solaire est simplement réfléchi. La figure 2b représente un ensemble de modules optiques dont chacun des miroirs est une fraction d'un grand miroir de 105 Fresnel reconstitué par la juxtaposition des modules élémentaires. La figure 3 représente un concentrateur solaire orientable, constitué d'une plate-forme sur laquelle est disposé un assemblage de modules optiques formant un miroir de Fresnel 110 lui-même assimilable à un paraboloïde de révolution, ainsi que d'une machine thermodynamique (8) telle qu'une machine de Stirling placée au foyer de la surface optique définie par ledit paraboloïde. Les figures 4a et 4b représentent un concentrateur optique à 115 foyer linéaire. Il est constitué d'un assemblage orientable de modules optiques (9), disposé sur un support (10), et reconstituant un miroir de Fresnel dont chaque section est assimilable à une parabole focalisant les rayons solaires sur une conduite linéaire (11) au sein de laquelle circule un 120 fluide caloporteur. En référence à ces dessins, un premier dispositif consiste en un concentrateur solaire parabolique. Il comporte une plateforme(4), sur laquelle est disposé un assemblage orientable de 125 modules optiques(5) rigidement fixés entre eux. Ledit assemblage a une forme préférentiellement carrée ou circulaire. Les miroirs(6) de chacun des modules, situés dans un même plan, reconstituent un grand miroir de Fresnel assimilable à un paraboloïde de révolution, et focalisant les 130 rayons solaires en son foyer. Au dit foyer est fixé par le biais de jambes (7) une machine thermodynamique telle qu'une 4 machine de Stirling (8) susceptible de produire de l'électricité. Un second dispositif consiste en un héliostat. Il comporte une 135 plate-forme, sur laquelle est disposé un assemblage orientable de modules optiques rigidement fixés entre eux. Ledit assemblage a une forme préférentiellement carrée ou circulaire. Les miroirs de chacun des modules, situés dans un même plan, reconstituent un grand miroir plan. 140 Un troisième dispositif consiste en un concentrateur solaire linéaire. Il comporte un assemblage de modules optiques (9) assemblés de manière rigide, ledit ensemble étant monté sur un berceau oscillant (10) motorisé de sorte à suivre les mouvements du soleil. Les miroirs de chacun des modules, 145 préférentiellement situés tous dans un même plan, reconstituent un miroir de Fresnel assimilable à un paraboloïde linéaire au foyer duquel est disposée une conduite (11) véhiculant un fluide caloporteur.5 REVENDICATIONS 1) Dispositif destiné à réfléchir le rayonnement solaire, caractérisé en ce qu'il est constitué de l'assemblage sur un même plan de plusieurs modules élémentaires eux-mêmes formés 155 d'une armature cubique ou parallélépipédique (1) sur l'une des faces de laquelle est disposé un miroir réfléchissant (2). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature des modules élémentaires est un tube à parois minces 160 3) Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'armature des modules élémentaires possède une section hexagonale. 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque module élémentaire est équipé 165 d'un dispositif occultant rétractable permettant de protéger le miroir réfléchissant (2) des intempéries. 5) dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'assemblage des modules élémentaires est équipé d'un dispositif occultant rétractable, permettant 170 de protéger des intempéries l'assemblage des modules. 6) Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif occultant rétractable est un volet roulant. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 175 précédentes, caractérisé en ce que les modules élémentaires sont équipés d'un miroir réalisé de telle sorte que l'assemblage des modules reconstitue un grand miroir de Fresnel. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 180 précédentes, caractérisé en ce les miroirs sont fixés sur 6chacun des modules par l'intermédiaire de dispositifs de positionnement réglables. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature du module 185 élémentaire est découpée à son extrémité devant recevoir la surface réfléchissante selon une géométrie appropriée, ladite surface étant fixée sur la tranche des parois de l'armature tubulaire. 10) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé 190 en ce que la fixation de la surface réfléchissante sur la tranche des parois de l'armature tubulaire s'opère par collage. 11) Concentrateur solaire orientable, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une plate-forme (4) sur laquelle repose un 195 assemblage plan orientable (5) de modules élémentaires selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit assemblage reconstituant un miroir de Fresnel assimilable à un paraboloïde de révolution; ainsi que d'une machine thermodynamique (8) au foyer de la surface optique définie par 200 ledit paraboloïde. 12) Héliostat, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une plate-forme, sur laquelle est disposé un assemblage plan orientable de modules élémentaires, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ledit assemblage étant assimilable à un 205 grand miroir plan. 13) Concentrateur solaire linéaire, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un berceau orientable (10) sur lequel repose un assemblage modules optiques (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ledit assemblage reconstituant un 210 miroir de Fresnel assimilable à un paraboloïde linéaire au foyer duquel est disposée une conduite (11) véhiculant un fluide caloporteur. 7