Brevet FR2942303A1 — publié le 20100820

-1- La présente invention se rapporte aux concentrateurs de l'énergie solaire associés à un capteur solaire. On définit ici le terme de �capteur solaire�, par tout type de convertisseur de l'énergie solaire en énergie électrique, thermique ou chimique. On définit ici le terme de �concentrateur solaire� par tout type de système optique qui concentre l'énergie du soleil. Les concentrateurs solaires utilisent des miroirs et / ou des lentilles pour concentrer les rayons du soleil en une zone focale qui peut prendre la forme d'un point ou une ligne. Mais cette focale se déplace en même temps que le soleil. II est alors nécessaire d'orienter en permanence le concentrateur solaire vers le soleil afin que le capteur solaire associé reste toujours dans la zone focale. Lorsque le miroir utilisé est un miroir cylindro-parabolique, la focale est de type rectiligne et le suivi du soleil nécessite d'une part de positionner initialement l'axe longitudinal des miroirs par rapport à l'horizon (la déclinaison) et par rapport au Sud (l'angle azimutal), et d'autre part de faire pivoter les miroirs autour d' un ou deux axes bien définis pour suivre le soleil. Le choix du positionnement initial de l'axe longitudinal des miroirs et le choix des axes de pivotement sont déterminés de manière à obtenir le maximum de capture du rayonnement solaire avec le minimum d'inconvénients, notamment d'ordre mécanique, et le minimum de coût. Les principaux inconvénients rencontrés sont les suivants : - 1) l' inconvénient d'utiliser deux axes de pivotement à la place d'un seul. Cela engendre un surcoût dû à une mécanique plus importante, donc plus chère, et engendre une augmentation du risque de panne dû à une mécanique plus complexe. - 2) L'inconvénient d'un axe de pivotement non vertical. Le choix d'un axe de pivotement incliné, par exemple suivant l'axe de rotation de la Terre, ou horizontal, par exemple suivant l'axe Est / Ouest, implique que la répartition des charges, notamment dues au poids des miroirs, - autour de cet axe et pendant le suivi du soleil, se modifie et entraine la nécessité d'une structure porteuse plus robuste donc plus chère. Ce qui n'est pas le cas avec un axe de pivotement vertical. - 3) L'inconvénient d'une grande longueur focale par rapport à la longueur du miroir. Plus la longueur focale est grande et plus il y a une perte de lumière aux extrémités du miroir. En effet les rayons du soleil qui se réfléchissent proche d'une des extrémités du miroir et qui ne sont pas précisément à la perpendiculaire du miroir, se concentrent en dehors du capteur solaire. Cette perte est fonction de l'angle d'incidence des rayons solaires par rapport à l'axe longitudinal du miroir et par rapport à la longueur de la focale. Or la longueur focale, pour une courbure parabolique donnée, est elle-même proportionnelle à la largeur du miroir. On a donc intérêt à minimiser la largeur du miroir parabolique. - 4) L'ombre d'un miroir ne doit pas tomber sur un autre miroir proche. Pour éviter cela les miroirs cylindro-paraboliques sont suffisamment espacés les uns des autres. La distance de cet espassement dépend de la grandeur du miroir, notamment de sa largeur. Or le fait d'espacer les miroirs implique soit d'utiliser un système de pivotement individuel de chaque miroir, soit d'utiliser une mécanique de transmission du système de pivotement pour plusieurs miroirs à la fois. L'un et l'autre de ces deux choix augmentent nécessairement le coût d'un projet de construction d'un ensemble de concentateurs solaires. On a donc intérêt à rechercher une répartition des miroirs les uns par rapport aux autres qui les rapprocherait le plus possible sans qu'ils se fassent de l'ombre. - 5) Les miroirs sont des surfaces fragiles qui doivent être protégées des intempéries par un traitement de surface. D'autre par le capteur solaire se positionne à la focale du miroir qui se trouve placée entre le soleil et le miroir. Les systèmes de fixation du capteur solaire 5 10 15 20 25 30 - interceptent donc nécessairement une partie des rayons solaires. Une solution consiste à utiliser une plaque de verre transparente pour protéger le miroir et en même temps pour servir de support aux capteurs solaires. Mais cette solution alourdit le système et n'est envisageable qu'avec un système dont la répartition des charges reste stable même pendant le suivi du soleil. Le dispositif, objet de l'invention, permet de remédier à ces 5 inconvénients principaux. En effet il est constitué d'un axe de pivotement verticale unique (5) qui est aussi axe de suivi du soleil. Le dispositif objet de l'invention résoud donc l'inconvénient N° 1 et N° 2 cité précédemment dans la mesure où il ne possède qu'un seul axe de rotation et que celui û ci est vertical. Le dispositif est formé d'une juxtaposition de miroirs cylindro-paraboliques identiques (1) dont les axes longituninaux sont tous parallèles et forment avec le plan horizontal un angle (4) égale à 35°. Cette structure permet d'avoir des largeurs de miroirs faibles, par exemple inférieures à 15 cm , ce qui résoud l'inconvénient N°3 de notre liste précédante. Comme les miroirs sont juxtaposés et feront continuellement face au soleil, aucun d'entr'eux ne fera d'ombre à l'un quelconque des autres miroirs. Les miroirs dans ce cas sont donc positionnés de telle sorte qu'ils sont les proches possible les uns des autres. Ce qui résoud ici l'inconvénient N° 4 cité précédemment. Enfin le dispositif selon l'invention contient une plaque transparente (2) qui recouvre l'ensemble des miroirs (1). Cette plaque transparente (2) est positionnée à une distance des miroirs qui est égale à leurs longueurs focales. Sur cette plaque transparente (2) sont disposées des bandes rectilignes de capteurs solaires (3) positionnés aux foyers des miroirs. Cet ensemble plaque de verre plus capteurs solaires constitue une solution pour protéger les miroirs des intempéries tout en fixant les capteurs solaires sur le trajet des rayons solaires sans que le système de fixation, ici la plaque de verre (2), fasse obstacle aux rayons solaires. Le surpoids des plaques de verre est acceptable car l'ensemble du dispositif 10 15 20 25 30 -4- est monté et pivote sur un axe de rotation vertical qui stabilise la répartition des charges sur cet axe même pendant le suivi du soleil. Ce qui résoud l'inconvénient N° 5 répertorié précédemment. Selon des modes particuliers de réalisation : - l'axe de rotation vertical (5) est remplacé par un cercle ou un disque horizontal (6) mobile autour d'un axe vertical situé en son centre; sur ce cercle ou ce disque est fixé un ensemble de roues (7) qui prennent appuis sur le sol (8) - l'angle d'inclinaison des miroirs (4) par rapport à l'horizontal (Hz) peut prendre des valeurs optimisées en fonction de la position géographique du dispositif, soit des angles compris entre 35° et 90°. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente le dispositif de l'invention La figure 2 représente une variante du dispositif. En référence à ces dessins, le dispositif comporte une juxtaposition de miroirs cylindro-paraboliques identiques (1) dont les axes longitudinaux sont tous parallèles. Une plaque de verre transparente (2) recouvre les miroirs. Celle-ci est positionnée à une distance des miroirs égale à leur longueur focale. Sur cette plaque de verre sont fixés des capteurs solaires (3). Leurs positions correspondent aux foyers des miroirs (1). L'axe longitudinal des miroirs est incliné d'un angle compris entre 35° et 90° par rapport à l' horizontal (Hz). L'ensemble du dispositif est mobile autour d'un axe vertical (5). Selon une variante (Figure 2) le dispositif est fixé sur un disque horizontal (6) ou un cercle horizontal (non représenté) qui est mobile autour d'un axe de rotation vertical situé en son centre, et qui prend appuis sur le sol (8) par l'intermédiaire d'un ensemble de roues (7). A titre d'exemple non limitatif le dispositif comprend 6 miroirs cylindroparaboliques de 16 cm de large et 1,50 m de longueur. La focale vaut 8 cm. Une plaque de verre transparente de 5 mm d'épaisseur est fixée sur les miroirs à 8 cm des miroirs. Des bandes de cellules photovoltaiques de 10 -5- 1 cm de large et de 1,50 m de longueur sont collées sur la vitre, au foyer des miroirs, leurs faces actives tournées vers les miroirs. L'angle d'inclinaison des miroirs par rapport à l'horizontal vaux 35°. Le tout est fixé sur un axe de rotation vertical métallique de 10 cm de diamètre muni d'un système électromécanique de rotation et de suivi du soleil. Selon un mode de réalisation particulier le dispositif est fixé sur une roue métallique de 2 m de diamètre mobile autour d'un axe de rotation placé en son centre, cette roue repose sur le sol par un ensemble de 4 roues de 10 cm de diamètre. Le dispositif selon l'invension est particulièrement destiné à améliorer l'efficacité et à réduire le coût des concentrateurs solaires cylindroparaboliques. 10 REVENDICATIONS1) Concentrateur solaire caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins deux miroirs cylindro-paraboliques juxtaposés les uns aux autres, leurs axes longitudinaux étant tous parallèles et inclinés d'un angle compris entre 35° et 90° par rapport à l'horizontal, les miroirs étant recouverts d'une plaque transparente sur laquelle sont fixés des capteurs solaires, le tout étant mobile autour d'un axe de rotation vertical. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que celui-ci est fixé sur un disque, ou un cercle, mobile autour d'un axe de rotation vertical placé en leur centre.