Brevet FR2976058A1 — publié le 20121207

La présente invention se rapporte à un système de support suiveur pour capteur solaire. Elle se rapporte plus particulièrement à un système de support suiveur du type orientable selon deux axes de rotation, respectivement axe de rotation horizontale pour une rotation permettant de suivre le soleil lors de son élévation et de sa descente, et axe de rotation verticale pour une rotation permettant de suivre le soleil d'Est en Ouest. L'objet de l'invention se situe dans le domaine des systèmes de support suiveur, autrement appelés suiveurs solaires ou « solar tracker », à deux axes, autrement dit orientables en azimut et en élévation. L'invention trouve une application dans les suiveurs solaires à deux axes supportant des capteurs solaires, notamment du type : - panneau solaire photovoltaïque intégrant des cellules photovoltaïques transformant le rayonnement solaire en énergie électrique ; - panneau solaire photovoltaïque à concentration intégrant des systèmes optiques de concentration du rayonnement solaire, tels que des lentilles de Fresnel, loupe ou miroir, permettant de faire converger le rayonnement solaire vers des cellules photovoltaïques, comme par exemple des panneaux solaires photovoltaïque à haute concentration, autrement appelés « HCPV » pour « High Concentration PhotoVoltaic », ou des panneaux solaires photovoltaïque à basse concentration, autrement appelés « LCPV » p o u r « Low Concentration PhotoVoltaic » ; - panneau solaire transformant le rayonnement solaire en énergie thermique ; - panneau miroir reflétant le rayonnement solaire vers un récepteur solaire, tel qu'une chaudière placée en haut d'une tour dans une application du type tout solaire ou tel qu'un moteur de Stirling dans une application « Dish Stirling » avec un panneau miroir de forme parabolique. Dans le domaine des suiveurs solaires à deux axes, il est connu, notamment du document WO 2009/147454, de prévoir un système de support suiveur comportant un mono-pilier fixe ancré dans le sol et une structure mobile comportant deux bras piloté en rotation selon l'axe de rotation verticale au moyen d'un premier groupe motorisé réducteur disposé à l'extrémité du mono-pilier. La structure mobile intègre également une plateforme de support des capteurs solaires qui est pilotée en rotation sur les bras selon l'axe de rotation horizontale au moyen d'un second groupe motorisé réducteur. L'entraînement en rotation de la plateforme selon l'axe de rotation horizontale nécessite une poutre horizontale fixée sur les extrémités libres des bras et sur laquelle est fixé, en son centre, le second groupe motorisé réducteur. Cet entraînement nécessite également un arbre de transmission monté rotatif dans des paliers fixés sur les extrémités de la poutre horizontale, et présentant des extrémités solidaires de la plateforme. Le second groupe motorisé réducteur comporte une vis sans fin en engrènement avec une couronne ; cette couronne étant traversée par et couplée avec l'arbre de transmission. Un tel système d'entraînement présente de nombreux inconvénients, dont l'emploi d'une poutre horizontale particulièrement lourde et encombrante qui, outre augmente le poids du système, complexifie l'assemblage du système. En outre, ce système utilise un entraînement direct entre l'arbre de transmission et le plateau avec l'inconvénient majeur d'imposer un couple motoréducteur particulièrement élevé pour le second groupe motorisé réducteur. L'état de la technique peut également être illustré par l'enseignement du document WO 2010/059218 qui divulgue un système d'entraînement en rotation de la plateforme du tracker solaire au moyen d'un secteur de couronne dentée en engrènement avec un pignon central. Ce secteur de couronne dentée est placé au milieu de la plateforme, sur l'axe de rotation verticale, avec l'inconvénient d'offrir une structure particulièrement exposée aux risques de torsion de la plateforme suivant l'axe de rotation horizontale sous l'effet d'un déséquilibre du vent sur la plateforme ; une telle torsion étant particulièrement dommageable pour la précision du tracker. La présente invention a pour but de résoudre en tout ou partie ces inconvénients en proposant un système motorisé d'entraînement pour système de support suiveur pour capteur solaire qui garantisse une flèche réduite sur la plateforme et donc évite sa torsion suivant l'axe de rotation horizontale. Un autre but de l'invention est de proposer un système motorisé d'entraînement pour système de support suiveur qui permette d'alléger la structure du système de support suiveur et qui soit rapide de montage, et plus précisément qui permette de diminuer le poids du plateau pour une même déformée. A cet effet, elle propose un système motorisé d'entraînement en rotation d'une armature autour d'un axe de rotation pour un système de support suiveur pour capteur solaire, ledit système motorisé comportant : - deux secteurs de couronne dentée s'étendant dans deux plans orthogonaux à l'axe de rotation, de préférence axe de rotation horizontale, et pourvus de moyens 35 de fixation sur ladite armature ; - un arbre de transmission supportant, notamment sur ses deux extrémités, deux pignons d'entraînement en engrènement avec les secteurs de couronne dentée correspondants pour une rotation synchrone desdits secteurs de couronne dentée ; et - un moyen motorisé d'entraînement en rotation dudit arbre de transmission Ainsi, ce système motorisé offre une structure particulièrement avantageuse car il permet de travailler avec un couple motoréducteur réduit, du fait du couplage entre les secteurs de couronne dentée et l'arbre de transmission, et de limiter les risques de torsion de la seconde armature en éloignant suffisamment les secteurs de couronne dentée l'un de l'autre ; cet éloignement possible entre les deux secteurs de couronne permettant d'optimiser les déformés sur l'armature. Avantageusement, les secteurs de couronne dentée s'étendent sur un secteur angulaire compris entre 90 et 180°, de préférence supérieur à 120°, pour 15 offrir un débattement élevé en rotation pour l'armature. L'invention se rapporte également à un système de support suiveur pour capteur solaire, du type orientable selon un axe de rotation horizontale et un axe de rotation verticale, et comprenant une structure fixe d'ancrage au sol et une structure mobile comportant : 20 - une première armature montée à rotation sur la structure fixe selon l'axe de rotation verticale, avec de préférence un système motorisé d'entraînement en rotation de ladite première armature selon cet axe de rotation verticale ; et - une seconde armature définissant une plateforme de support des capteurs solaires et montée à rotation sur la première armature selon l'axe de rotation 25 horizontale, avec un système motorisé d'entraînement en rotation de ladite seconde armature selon cet axe de rotation horizontale ; où ledit système motorisé est conforme à l'invention avec : - les deux secteurs de couronne dentée s'étendent dans deux plans orthogonaux à l'axe de rotation horizontale, sont fixés sur la seconde armature et sont montés 30 rotatifs sur la première armature autour de l'axe de rotation horizontale ; - l'arbre de transmission est monté rotatif sur la première armature ; et - le moyen motorisé est fixé sur la première armature. Dans une configuration avantageuse de l'invention, la première armature comporte au moins deux bras solidaires l'un de l'autre et s'étendant de 35 part et d'autre de l'axe de rotation verticale pour former une structure en « V ». Cette structure en « V » permet d'éloigner les secteurs de couronne dentée et ainsi d'optimiser les déformés sur la seconde armature. Autrement dit, avec une telle structure en « V », on peut avantageusement diminuer la flèche sur la seconde armature et ainsi d'alléger le poids du système suiveur. Selon une caractéristique, la première armature comporte deux platines fixées sur les extrémités libres respectives des deux bras et présentant chacune un premier palier et un second palier dans lesquels sont respectivement montés rotatifs l'arbre de transmission et le secteur de couronne dentée correspondant. Ainsi, l'arbre de transmission est monté rotatif dans les premiers paliers des platines et les secteurs de couronne dentée sont montés rotatifs dans les seconds paliers des platines correspondantes ; ces platines garantissant la cohésion structurelle et la tenue mécanique de l'ensemble pour limiter les risques de torsion de la seconde armature. Selon une autre caractéristique, les extrémités libres de l'arbre de transmission dépassent des platines pour supporter les pignons d'entraînement couplés avec les secteurs de couronne dentée respectifs. Dans une réalisation particulière, la plateforme de la seconde armature comprend au moins deux longerons sensiblement parallèles à l'axe de rotation horizontale, et les secteurs de couronne dentée sont fixés sur des traverses fixées sur les longerons de la plateforme et s'étendant entre au moins deux longerons. De manière avantageuse pour éviter la torsion de la plateforme, la plateforme présente une longueur LO prédéterminée selon l'axe de rotation horizontale, et l'écartement entre les deux secteurs de couronne dentée selon cet axe de rotation horizontale est compris entre LO/5 et 4L0/5, et de préférence entre 2L0/5 et 3L0/5. L'invention se rapporte également à un ensemble solaire comportant un système de support suiveur conforme à l'invention, et des capteurs solaires supportés par la seconde armature du système de support suiveur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, de deux exemples de mise en oeuvre non limitatifs, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective de face d'un premier système de support suiveur conforme à l'invention, avec la plateforme inclinée par rapport à l'axe de rotation verticale ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective de dos du premier système de support suiveur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique zoomée d'une partie du premier système de support suiveur des figures 1 et 2 ; - la figure 4 est une vue schématique zoomée d'une autre partie du premier système de support suiveur des figures 1 et 2 ; - la figure 5 est une vue schématique de côté du premier système de support suiveur des figures 1 et 2, avec la plateforme inclinée par rapport à l'axe de rotation verticale selon un angle non nul ; - la figure 6 est une vue schématique de côté du premier système de support suiveur des figures 1 et 2, avec la plateforme parallèle à l'axe de rotation verticale ; - la figure 7 est une vue schématique en perspective de face d'un second système de support suiveur conforme à l'invention ; - la figure 8 est une vue schématique de côté du second système de support suiveur de la figure 7 ; - la figure 9 est une vue schématique partielle en perspective de dos du second système de support suiveur des figures 7 et 8. La description détaillée qui suit est faite en référence aux figures 1 à 9, et porte sur un premier système de support suiveur 1 conforme à l'invention (figures 1 à 6) et un second système de support suiveur 1 conforme à l'invention (figures 7 à 9), ces systèmes de support suiveur 1 étant du type orientable selon deux axes de rotation, respectivement axe de rotation verticale AV et axe de rotation horizontale AH. Les mêmes références numériques seront employées pour décrire les mêmes organes et éléments fonctionnels et structurels des deux systèmes de support suiveur 1. Chaque système de support suiveur 1 comprend une structure fixe 2 d'ancrage au sol. Pour le premier système de support suiveur 1, la structure fixe 2 est constituée d'un pylône constitué d'un assemblage de profilés métalliques et présentant des pieds surmonté d'un mât. Pour le second système de support suiveur 1, la structure fixe 2 est constituée d'un socle ou embase réalisée sous la forme d'une couronne dentée extérieurement. Il est également envisageable de prévoir une structure fixe réalisée sous la forme d'un pylône ou d'un mât tubulaire. Ce système de support suiveur 1 comprend également des organes d'ancrage 9 pour l'ancrage de la structure fixe 2 dans le sol. Ces organes d'ancrage 9 sont du type vis, pieu, tige ou piquet, et sont ainsi conçus pour pénétrer dans le sol et assurer l'ancrage du système de support suiveur 1. Il est également envisageable de prévoir un ancrage au moyen de plots en béton qui lestent la structure fixe 2. Ce système de support suiveur 1 comprend en outre une structure mobile 3 montée à rotation sur la structure fixe 2 et comprenant une première armature 4 montée à rotation sur la structure fixe 2 selon l'axe de rotation verticale AV. La première armature 4 comporte deux bras 40 symétriques par rapport à l'axe de rotation verticale AV, constitués par exemple d'un assemblage de profilés métalliques ; ces deux bras 40 étant solidaires l'un de l'autre en s'écartant de l'axe de rotation verticale AV pour former une structure en « V ». Pour assurer la rotation de la première armature 4 autour de l'axe de rotation verticale AV, le système de support suiveur 1 comprend un premier système motorisé. On se référera utilement aux demandes de brevet français n° 11/011659 et n° 11/62002 déposées par la Demanderesse pour plus de précision sur un tel premier système motorisé. Cette structure mobile 3 comprend également une seconde armature 5 formant une plateforme conçue pour supporter les capteurs solaires (non illustrés) et montée en rotation sur les deux bras 40 selon l'axe de rotation horizontale AH. Cette plateforme 5 comprend : - deux longerons 50 parallèles à l'axe de rotation horizontale AH, s'étendant de manière symétrique de part et d'autre de l'axe de rotation verticale AV, disposés l'un au-dessus de l'autre, et montés à rotation sur les bras 40 de la première armature 4 ; et - plusieurs poutres 51 s'étendant entre les longerons 50, fixées sur ces longerons 50, dépassant de part et d'autre des longerons 50 et conçues pour supporter les capteurs solaires. Il est également envisageable de prévoir une plateforme sans poutres 51, mais uniquement avec plusieurs longerons 50 côte à côte. On note que la plateforme 5 présente une longueur LO selon l'axe de rotation horizontale AH, correspondant à la longueur des longerons 50, et également une largeur LA selon une direction orthogonale à l'axe de rotation horizontale AH, correspondant à la longueur des poutres 51, ainsi qu'illustré sur la figure 2 et sur les figures 7 et 8 pour les respectivement premier et second systèmes de support suiveur. Pour le premier système de support suiveur 1, la plateforme 5 comporte également plusieurs haubans 7 fixés sur des longerons 50 et s'étendant orthogonalement à la plateforme 5 ; les extrémités des haubans 7 étant raccordées aux longerons 50 correspondant au moyen de liens 70, notamment de type câble tendu, tige rigide ou profilé métallique. Pour assurer la rotation de la plateforme 5 autour de l'axe de rotation horizontale AH, le système de support suiveur 1 comprend un système motorisé d'entraînement 8 comportant : - deux secteurs de couronne dentée 80 disposés de part et d'autre de l'axe de rotation verticale AV et s'étendant dans deux plans orthogonaux à l'axe de rotation horizontale AH, ces secteurs de couronne dentée 80 étant montés pivotants sur les bras 40 de la première armature 4 autour de l'axe de rotation horizontale AH, où les secteurs de couronne dentée 80 s'étendent sur un même secteur angulaire compris entre 120° et 150° ; - deux pignons d'entraînement 81 disposés de part et d'autre de l'axe de rotation verticale et en engrènement avec les secteurs de couronne dentée 80 correspondants ; - un arbre de transmission 82 monté rotatif sur la première armature 4 et présentant des extrémités libres sur lesquelles sont montés solidairement les deux pignons d'entraînement 81 pour une rotation synchrone de ces pignons d'entraînement 81 ; et - un moteur rotatif 84 entraînant en rotation l'arbre de transmission 82, ledit moteur rotatif 84 étant monté à l'intérieur d'un carter fixé sur la première armature 4 , et - deux traverses 83 solidaires des secteurs de couronne dentée 80 respectifs, ces traverses 83 étant fixées sur les longerons 50 de la plateforme 5 et présentant deux extrémités opposées fixées sur les deux longerons 50 respectifs, de sorte que ces secteurs de couronne dentée 80 sont fixés sur la plateforme 5 via ces traverses 83. Plus spécifiquement, l'arbre de transmission 82 supporte sur ses deux extrémités les deux pignons d'entraînement 81 qui sont ainsi solidaires de cet arbre de transmission. En outre, la première armature 4 comporte deux platines 41 fixées sur les extrémités libres respectives des deux bras 40 et s'étendant sensiblement parallèlement aux secteurs de couronne dentée 80. Chaque platine 41 présente deux paliers, à savoir : - un premier palier 42 dans lequel est monté rotatif l'arbre de transmission 82, étant précisé que les extrémités libres de l'arbre de transmission 82 supportant les pignons 81 dépassent extérieurement (à l'opposé de rotation verticale AV) des platines 41 correspondantes ; et - un second palier 43 dans lequel est monté rotatif le secteur de couronne dentée 80 correspondant, de sorte que les deux paliers 43 définissent l'axe de rotation horizontale AH. Ainsi, l'entraînement en rotation de l'arbre de transmission 82 conduit à une rotation synchrone des deux pignons d'entraînement 81 qui entraînent en rotation de manière toujours synchrone les secteurs de couronne dentée 80 et les traverses 83 associées, pour au final faire pivoter la plateforme 5 autour de l'axe de rotation horizontale AH. Pour limiter les risques de torsion de la plateforme 5, il est avantageux que l'écartement entre les deux secteurs de couronne dentée 80, selon l'axe de rotation horizontale AH, soit compris entre LO/5 et 4L0/5, et plus particulièrement entre 2L0/5 et 3L0/5, où LO correspond pour rappel à la longueur de la plateforme 5 (ou longueur des longerons 50). Il est à noter que l'écartement entre les deux secteurs de couronne dentée 80 correspond sensiblement à la longueur de l'arbre de transmission 82. Bien entendu l'exemple de mise en oeuvre évoqué ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et d'autres améliorations et détails peuvent être apportés au système de support suiveur selon l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention où d'autres formes d'assemblage des armatures peuvent par exemple être réalisées.25 REVENDICATIONS1. Système motorisé (8) d'entraînement en rotation d'une armature (5) autour d'un axe de rotation (AH), de préférence un axe de rotation horizontale, pour un système de support suiveur (1) pour capteur solaire, ledit système motorisé comportant : - deux secteurs de couronne dentée (80) s'étendant dans deux plans orthogonaux à l'axe de rotation (AH) et pourvus de moyens de fixation sur ladite armature (5) ; - un arbre de transmission (82) supportant, notamment sur ses deux extrémités, deux pignons d'entraînement (81) en engrènement avec les secteurs de couronne dentée (80) correspondants pour une rotation synchrone desdits secteurs de couronne dentée (80) ; et - un moyen motorisé (84) d'entraînement en rotation dudit arbre de transmission (82). 2. Système motorisé (8) selon la revendication 1, dans lequel les secteurs de couronne dentée (80) s'étendent sur un secteur angulaire compris entre 90 et 180°, de préférence supérieur à 120°. 3. Système de support suiveur (1) pour capteur solaire, du type orientable selon un axe de rotation horizontale (AH) et un axe de rotation verticale (AV), et comprenant une structure fixe (2) d'ancrage au sol et une structure mobile (3) comportant : - une première armature (4) montée à rotation sur la structure fixe (2) selon l'axe de rotation verticale (AV) ; et - une seconde armature (5) définissant un plateforme de support des capteurs solaires et montée à rotation sur la première armature (4) selon l'axe de rotation horizontale (AH), avec un système motorisé (8) d'entraînement en rotation de ladite seconde armature (5) selon cet axe de rotation horizontale (AH) ; ledit système de support suiveur (1) étant caractérisé en ce que ledit système motorisé (8) est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, avec : - les deux secteurs de couronne dentée (80) s'étendent dans deux plans orthogonaux à l'axe de rotation horizontale (AH), sont fixés sur la secondearmature (5) et sont montés rotatifs sur la première armature (4) autour de l'axe de rotation horizontale (AH) ; - l'arbre de transmission (82) est monté rotatif sur la première armature (4) ; et - le moyen motorisé (84) est fixé sur la première armature (4). 4. Système de support suiveur (1) selon la revendication 3, dans lequel la plateforme (5) de la seconde armature présente une longueur LO prédéterminée selon l'axe de rotation horizontale (AH), et l'écartement entre les deux secteurs de couronne dentée (80) selon cet axe de rotation horizontale (AH) est compris entre LO/5 et 4L0/5, et de préférence entre 2L0/5 et 3L0/5. 5. Système de support suiveur (1) selon les revendications 3 ou 4, dans lequel la première armature (4) comporte au moins deux bras (40) solidaires l'un de l'autre et s'étendant de part et d'autre de l'axe de rotation verticale (AV) pour former une structure en « V ». 6. Système de support suiveur (1) selon la revendication 5, dans lequel la première armature (4) comporte deux platines (41) fixées sur les extrémités libres respectives des deux bras (40) et présentant chacune un premier palier (42) et un second palier (43) dans lesquels sont respectivement montés rotatifs l'arbre de transmission (82) et le secteur de couronne dentée (80) correspondant. 7. Système de support suiveur (1) selon la revendication 6, dans lequel les extrémités libres de l'arbre de transmission (82) dépassent des platines (41) pour supporter les pignons d'entraînement (81) couplés avec les secteurs de couronne dentée (80) respectifs. 8. Système de support suiveur (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel la plateforme (5) de la seconde armature comprend au moins deux longerons (50) sensiblement parallèles à l'axe de rotation horizontale (AH), et dans lequel les secteurs de couronne dentée (80) sont fixés sur des traverses (83) fixées sur les longerons (50) de la plateforme (6) et s'étendant entre au moins deux longerons (50).35 9. Ensemble solaire comportant un système de support suiveur (1) conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 8, et des capteurs solaires supportés par la plateforme (5) de la seconde armature dudit système de support suiveur (1).