Brevet FR2986308A1 — publié le 20130802

Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un support suiveur solaire rotatif individuel fixé au sol, sur un pied central vertical et sur un socle solide et stable. Il est équipé pour fournir automatiquement le mouvement de suivi solaire, sur les deux axes est-ouest et haut-bas indépendamment l'un de l'autre, aux panneaux solaires qu'il supporte, qu'ils soient thermiques ou photovoltaïques. Ce support est destiné à l'utilisateur particulier qui ne dispose pas de surfaces de toiture convenablement orientées pour un rendement de récupération d'énergie correct ou qui préfère ce type d'installation. La surface des panneaux solaires supportés est au maximum de 6 m2 pour des installations thermiques et de 10 m2 pour des installations photovoltaïques. La course pour l'orientation horizontale d'est en ouest est de 150° au maximum et pour l'inclinaison de bas en haut, de 0° à 90° par rapport à la verticale. État de la technique antérieure La plupart des supports suiveurs solaires rotatifs actuels sont conçus pour des installations industrielles et supportent de très grandes surfaces de panneaux. Ces systèmes sont actionnés par des motorisations complexes : - pignons, crémaillères, engrenages, réducteurs entraînant les couronnes dentées sur lesquelles sont fixés les supports des capteurs solaires, - motorisations nécessitant des courroies et poulies, ensemble de câbles, tringles ou barres utilisées pour la transmission des mouvements, renvois démultiplicateurs ou bras articulés, - systèmes rotatif se déplaçant sur une ou plusieurs roues ou autres moyens de roulement autour d'un axe fixe, - moteurs fixés à l'intérieur de la colonne supportant le système rotatif, rendant ainsi la maintenance très compliquée. Les rares supports suiveurs solaires rotatifs individuels existants, de petite taille, destinés au particulier sont des supports : - à 1 seul axe de rotation horizontal ou vertical, ce qui ne permet pas l'optimisation de 30 la récupération d'énergie à son maximum, - supportant 1 seul panneau solaire de 2 m2 au maximum, - commandés sur 2 axes par un seul moteur, ce qui ne permet pas de garder la position horizontale nécessaire aux panneaux solaires thermiques et n'optimise pas la récupération d'énergie à son maximum, - utilisant plusieurs fixations au sol distanciées les unes des autres, - utilisant les mêmes systèmes rotatifs et mécaniques que les supports industriels. Ces systèmes coûteux sont complexes et nécessitent un entretien difficile à mettre en oeuvre. Les installations fixes sur le toit d'un bâtiment exposent aux problèmes suivants : - L'orientation et l'inclinaison fixes des panneaux solaires a pour conséquence que, selon la hauteur du soleil dans le ciel, l'installation n'atteint son meilleur rendement que lorsque les panneaux forment un angle proche de 90° par rapport au soleil, c'est-à-dire quelques jours dans l'année et seulement peu de temps pendant les journées concernées. - La surchauffe observée dans les panneaux solaires thermiques fixés en toiture, surtout en été pose un problème extrêmement difficile à résoudre. La température du fluide calo-porteur atteint des niveaux très élevés dangereux pour l'intégrité des éléments de l'installation (fluide calo-porteur, panneaux solaires, unité de transport de l'énergie, pompe, chauffe eau). - Les modifications de toiture et l'installation sont coûteuses. Exposé et avantages de l'invention La présente invention supprime les problèmes précédemment cités par la création d'un support de panneaux solaires rotatif, peu coûteux, convenablement dimensionné pour l'usager particulier qui désire faire fonctionner confortablement et avec un excellent rendement de production d'énergie, pendant les journées ensoleillées : - un CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel) de 200 à 300 litres pour 1 support installé, 25 - une installation d'appoint fournissant une partie du chauffage d'une maison particulière en installant un nombre suffisant de supports, - une unité individuelle de production d'énergie électrique solaire. Le support de panneaux solaire décrit ne contient pas de système mécanique complexe (pièce usinée, pignons, crémaillères, engrenage, courroie, roulement à bille, 30 système de tringlerie, roues, etc ...). Tous les composants mécaniques se trouvent facilement dans le commerce spécialisé de la métallerie. La construction du support est simple et peu onéreuse. Le support de panneaux solaire décrit est constitué par structure métallique mécano-soudée fixée au sol sur un pied ou mât central vertical équipé pour fournir automatiquement les deux axes des mouvements de suivi du soleil, sur l'axe est-ouest et sur un support de berceau formant l'axe haut-bas, indépendamment l'un de l'autre aux panneaux solaires fixés sur un berceau. Le pied ou mât central est composé d'une plaque métallique chevillée et boulonnée au sol, sur laquelle sont soudés deux tubes verticaux destinés à surélever et rigidifier l'ensemble. Un autre tube horizontal supporte un premier moteur vérin destiné à actionner l'axe est-ouest par l'intermédiaire du support de berceau. Sur l'ensemble est soudée une plaque métallique qui reçoit l'axe est-ouest. L'axe est-ouest est composé d'une part, pour sa partie basse, par une plaque métallique boulonnée sur le dessus du mât central sur laquelle est soudé un écrou allongé de fort diamètre, et d'autre part, pour sa partie haute, par une seconde plaque métallique sur laquelle est soudée une vis de diamètre et longueur identique à celui de l'écrou. La rotation de la vis dans l'écrou forme l'axe est-ouest. Un tube métallique soudé sur la plaque métallique de la partie haute sert de protection contre l'eau pouvant être présente dans l'axe. La plaque métallique haute reçoit le support de berceau. Vis et écrous de l'axe sont convenablement graissés. Le support de berceau est composé de deux tubes d'acier carrés et deux plaques métalliques. Le premier tube horizontal est boulonné sur la plaque haute de l'axe est-ouest dans les perçages prévus à cet effet. La partie mobile du moteur est- ouest est fixée sur ce tube horizontal. Le second tube vertical, soudé sur le premier, reçoit la fixation du second moteur vérin destiné à actionner l'axe haut-bas. Deux plaques d'acier percées formant la première partie de l'axe haut-bas sont soudées sur les extrémités du tube horizontal. Ces deux plaques d'acier reçoivent le berceau. Le berceau est composé principalement de deux montants et de deux traverses en tube d'acier carré assemblés par soudures. Deux plaques d'acier identiques à celles du support de berceau, soudées sur les montants du berceau, forment la seconde partie de l'axe haut-bas. Les plaques d'acier du support de berceau et du berceau sont reliées par deux boulons, rondelles plates et écrous auto freinés, tournant dans une entretoise qui sert d'axe haut-bas. La partie mobile du moteur haut-bas est fixée sur la pièce prévue à cet effet, sur la traverse basse du berceau. Les panneaux solaires sont fixés sur deux cornières boulonnées sur les deux montants du berceau à l'aide des équerres prévues à cet effet. La fixation latérale des panneaux solaires est obtenue à l'aide de deux boulons judicieusement disposés sur les deux cornières. Les deux axes sont actionnés séparément par deux moteurs vérins électromécaniques, hydrauliques ou pneumatiques, très accessibles pour la maintenance du support suiveur solaire rotatif. Le haut des panneaux solaires se trouve toujours en position horizontale. La fixation au sol est constituée uniquement d'une seule plaque métallique de petite dimension chevillée en 4 points sur le socle en béton. La dimension des éléments constituant le mât vertical, le berceau et son support varie selon le nombre de panneaux solaires supportés, à concurrence de 6 m2 de panneaux thermique et de 10 m2 de panneaux photovoltaïques au maximum. Le système mécanique est simple, fiable et peu coûteux. Le support décrit est équipé d'un système électronique comprenant des capteurs de lumière, de température, de vent et de position de fin de course. Le coeur du système est robotisé par une logique électronique commandant le mouvement des deux vérins en fonction des événements environnementaux maintenant ainsi l'orientation des panneaux à un angle proche de 90° par rapport au soleil, pendant toute la durée de son cycle annuel. En outre les panneaux sont positionnés à la verticale en cas de surchauffe et à l'horizontale en cas de vent. Présentation des figures La figure 1 représente la perspective de la présente invention qui est composée des éléments suivants : 1. Le mât ou pied central (1) est représenté en plan par la figure 2. 2. L'axe est-ouest (2) est représenté en plan par la figure 3 et en détail assemblé par la figure 3-a. 3. Le support de berceau (3) est représenté en plan par la figure 4, et détaillé par les figures 4-a et 4-b. 4. Le berceau (4) est représenté en plan par les figures 5 et 5-a. Les moteurs vérins électriques sont visibles en figure 1 (5) et (6). 5. Le coffret électrique est visible en figure 1 (7). Exposé détaillé du mode de construction et du fonctionnement La présente invention se décrit en fonction de ses pièces principales, tant pour 30 son mode de construction que pour son fonctionnement, selon les figure qui y sont associées : 1. Le mât (1) et figure 2 Le mât ou pied central (figure 2), est fixé par des boulons chevillés sur son socle (12), par une plaque en acier de 10 mm d'épaisseur (23) et 4 écrous et contre- écrous dans les perçages (29), ou tout autre système de fixation permettant d'obtenir la verticalité parfaite du pied du support de panneaux solaires rotatif, de manière simple et efficace. Le mât à proprement parler (1) est un tube en acier dont le diamètre est 5 adapté selon la surface de panneaux supportés, et est suffisant pour résister à des vents de forte vitesse. Il est soudé sur les pièces (23, 24 et 25). Un tube carré de 20 mm de côté (22) rigidifie le support, solidifie la fixation du support du vérin est-ouest (25) et sert à fixer les câbles électriques et les tubes véhiculant le liquide calo-porteur pour les installations thermiques. Il est soudé sur les 10 pièces (23 et 25). Une plaque de tôle d'acier (27), soudée sur ce tube carré (22), est prévue pour recevoir une boite contenant l'alimentation électrique de l'ensemble. Un tube carré de 45 mm de côté (25) supporte le moteur vérin du mouvement est-ouest boulonné dans un perçage prévu à cet effet (8). À son extrémité est fixé le support du coffret électrique (26). Le tube carré (25) est soudé sur les pièces (1, 22 et 15 24). Le coffret électrique contenant le système électronique de commande des mouvements est boulonné à l'arrière support du vérin est-ouest (25) à l'aide d'une tôle pliée (26). Une plaque de tôle d'acier de 5 mm d'épaisseur (24), soudée sur le mât (1) et 20 le support du vérin est-ouest (25), reçoit l'axe est-ouest (2) fixé par 4 boulons dans les 4 perçages (21). Si nécessaire, et selon le type de moteurs choisis, les capteurs de fin de course pour cet axe pourront être fixés sur cette plaque. 2. L'axe est-ouest (2), et figure 3 La partie basse de l'axe est-ouest (31) est composée d'une tôle d'acier de 5 25 mm d'épaisseur, fixée sur la pièce supérieure du mât (24) par 4 boulons dans les 4 perçages (37). Sur cette pièce est soudé un écrou allongé en acier de 24 mm de diamètre (ou plus selon la surface de panneaux installés) pour une longueur de 72 mm (32). La partie supérieure de l'axe est-ouest est elle-même composée d'un fer plat 30 de 45 mm de largeur et 6 mm d'épaisseur (33) sur lequel sont soudés une vis à tête hexagonale de diamètre et longueur identiques à celui de l'écrou précité (34) et un tube de protection contre la pluie (35). Le support du berceau (3) est fixé sur la partie supérieure de l'axe est-ouest par 4 boulons dans les 4 perçages (36). Voir le détail de l'axe est-ouest assemblé en figure 3-a (2). La course maximum de rotation de l'axe est-ouest, sur le suiveur solaire assemblé, est de 150° qui correspond à moins de 1/2 tour. A la mise en place de l'axe, il faut serrer les deux parties complètement et desserrer de 1 tour au minimum. La vis (34) pénètre de 69 mm dans l'écrou allongé (32). L'ensemble assure une solidité suffisante à cet axe face aux forces auxquelles il est exposé et le peu de jeu nécessaire pour un fonctionnement souple et sans à-coup. Vis et écrous sont convenablement graissés. 3. Le support de berceau : (3) et figure 4 Un tube d'acier carré de 45 mm de côté (3), est fixé par 4 boulons sur l'axe est-ouest (2) dans les 4 perçages (49). La partie mobile du moteur vérin est-ouest est fixé sur cette pièce dans 1 perçage (9). Cette pièce sera plus ou moins longue selon la taille des capteurs solaires supportés. Deux pièces en, fer plat de 50 mm de largeur et 6 mm d'épaisseur (44), sont soudées sur la pièce précédemment décrite à ses extrémités. Elles reçoivent les fixations du berceau formées par deux boulons (43), rondelles plates et écrous auto freinés (42), tournant dans une entretoise (41), qui servent d'axe haut-bas (détail figure 4-a-3). Un tube d'acier carré de 45 mm de côté (46), est soudé sur la pièce principale 20 du support de berceau (3). Il supporte la partie fixe du moteur vérin du mouvement haut-bas (10) et il sert à fixer l'alimentation électrique du moteur et si nécessaire les tubes véhiculant le liquide calo-porteur dans le perçage (48). 4. Le berceau (4), et figures 5, 4-a et 4-b Le berceau est structuré par 2 montants en tube d'acier carré de 40 mm de 25 côté (4), reliés entre eux par 2 traverses en tube d'acier carré de 40 mm de côté par soudage (52 et 53). Leur longueur varie selon la taille des panneaux choisis. Sur la traverse basse (53), est soudée une cornière d'acier (54) qui forme la fixation de la partie mobile du moteur vérin haut-bas (11). Deux pièces en fer plat de 50 mm de largeur et 6 mm d'épaisseur (55), sont 30 soudées sur les deux montants (4). Elles sont fixées sur les deux pièces du support de berceau (44) par deux boulons (43), rondelles plates et écrous auto freinés (42), tournant dans une entretoise (41), qui servent d'axe haut-bas (détail figures 4-a et 4-b). Le jeu prévu pour chaque fixation est égal à 1 mm (46). Sur les extrémités des deux montants, dans les perçages (57), se fixent par boulonnage, 2 traverses en cornières d'acier 40 mm X 40 mm (15), qui supportent les - panneaux solaires. Leur longueur varie selon la taille des panneaux supportés. Les panneaux solaires sont fixés par des équerres de taille appropriée selon leur épaisseur (13) (figure 5-a) et, pour le maintien latéral, par des boulons positionnés 5 dans les perçages prévus à cet effet (14). 5. Les moteurs vérins électriques (5) (6) et figure 1 Les moteurs sont, des vérins électriques alimentés en courant alternatif ou continu, ou hydrauliques ou pneumatiques adaptés à la surface des panneaux solaires supportés. La course de ces vérins est réglée pour obtenir le fonctionnement optimal 10 du support rotatif. Le vérin commandant le mouvement est-ouest est fixé sur le mât dans le perçage (8) pour sa partie fixe et sur le support du berceau dans le perçage (9) pour sa partie mobile en des points précis permettant une course de 150° des capteurs solaires supportés. Les points de fixation de ce vérin sont positionnés de manière à ce 15 qu'il n'entre pas en collision avec l'axe est-ouest (2) et passe au-dessus du coffret électrique (7) pendant la rotation est-ouest. Le vérin commandant le mouvement haut-bas est boulonné sur le support de berceau dans le perçage (10) pour sa partie fixe et sur le berceau dans le perçage (11) pour sa partie mobile en des points précis permettant le déplacement du bas vers le 20 haut de 0° à 90° par rapport à la verticale. Les points de fixation de ce vérin sont positionnés de manière à ce qu'il n'entre pas en collision avec le mât (1) et passe au-dessous du coffret électrique (7), pendant la rotation est-ouest. 6. Le coffret électrique : (7) Le système électronique de commande des moteurs est contenu dans un 25 coffret étanche fixé à l'arrière du mât (7) sur son support (26). Les capteurs de lumière et de vent sont fixés sur la cornière haute du berceau (14). S'il y a lieu, les sondes de température sont fixée sur le tube de sortie haute du panneau solaire thermique et sur l'échangeur du Chauffe Eau Solaire Individuel. Application industrielles 30 Le dispositif selon l'invention est plus spécifiquement destiné à l'utilisateur particulier qui ne dispose pas de surfaces de toiture convenablement orientées pour un rendement de récupération d'énergie solaire correct ou qui préfère ce type d'installation en évitant une installation sur le toit. Le dispositif selon l'invention est aussi intéressant pour créer une installation d'appoint fournissant une partie du chauffage d'une maison particulière, pendant les journées ensoleillées ou pour la création d'une unité de production d'énergie électrique solaire en installant un nombre suffisant de supports. Le dispositif est aussi intéressant du point de vue de l'excellent rendement de 5 production d'énergie qu'il procure. 10 15 20 25 30 REVENDICATIONS1) Dispositif support suiveur solaire rotatif caractérisé en ce qu'il est composé d'une structure métallique mécano-soudée fixée au sol sur un pied ou mât central vertical (1) équipé pour fournir automatiquement les deux axes des mouvements de suivi du soleil, sur l'axe est-ouest (2) et sur un support de berceau (3) formant l'axe haut-bas, indépendamment l'un de l'autre aux panneaux solaires fixés sur un berceau (4). 2) Dispositif support suiveur solaire rotatif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pied ou mât central est composé d'une plaque métallique (23), chevillée et boulonnée au sol, sur laquelle sont soudés deux tubes verticaux (1 et 22) destinés à surélever et rigidifier l'ensemble, et d'un autre tube horizontal (25) supportant un premier moteur vérin (5) destiné à actionner l'axe est-ouest par l'intermédiaire du support de berceau (3), l'ensemble étant soudé avec une autre plaque métallique (24) qui reçoit l'axe est-ouest. 3) Dispositif support suiveur solaire rotatif, selon la revendication 1, caractérisé en ce l'axe est-ouest est composé d'une part, pour sa partie basse, par une plaque métallique (31), boulonnée sur le dessus du mât central (24), sur laquelle est soudé un écrou allongé (32) de 24 mm de diamètre ou plus selon la surface de capteurs supportés, et d'autre part, pour sa partie haute, par une seconde plaque métallique (33) sur laquelle sont soudés une vis (34) de diamètre et longueur identiques à ceux de l'écrou, la rotation de la vis dans l'écrou formant l'axe est-ouest, et un tube métallique (35) servant de protection contre l'eau pouvant être présente dans l'axe, la plaque métallique haute recevant le support de berceau. 4) Dispositif support suiveur solaire rotatif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de berceau est composé de deux tubes d'acier carrés et deux plaques métalliques, le premier tube horizontal (3) étant boulonné sur la plaque haute de l'axe est-ouest (2) dans les perçages prévus à cet effet (49), la partie mobile du moteur est-ouest étant fixée sur ce tube horizontal (9), le second tube vertical (46), soudé sur le premier (3), recevant la fixation du second moteur vérin destiné à actionner l'axe haut-bas (10), et de deux plaques d'acier (44) percées, formant la première partie de l'axe haut-bas étant soudées sur les extrémités du tube horizontal (3), ces deux plaques d'acier recevant le berceau. 5) Dispositif support suiveur solaire rotatif, selon la revendication 1, caractériséen ce que le berceau est composé principalement de deux montants (3) et de deux traverses (52 et 53) en tube d'acier carré assemblés par soudures, deux plaques d'acier (55) soudées sur les montants du berceau (3) formant la seconde partie de l'axe haut-bas, les plaques d'acier du support de berceau (44) et du berceau (55) étant reliées par deux boulons (43), rondelles plates et écrous auto freinés (42), tournant dans une entretoise (41) qui sert d'axe haut-bas, la partie mobile du moteur haut-bas est fixée sur la pièce prévue à cet effet (54) du berceau, les panneaux solaires sont fixés sur deux cornières (15) boulonnées sur les deux montants (3) du berceau, à l'aide des équerres (13) prévues à cet effet, la fixation latérale des panneaux solaires est obtenue à l'aide de deux boulons judicieusement disposés (14) sur les deux cornières (15). 6) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce que les deux axes sont actionnés séparément par deux moteurs vérins électromécaniques, 15 hydrauliques ou pneumatiques. 7) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce que le haut des panneaux solaires se trouve toujours en position horizontale. 8) Dispositif selon les revendications 2, 3, 4 et 5 caractérisé en ce que la dimension des éléments constituant le mât vertical, l'axe est-ouest, le berceau et son 20 support varie selon la surface des panneaux solaires supportés. 25 30