Brevet FR2979694A1 — publié le 20130308

SUPPORT DE PANNEAUX SOLAIRES FLOTTANT ET TUBULAIRE - 1 - Le support directionnel flottant et tubulaire a pour but, durant les heures d'ensoleillement d'un lieu, d'avoir toujours perpendiculaire aux rayons du soleil la surface photo - voltaïque et/ou autre, de plusieurs panneaux solaires, appelés ci-après PS, posés sur ce support, Le support permet l'orientation variable des PS de l'Est à l'Ouest en passant par le Sud ( en hémisphère nord), ce qui est un premier plan naturel et mathématique de rotation ; il permet aussi l'inclinaison variable de ces PS pour suivre le soleil, selon l'heure, de l'horizon à son zénith, ce qui est un deuxième plan naturel et mathématique de rotation. De plus, dans l'hémisphère Nord par exemple, le support directionnel a pour but de pouvoir se retourner sur 180 degrés par rapport à la verticale pour passer, en fin de journée, d'Ouest en Est d'un seul mouvement. La technique antérieure prévoit souvent un axe vertical fixe autour duquel tournent un ou plusieurs PS par un jeu complexe d'articulations. La distance entre le ou les panneaux suspendus et l'axe de rotation du système est très courte, ce qui demande un effort important à fournir pour obtenir le mouvement des panneaux. Il faut aussi réaliser une assise au sol qui répartit les charges. La technique antérieure consiste aussi à poser sur toiture, ou au sol, les PS qui ont alors pas ou peu de mobilité, ce qui diminue leur rendement réel. Certaines techniques antérieures prévoient le repos des PS sur une structure flottante, mais les panneaux ne sont pas orientés dans toutes les directions. La technique antérieure consiste aussi à faire rouler un système rotatif sur un chemin de roulement, ce qui induit un effort important à donner pour les déplacements et nécessite une grande précision de planimétrie dans son exécution, avec un système de fondation pour l'équilibre de l'ensemble. La présente invention a pour but de palier ces inconvénients. Le support accepte de nombreux panneaux dont le nombre est modulable en fonction de leur puissance électrique unitaire et de la puissance électrique totale recherchée. Le support permet aussi de faire tourner le dos au soleil d'une partie ou de tous les PS, ou de modifier leur inclinaison par rapport au soleil, ce qui, si besoin est, permet de moduler à volonté la puissance électrique fournie, au gré de l'utilisateur. La présente invention est installée soit sur un site terrestre plat dans son emprise au sol seulement, soit sur un toit terrasse, soit sur un plan d'eau, soit seul, soit en série et en grand nombre, au gré des besoins de l'utilisateur. Il y a donc plusieurs versions de la présente invention qui fonctionnent avec le même principe : supports flottants et tubulaires40 -2- La présente invention permet, durant la période d'ensoleillement journalier, d'avoir la puissance électrique nécessaire pour assurer en continu les besoins d'une ou plusieurs maisons individuelles, ou ceux d'un atelier artisanal, ou ceux d'une ferme, ou de toute autre activité nécessitant des besoins électriques. La multiplication du support envisagé peut amener à la création d'une ferme solaire de puissance électrique importante, en particulier sur un plan d'eau. Dans une première version, la présente invention comporte un axe fixe 1 (figl ) scellé dans le sol support 2 ou sur une fondation 3, ou si l'on est sur un plan d'eau (fig18) scellé dans le fond du plan d'eau 2 . Cet axe fixe 1 ne supporte aucune charge verticale, mis à part son propre poids, et sert uniquement de guide latéral à des éléments flottants 11. La présente invention comporte 2 éléments support flottants 11 (fig1) dont la forme pourra être par exemple en pi (U renverse"). Ces éléments 11 sont flottants car reposants sur des corps flottants 13 (fig 2-2bis) constitués de matières très légères de type mousses synthétiques à cellules fermées ou autres, ou de caissons étanches 7 souples et/ou gonflables ou rigideseig/ et 2) eux même noyés dans l'eau 17 (fig 2) ou tout autre liquide ou fluide , par l'intermédiaire de traverses 4 (fig 1 et suivantes) et de montants 6 (fig 2 -2 bis - 13-18). Les traverses 4 permettent aux 2 éléments 11 (figl et suivantes) de rester équidistants et parallèles, tournant autour de l'axe fixe 1 grâce à un guide circulaire 5 qui entoure l'axe fixe 1( fig 4). des corps flottants 13 contient le volume d'eau ou de tout autre liquide nécessaire Un bac circulaire 8 (fig 1 et 2) dont le diamètre correspond au tracé du parcours à la flottaison de l'ensemble du support directionnel terminé . Ce bac 8 comporte un rebord 15 (fig2-4) en son côté extérieur par exemple. Ce volume d'eau, ou de tout autre liquide visqueux et fluide, sera calculé par équilibre entre : d'une part la poussée d'Archimède verticale ascendante correspondante au volume noyé du corps flottantl3, continu ou non dans le bac circulaire 8, et d'autre part le poids de l'ensemble du support terminé auquel on ajoutera le poids des PS prévus et l'effet des intempéries sur ces PS. En site terrestre, ce bac 8 sera soit hors sol, fabriqué en béton ou acier ou autre matériau, par exemple type caoutchouc, gonflable ou non, soit enterré sur sa hauteur. Il peut être composé par exemple de 2 boudins gonflés 9 (fig 2 bis), reliés entre eux par une membrane étanche 10, le corps flottant 13 (fig 2 bis) pouvant être ,ou non, aussi réalisé aussi en boudin gonflable 14 Ocig2 bis)40 Un élément 11 flottant (fig 3) comporte 2 extrémités en forme de demi-palier 12 de manière à pouvoir recevoir un tube rotatif 16 (fig 6). Des rouleurs 30g 6, 16, 17) positionnés entre le palier 12 et le tube 16 pourront faciliter la rotation du tube rotatif 16 maintenu sur le support 11 par un demi palier supérieur18 (fig6) . Ce dernier 18 s' opposera aux éventuels efforts de soulèvement de l'ensemble monté, sous l'effet des intempéries ou de tout autre effet extérieur. La fig 4 montre 2 supports flottants 11 positionnés prêts à recevoir les tubes rotatifs 16. Lafig 5 montre l'ensemble de 2 supports 11 recevant 2 tubes rotatifs 16. Le nombre de tubes rotatifs 16 n'est limité que par la longueur des supports 11 d'une part, et par l'encombrement des PS repérés P d'autre part ffig 7). On peut donc imaginer un support flottant 11 ayant 3,4, ou plus, tubes rotatifs 16 reposant sur un support 11 dimensionné en conséquence. Lafig 6 est une perspective de principe de l'assemblage des supports 11 avec les éléments rotatifs 16. Lafig 7 est une perspective de l'ensemble monté avec des panneaux solaires P partiellement montés, fixés sur le tube 16 par l'intermédiaire ou non d'un châssis que l'on désignera aussi par P. Cette fixation sera réalisée tangentiellement au tube de rotation 16 de telle manière que, lorsque le tube 16 de rayon 23 tourne sur lui-même, les PS qui lui sont attachés puissent prendre toutes les positions, certaines indiquées sur les fig 8, 9,10. Le support de panneaux solaires pourra être renforcé par les contreforts 42 et 43 ( fig24) et prendra par exemple les positions P1 , P2,P3,P4 en étant tenus au moins en 3 points de fixation par ajout de ces renforts 42 et 43 fixés en 41 . Lafig 24 montre plusieurs positions à titre d'exemple: Lorsque P est en P1 les renforts 42 et 43 sont fixés en 41 Lorsque P est en P4 les renforts 42-4 et 43- 4 sont fixés en 41-4 La hauteur des PS appelée 20 (fig 8,9,10, 24) impose que le centre de rotation des tubes rotatifs 16 soit à une hauteur 22 du sol support 2 telle que les PS ne touchent pas ce sol support, en en restant éloignés de la distance 21 (fig 8,9,24) Les tubes rotatifs 16 doivent être distants l'un de l'autre de la distance d'entraxe 24fig 10 suffisante pour que l'ombre portée de l'une des rangées de PS ne cache pas, ou peu, l'autre (fig 10) dès que les rayons solaires dépassent l'horizon de l'angle alpha choisi. Lafig 11 montre, sous forme de tableau les différentes positions des PS le matin, à midi et le soir, durant 2 jours successifs J et J+1 les point cardinaux de l'hémisphère nord étant repérés. -4- Le support flottant 11 tourne seulement de un demi-tour le jour J de sa mise en route. Et le lendemain jour J+1, il revient à son point de départ en sens inverse. Il repart le matin de J+2 pour un demi-tour comme le jour J, etc.... son cycle de mouvement est donc un demi-cercle en aller et retour alternativement chaque jour. Le support rotatif 16, orienté le premier jour J vers l'est, tourne d'un demi cercle sur lui-même durant la durée du premier jour J, pour être orienté vers l'ouest le soir du jour J ; il revient vers l'est, son point de départ, le lendemain matin de J+1 par un basculement à 180°. Il se retrouve donc le soir de J+1 à l'ouest afin que le cycle du jour J+1 recommence par un basculement le matin de J+2 etc.... La combinaison de ces 2 mouvements de rotation des éléments 11 et 16 permet de suivre en permanence, et à leur perpendiculaire, les rayons du soleil : - l'élément 11 suit la direction par rapport au lever et au coucher du soleil, - l'élément 16 suit l'inclinaison des rayons solaires par rapport à l'horizontale. Le bac circulaire 8 étant indépendant de l'état des lieux choisis pour l'installation, celle-ci peut être faite partout en site terrestre, ponctuellement plat, sous l'emprise nécessaire, habité ou non. Si le corps circulaire 8 est constitué de boudins gonflables 9, il n'y aura pas de fondation à réaliser, étant donné les faibles charges sur le sol et la déformabilité par nature des boudins 9. Le niveau de l'eau 17 dans le bac 8 devant être maintenu pour que la flottaison du corps flottant 13 soit assurée , un apport d'eau sera prévu pour compenser l'éventuelle évaporation. Une couverture flottante, ou le choix d'un liquide visqueux moins gélif et moins évaporant que l'eau, pourra cependant limiter ce problème .Le gel sera évité par ajout de glycol dans cette eau ou mise en place d'un câble chauffant à l'intérieur du bac 8. La fig 12 montre une installation comportant 3 tubes rotatifs 16 distants l'un de l'autre de 24 (fig.12) .Le troisième tube est fixé dans l'axe du support rotatif et comporte un passage pour l'axe fixe 1. Les PS sont interrompus à l'aplomb des supports 11 pour rendre possible leur rotation à cet endroit Un nombre important de PS peuvent être fixés sur ces 3 tubes rotatifs 16, ce qui permet d'obtenir une puissance pratique intéressante dans un encombrement minimum.40 - La rotation du support 11 par rapport à l'axe fixe 1 peut s'obtenir, entre autre, par l'installation à l'extrémité du support 11 d'une glissière 25 verticale (fig.12, 14 et15) retenue mais pouvant glisser entre 3 axes 26 fixés sur une platine perpendiculaire au corps de 11 (fig.13) ce qui lui permet de monter ou descendre librement sur toute sa longueur. Cette glissière 25 supporte un moteur électrique 27 à axe vertical qui fait tourner une roue 28 par l'intermédiaire d'un pignon de démultiplication 29 (fig. 15). L'ensemble 25, 27, 28,29 est mobile en hauteur et propulse à l'horizontale l'extrémité du support rotatif 11 en s'appuyant sur le rebord 15 du bac 8 (fig.2,13), ou sur le dessus 15 des boudins 9 (fig 2bis). Cet ensemble permet d'absorber les déformations éventuelles des rebords 15 ou des dessus 15 des boudins 9 fig 2 bis Une flasque 31, soudée ou fixée sur chaque tube 16 entraine en rotation l'élément 16, ceci parce qu'elle est reliée à un moteur électrique 34. Le dessus de l'élément 11 sert de repos à ce moteur électrique 34 (fig.12, 16, 17)dont l'axe horizontal se termine par un pignon 32 au contact de l'extrémité de la flasque crantée 31. La rotation du moteur 34 entraine la rotation de la flasque 31, donc celle du tube 16. Une autre disposition pour faire tourner la flasque 31 est indiquée fig 17, le moteur 35 faisant tourner le pignon 33 qui entraine la flasque 31. L'action du moteur 34, ou du moteur 35, fera tourner le tube 16 (fig. 16-17) dans un sens ou dans l'autre. Les 2 mouvements de rotation des éléments 11 et 16 sont ainsi résolus. Dans une deuxième version, la présente invention comporte l'installation d'un support directionnel bi-rotatif sur un plan d'eau 44 nécessitant la création d'un chemin de roulement 36 (fig.18) pour la roue 28 mue par le moteur 27 (fig 15). Ce chemin de roulement sera fixé ponctuellement sur des appuis 37 sur le fond 2 du plan d'eau, sur des pieux ou similaires, et sera circulaire selon le cheminement nécessaire à la roue motrice 28 (fig 15 et 18). Si la rive est orientée nord-sud une installation en demi-cercle (fig.19) avec un support 11 rotatif par rapport à un axe 1 en bord de rive, est réalisable. Lafig.20 donne une forme possible pour la structure du support 11 et du corps flottant 13. Dans ce cas le support 11 est relié directement pour sa rotation à l'axe 1 fixe. Cette disposition est applicable aussi à un site terrestre, le bac 8 étant alors un demi-cercle. Pour cette configuration le mouvement semi - circulaire de 11 est décrit en 1 journée. 30 35 40 Dans une troisième version, la présente invention, fig 26,27 est toujours sur plan d'eau, et l'on modifie le support flottant : la membrane étanche 10 devenant inutile, le support ne comporte qu'un élément 9 qui encercle l'élément flottant 14 en lui servant de guide, ce qui permet de supprimer l'axe fixe 1 initialement prévu. Deux câbles 48 parallèles, tendus par leurs extrémités 51, mais mobiles en niveau pour pouvoir suivre l'étiage du plan d'eau, et maintenus par des flotteurs 50, assurent l'immobilité du ou des éléments flottants 9 par la pose de tirants 49 fig 26-27. Dans cette configuration un grand nombre de supports flottants posés sur l'eau les uns à la suite des autres permettra la production d'une puissance électrique importante. Les fig 21, 22, 23 montrent un montage plus allégé pour le tube rotatif. Il est remplacé par des tubes ou profilés 39, de résistance suffisante, disposés en cercle autour de une ou plusieurs viroles 40 et écarteurs 38 qui raidissent l'ensemble .La ou les viroles sont équipés d'une flasque 31 qui tourne par l'effet des dispositions décrites et apparaissant sur les fig 16 et 17. Si l'on utilise des boudins gonflants pour remplacer le support 36 de la roue 28 on crée un support caoutchouc 45 gonflant et sous pression, en forme de demi-cercle (g 25) de rayon 46. La pression maintient le support 45 en forme circulaire et en surface du plan d'eau pour supporter le poids de la roue tractrice 28. Le poids de l'ensemble des panneaux P, des tubes 16 et des supports 11 et tous autres accessoires est en équilibre sur le plan d'eau grâce aux corps flottants 13 attachés à 11. Le support est conçu pour assurer le rendement optimal des PS en permettant à leur surface sensible d'être toujours perpendiculaire aux rayons solaires. Les éléments 11 vont tourner en premier, grâce au moteur 27 fig 14-15. Un algorithme spécialisé donne la position exacte du soleil chaque jour et à chaque heure ; il commande la mise en marche de ce moteur 27 et donc des éléments 11 qui suivront la position du soleil selon le plan horizontal. Les éléments 16 vont ensuite tourner sur eux mêmes grâce aux moteurs 34fig 17 Un deuxième algorithme spécialisé donne la hauteur du soleil à chaque instant du jour et commande la mise en marche de ces moteurs 34 pour que les PS soient perpendiculaires aux rayons solaires. La commande de ces 2 mouvements de rotation se fera par un circuit électrique indépendant de celui de l'exploitation des panneaux, ceci pour faciliter la recherche des éventuelles pannes.40 -7- L'énergie nécessaire à ces mouvements de 11 et de 16 sera fournie soit en reliant le système au réseau public pour son démarrage seulement, soit en auto-alimentation par la production des panneaux. Dans une quatrième version, la présente invention comporte un support rotatif flottant en site terrestre, qui est démontable, éventuellement mobile, non fixé au sol support 2. Pour ce faire, le bac circulaire 8fig 28 - 29 sert de guide au caisson étanche 7 ,l'espace 52 entre les parois extérieures et/ou intérieures de 8 étant réduit au minimum ,le guidage pouvant se faire ,ou non, aussi par des rouleurs posés par exemple selon le diamètre de 9 dans l'espace 52 La très lente vitesse de rotation demandée au support permet de réaliser une telle disposition. La solution de boudins pneumatiques 9 et 14fig 29 devient très pratique par sa souplesse en vue d'un démontage pour transport et/ou remontage, et l'élément 11 est directement, relié au boudin 14 par le support 6 qui pourra adopter en son extrémité basse une forme semi-circulaire épousant la forme de 14.