Brevet FR3017696A1 — publié le 20150821

La présente invention concerne la protection des installations à capteurs d'énergie solaire. Les installations de captation d'énergie solaire, thermiques ou photovoltaïques, à concentration, utilisent des mécanismes d'orientation précise pour le suivi de la course du soleil dans le ciel. Ces mécanismes, communément appelés « trackers », permettent généralement des rotations selon un axe zénithal et un axe azimutal. Des actionneurs sont utilisés pour entraîner les capteurs solaires autour de ces axes, comportant des moteurs électriques rotatifs ou linéaires, en prise directe ou au travers transmissions mécaniques avec réduction de vitesse. Lorsque l'installation se situe dans une zone dite cyclonique, où des vents très violents peuvent souffler, les capteurs, en raison de leur surface importante, sont soumis à des efforts extrêmes. Les mécanismes de suivi ainsi que les structures portant les capteurs sont en général considérablement surdimensionnés afin de pouvoir résister à ces conditions météorologiques, ce qui se répercute sur le coût des installations, et peut retarder l'implantation de capteurs dans des zones pourtant très ensoleillées. Pour renforcer la tenue des capteurs, une solution relativement onéreuse et complexe à installer consiste à utiliser un rail circulaire de grand diamètre permettant une rotation azimutale, fixé au sol en plusieurs points et supportant au travers de roues un châssis orientable, lui-même intégrant un mécanisme de basculement autour d'un axe de rotation zénithal. La demande WO 2008/152342 A2 décrit une solution pour protéger une installation de captation solaire qui consiste à arbitrer le panneau dans un logement au sol en cas de vent violent. 11 demeure un besoin pour protéger des capteurs d'énergie solaire orientables en cas de vents violents, d'une façon fiable, simple et économique. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un système de maintien et d'entraînement motorisé d'au moins un capteur d'énergie solaire, comportant : une structure de support du capteur, au moins partiellement mobile relativement au sol, de façon à permettre déplacement contrôlé du capteur, notamment autour d'au moins deux axes de rotation, au moins un organe de blocage, fixe relativement au sol, au moins un organe d'accrochage, mobile avec le capteur et adapté à coopérer avec l'organe de blocage dans au moins une position de verrouillage du capteur, pour maintenir le capteur en cas de vents extrêmes, l'organe d'accrochage pouvant être amené dans la ou les positions de verrouillage par un mouvement prédéfini du capteur, depuis une position de fonctionnement usuelle, où l'organe d'accrochage est distant de l'organe de blocage. L'invention permet une protection efficace et fiable des capteurs contre les vents violents, rapide et économique à mettre en oeuvre, et compatible avec des installations existantes. L'invention permet d'éviter le surdimensionnement des structures de support, et facilite l'implantation de capteurs dans les zones cycloniques ensoleillées. Le capteur solaire est par exemple constitué par un ou plusieurs panneaux solaires, photovoltaïques ou thermiques, miroirs, notamment paraboliques ou plans, ou lentilles. La structure de support comporte de préférence un mécanisme de suivi de type « tracker » deux axes, zénith et azimut. De préférence, la structure de support comporte un mat, par exemple unique et relié au sol, le capteur étant de préférence relié sensiblement en son centre audit mat. Le mat est de préférence vertical. Une telle structure de support est relativement économique et simple à mettre en oeuvre. La rotation autour de l'axe azimutal peut avoir lieu en haut du mat, ou à sa base. Le système peut comporter plusieurs organes d'accrochage, par exemple au moins deux organes d'accrochage, de préférence trois organes d'accrochage. Lorsque le système de maintien comporte plusieurs organes de blocage et d'accrochage, le verrouillage de tous les organes d'accrochage se fait de préférence 20 simultanément, par un même mouvement du capteur. Le ou chaque organe d'accrochage peut être présent à l'extrémité d'une barre, de préférence non extensible, fixée à l'arrière du capteur et se déplaçant avec celui-ci. De préférence, la barre est orientée perpendiculairement au sol quand le capteur est orienté à l'horizontale. 25 De préférence, l'organe d'accrochage et l'organe de blocage se verrouillent dans la ou les positions de verrouillage par simple coopération de formes, sans élément de verrouillage additionnel. Ainsi, le verrouillage peut être obtenu par un mouvement prédéfini d'amenée du capteur dans la position de verrouillage, et le déverrouillage s'effectue par le mouvement inverse. 30 Les organes de blocage et/ou d'accrochage comportent par exemple des crochets. Lorsque l'organe de blocage est un crochet proche du sol, lors du mouvement du capteur vers la ou les positions de verrouillage, l'organe d'accrochage présent à l'extrémité de la barre précitée vient s'accrocher et se bloquer dans ce crochet. Le ou chaque organe d'accrochage peut venir en position de verrouillage par un mouvement comportant au moins une étape de rotation azimutale pure et/ou une étape de rotation zénithale pure. De préférence, l'organe d'accrochage est agencé pour venir en position de 5 verrouillage suite à un mouvement se terminant par une étape de rotation azimutale pure. La rotation azimutale peut être de l'est vers l'ouest ou de l'ouest vers l'est, en fonction de la position de départ du capteur, afin de minimiser la course du capteur pendant cette étape de rotation azimutale. L'axe zénithal est de préférence orienté dans une direction Nord-Sud dans (> les 10 positions de verrouillage, afin que le récepteur se trouve alors dans une position horizontale jamais utilisée au lever ou au coucher du soleil. Le mouvement du capteur quittant une position de verrouillage peut être inverse de celui l'ayant amené dans cette position de verrouillage. Afin d'éviter tout risque de coincement, le ou chaque système d'accrochage peut 15 comporter une ou plusieurs roues. En variante ou additionnellement, le ou chaque organe de blocage peut comporter une ou plusieurs roues. Cette ou ces roues peuvent servir à l'accrochage et comporter un bandage légèrement déformable. L'invention a aussi pour objet un procédé pour protéger vis-à-vis de vents extrêmes une installation de captation d'énergie solaire, comportant au moins un capteur et une structure 20 de support du capteur, au moins partiellement mobile relativement au sol, de façon à permettre déplacement contrôlé du capteur, procédé dans lequel l'installation est équipée : d'au moins un organe de blocage fixe relativement au sol, d'au moins un organe d'accrochage, mobile avec le capteur et adapté à coopérer avec 25 l'organe de blocage dans au moins une position de verrouillage pour maintenir le capteur en cas de vents extrêmes, de façon à obtenir une installation selon l'invention telle que définie plus haut. L'installation qui est équipée des organes de blocage et d'accrochage peut être une installation existante, qui est rénovée, ou une nouvelle installation. 30 L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, procédé de pilotage du mouvement d'au moins un capteur d'une installation comportant un système selon l'invention pour protéger le capteur vis-à-vis de vents extrêmes, le procédé comportant l'étape consistant à commander le mouvement du capteur depuis une position de fonctionnement usuelle de façon à amener l'organe d'accrochage à s'engager dans l'organe de blocage. Par exemple, à partir d'une certaine vitesse de vent, entre 60 et 100 km/h en général, une information est transmise au système de maintien, qui est commandé pour amener le capteur depuis la position qu'il occupe lors de la réception de l'information, dans une position de verrouillage. De préférence, le capteur est d'abord amené à l'horizontale, par exemple par un mouvement de rotation pure zénithale, puis déplacé vers la ou l'une des positions de verrouillage par un mouvement de rotation pure azimutale. La trajectoire empruntée par le capteur pour arriver à la position de verrouillage n'est jamais utilisée lors du fonctionnement normal du capteur pour suivre le soleil. De préférence, les mouvements sont calculés, préalablement à la commande d'au moins un moteur d'entraînement, de façon à minimiser la course du capteur, notamment azimutale, par exemple en choisissant entre le sens de rotation l'est vers l'ouest et de l'ouest vers l' est. On peut détecter une coopération effective entre l'organe de blocage et l'organe d'accrochage dans une position de verrouillage en mesurant la charge d'au moins un moteur d'entraînement assurant le déplacement du capteur depuis sa position de fonctionnement usuelle vers la position de verrouillage. A l'arrivée dans la position de verrouillage, la poursuite du mouvement peut être empêchée par la coopération entre l'organe d'accrochage et l'organe de blocage, et le courant d'alimentation du moteur augmente. Cette augmentation peut être détectée et renseigner sur l'arrivée en position de verrouillage. Le mouvement du capteur vers la position de verrouillage peut se faire, le cas échéant, avec une vitesse réduite à l'approche de la position de verrouillage, de façon à éviter de solliciter trop durement la structure si l'organe d'accrochage bute contre l'organe de blocage. La course du capteur pour l'amener dans une position de verrouillage peut être 25 calculée de façon autonome par un calculateur local. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente un exemple de de réalisation d'un système de maintien et 30 d'entraînement selon l'invention, dans une position de fonctionnement usuelle, la figure 2 représente le système de la figure 1 dans une position de verrouillage, les figures 3 et 4 sont des vues analogues à la figure 1 de variantes de réalisation du système, et les figures 5a à 5c illustrent une trajectoire du système depuis une position de 35 fonctionnement usuelle, pour venir en position de verrouillage, et - les figures 6a-6b et 7a-7b représentent en coupe partielle et schématique des exemples d'organes d'accrochage et de blocage. Des capteurs solaires comportant un mécanisme de suivi de type « tracker » sont usuellement utilisés dans des installations de captation d'énergie solaire, telles qu'un champ de panneaux solaires photovoltaïques, une centrale à tour chauffée par un miroir plan réfléchissant les rayons incidents du soleil ou une installation comportant un miroir parabolique permettant de concentrer les rayons du soleil. L'invention s'applique à toutes les installations de captation solaire, qu'elles soient photovoltaïques ou thermiques, étant de préférence à concentration. On a représenté aux figures 1 et 2 un système de maintien et d'entraînement 1 selon la l'invention, respectivement dans une position de fonctionnement usuelle et en position de verrouillage. Le système comporte un capteur solaire 2 et une structure de support 4 du capteur 2. Le capteur 2 est porté par la structure de support 4 sensiblement en son centre 9 dans l'exemple considéré. 15 La structure de support 4 comporte un mat central 3 portant un mécanisme d'entraînement motorisé 11 perme t le déplacement en rotation du capteur 2 autour d'un premier axe Z et d'un deuxième axe A, perpendiculaires entre eux. L'axe Z est dit zénithal et l'axe A azimutal, ce dernier étant vertical dans l'exemple considéré, confondu avec l'axe longitudinal du mat 3. 20 En variante, le mat 3 peut être mobile par rapport au sol en permettant notamment sa rotation autour de l'axe A. Le mécanisme d'entraînement 11 peut dans ce cas permettre seulement un pivotement autour de l'axe Z. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2, le système de maintien du capteur comporte trois organes d'accrochage 51, 52, 53 présents respectivement aux extrémités de trois 25 barres 81, 82, 83 s'étendant à l'arrière du capteur 2. Les barres 81, 82, 83 sont orientées sensiblement verticalement en position de verrouillage du capteur 2. Les axes longitudinaux des barres 81, 82 peuvent intersecter l'axe Z. De préférence, dans un système de maintien 1 comportant au moins une barre 83 dont l'axe longitudinal est décalé de l'axe Z, le point d'accrochage 93 de cette barre 83 se situe 30 en partie haute du capteur 2 lorsque celui-ci est dans une position de suivi soleil. Cela permet d'éviter le risque de contact entre les organes d'accrochage 51, 52, 53 et le sol, susceptible de contrarier le mouvement du capteur 2 pendant son fonctionnement normal pour suivre le soleil. Dans la position de verrouillage illustrée à la figure 2, les organes d'accrochage 51, 52, 53 maintiennent le capteur 2 en coopérant avec des organes de blocage correspondants 61, 35 62, 63, fixes relativement au sol, ancrés dans celui-ci. Par rapport à une position de fonctionnement normal où le capteur 2 est relié au sol uniquement via le mat 3 comme illustré à la figure 1, il y a alors moins de risques que le capteur 2 ne soit emporté ou endommagé par le vent. Les distances D1, D2 entre les barres respectives 81, 82 et l'axe A sont par exemple identiques, et par exemple différentes de la distance D3 entre la barre 83 et l'axe A, comme illustré à la figure 2. Dans les variantes illustrées aux figures 3 et 4, le système de maintien I comporte deux organes d'accrochage 51, 52 présents aux extrémités de barres 81, 82 et deux organes de blocage 61, 62 correspondants, fixés au sol. Dans ces variantes, les barres 81, 82 sont supportées par des ensembles de trois bras 12, 22, les reliant à l'arrière du capteur 2. Les organes d'accrochage 51, 52 se déplacent ainsi avec le capteur 2, lorsque ce dernier suit le soleil. Dans la variante illustrée à la figure 5, les axes longitudinaux des bras 12, 22 sont coplanaires avec l'axe Z. Dans la variante illustrée à la figure 6, les extrémités 13, 23 des bras 12, 22 sont éloignées de l'axe Z, ce qui permet de renforcer le maintien du capteur 2. Les organes d'accrochage 51, 52, dans les exemples illustrés aux figures 3 et 4, peuvent atteindre la position de verrouillage suite à une rotation dans le sens d'est vers l'ouest ou d'ouest vers l'est. Toute autre configuration utilisant un nombre plus ou moins grand de bras 12, 22 etJou de barres 81, 82, ou une répartition différente des bras 12, 22 et/ou des barres 81, 82 sur le capteur 2 ne sort pas du cadre de la présente invention. On a illustré sur les figures 5a à 5c le mouvement d'un capteur 2 depuis une position de fonctionnement normal pour arriver en position de verrouillage. Le capteur 2 peut être d'abord amené à une position horizontale par rotation autour de l'axe Z, COM e '1tré à la figure 5b. Le capteur 2 est ensuite entraîné en rotation autour de l'axe A, pour venir dans la position de verrouillage où les organes d'accrochage 51, 52, 53 se verrouillent par exemple sur des organes de blocage respectifs 62, 61, 64, comme illustré à la figure 5c. Dans le cas où les barres 81, 82 se situent sur l'axe Z à la même distance par rapport à l'axe A, la rotation autour de l'axe A peut s'effectuer dans le sens est-ouest ou ouest-est, en fonction de la position de départ initiale du capteur, afin de minimiser la course azimutale du capteur 2 pour arriver en position de verrouillage. Le nombre d'organes de blocage peut être supérieur à celui des organes d'accrochage, comme illustré sur les figures 5a à 5c, pour offrir plusieurs positions de verrouillage, en fonction par exemple de l'emplacement du capteur au moment où le système de maintien est commandé pour l'amener en position de verrouillage, ou en variante en fonction de la provenance des vents vis-à-vis desquels on cherche à protéger le capteur. On peut avoir, comme illustré aux figures 5a à 5c, deux organes de blocage 63, 64 dont 1' seulement reçoit un organe d'accrochage 53 correspondant, en position de verrouillage, et deux autres organes de blocage 61, 62 qui reçoivent toujours un organe d'accrochage en position de verrouillage. Le ou chaque organe d'accrochage peut comporter une ou plusieurs roues 14, d'axe(s) de rotation X perpendiculaire(s) à l'axe longitudinal de la barre 81, comme illustré aux figures 6a et 6b. Dans la variante représentée à la figure 6a, l'organe d'accrochage comporte une seule roue 14, l'organe de blocage 61, 62 ou 63 présentant sur un côté un logement 68 pour recevoir la roue 14. Cette dernière vient s'insérer dans ce logement 68 à la fin de la course azimutale du capteur pour arriver en position de verrouillage. Dans la variante illustrée à la figure 6b, l'organe d'accrochage comporte deux roues 14 d'axes parallèles, espacées selon l'axe longitudinal de la barre 81. L'organe de blocage comporte une butée 16 qui vient s'engager entre les roues 14 en position de verrouillage. En variante, une ou plusieurs roues 14, d'axes de rotation X horizontaux, peuvent être portées par le ou chaque organe de blocage, comme illustré aux figures 7a et 7b. Dans l'exemple illustré à la figure 7a, l'organe de blocage comporte une seule roue 14. La barre correspondante (81 à 84) présente un logement 18 dans la roue 14 peut s'engager à la fin de la course azimutale du capteur. Dans la variante illustrée à la figure 7b, l'organe de blocage 61 comporte deux roues espacées verticalement. L'organe d'accrochage présente une butée 19 en extrémité qui s'engage entre les roues 14 en position de verrouillage. La ou les roues 14 peuvent présenter un bandage 17, lequel peut être élastiquement déformable. Toute autre configuration utilisant un nombre plus ou moins grand de roues, portées par l'organe d'accrochage et/ou de blocage, ne sort pas du cadre de la présente invention. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation illustrés. Par exemple, le capteur solaire peut être supporté par la structure de support ailleurs qu'en son centre. L'expression « comportant un » doit se comprendre comme étant synonyme de « comprenant au moins un ».35 REVENDICATIONS1. Système (1) de maintien et d'entraînement motorisé d'au moins un capteur (2) d'énergie solaire, comportant : - une structure de support (4) du capteur (2), au moins partiellement mobile relativement au sol, de façon à permettre un déplacement contrôlé du capteur (2), notamment autour d'au moins deux axes de rotation (A, Z), - au moins un organe de blocage (61;62;63;64), fixe relativement au sol, - au moins un organe d'accrochage (51;52;53), mobile avec le capteur (2) et adapté à coopérer avec l'organe de blocage (61;62;63;64) dans au moins une position de verrouillage du capteur, pour maintenir le capteur (2) en cas de vents extrêmes, l'organe d'accrochage (51;52;53) pouvant être amené dans la ou les positions de verrouillage par un mouvement prédéfmi du capteur (2), depuis une position de fonctionnement usuelle, où l'organe d'accrochage (51;52;53) est distant de l'organe de blocage (61;62;63;64). 2. Système selon la revendication 1, le ou chaque organe d'accrochage (51;52;53) étant présent à l'extrémité d'une barre (81;82;83) fixée à l'arrière du capteur (2) et se déplaçant avec celui-ci (2). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, l'organe d'accrochage (51;52;53) et l'organe de blocage (61;62;63;64) se verrouillant dans la ou les positions de verrouillage, par simple coopération de formes, sans élément de verrouillage additionnel. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant plusieurs organes d'accrochage (51;52;53). 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, le ou chaque organe d'accrochage (51;52;53) étant agencé pour venir en position de verrouillage par un mouvement comportant au moins une étape de rotation azimutale pure et/ou une étape de rotation zénithale pure. 6. Système selon la revendication précédente, l'organe d'accrochage (51;52;53) étant agencé pour venir en position de verrouillage suite à un mouvement se terminant par une étape de rotation azimutale pure.. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, le ou chaque organe d'accrochage (51;52;53) comportant une ou plusieurs roues (14) servant à l'accrochage. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, le ou chaque organe de blocage (61;62;63;64) comportant une ou plusieurs roues (14) servant à l'accrochage. 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, le nombre d'organes de blocage (61;62;63;64) étant supérieur au nombre d'organes d'accrochage (51;52;53). 10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, la structure de support (4) comportant un mat (3), le capteur (2) étant de préférence relié sensiblement en son centre (9) audit mat (3). 11. Procédé pour protéger vis-à-vis de vents extrêmes une installation de captation d'énergie solaire, comportant au moins un capteur (2) d'énergie solaire et une structure de support (4) du capteur (2), au moins partiellement mobile relativement au sol, de façon à. permettre un déplacement contrôlé du capteur (2), procédé comportant les étapes constituant à équiper l'installation - d'au moins un organe de blocage (61;62;63;64) fixe relativement au sol, - d'au moins un organe d'accrochage (51;52;53), mobile avec le capteur et adapté à coopérer avec l'organe de blocage (61;62;63;64) dans au moins une position de verrouillage, pour maintenir le capteur (2) en cas de vents extrêmes, de façon à obtenir une installation comportant un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12. Procédé de pilotage du mouvement d'un capteur (2) d'énergie solaire d'une installation comportant un système (1) tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10, pour protéger le capteur (2) vis-à-vis de vents extrêmes, comportant l'étape consistant à commander le mouvement du capteur (2) depuis une position de fonctionnement usuelle de façon à amener l'organe d'accrochage (51;52;53) à s'engager dans l'organe de blocage (61;62;63;64). 13. Procédé selon la revendication 12, le capteur (2) étant d'abord amené à l'horizontale puis déplacé vers sa position de verrouillage par un mouvement de rotation pure azimutale.. Procédé selon la revendication 13, les mouvements du capteur étant calculés préalablement à la commande d'au moins un moteur d'entrainement, de façon à minimiser la course du capteur (2), notamment azimutale. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel on détecte une coopération effective entre l'organe de blocage (61;62;63;64) et l'organe d'accrochage (51;52;53) dans une position de verrouillage en mesurant la charge d'au moins un moteur d'entrainement assurant le déplacement du capteur (2) depuis sa position de fonctionnement usuelle vers la position de verrouillage. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, le mouvement du capteur (2) quittant une position de verrouillage étant inverse de celui l'ayant amené dans cette position de verrouillage. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, la course du capteur (2) pour l'amener dans une position de verrouillage étant calculée de façon autonome par un calculateur local.