Brevet FR3047131A1 — publié le 20170728

-1- Equipement orientable de capteur solaire Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des héliostats et plus généralement des capteurs solaires 5 orientables pour suivre la course du soleil. Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est de s'orienter vers le Soleil tout au long de la journée, ce qui a pour effet d'augmenter la production d'énergie de manière substantielle. En effet, lorsque la surface du capteur 10 n'est pas parfaitement perpendiculaire à la direction du soleil, la surface utile est minorée, en fonction du sinus de l'angle que forme la normale à la surface du capteur avec la direction du soleil. Comme la position du soleil varie constamment, à la fois pendant la journée, mais aussi pendant 15 les différentes périodes de l'année, on modifie continûment l'orientation de la surface utile du capteur pour le placer au mieux par rapport au positionnement du Soleil (perpendiculaire au rayonnement si possible). Suivre le soleil peut se faire sur deux axes : en 20 azimut (d'est en ouest, à mesure de l'avancée de la journée) et en hauteur (selon la saison et, de nouveau, l'avancée de la journée). L'idéal est d'utiliser un suiveur à deux axes, mais il en existe aussi avec un seul (typiquement avec un suivi seulement en azimut, l'angle par rapport au sol étant fixé 25 selon l'optimum local, qui dépend de la latitude. Dans un pays à climat tempéré, l'augmentation de performance entre les panneaux fixes correctement orientés (orientés plein sud) et les suiveurs varie de 30 % à 45 % selon le dispositif. 30 Le mécanisme de suivi peut utiliser un mécanisme d'horlogerie (en un lieu donné, la meilleure direction 3047131 -2 d'orientation ne dépend que de l'heure et de la date) ou un dispositif d'asservissement. Un suiveur peut porter des différents types de capteurs (au sens du présent brevet) : des modules solaires de 5 n'importe quelle sorte: modules photovoltaïques "classiques", panneaux photovoltaïques à concentration composés d'une série de dispositifs optiques de concentration de la lumière (lentilles ou miroirs) sur des cellules photovoltaïques, capteur thermique, miroir réfléchissant vers un foyer, tour ou 10 Stirling). Etat de la technique On connaît dans l'état de la technique le brevet FR2361600 qui concerne un support orienteur altazimutal permettant d'orienter un panneau en site et en azimut 15 Ce support comprend un pivot vertical soutenu par un pilier fixe, une monture solidaire du pivot et portant le panneau par l'entremise d'articulations, une membrure de manoeuvre en azimut assujettie à la monture pour en définir l'orientation en azimut, des moyens de roulement lié à cette membrure et 20 guidés par un rail circulaire, des moyens d'entraînement de ces moyens de roulement, une membrure de manoeuvre en site articulée sur le panneau et dotée d'un pied mobile se déplaçant le long de l'autre membrure, enfin des moyens d'entraînement de ce pied. Ce support peut être appliqué aux 25 héliostats pour orienter de façon appropriée un panneau réfléchissant en vue de diriger les rayons solaires vers un objectif. Le brevet US8578928 concerne des systèmes de panneaux solaires orientables, du type panneaux solaires 30 comprenant une pluralité de plaques de collecte du rayonnement solaire, disposées sur une structure portante montée de manière à pouvoir basculer relativement à un tube horizontal, 3047131 -3 lequel est à son tour monté rotatif sur l'extrémité d'une colonne de support, la structure porteuse des plaques comprenant deux cintres parallèles, sur lesquels est disposée transversalement une série de profilés longitudinaux de section en "C", sur lesquels sont disposés perpendiculairement des profilés coulissants de section carrée présentant une rainure ouverte dans la partie supérieure, sur lesquels sont fixées les plaques. Le brevet européen EP2031323 décrit un système modulaire autonome et interactif de production d'énergie solaire. Ce système est formé d'un châssis oblong supportant le champ photovoltaïque qui reçoit l'énergie solaire, un suiveur d'azimut et de zénith, un générateur de moyens d'actionnement et des moyens informatiques de commande. Le socle du châssis repose de manière rotative sur un axe fixé solidement sur le terrain et repose sur des moyens de roulement se déplaçant par rotation sur le terrant par rapport à l'axe fixe. Les moyens de roulement s'adaptent, pendant leur rotation, au terrain à l'aide de bascules associées à l'axe fixe qui permettent le balancement du châssis. Le socle est couplé à l'axe fixe en position décentrée et les moyens de roulement sont aussi décentrés par rapport à l'axe fixe, ce qui permet au châssis de tourner selon le vent comme une girouette. Le brevet EP0114240 décrit des dispositifs d'orientation qui permettent d'orienter des appareils selon une trajectoire courbe. Il s'agit par exemple de dispositifs solaires comme des générateurs photovoltaïques, des chaudières solaires et des héliostats. Les appareils à orienter sont normale ment disposés de manière à pouvoir tourner autour d'un axe vertical. Le renversement nécessaire autour d'un axe horizontal est obtenu à l'aide d'au moins un élément de guidage commandé par la rotation autour de l'axe vertical. 3047131 -4 L'élément de guidage relie à un point fixe (C), le point (B) se déplaçant avec l'appareil à orienter. Le brevet FR2418488 a pour objet des dispositifs d'orientation automatique d'un capteur solaire. Un dispositif 5 selon l'invention comporte un capteur solaire, monté pivotant autour d'un axe horizontal sur un support, qui est entraîné à vitesse uniforme d'un tour par 24 heures autour d'un axe vertical. Le dispositif comporte une tige sur laquelle coulisse un coulisseau portant un satellite astreint à suivre 10 une courbe fixe, de forme ovale. Le coulisseau est relié au capteur par des bras articulés. La courbe ovale est obtenue au moyen d'un galet qui tend un fil de longueur constante passant sur des galets fixes. Inconvénients de l'art antérieur 15 Les solutions de l'art antérieur présentent différents inconvénients. En premier lieu, les capteurs sont généralement supportés par un axe de basculement médian. Les efforts à appliquer sur cet axe sont importants, et nécessitent un couple moteur élevé pour assurer le déplacement 20 de capteurs de grande surface, de plusieurs mètres-carrés, qui présentent une prise au vent importante. Par ailleurs, la stabilité du positionnement de tels panneaux est médiocre, car elle est limitée par le couple de freinage au repos de l'axe de basculement. 25 D'autre part, les structures de l'art antérieur nécessitent des travaux de terrassement et de liaison au sol très rigide pour garantir la stabilité du dispositif et la précision du suivi de la course du soleil. 30 Solution apportée par l'invention 3047131 -5 Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un support orientable de capteur solaire destiné au suivi de la course du Soleil, constitué par une embase rotative autour 5 d'un axe azimutal équipée d'une structure pour l'orientation d'un support d'un capteur solaire basculant caractérisé en ce que ladite structure est constituée par deux ensembles de rails latéraux formant des chemins de guidage dans deux plans verticaux, ledit support étant muni de chaque coté d'une paire 10 de galets de roulement coopérant avec le rail correspondant. Le terme de « capteur », au sens du présent brevet, désigne tout moyen présentant une surface d'interaction avec le rayonnement solaire, et en particulier : - un ou plusieurs panneaux de cellules 15 photovoltaïques - un ou plusieurs miroirs - un ou plusieurs panneaux absorbant avec un circuit de circulation de fluide caloriporteur. De préférence, ladite embase présente deux rails 20 rectilignes horizontaux parallèles pour le guidage respectivement d'un des galets de chacune desdites paires de galets. Avantageusement, chacun desdits rails est prolongé par un rail incliné par rapport à un premier rail, pour le 25 guidage respectivement du second des galets de chacune desdites paires de galets. Selon une variante, chacun desdits rail incliné est constitué par un premier segment formant un angle compris entre 30 et 60° par rapport au premier rail et par un second 3047131 -6 segment formant un angle compris entre 30° et 60° par rapport audit premier segment. De préférence, chacun desdits ensemble de rails est étayé par un raidisseur s'étendant entre la partie supérieure 5 de l'ensemble de rail et l'embase. Selon une variante, chacun desdits ensemble de rails est étayé par un raidisseur s'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de rail et ledit rail horizontal. Selon un mode de réalisation particulier, 10 l'orientation dudit support est commandée par une chaîne entraînée par un moteur et reliée à l'un desdits galets. Selon une variante particulière, ladite embase présente des galets coopérant avec un chemin de roulement fixe. 15 Avantageusement, ledit chemin de roulement est constitué par un profilé présentant une section rectangulaire ouverte par une fenêtre latérale pour le passage de l'axe de liaison entre chacun desdits galets et l'embase. Selon une autre variante ledit chemin de roulement 20 est un anneau en béton. Cette variante permet de réduire les couts. Cependant, avec un tel chemin de roulement, il est nécessaire de prévoir un point d'ancrage au sol au centre de rotation de la structure pour éviter l'arrachement. 25 Selon un mode de réalisation particulier, lesdits galets sont des roues motorisées à rotor externe. 3047131 -7 Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif 5 de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention - la figure 2 représente une vue de dessus de l'embase du dispositif selon l'invention 10 - les figures 3 et 4 représentent des vues de coté avec le capteur respectivement en position repliée et en position déployée - la figure 5 représente une vue détaillée de l'embase. 15 Le support orientable décrit à titre d'exemple selon une variante illustrée par les figures 1 à 5 annexées comprend une embase rotative par rapport à un rail de circulation (1) formant un chemin de roulement circulaire. L'embase est constituée par un assemblage de 20 poutres transversales (2, 3) et longitudinales (4, 5). Cette embase supporte deux paires latérales de deux montants (6, 7). Le cadre (8) sur lequel sont montés les capteurs est basculable par l'intermédiaire de galets inférieurs guidés par un chemin de roulement prévu sur les poutres longitudinales 25 (4, 5) et par des galets supérieurs guidés par un chemin de roulement prévu sur les montants inclinés (6). L'assemblage de poutres (2 à 4) forme un cadre rigide prolongé par trois ensembles de roulement (9, 10) comprenant chacun un galet (11) coopérant avec le rail de 3047131 -8 circulation (1). Ce rail de circulation présente dans l'exemple décrit une section transversale en « C » avec une surface de roulement horizontale annulaire (12), une surface supérieure annulaire (13) et une paroi tubulaire (14). Ce rail 5 s'ouvre vers l'intérieur pour assurer un guidage stable des trois galets (11) reliés à l'embase par des axes supportés par une patte de liaison. Un bloc-moteur (20) entraîne un câble ou une chaîne dont les extrémités sont reliées à des pattes de liaison pour 10 assurer le déplacement de l'embase. Le bloc-moteur entraîne aussi un axe (21) assurant le basculement du cadre (8). Ce cadre (8) présente des galets inférieurs (22, 23) et des galets (25) situés sur le coté, à mi-hauteur du cadre. 15 Le galet inférieur (22) se déplace dans le rail horizontal (4). Le galet supérieur (25) se déplace dans le rail vertical (6) présentant un premier tronçon (30) incliné de 45° environ, prolongé par un deuxième tronçon (31) vertical. Les deux tronçons (30, 31) forment un montant (6) 20 dont la rigidité est assurée par un étai (7). Le support est totalement autonome : il comporte un accumulateur rechargé par énergie solaire, assurant l'alimentation électrique des moteurs et des circuits électroniques de pilotage du suivi. 25 Pilotage des déplacements Le pilotage des déplacements est assuré selon un exemple de réalisation par deux moyens complémentaires : - Un accéléromètre trois axes lié mécaniquement au capteur solaire basculant 3047131 -9 - Un circuit électronique de commande assurant transitoirement des oscillations autour de l'axe vertical et mesurant la variation du niveau d'ensoleillement pour déterminer 5 l'orientation azimutale optimale. L'accéléromètre ne peut pas détecter les mouvements de rotation par rapport à l'axe vertical puisqu'il mesure la projection du vecteur g sur cette même verticale. Par 10 conséquent, l'accéléromètre ne suffit pas pour mesurer les variations angulaires azimutales. Le suivi azimutal se fait par rotation autour d'un axe vertical. On utilise un dispositif supplémentaire pour mesurer l'intensité en sortie des panneaux photovoltaïques. 15 Grace à l'accéléromètre, l'angle de hauteur du panneau est commandé pour que le capteur solaire soit orienté dans la position optimale face au soleil. Par ailleurs, le circuit électronique additionnel commande des variations de l'angle azimutal de manière à maximiser le courant en sortie. 20 Cela permet de garantir à tous moments un optimum de production électrique. L'énergie en sortie d'un panneau photovoltaïque n'est pas linéairement liée à l'ensoleillement. En effet, la température joue elle aussi un rôle puisque plus les panneaux chaufferont, moins le rendement sera bon. La 25 solution proposée permet donc de maximiser à tout moment l'énergie produite. REVENDICATIONS1 - Equipement orientable de capteur solaire destiné au suivi de la course du Soleil, constitué par une embase (1) rotative autour d'un axe azimutal équipée d'une 5 structure pour l'orientation d'un support (8) d'un capteur solaire basculant caractérisé en ce que ladite structure est constituée par deux ensembles de rails latéraux (4, 6) formant des chemins de guidage dans deux plans verticaux, ledit support (8) étant muni de chaque coté d'une paire de galets 10 (23, 25) de roulement coopérant avec l'ensemble de rails correspondant (4, 6). 2 - Equipement orientable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite embase présente deux rails (4) rectilignes horizontaux parallèles pour le guidage 15 respectivement du galet inférieur (23). 3 - Equipement orientable selon la revendication précédente caractérisé en ce que chacun desdits rails (4) est prolongé par un rail incliné (6) par rapport à un premier rail, pour le guidage respectivement du galet supérieur (25). 20 4 - Equipement orientable selon la revendication précédente caractérisé en ce que chacun desdits rail incliné (6) est constitué par un premier segment (30) formant un angle compris entre 30 et 60° par rapport au premier rail et par un second segment (31) formant un angle compris entre 30° et 60° 25 par rapport audit premier segment (30). - Equipement orientable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chacun desdits ensemble de rails (4, 6) est étayé par un raidisseur (7) s'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de 30 rail et l'embase. 3047131 11 6 - Equipement orientable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que chacun desdits ensemble de rails est étayé par un raidisseur s'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de rail et ledit rail 5 horizontal. 7 - Equipement orientable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'orientation dudit support (8) est commandée par une chaîne entraînée par un moteur et reliée à l'un desdits galets. 8 - Equipement orientable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite embase présente des galets (11) coopérant avec un chemin de roulement fixe. 9 - Equipement orientable selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit chemin de roulement est constitué par un profilé (14) présentant une section rectangulaire ouverte par une fenêtre latérale pour le passage de l'axe de liaison entre chacun desdits galets (11) et l'embase. 10 - Equipement orientable selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que lesdits galets sont des roues motorisées à rotor externe. 11 - Equipement orientable selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit chemin de roulement est 25 constitué par un anneau en béton. 12 - Equipement orientable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un système de pilotage des déplacements comprenant les moyens complémentaires suivants: 3047131 12 - Un accéléromètre trois axes (peut être un axe ou inclinomètre) lié mécaniquement au capteur solaire basculant - Une mesure de puissance ou d'intensité en sortie de la cellule photovoltaïque ou encore une mesure d'ensoleillement - Un circuit électronique de commande assurant le positionnement optimal en hauteur grâce à la mesure prise par l'accéléromètre ainsi que le positionnement optimal en azimuth en maximisant par recherche itérative la puissance produite