Brevet FR3095690A1 — publié le 20201106

Description Titre de l'invention : Mini centrale solaire à concentration. [0001] La présente invention concerne quatre dispositifs permettant de concentrer la lumière du soleil. L'idée est de construire en miniature une centrale solaire à concentration de type tour pouvant se mettre sur un toit. L'innovation concerne les caissons dans lesquels se trouve les miroirs, le mouvement de ces miroirs, la mini tour, le tout respectant une esthétique permettant une intégration facile sur les lieux d'habitation. Ces miroirs peuvent être fixe, et la mini tour mobile ou mobile et la mini tour fixe. Cette mini centrale peut servir à chauffer un fluide caloporteur ou à vaporiser un fluide en vue de faire tourner une machine thermique. Dans ce cas on dispose d'un système solaire à cogénération, un échangeur de chaleur servant de source froide en refroidissant la vapeur en sortie de turbine et. servant de source chaude en réchauffant un ballon, un plancher chauffant ou autre. Fonctionnement : [0002] Traditionnellement les panneaux solaires thermiques posés sur le toit d'une maison sont constitués d'un tube serpentant dans un caisson, d'un fond isolant, et d'une vitre fermant le tout. L'air situé entre la vitre et le tube assure une certaine isolation. Malgré tout lorsque l'air ambiant est froid, comme en hiver le tube serpentant a du mal à chauffer, les pertes par conduction thermique sont importantes, le rendement devient vite mauvais. Le chauffage d'une maison en hiver devient vite problématique s'il n'y a pas de chauffage (l'appoint. En revanche l'été la température du serpentin peut devenir élevée, ce qui peut mettre le fluide caloporteur en ébullition et. faire monter la pression dans les canalisations. Ces inconvénients se résolvent de différentes manières, mais rendent le système plus complexe. Cela limite l'utilisation des panneaux solaires thermiques. [0003] La mini centrale solaire à concentration n'a pas ces inconvénients car les rayons lumineux sont concentrés en un point, ce qui a plusieurs avantages. L'isolation du serpentin situé dans le bulbe en verre (1.2) est plus facile en faisant le vide dans le bulbe. En hiver les pertes par conduction seront plus limitées que dans des panneaux solaires plan ou l'isolation est obtenue grâce à l'air et à la laine de verre ce qui reste moins bon. De même en été comme l'orientation des miroirs est maîtrisable, il est possible de ne pas chercher à concentrer les rayons du soleil sur le bulbe (L2). On obtient alors une régulation du système. La mini centrale solaire à concentration permet d'installer une surface de collecte plus importante et de prévoir le chauffage de toute l'habitation sans crainte de mauvais rendement l'hiver et sans crainte de surchauffe l'été. 100041 Le brevet porte sur plusieurs mécanismes d'inclinaison des miroirs et sur leurs im- 2 plantations dans un caisson vitré. Le mécanisme d'orientation des miroirs repose sur une remarque géométrique Rigil. En effet une fois l'orientation des miroirs obtenu pour une position particulière du soleil, l'orientation des miroirs pour une position quelconque du soleil se fera par une inclinaison de tous les miroirs du même angle. [0005] Sur la figure [fig.2] on constate que le rayon réfléchi (2.6) par le miroir (2.1) ne change pas de direction quel que soit l'inclinaison des rayons incidents (2.5) provenant du soleil. Il part du miroir et va toujours vers la sphère contenant le serpentin (2.2). De même si les rayons incidents (2.5) du soleil s'inclinent d'alpha, l'angle entre le rayon réfléchi (2.6) et le rayon incident (2.5) diminue aussi d'alpha. Comme la normale au miroir (2.7) coupe cet angle en deux pour respecter la loi de la réflexion, la normale au miroir (2.7) doit donc s'incliner d'alpha / 2. La normale (2.7) étant perpendiculaire au miroir, celui-ci doit donc s'incliner de alpha /2. Cette inclinaison est la même quelques soit le miroir. Les mécanismes sont construits pour provoquer la même rotation des miroirs quelques soit leurs inclinaisons de départ. La rotation des miroirs se fait selon deux axes puisque la trajectoire du soleil dans le ciel se caractérise par un azimut et une élévation. Premier mécanisme : [0006] Les miroirs (3.1) sont répartis le long d'une barre (3.2). Chaque miroir peut pivoter sur un axe (3.3) perpendiculaire à la barre (3.2). Les miroirs (3.1) sont reliés entre eux par une baguette ou un mécanisme dont le déplacement coordonne l'inclinaison de tous les miroirs simultanément par rapport à la barre (3.2). On obtient une première rotation selon l'axe (3.3). Les barres (3.2) sont mises en parallèle dans un caisson (1.3) et elles peuvent pivoter sur elles même sur un axe (3.4). Cet axe (3.4) de rotation est donc perpendiculaire à l'axe (3.3) de rotation des miroirs par rapport aux barres (3.2). Les barres (3.2) sont reliées entre elles par une tige ou un mécanisme qui assure le pivotement simultané des ban-es (3.2) autour de leurs axes propre (3.4). Ce système permet d'avoir un pivotement en azimute et en élévation des miroirs (3.1). Les rayons du soleil sont réfléchis en un point fixe, la sphère comportant le serpentin (1.2) est donc sur une mini tour (1.4) fixe. Second mécanisme : [0007] Les miroirs (4.1) sont fixés sur une tige (4.2) qui est reliée au fond du caisson (4.5) par une liaison de type cardan (4.4). Les tiges (4.2) de tous les miroirs (4.1) sont toutes parallèles entre elles et passent à travers un plateau (4.7) a mis hauteur. La liaison (4.3) entre les tiges (4.2) et le plateau (4.7) est du type rotule. Le plateau (4.7) peut se mouvoir dans deux directions perpendiculaires (4.6) et parallèle (4.8) au fond du caisson (4.5). Ces mouvements (4.6) et (4.7) provoquent l'inclinaison des tiges (4.2) d'un angle identique pour toutes, les miroirs (4.1) ayant des angles propres par rapport 3 aux tiges (4.2) en fonction de leur position dans le caisson (1.3), on obtient alors un dispositif qui permet de changer l'inclinaison de tous les miroirs en même temps et du même angle. Si l'orientation des miroirs a été choisie pour avoir une concentration des rayons provenant du soleil à midi (heure solaire) lors des équinoxes de printemps ou d'automne avec des tiges perpendiculaires au fond du caisson, obtient cette concentration pour une assez large plage de position du soleil dans le ciel. Ce mécanisme nécessite une mini tour fixe. Troisième mécanisme : [0008] Les miroirs (5.1) sont placés sur des pivots (5.2) parallèles entre eux fixé au fond du caisson (5.4). L'ensemble se trouve dans le caisson (1,3). Le seul mouvement possible de ces miroirs (5.1) est donc une rotation autour des pivots (5.2). Pour une position donnée du soleil les miroirs sont orientés afin de concentrer les rayons lumineux en un point situé sur la verticale supportant la tour (1.4). Le changement de position du soleil va nécessiter la rotation de l'ensemble des miroirs (5.1) autour des pivots (5. 1). Cette rotation va permettre de concentrer les rayons lumineux sur la verticale supportant la tour (1.4) mais à une hauteur différente. Il sera donc nécessaire de placer à différentes hauteurs le bulbe contenant le serpentin (1.2). Ce mécanisme nécessite une mini tour réglable en hauteur. Quatrième mécanisme : [0009] Les miroirs sont fixés dans les caissons (6.1) de manière à concentrer les rayons du soleil autour d'un point lors du midi solaire lors des équinoxes de printemps ou d'automne. Ces miroirs sont inclinés de manière à former un dioptre calculé au mieux. Lors du changement de position du soleil les rayons lumineux ont tendance à s'éloigner du point de concentration qui change lui aussi de place. La tige (6.4) supportant le bulbe en verre contenant le serpentin (6.2) est alors inclinée de manière à capter le plus de rayon possible. L'inclinaison de la tige (6.4) se fait par un mécanisme (hauban, vérin, ...). La longueur de la tige (6.4) est aussi variable de manière à capter le plus de rayon possible. Le bout de la tige (6.4) est muni d'un réflecteur (6.3) devant rabattre les rayons trop éloignés. La concentration des rayons n'est pas parfaite mais on gagne en simplicité au niveau de la fabrication. [0010] Les dessins annexés illustrent l'invention : [0011] [fig.1] représente, le schéma de principe de l'installation sur un toit. [0012] [fig.2] représente le principe général d'inclinaison des miroirs. [0013] [fig.3] représente le premier mécanisme d'orientation des miroirs. [0014] [fig.4] représente le second mécanisme d'orientation des miroirs. [0015] [fig.5] représente le troisième mécanisme d'orientation des miroirs. [0016] [fig.6] représente le quatrième mécanisme, miroir fixe, tour mobile. [Revendication 1] [Revendication 2] REVENDICATIONS[Revendication 3] [Revendication 4] Dispositif de caisson vitré (1.3) assurant la protection des miroirs (1.1) réfléchissant. Mini tour (1.4) servant dc capteur, constituée d'un bulbe de verre et d'un serpentin (1.2). Les différents mécanismes dc pivotement des miroirs. Mécanisme d'inclinaison et d'allongement dc la mini tour avec son miroir réflecteur dans le cas où les caissons contiennent des miroirs statiques.