Brevet FR3151385A1 — publié le 20250124

L’invention concerne un collecteur solaire de type cylindro-parabolique (1) comportant : - un réflecteur cylindro-parabolique (200) constitué d’un réseau matriciel de dalles réfléchissantes à section en portion de parabole (210), agencées en lignes et colonnes ; - un tube absorbeur agencé le long du foyer linéaire dudit réflecteur et à l’intérieur duquel circule un fluide caloporteur ; - un châssis (100) supportant ledit tube absorbeur ainsi que ledit réflecteur, ledit châssis comprenant un corps central allongé de torsion (110) orienté parallèlement au foyer linéaire dudit réflecteur ainsi qu’une pluralité de bras de soutènement incurvés (120) s’étendant symétriquement deux à deux de part et d’autre de ce corps central allongé et auxquels lesdites dalles réfléchissantes sont fixées ; caractérisé en ce que chacune desdites dalles réfléchissantes comporte une embase en béton recouverte sur sa face supérieure concave par un miroir. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 Collecteur solaire de type cylindro-parabolique La présente invention concerne le domaine de la captation de l’énergie solaire et vise plus particulièrement un collecteur solaire de type cylindro-parabolique. De par sa disponibilité abondante, son caractère renouvelable, son impact environnemental réduit par rapport aux combustibles fossiles et sa capacité à être utilisée dans des endroits éloignés ou non raccordés au réseau électrique, l’énergie solaire présente de nombreux avantages. Parmi les différentes solutions technologiques visant à capter une partie de cette énergie, les collecteurs solaires permettent de capter le rayonnement solaire et de transmettre son énergie thermique à un fluide caloporteur sous forme de chaleur. On connaît notamment des collecteurs de type cylindro-parabolique qui comprennent un réflecteur cylindro-parabolique et focalisant les rayons lumineux captés vers un tube absorbeur agencé le long du foyer linéaire de ce réflecteur. Le tube contient un fluide caloporteur, généralement de l'huile ou de l'eau, qui circule pour absorber la chaleur générée par la lumière solaire. La chaleur absorbée peut ensuite être utilisée pour produire de la vapeur, qui peut servir à générer de l'électricité à l'aide d'une turbine à vapeur ou fournir de la chaleur à des processus industriels ou des systèmes de chauffage. L'avantage principal des collecteurs de type cylindro-parabolique réside dans leur capacité à concentrer la lumière solaire sur une zone linéaire étroite, ce qui permet d'obtenir des températures plus élevées et une meilleure efficacité de conversion de l'énergie solaire. Par ailleurs, les collecteurs cylindro-paraboliques peuvent être utilisés de manière modulaire et combinés pour former des ensembles de collecte solaire à grande échelle, capables de produire une quantité significative d'électricité ou de chaleur. Un tel collecteur de type cylindro-parabolique comporte classiquement un châssis supportant le tube absorbeur ainsi qu’un réseau matriciel de dalles réfléchissantes à section en portion de parabole, agencées en lignes et colonnes de sorte à constituer le réflecteur cylindro-parabolique. Tel que divulgué par exemple par le document WO 2013/084016 A1, le châssis support comporte généralement un corps central allongé de torsion orienté parallèlement au foyer linéaire du réflecteur cylindro-parabolique et permettant de limiter les déformations du réflecteur dues aux efforts de torsion qu’il subit du fait de sa propre masse et des forces extérieures telles que le vent. Fabriqué en acier galvanisé ou en aluminium, ce corps central allongé se présente généralement sous la forme d’un tube cylindrique ou d’un cadre tubulaire. Un tel châssis support comprend également une pluralité de bras de soutènement incurvés s’étendant symétriquement deux à deux de part et d’autre de ce corps central allongé selon des directions perpendiculaires au foyer linéaire de ce réflecteur et sur lesquels les dalles réfléchissantes sont fixées. Réalisés par exemple à partir de tubes métalliques soudés ou d’un flanc de tôle embouti, ces bras permettent de répartir uniformément la charge et la rigidité le long de la surface du réflecteur. Le châssis est en outre généralement monté pivotant autour d’un axe longitudinal parallèle au foyer linéaire du réflecteur cylindro-parabolique par l’intermédiaire de pylônes ancrés rigidement au sol via des fondations en béton. Les dalles réfléchissantes sont quant à elles formées classiquement par un miroir comprenant un substrat en verre « épais » (épaisseur d’au moins 4 millimètres) de sorte à présenter une certaine résistance à la déformation, ainsi qu’une couche réfléchissante généralement en argent apposée contre la face inférieure convexe de ce substrat. Généralement fixées en quatre points à deux bras de soutènement adjacents, ces dalles réfléchissantes ont malheureusement tendance à se déformer au niveau de leurs quatre zones de coins par vent fort, ce qui entraine leur défocalisation et une réduction sensible de l’énergie solaire absorbée par le fluide caloporteur circulant dans le tube absorbeur pouvant entrainer une mise à l’arrêt du collecteur solaire. Il est également connu de réaliser ces dalles réfléchissantes à partir d’une feuille d’aluminium sur laquelle est collé un film polymère réfléchissant, ces feuilles étant ensuite montées à coulissement le long de glissières de guidage incurvées prévues sur le châssis support de sorte à leur donner un profil à section parabolique. Malheureusement, ces dalles réfléchissantes en aluminium ont également tendance à gondoler ce qui entraîne aussi des problèmes de focalisation des rayons lumineux sur le tube absorbeur. En outre, ces dalles réfléchissantes sont particulièrement délicates à installer car elles nécessitent notamment la mise en œuvre de nacelles de levage supportant les rouleaux d’aluminium. On connait également des dalles réfléchissantes développées par l’entreprise allemande ToughTrough ® et constituées d’un revêtement réfléchissant à base d’un substrat en verre « mince » d’environ un millimètre d’épaisseur recouvrant un cœur en mousse de polyuréthane au dos duquel est apposé une couche arrière composite constituée d’acier et de fibres de verre. L’entreprise allemande Solarlite ® propose quant à elle des dalles réfléchissantes constituées d’une embase creuse en matériau composite résine/fibres de verre, cette embase étant remplie d’un cœur en mousse et recouverte d’un miroir à base d’un substrat en verre « mince ». Ces derniers types de dalles réfléchissantes à base de matériau composite s’avèrent malheureusement particulièrement couteuses à produire. Par ailleurs et du fait de leur masse relativement faible, les pylônes d’ancrage des collecteurs équipés de ces dalles doivent être associés à des fondations en béton plus massives afin d’assurer un ancrage au sol satisfaisant. Récemment, un nouveau type de collecteur solaire cylindro-parabolique a été développé par un consortium international dans le cadre du projet CONSOL ® . Ce collecteur comprend un châssis support constitué d’une coque béton à surface cylindro-parabolique réalisée d’une seule pièce et sur laquelle repose un réflecteur constitué de plusieurs feuilles souples d’aluminium revêtues d’un revêtement réfléchissant et collées sur la surface supérieure concave de cette coque support. Bien que cette dernière solution paraisse séduisante à première vue, la réalisation d’une telle coque de béton s’avère particulièrement complexe et couteuse à mettre en œuvre. En outre du fait de sa taille et de sa masse, cette coque ne peut être transportée et doit donc être réalisée in situ. La présente invention vise donc à remédier au moins partiellement aux inconvénients précités. Elle propose à cet effet un collecteur solaire de type cylindro-parabolique comportant : - un réflecteur cylindro-parabolique constitué d’un réseau matriciel de dalles réfléchissantes à section en portion de parabole, agencées en lignes et colonnes ; - un tube absorbeur agencé le long du foyer linéaire dudit réflecteur et à l’intérieur duquel circule un fluide caloporteur ; - un châssis supportant ledit tube absorbeur ainsi que ledit réflecteur, ledit châssis comprenant un corps central allongé de torsion orienté parallèlement au foyer linéaire dudit réflecteur ainsi qu’une pluralité de bras de soutènement incurvés s’étendant symétriquement deux à deux de part et d’autre de ce corps central allongé et auxquels lesdites dalles réfléchissantes sont fixées. Selon l’invention, chacune desdits dalles réfléchissantes comporte une embase en béton recouverte sur sa face supérieure concave par un miroir. Une telle conformation des dalles réfléchissantes formant le réflecteur leur assure une excellente rigidité mécanique permettant d’éviter tout risque de déformation et de défocalisation même en cas de vent fort. Par ailleurs, le coût de revient du collecteur cylindro-parabolique selon l’invention s’avère particulièrement raisonnable en comparaison notamment des collecteurs cylindro-paraboliques dont le réflecteur est constitué de dalles dotées d’une embase en matériau composite. Enfin, de par la masse supérieure de ses dalles à embase en béton, le collecteur cylindro-parabolique présente naturellement un meilleure ancrage au sol ce qui permet de réduire le volume et la masse des fondations enterrées. Pour des raisons de coût et de facilité de fabrication, l’embase de chaque dite dalle réfléchissante présente de préférence une face inférieure plane. Afin de limiter la masse des dalles réfléchissantes, leur embase présente avantageusement au niveau de la zone la plus mince une épaisseur inférieure ou égale à 50 millimètres, cette épaisseur étant de préférence comprise entre 30 et 40 millimètres. De manière à ce que ces dalles réfléchissantes présentent une excellente résistance à la flexion, leur embase est constituée de préférence dans un béton armé. Afin d’éviter tout risque de corrosion, il est également envisageable de réaliser alternativement ces embases dans un béton fibré. Selon un premier mode de réalisation préféré, le miroir de chaque dite dalle réfléchissante comprend préférentiellement un substrat transparent recouvert sur sa face inférieure convexe d’une couche réfléchissante Ce substrat transparent est de préférence constitué en verre du fait de son excellente transmission lumineuse associée à un coût de revient maitrisé. Afin qu’il soit doté d’une certaine flexibilité permettant de réaliser son cintrage à froid, ce substrat transparent présente avantageusement une épaisseur inférieure ou égale à deux millimètres. Selon un second mode de réalisation préféré, le miroir de chaque dite dalle réfléchissante est constitué par un revêtement réfléchissant directement apposé contre la face supérieure concave de ladite embase. De manière à permettre au réflecteur de suivre le soleil dans sa course journalière, le châssis est avantageusement monté pivotant autour d’un axe longitudinal parallèle au foyer linéaire dudit réflecteur par l’intermédiaire de deux pylônes agencés à proximité des deux extrémités longitudinales de ce châssis. Par ailleurs, la hauteur desdits pylônes définissant l’écartement entre le sol et ledit axe longitudinal de pivotement dudit châssis est définie préférentiellement de sorte à permettre à ce dernier de pivoter sur 360°. Enfin, cette articulation à pivotement dudit châssis vis-à-vis desdits pylônes est assurée par exemple par l’intermédiaire de deux pions cylindriques saillant aux deux extrémités longitudinales dudit corps allongé de torsion et coopérant avec deux joints tournant agencés aux sommets desdits pylônes. L’invention vise également sous un second aspect un ensemble de collecte solaire formé d’au moins un alignement de plusieurs tels collecteurs solaires cylindro-paraboliques. L’exposé de l’invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d’un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - est une vue en perspective d’un collecteur solaire cylindro-parabolique selon l’invention ; - représente une vue éclatée en perspective sous un autre angle du collecteur solaire cylindro-parabolique selon l’invention ; et - représente une vue de section de l’une des dalles réfléchissantes formant le réflecteur cylindro-parabolique. Les figures 1 et 2 représentent un collecteur solaire cylindro-parabolique 1 selon l’invention. On définit par rapport à ce collecteur solaire 1 un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes perpendiculaires deux à deux, à savoir : - un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, parallèle au foyer linéaire de ce collecteur solaire 1 ; - un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec l'axe X définit un plan XY horizontal, et - un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal. Dans la suite de la description et en référence au repère défini ci-dessus, les termes « longitudinal » ou « longitudinalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe X, les termes « transversal » ou « transversalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe Y, et les termes « vertical » ou « verticalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe Z. D’autre part, les termes « avant » et « arrière » seront utilisés pour préciser le positionnement longitudinal de certains éléments relativement à l’orientation de l’axe X. De même, les termes « supérieur » et « inférieur » seront utilisés pour préciser la position relative de certains éléments relativement à l’orientation de l’axe Z. Les termes « externe » et « interne » seront quant à eux utilisés pour définir la position relative d'un élément par référence au plan longitudinal vertical médian du collecteur solaire 1. L’élément le plus proche de ce plan sera ainsi qualifié d’interne par opposition à l’autre élément plus éloigné de ce même plan qui sera quant à lui qualifié d’externe. Enfin, le terme « sensiblement » indique qu’un léger écart est admis par rapport à une orientation nominale prédéterminée, tout en restant inclus dans le cadre de l’invention. Par exemple, « sensiblement vertical » indique qu’un écart de l’ordre de 10° à 20° par rapport à une orientation strictement verticale est admis dans le cadre de l’invention. En référence à ces figures 1 et 2, le collecteur solaire cylindro-parabolique 1 comporte un châssis 100 supportant un réflecteur cylindro-parabolique 200 ainsi qu’un tube absorbeur 300 s’étendant le long du foyer linéaire de ce réflecteur 200 afin de recevoir les rayons lumineux captés et réfléchis par ce dernier. A l’intérieur de ce tube absorbeur 300, circule un fluide caloporteur constitué typiquement par de l’huile ou de l’eau et prévu pour absorber la chaleur générée par les rayons lumineux frappant ce tube. Le châssis 100 comprend classiquement un corps central allongé de torsion en forme de poutre 110, orienté parallèlement au foyer linéaire du réflecteur cylindro-parabolique 200 et permettant de limiter les déformations de ce réflecteur 200 dues aux efforts de torsion qu’il subit du fait de sa propre masse et des forces extérieures telles que le vent. Selon des variantes de réalisation non représentées, le corps central allongé 110 du châssis support 100 peut être conformé différemment, celui-ci pouvant par exemple prendre la forme d’un tube cylindrique ou à section polygonale (par exemple, carrée ou hexagonale). Ce châssis 100 comprend également une pluralité de bras de soutènement latéraux incurvés 120 s’étendant symétriquement deux à deux de part et d’autre du corps central allongé de torsion 110 auquel ils sont rigidement fixés et selon des directions perpendiculaires au foyer linéaire du réflecteur 200. En l’espèce, ces bras de soutènement 120 sont au nombre de seize (huit de chaque côté du corps central allongé de torsion 110) en étant répartis à intervalle régulier le long de ce dernier. Le châssis support 100 est en outre monté pivotant autour d’un axe longitudinal A parallèle au foyer linéaire du réflecteur cylindro-parabolique 200 par l’intermédiaire de deux pylônes 400 agencés à proximité des deux extrémités longitudinales de ce châssis 100. Tel qu’illustré par la , l’articulation à pivotement de ce châssis support 100 vis-à-vis de ces deux pylônes 400 est assurée avantageusement par l’intermédiaire de deux pions cylindriques métalliques 111 saillant aux deux extrémités longitudinales du corps central allongé de torsion 110 et coopérant avec deux joints tournant 410 agencés aux sommets des pylônes 400. Chaque pion 111 s’étend en l’espèce depuis une plaque métallique respective 112 rapportée fixement par vissage sur une extrémité longitudinale du corps central allongé de torsion 110. Selon des variantes de réalisation non représentés, ces moyens de transmission peuvent différer en étant par exemple de type à vis sans fin. La hauteur des pylônes 400 définissant l’écartement entre le sol et l’axe de pivotement A du châssis 100 (et donc du réflecteur 200) sera avantageusement définie de sorte à permettre à ce réflecteur 200 de pivoter sur 360° afin de suivre le soleil dans sa course journalière et de capter ainsi le rayonnement solaire dans des conditions optimales. Tel qu’illustré par la , le réflecteur cylindro-parabolique 200 est constitué d’un réseau matriciel de n x m dalles réfléchissantes 210 à section en portion de parabole, agencées en n lignes longitudinales parallèles au foyer linéaire de ce réflecteur 200 et m colonnes transversales. Présentant avantageusement une dimension longitudinale au moins deux fois supérieure à sa dimension transversale, chaque dalle réfléchissante 210 est fixée à deux bras de soutènement 120 adjacents. Dans l’exemple de réalisation illustré sur les figures, le réflecteur 200 est constitué de vingt quatre dalles réfléchissantes 210 agencées en six lignes longitudinales (n égal à 6) et quatre colonnes transversales (m égal à 4), ces dalles 210 présentant chacune des dimensions d’environ trois mètres de long pour 0,9 à 1,25 mètre de large, de sorte que ce réflecteur 200 s’étend longitudinalement sur une douzaine de mètres avec une ouverture transversale d’environ six mètres. Selon des variantes de réalisation non représentées, les dimensions de chaque dalle réfléchissante 210 ainsi que le nombre de lignes n et/ou de colonnes m peuvent différer en fonction notamment des dimensions que l’on souhaite donner au réflecteur 200 en longueur et/ou en ouverture. On notera en référence à la que la largeur de ces dalles 210 augmente avantageusement avec leur écartement transversal vis-à-vis du corps central allongé de torsion 110. Selon l’invention et tel qu’illustré sur la vue en section de la , chaque dalle réfléchissante 210 comporte une embase en béton 211 recouverte sur sa face supérieure concave par un miroir 212. Pour des raisons de facilité et de coût de fabrication, l’embase 211 présente une face inférieure plane de sorte à permettre de réaliser le coulage du béton dans un coffrage ouvert sur le dessus et dont la face inférieure convexe présente un profil en portion de parabole correspondant à celui que l’on souhaite donner à la face supérieure concave de cette embase 311. Afin de limiter la masse des dalles réfléchissantes 210, cette embase 211 présentera avantageusement au niveau de sa zone la plus mince une épaisseur e inférieure ou égale à 50 millimètres et comprise de préférence entre 30 et 40 millimètres. Par ailleurs et de manière à ce que ces dalles réfléchissantes 210 présentent une excellente résistance à la flexion, leur embase 211 sera de préférence constituée dans un béton armé doté par exemple d’un ferraillage en acier inox ou galvanisé afin de le protéger de la corrosion. Afin d’éviter tout risque de corrosion, il est également envisageable de réaliser ces embases 211 dans un béton fibré bien que cela risque d’impacter négativement le coût de revient et la résistance à la flexion. Apposé fixement par collage sur une embase correspondante 211 par de moyens adéquats (par exemple de la colle époxy ou polyuréthanne ou bien encore des adhésifs double- face), le miroir 212 de chaque dalle réfléchissante 210 comprend avantageusement un substrat transparent recouvert sur sa face inférieure convexe d’une couche réfléchissante par exemple en argent. De préférence constitué en verre du fait de son excellente transmission lumineuse associée à un coût de revient maitrisé, ce substrat transparent présente avantageusement une épaisseur inférieure ou égale à deux millimètres et encore plus avantageusement inférieure ou égale à un millimètre. L’emploi d’un tel substrat transparent en verre « mince » doté d’une certaine flexibilité permet ainsi de réaliser son cintrage à froid par gravité ce qui s’avère particulièrement avantageux d’un point de vue économique. Les miroirs 212 peuvent également comprendre au moins une couche de protection dont notamment une couche en cuivre ou en étain apposée contre la couche réfléchissante de sorte à éviter son ternissement et à permettre le collage de ce miroir 212 contre l’embase 211. Selon des variantes de réalisation, les miroirs 212 des dalles réfléchissantes 210 peuvent être constitués autrement. Chaque miroir 212 peut ainsi comprendre un substrat d’aluminium recouvert sur sa face supérieure concave d’une couche mince réfléchissante déposée par exemple via par un procédé de dépôt physique en phase vapeur (désigné couramment sous l’acronyme anglo-saxon PVD pour « Physical Vapor Deposition »). Une ou plusieurs couches de protection peuvent également être apposées contre cette couche réfléchissante. Cette couche mince réfléchissante peut par exemple être constituée par un film polymère réfléchissant tel que le film « Solar Mirror Film 1100 » produit par l’entreprise américaine 3M ® . Selon un autre mode de réalisation, le miroir 212 de chaque dalle réfléchissante 210 peut être constitué par un revêtement réfléchissant directement apposé contre la face supérieure concave de l’embase 211 de cette dalle 210. De nombreuses variantes de réalisation sont bien entendu envisageables et on rappelle à cet égard que la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe également toutes les variantes d’exécution à la portée de l'homme du métier. Collecteur solaire de type cylindro-parabolique (1) comportant : - un réflecteur cylindro-parabolique (200) constitué d’un réseau matriciel de dalles réfléchissantes à section en portion de parabole (210), agencées en lignes et colonnes ; - un tube absorbeur (300) agencé le long du foyer linéaire dudit réflecteur (200) et à l’intérieur duquel circule un fluide caloporteur ; - un châssis (100) supportant ledit tube absorbeur (300) ainsi que ledit réflecteur (200), ledit châssis (100) comprenant un corps central allongé de torsion (110) orienté parallèlement au foyer linéaire dudit réflecteur (200) ainsi qu’une pluralité de bras de soutènement incurvés (120) s’étendant symétriquement deux à deux de part et d’autre de ce corps central allongé (110) et auxquels lesdites dalles réfléchissantes (210) sont fixées ; caractérisé en ce que chacune desdites dalles réfléchissantes (210) comporte une embase en béton (211) recouverte sur sa face supérieure concave par un miroir (212). Collecteur solaire (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’embase (211) de chaque dite dalle réfléchissante (210) présente une face inférieure plane. Collecteur solaire (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l’embase (211) de chaque dite dalle réfléchissante (210) présente au niveau de sa zone la plus mince une épaisseur (e) inférieure ou égale à 50 millimètres. Collecteur solaire (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite épaisseur (e) est comprise entre 30 et 40 millimètres. Collecteur solaire (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’embase (211) de chaque dite dalle réfléchissante (210) est constituée dans un béton armé. Collecteur solaire (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’embase (211) de chaque dite dalle réfléchissante (210) est constituée dans un béton fibré. Collecteur solaire (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le miroir (212) de chaque dite dalle réfléchissante (212) comprend un substrat transparent recouvert sur sa face inférieure convexe d’une couche réfléchissante. Collecteur solaire (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit substrat transparent est en verre. Collecteur solaire (1) selon l’une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit substrat transparent présente une épaisseur inférieure ou égale à deux millimètres. Collecteur solaire (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le miroir (212) de chaque dite dalle réfléchissante (212) est constitué par un revêtement réfléchissant directement apposé contre la face supérieure concave de ladite embase (211). Collecteur solaire (1) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit châssis (100) est monté pivotant autour d’un axe longitudinal (A) parallèle au foyer linéaire dudit réflecteur (200) par l’intermédiaire de deux pylônes (400) agencés à proximité des deux extrémités longitudinales de ce châssis (100). Collecteur solaire (1) selon la revendication 11, caractérisé en ce que la hauteur desdits pylônes (400) définissant l’écartement entre le sol et ledit axe longitudinal de pivotement (A) dudit châssis (100) est définie de sorte à permettre à ce dernier de pivoter sur 360°. Collecteur solaire (1) selon l’une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que l’articulation à pivotement dudit châssis (100) vis-à-vis desdits pylônes (400) est assurée par l’intermédiaire de deux pions cylindriques (111) saillant aux deux extrémités longitudinales dudit corps allongé de torsion (110) et coopérant avec deux joints tournant (410) agencés aux sommets desdits pylônes (400). Ensemble de collecte solaire formé d’au moins un alignement de plusieurs collecteurs solaires cylindro-paraboliques selon l’une des revendications 1 à 13.