Brevet FR3149674A1 — publié le 20241213

Système de suivi solaire à ombre portée de haute précision. L’invention concerne un suiveur solaire de haute précision permettant de trouver le soleil dans le ciel et de suivre son déplacement en mesurant en continu un écart d’alignement orthogonal à la direction d'incidence des rayons solaires par un mécanisme d’ombre projetée (2) qui maintient par défaut dans l’ombre des capteurs de lumières (1) et qui détecte un écart d’alignement sous forme de courbe Gaussienne de luminosité (3). Un algorithme analysant les signaux mesurés par les capteurs de luminosité, par une information de géo-positionnement par satellite et par une capture d’un foyer optique de concentration solaire permet de déterminer une commande de correction pour des machines fonctionnant à l'énergie solaire. L’invention permettra d'améliorer les performances de machines fonctionnant à l'énergie solaire dans de nombreux environnements différents, et contribuera à optimiser l’usage de l'énergie solaire dans l'industrie. Figure pour abrégé [Fig 1]. Suivi solaire à ombre portée de haute précision La présente invention concerne un suiveur solaire de haute précision permettant d’asservir une machine solaire dans le but de trouver le soleil dans le ciel et de suivre son déplacement. L'énergie solaire gagne en importance dans le monde industriel en raison de la raréfaction des énergies non renouvelables et de la hausse de la pollution causée par les gaz à effet de serre lors de l'utilisation de combustibles fossiles. Mais pour augmenter l’efficacité énergétique des machines solaires (photovoltaïques, solaire thermique à concentration) et favoriser leur utilisation dans l'industrie, il est nécessaire d’obtenir une haute précision d’alignement avec le soleil et de maintenir une orthogonalité à la direction d’incidence des rayons du soleil. Le rendement énergétique d’une machine fonctionnant à l’énergie solaire est optimal lorsque la partie recevant les rayons du soleil (par exemple : panneau solaire, lentille, miroir) est orientée orthogonalement par rapport à la direction d'incidence des rayons solaires. Le suivi solaire est traditionnellement effectué à l’aide de capteur à croix directionnelle pour des applications de type panneaux photoélectrique, et ne sont pas sensible à un faible écart d’angle d’incidence d’alignement avec le soleil. Le dispositif selon l’invention permet de remédier à cet inconvénient. L'objectif de cette invention est de proposer un système de suivi solaire simple à utiliser, économique, et ayant de hautes performances d’alignement au soleil. Le dispositif se compose de trois modules d’entrée d’informations qui mesurent l’alignement au soleil. Le module principal est le module de suivi solaire à ombre portée. Ce module est constitué d’une première partie composée d’une couronne de capteur de luminosité, tel que des photorésistances, disposés concentriquement autour d’un tube central. Le nombre de capteurs de luminosité a une influence sur la précision du module de suivi solaire par ombre portée. D’une seconde partie qui fait office d’ombrière se présentant sous la forme d’un disque concentrique à la couronne de capteur de luminosité et de même diamètre. Lorsque le module est orthogonal à la direction d’incidence des rayons du soleil, le disque fait de l’ombre à tous les capteurs de luminosité. Lorsque le module se désaligne avec le soleil, l’ombre portée se déplace de telle sorte qu’une partie des capteurs de luminosité sortent de l’ombre portée et reçoivent de la lumière du soleil sur leur surface. Le signal attendu de ce module de capteurs sera sous la forme d’une courbe de type Gaussienne centrée. La position de la moyenne centrée de la courbe de signal des capteurs de luminosité indique la direction de la correction à apporter à la machine pour faire en sorte de retrouver une orthogonalité entre le module et la direction des rayons du soleil. Le second module est un module de géo-positionnement par satellite. Il est utilisé pour comparer la position théorique du soleil dans le ciel avec les données obtenus par le premier module. Le troisième module est un module d’analyse d’image en temps réel par caméra qui analyse l’image du foyer optique d’une machine à concentration solaire. Un désalignement avec le soleil décale la position du foyer optique. Le traitement de l’image en temps réel indique quelles corrections il faut apporter à la machine pour s’aligner au mieux avec le soleil. Ces trois entrées d’information sont traitées ensuite par un algorithme qui en sortie envoie des commandes d’asservissement aux moteurs de la machine solaire auquel ces modules sont associés. La représente, le premier module de suivi solaire de haute précision par ombre portée lors d’une projection de l’ombre portée (2) sur la couronne de capteurs (1) lors d’un désalignement avec les rayons du soleil ; ainsi que la courbe de signal (3) associée aux capteurs de luminosité. La représente un diagramme du principe de fonctionnement du suiveur solaire de précision avec les différentes entrées. Le dispositif de suivi solaire de haute précision par ombre portée comporte une base, un tube central, et un disque qui sert d’ombrière aux capteurs de luminosité. La base est circulaire et fixée sur la face d’une machine solaire qui doit être alignée en continu au soleil. Cette base accueille les capteurs de luminosité. Le tube central est concentrique à la couronne de capteur. Il se fixe sur cette base et supporte le disque qui fera de l’ombre aux capteurs de luminosité. Ce tube central est conçu pour être télescopique et réglable en longueur. Le disque qui a la fonction d’ombrière est concentrique à la couronne de capteur de luminosité. Lorsque les rayons de soleil sont orthogonaux au disque et à la base, le disque fait de l’ombre à tous les capteurs. Ce disque se fixe au tube central. A titre d’exemple non limitatif, le dispositif comportera 40 capteurs de luminosité dont la couronne à un diamètre nominal de 70 mm. Le dispositif selon l’invention est particulièrement destiné aux machines industrielles fonctionnant à l'énergie solaire, et contribuera à optimiser l’usage de l'énergie solaire dans l'industrie. Dispositif de suivi solaire de haute précision caractérisé en ce qu’il comporte : Plusieurs capteurs de luminosités (1), nommés “capteurs” par la suite, disposés en couronne. Une pièce concentrique à la couronne de capteur et placée au-dessus d’elle à distance réglable, projette une ombre (2) sur les capteurs lorsqu’une lumière est orientée en direction des capteurs. Dispositif de suivi solaire de haute précision caractérisé en ce qu’un algorithme combine plusieurs sources de signaux et de données pour calculer un écart d’alignement orthogonal à la direction d'incidence des rayons du soleil, et apporter une commande de correction de position et de direction d’une machine solaire. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’une des sources de signaux entrant dans l’algorithme est une information des capteurs de luminosité. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’une des sources de signaux entrant dans l’algorithme est une information de géo-positionnement par satellite. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’une des sources de signaux entrant dans l’algorithme est une information de traitement d’image d’observation du foyer optique de la machine solaire.