Brevet FR3153649A1 — publié le 20250404

Pour un système de capteurs cylindroparaboliques à orientation générale Est-Ouest des tubes caloporteurs, méthode pour déterminer la variation d’orientation de l’axe des capteurs à effectuer par rapport à la direction Est Ouest, ainsi que la variation d’angle du plan d’ouverture des capteurs par rapport au plan de la structure qui permettront un fonctionnement optimal du système. Procédé de réglage de l’inclinaison de leurs plans d’ouverture et de l’orientation de leurs axes pour un système de capteurs cylindroparaboliques avec une orientation générale Est-Ouest des tubes caloporteurs Contexte : Les capteurs sont disposés en rangées parallèles sur une structure en forme de disque situé sur un plan incliné en direction du sud, ce plan étant normal à la direction des rayons du soleil à midi heure solaire le jour du solstice d’été.(L’inclinaison du plan dépend de la latitude du lieu.) Deux types de mouvements sont possibles pour les capteurs : Une rotation de l’ensemble du disque formant la structure autour de son centre sur le plan de la structure (rotation N°1). La rotation à l’unisson de chaque capteur cylindroparabolique autour de son axe focal (rotation N°2). On appelle β l’angle entre le plan horizontal et celui de la structure. (Voir FIG. 1 sur laquelle P est le plan horizontal, P ’le plan de la structure les traits à l’intérieur du disque représentant les axes des capteurs, la rotation N°1 étant une rotation de centre O dans le plan P’ ). On appelle α l’angle formé entre le plan d’ouverture d’un capteur et le plan sur lequel est disposé la structure, chaque capteur α ayant son plan d’ouverture qui forme le même angle α avec le plan de la structure. Sur la FIG. 2 sont représentés deux capteurs cylindroparaboliques parallèles, le mouvement de rotation N°2 autour des axes de ces capteurs étant illustré par les flèches. Avantages apportés : La combinaison des deux mouvements de rotation , leurs angles étant réglés correctement permet d’obtenir , à tout moment de la journée et en toute saison, une orientation du plan de symétrie du capteur passant par son axe telle que celui-ci contienne la direction des rayons du soleil , et ceci pour chaque capteur. On obtient ainsi une réverbération des rayons du soleil incidents sur les axes focaux des capteurs. De plus , tous les jours à midi heure solaire , les rayons du soleil ont une direction normale à celle du plan d’ouverture des capteurs. La surface totale correspondant aux plans d’ouverture des miroirs représente les deux tiers de la surface du disque de la structure.. Un réglage correct des angles de chacune des rotations assure une poursuite solaire sans effet d’ombre entre les capteurs voisins. Principe : La Terre tourne sur elle-même autour d’un ave dirigé Nord Sud passant par son centre. Dans le même temps elle effectue un mouvement de révolution autour du Soleil d’une période d’un an. Pour les réglages d’angles des capteurs au cours du journée , on ne tiendra pas compte de ce deuxième mouvement . Pour une journée donnée , on considère alors que la Terre a une position fixe autour du Soleil (la position retenue étant celle à midi heure solaire). Le seul mouvement pris en compte étant la rotation de la Terre autour de son axe. Au cours d’une journée donnée, un observateur O sur la Terre effectue un mouvement de rotation autour de l’axe (d) : droite dirigée Nord-Sud passant par le centre de la Terre, le Soleil restant fixe. Du point de vue de l’observateur O , le mouvement apparent du Soleil est donc une rotation autour de l’axe (d). Le diamètre de la Terre peut être négligé devant la distance Terre-Soleil. Soit S le centre du Soleil, la distance OS peut être considérée comme constante au cours d’une journée. Une modélisation assimile la trajectoire du Soleil à un cercle situé sur le bord d’un cône de révolution d’axe dirigé Nord Sud pour une journée donnée. A tout moment de la journée, un rayon solaire [OS] constitue une génératrice de ce cône. Sur la FIG. 3 , on a représenté la trajectoire du Soleil sur le bord d’un cône de sommet O (observateur) , et d’axe de révolution (d) : droite passant par O orientée Nord Sud. Les jours d’équinoxe , le cône de la FIG. 3 est aplati, son demi -angle au centre est de 90°.La trajectoire apparente du Soleil est donc un cercle de centre O. L’axe focal des miroirs est orienté Est-Ouest el l’angle α entre le plan d’ouverture des capteurs et le plan de la structure est réglé à 23,45°. Ce réglage est fixé pour la journée. Pour les autres journées, un réglage est nécessaire tout au long de la journée, afin de faire varier l’angle α et la direction de l’axe focal des capteurs. Sur la FIG. 4 , K est le cône de centre O regroupant de l’ensemble des rayons solaires au cours de la journée, C est le cercle de la trajectoire apparente du Soleil le jour considéré. H est la position du Soleil à l’heure h, [OH] est le rayon du Soleil à cette heure h, P’ est le plan sur lequel est disposé le disque de la structure. Soit P(h) le plan tangent selon (OH) au cône C . Ce plan coupe le plan P’ suivant une droite Δ(h) passant par O. La droite Δ(h) est choisie comme direction de l’axe des capteurs à l’heure h. Ainsi , au cours d’une journée , l’axe des capteurs sera dirigé vers le soleil levant (direction Δ(L) sur la figure) en début de matinée , puis est progressivement modifié pour atteindre la direction Est Ouest à midi , puis atteint en fin de journée la direction du soleil couchant ( Δ(C) sur la figure), le réglage de la direction étant piloté par la rotation de la structure autour de son centre dans la plan P’. Après réglage de l’orientation des axes des capteurs ,à l’horaire h , le rayon solaire appartient au plan P(h) qui contient l’axe focal du capteur cylindroparabolique . Pour que les rayons solaires puissent se réfléchir sur le tube focal, il faut faire varier l’angle α afin de faire pivoter le capteur autour de son axe Δ(h) jusqu’à obtenir une orientation du plan d’ouverture du capteur perpendiculaire au plan P(h) . (Voir FIG. 5 ) Variations des valeurs de l’angle α au cours de la journée du solstice d’été. L’écart maximal entre la valeur de α au lever du soleil et à midi heure solaire est obtenue au moment du solstice d’été. Ce jour-là, le plan d’inclinaison de la structure est normal à la direction des rayons du Soleil à midi heure solaire. Les plans d’ouverture des capteurs sont alors parallèles au plan P’.de la structure. On a alors α = 0°à midi heure solaire. Pour un site situé à 42° de latitude Nord , un calcul donne α = 36° au moment du lever du Soleil (angle α identique au moment du coucher ). L’angle α va donc décroitre au cours de la matinée puis croître à nouveau au cours de l’après-midi pour retrouver le soir une valeur identique à celle du matin. Cependant , compte -tenu de l’espacement choisi entre deux miroirs consécutifs ,pour tout angle α inférieur à 47° , il n’y a pas d’effet d’ombre des miroirs sur leurs voisins. Au cours de cette journée de solstice , les valeurs de l’inclinaison α restent dans une fourchette de 0° à 36° , on respecte donc bien la condition qu’on s’est fixée concernant l’absence d’effet d’ombre. Variations des valeurs de l’angle α au cours des journées d’été et d’automne (hormis les journées d’équinoxe). Au cours de ces journées , les valeurs de α sont maximales au moment du lever (ou du coucher) du Soleil , et minimales à midi heure solaire. Les variations de α sont donc les mêmes qu’au moment du solstice d’été , l’amplitude des variations s’amenuise au fur et à mesure qu’on s’approche des journées d’équinoxe. Les valeurs de α restent également inférieures à 47° à toute heure des journées de cette période . Il n’y a pas non plus d’effet d’ombre entre les capteurs sur cette période. Variations de l’angle α le jour du solstice d’hiver. La FIG. 6 représente le cône de révolution d’axe dirigé vers le Nord sur le bord duquel on trouve la trajectoire du Soleil, à trois périodes de l’année : A gauche à la période printemps été. Au centre les jours d’équinoxe . Le demi angle au centre du cône est droit , on obtient un cône aplati , c’est-à-dire un disque normal à l’axe Nord Sud passant par O. A droite aux périodes d’automne et d’hiver ; par rapport à la figure de gauche , le cône a changé d’orientation (comme un parapluie qui se retourne par temps venteux). L’axe de révolution du cône est alors dirigé vers le Sud. Le cône décrit précédemment correspondant au solstice d’hiver et celui correspondant au solstice d’été sont symétriques l’un de l »autre par rapport au plan normal à l’axe dirigé Nord Sud passant par O . les variations de l’angle α au cours de la journée du solstice d’hiver sont donc les contraires de celles observées au solstice d’été. Le jour du solstice d’hiver , la valeur maximale de α est obtenue à midi heure solaire .(47° à 1° près , c’est la valeur maximale de α pour l’année) Tout au long de cette journée , l’inclinaison α des capteurs par rapport à P’ reste donc inférieure à 47°. Le critère d’absence d’ombre est encore satisfait. Variations de l’angle α les journées d’automne et d’hiver. Le maximum pour α est également atteint à midi heure solaire, et ce maximum est inférieur ou égal à 47°. Le critère précédent est encore satisfait. Système de capteurs cylindroparaboliques comprenant des capteurs cylindroparaboliques disposés en rangées parallèles, leur ensemble étant inscrit dans la surface d’un disque situé sur un plan incliné (plan normal à la direction des rayons du Soleil à midi heure solaire le jour du solstice d’été), le disque ainsi que tous les capteurs qui s’y trouvent peut tourner autour de son centre dans le plan de la structure, et chacun des capteurs peut pivoter autour de son axe, ce système étant caractérisé en ce qu’il comporte deux modes de poursuite solaire. : Procédé de réglage de l’inclinaison de plans d’ouverture et de l’orientation d’axes du système de capteurs cylindroparaboliques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de calcul des angles qui permettent de régler le suivi solaire dudit système à partir d’une modélisation qui assimile la trajectoire du Soleil à un cercle situé sur le bord d’un cône de révolution d’axe dirigé Nord Sud pour une journée donnée.