FR3033034A1

FR3033034A1 - MECHANISM FOR THE ORIENTATION OF A SOLAR MIRROR INTENDED TO REFLECT THE SOLAR LIGHT IN A FIXED POINT

Info

Publication number: FR3033034A1
Application number: FR1500323A
Authority: FR
Inventors: Andre Azema
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-26

Abstract

La présente invention concerne un ensemble mécanique permettant d'orienter un miroir plan ou parabolique afin de réfléchir la lumière solaire centrée sur un point fixe. Le mouvement étant généré par un seul actionneur à vitesse constante, l'entrée du mouvement se faisant sur un axe polaire (P), parallèle à l'axe de rotation terrestre ; ce mouvement étant transformé à travers un mécanisme basé sur une figure triangulaire pour donner la bonne orientation au miroir (S). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux panneaux solaires réfléchissant lumière en un point fixe et aux paraboles pour cuiseurs solaires.The present invention relates to a mechanical assembly for orienting a plane or parabolic mirror to reflect sunlight centered on a fixed point. The movement being generated by a single constant speed actuator, the entry of the movement being made on a polar axis (P), parallel to the axis of terrestrial rotation; this movement being transformed through a mechanism based on a triangular figure to give the correct orientation to the mirror (S). The device according to the invention is particularly intended for solar panels reflecting light at a fixed point and parables for solar cookers.

Description

1 DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention à trait au domaine de la manipulation de panneaux solaires, elle permet d'orienter un miroir plan ou parabolique afin de réfléchir la lumière solaire centrée sur un point fixe. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Le mouvement peut s'obtenir par la commande séparée de deux axes : un axe vertical pour l'azimut, un axe horizontal pour la hauteur du soleil, le système actionneur (moteur, électroaimant...) est double, de plus il nécessite des moyens technologiques de commande tel que capteurs solaires ou calculateurs car la vitesse de rotation des axes est variable à tout moment. Lorsque la commande des axes se fait à l'aide de traqueur solaire, le mouvement peut être affecté par les passages nuageux ou le déficit d'ensoleillement. Les moyens connus sur la cuisson à base de concentrateur solaire ne proposent pas de système ayant à la fois une concentration des rayons solaires sur un point fixe et une direction du faisceau solaire orientée vers la verticale de bas en haut. Ces conditions sont utiles pour résoudre le problème de balourd dû à la variabilité de la charge, elles garantissent la hauteur ergonomique et sécuritaire du point focal et permettent tous les types de la cuisson conventionnelle. DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention à pour objectif de concevoir un dispositif mécanique (M) visant à éliminer les inconvénients de la technique antérieure. Le miroir doit être positionné par rapport à la direction des rayons solaires incidents et réfléchis. Il est donc nécessaire de matérialiser ces directions pour référencer et porter physiquement le miroir. L'arbre (P) est orienté parallèlement à l'axe de rotation terrestre, cet arbre (P) est donc orienté nord/sud et fait avec le sol un angle égal à l'angle de latitude du lieu ; Cet arbre (P) est monté pivotant autour de son axe afin de recevoir le mouvement de rotation généré par l'actionneur. Ce mouvement de rotation est le contre mouvement de la rotation terrestre, sa vitesse est de 15 ° par heure. L'arbre (I) s'articule sur l'arbre (P) au point (1) selon un axe perpendiculaire à l'axe de l'arbre (I) et perpendiculaire à l'axe de l'arbre (P). Son orientation par rapport à l'arbre (P) est liée au mouvement de déclinaison solaire saisonnière. L'arbre (I) est perpendiculaire l'arbre (P) au moment des équinoxes et s'incline de plus ou moins 23.44° au moment des solstices. L'articulation de l'arbre (I) au point (1) est munie d'un système réglage et de blocage garantissant la tenue en position de l'angle de déclinaison solaire saisonnière. Associé au mouvement de l'arbre (P), l'arbre (I) est constamment dirigé vers le soleil. Cet arbre (I) matérialise la direction des rayons solaires incidents. L'arbre (R) est monté pivotant autour de son axe sur un support fixe par rapport au sol, il indique la direction de la cible vers laquelle se dirigent les rayons solaires réfléchis. L'arbre (R) matérialise la direction des rayons solaires réfléchis ou l'axe du faisceau solaire réfléchi lorsqu'il s'agit d'une parabole. Les points (1), (2), (3) définissent un triangle dont les cotés sur les axes des arbres (I) et (R) sont d'égale longueur. La glissière (G) matérialise la base du triangle isocèle passant par les points (2) et (3), elle s'articule sur l'arbre (R) au point (2) selon un axe perpendiculaire à l'axe de l'arbre (R) et perpendiculaire à l'axe de la glissière (G).FIELD OF APPLICATION OF THE INVENTION The present invention relates to the field of the manipulation of solar panels, it makes it possible to orient a plane or parabolic mirror in order to reflect solar light centered on a fixed point. STATE OF THE PRIOR ART Movement can be obtained by the separate control of two axes: a vertical axis for the azimuth, a horizontal axis for the height of the sun, the actuator system (motor, electromagnet ...) is double, moreover, it requires technological means of control such as solar collectors or computers because the speed of rotation of the axes is variable at any time. When the control of the axes is done by means of solar tracker, the movement can be affected by the cloudy passages or the deficit of sunshine. The known means for cooking based on solar concentrator do not propose a system having both a concentration of solar rays on a fixed point and a direction of the solar beam oriented towards the vertical from the bottom up. These conditions are useful for solving the problem of unbalance due to the variability of the load, they guarantee the ergonomic and safe height of the focal point and allow all types of conventional cooking. DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention aims to design a mechanical device (M) to eliminate the disadvantages of the prior art. The mirror must be positioned in relation to the direction of the incident and reflected solar rays. It is therefore necessary to materialize these directions to reference and physically carry the mirror. The tree (P) is oriented parallel to the axis of terrestrial rotation, this tree (P) is oriented north / south and made with the ground an angle equal to the latitude of the place; This shaft (P) is pivotally mounted about its axis to receive the rotational movement generated by the actuator. This rotational movement is the counter movement of the Earth's rotation, its speed is 15 ° per hour. The shaft (I) is articulated on the shaft (P) at point (1) along an axis perpendicular to the axis of the shaft (I) and perpendicular to the axis of the shaft (P). Its orientation relative to the tree (P) is related to the seasonal solar declination movement. The tree (I) is perpendicular to the tree (P) at the time of the equinoxes and tilts more or less 23.44 ° at the time of the solstices. The articulation of the shaft (I) in point (1) is provided with an adjustment and locking system ensuring the holding in position of the seasonal solar declination angle. Associated with the movement of the tree (P), the tree (I) is constantly directed towards the sun. This tree (I) materializes the direction of the incident solar rays. The shaft (R) is pivotally mounted about its axis on a fixed support relative to the ground, it indicates the direction of the target towards which the reflected solar rays. The tree (R) materializes the direction of the reflected solar rays or the axis of the reflected solar beam when it is a parabola. The points (1), (2), (3) define a triangle whose sides on the axes of the shafts (I) and (R) are of equal length. The slide (G) materializes the base of the isosceles triangle passing through the points (2) and (3), it is articulated on the shaft (R) at the point (2) along an axis perpendicular to the axis of the shaft (R) and perpendicular to the axis of the slide (G).

La glissière (G ) est montée coulissante dans une douille (D ), l'axe de la glissière (G) est perpendiculaire à la médiane (H) passant par le point (1), le plan réflectif (S) fixé sur la glissière (G) est perpendiculaire 3033034 2 à la médiane (H), les rayons solaires incidents parallèles à l'axe (I) sont réfléchis par le plan (S) parallèlement à l'axe (R) qui se dirige vers une cible fixe. La douille (D) s'articule sur la chape (C ) au point (3) selon un axe perpendiculaire à l'axe de la douille (D) et perpendiculaire à l'axe de l'arbre (I).The slide (G) is slidably mounted in a bushing (D), the axis of the slide (G) is perpendicular to the median (H) passing through the point (1), the reflective plane (S) fixed on the slide (G) is perpendicular 3033034 2 to the median (H), the incident solar rays parallel to the axis (I) are reflected by the plane (S) parallel to the axis (R) which is directed towards a fixed target. The sleeve (D) is articulated on the yoke (C) at point (3) along an axis perpendicular to the axis of the bushing (D) and perpendicular to the axis of the shaft (I).

5 Le mouvement de l'arbre (I) est transmis à la douille (D) au travers de la chape (C) qui est tournante autour de l'axe de l'arbre (I). Pour annuler l'effet de balourd et projeter les rayons sur une surface précise, il est préférable de positionner le centre de gravité et le plan du miroir à proximité du point d'articulation fixe (2) Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux panneaux solaires réfléchissant la lumière 0 en un point fixe et aux paraboles pour cuiseurs solaires. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure (1) est une représentation schématique du mécanisme destiné à l'orientation d'un panneau solaire. La figure (2) représente un exemple de réalisation du mécanisme destiné à projeter les rayons solaires 15 sur une fenêtre située sur une face nord. La figure (3) représente le mécanisme intégré dans son ensemble et légèrement tourné vers l'est. La figure (4) est une représentation schématique du mécanisme destiné à l'orientation d'une parabole solaire. La figure (5) représente un exemple de réalisation du mécanisme destiné à un barbecue solaire.The movement of the shaft (I) is transmitted to the bushing (D) through the yoke (C) which is rotatable about the axis of the shaft (I). To cancel the unbalance effect and project the rays on a precise surface, it is preferable to position the center of gravity and the plane of the mirror near the fixed hinge point (2) The device according to the invention is particularly intended solar panels that reflect 0 light at a fixed point and parabolic dishes for solar cookers. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure (1) is a schematic representation of the mechanism for orienting a solar panel. Figure (2) shows an exemplary embodiment of the mechanism for projecting the sun rays 15 on a window located on a north face. Figure (3) shows the integrated mechanism as a whole and slightly eastward. Figure (4) is a schematic representation of the mechanism for orienting a solar dish. Figure (5) shows an embodiment of the mechanism for a solar barbecue.

20 La figure (6) représente le mécanisme intégré dans son ensemble, en position équinoxes et légèrement tourné vers l'est. La figure (7) représente le mécanisme en position des équinoxes pour une latitude zéro au zénith. La figure (8) représente le mécanisme en position soleil levant ou couchant. La figure (9) est une représentation schématique de la projection des rayons solaires dans une enceinte 25 thermique fixe pour une latitude de 45°. Les différentes hauteurs solaires correspondent : au zénith au solstice d'été, au zénith aux équinoxes, au zénith au solstice d'hiver et au soleil couchant ou levant. Ces figures représentent la dispersion du point focal. DESCRIPTION D'UN MODE DE FABRICATION Premier exemple schématisé par la figure (1) et représenté par la figure (2). Il s'agit d'un mécanisme 30 destiné à projeter les rayons solaires sur une fenêtre située sur une face nord. La majorité des pièces sont obtenues par découpe laser sur tôle acier épaisseur 4. Ces pièces sont emboîtées avant soudure. Le réglage de l'angle de déclinaison saisonnière se fait manuellement par bouton moleté. Pour réduire au maximum la puissance de l'actionneur, les pièces mobiles sont équilibrées par des contrepoids. La figure (3) représente ce mécanisme intégré dans son ensemble et légèrement tourné vers l'est. Le panneau 35 réfléchissant (S) est incurvé pour augmenter l'intensité solaire passant par la fenêtre. L'actionneur (A) est un électroaimant cyclique alimenté en 12 V et 2 Ampères. Son facteur de marche est de 0.5 secondes toutes les 5 minutes, la puissance moyenne utile est donc très faible. Une friction montée sur l'arbre (P) permet de ramener manuellement le panneau à sa position de départ. Le pantographe (P t) sert à garder les arêtes du rectangle de la lumière projetée sur des lignes verticales et horizontales, le panneau étant 40 tournant autour de l'axe (T).Figure (6) shows the integrated mechanism as a whole, in the equinox position and slightly eastward. Figure (7) shows the equinox position mechanism for zero latitude at zenith. Figure (8) shows the mechanism in the rising or setting sun position. Figure (9) is a schematic representation of the projection of solar rays in a fixed thermal enclosure for 45 ° latitude. The different solar heights correspond to the zenith at the summer solstice, at the zenith at the equinoxes, at the zenith at the winter solstice and at the setting or rising sun. These figures represent the dispersion of the focal point. DESCRIPTION OF A MANUFACTURING MODE First example schematized by FIG. (1) and represented by FIG. (2). This is a mechanism 30 for projecting sunlight onto a window on a north face. The majority of the parts are obtained by laser cutting on steel sheet thickness 4. These parts are nested before welding. The adjustment of the seasonal declination angle is done manually by knurled knob. To minimize the power of the actuator, the moving parts are balanced by counterweights. Figure (3) shows this integrated mechanism as a whole and turned slightly to the east. The reflective panel (S) is curved to increase the solar intensity passing through the window. The actuator (A) is a cyclic electromagnet supplied with 12 V and 2 amperes. Its duty cycle is 0.5 seconds every 5 minutes, so the average useful power is very low. A friction mounted on the shaft (P) can manually bring the panel back to its starting position. The pantograph (P t) serves to keep the ridges of the projected light rectangle on vertical and horizontal lines, the panel being rotated about the axis (T).

3033034 3 Deuxième exemple schématisé par la figure (4) et représenté par la figure (5). Il s'agit d'un mécanisme destiné à un barbecue solaire. Il est représenté pour une latitude 45 ° environ. La figure (6) représente ce mécanisme intégré dans son ensemble et légèrement tourné vers l'est. La parabole utilisée est du type offset, c'est à dire que la surface paraboloïde est déportée vers le bas par rapport à l'axe focal, ceci 5 permet de redresser les rayons solaires vers le haut. Pour des raisons de sécurité et pour des raisons fonctionnelles, la concentration solaire ne doit pas être trop forte, ce qui peut être obtenu en optant pour des éléments de miroir plans comme moyen réflectif. Dans cet exemple, la parabole a un diamètre de 1200 mm, la position ergonomique du point focal est de 1350mm en hauteur par rapport au sol. Le positionnement du point focal au-dessus et vers le centre de la 10 parabole réduit le risque d'exposition des yeux au faisceau lumineux, ce point est inaccessible aux enfants). Pour limiter et répartir la dispersion du point focal, la courbe de la parabole est définie pour une hauteur solaire à mi course (proche des équinoxes). La figure (7) représente ce mécanisme en position des équinoxes pour une latitude zéro au zénith C'est une position limite, il est nécessaire d'incliner l'axe (R ), (10° sur l'exemple), dans le but d'obtenir 15 la cote minimum (L). Cette disposition permet de loger la mécanique et d'avoir un bras de levier adapté à la transmission du couple moteur. Au moment des solstices il convient de positionner l'ensemble de manière symétrique par rapport à l'équateur et d'inverser le sens de rotation, (l'inclinaison étant peu conséquente sur la forme du point focal). 203033034 3 Second example shown schematically in Figure (4) and shown in Figure (5). This is a mechanism for a solar barbecue. It is represented for a latitude about 45 °. Figure (6) shows this integrated mechanism as a whole and slightly eastward. The parabola used is of the offset type, that is to say that the paraboloid surface is offset downwardly with respect to the focal axis, this makes it possible to straighten the sun rays upwards. For reasons of safety and for functional reasons, the solar concentration must not be too strong, which can be obtained by opting for plane mirror elements as reflective means. In this example, the dish has a diameter of 1200 mm, the ergonomic position of the focal point is 1350 mm in height from the ground. The positioning of the focal point above and towards the center of the parabola reduces the risk of exposure of the eyes to the light beam, this point is inaccessible to children). To limit and distribute the dispersion of the focal point, the curve of the parabola is defined for a solar height at mid-stroke (close to the equinoxes). The figure (7) represents this mechanism in position of the equinoxes for a zero latitude at the zenith It is a limit position, it is necessary to incline the axis (R), (10 ° on the example), for the purpose to obtain the minimum score (L). This arrangement allows to house the mechanism and to have a lever arm adapted to the transmission of the engine torque. At the time of the solstices it is advisable to position the assembly symmetrically with respect to the equator and to invert the direction of rotation, (the inclination being little consequent on the shape of the focal point). 20

Claims

REVENDICATIONS1. Mechanical assembly (M) for orienting a plane or parabolic mirror to reflect solar light centered on a fixed point, the movement of the device being generated by a single actuator at a constant speed, the input of the movement is made by an axis polar (P), parallel to the axis of Earth's rotation, this axis is oriented north / south and made with the ground an angle equal to the latitude angle of the place, the rotational movement is the counter-movement of the Earth's rotation its speed is 15 ° per hour. Mechanical assembly (M) characterized in that the rotational movement of the polar axis is transformed through a mechanism based on a triangular figure, one side of the triangle (I), integral with the polar axis, materializes the direction of the rays incident solar, the other side of the triangle (R), fixed, but of equal length to the previous materializes the direction of the reflected rays, the base of this isosceles triangle is of variable length, it is thus materialized by a sliding element (G ), this sliding element carries the reference for orienting the mirror so that the incident angle of the solar rays is equal to the angle of reflection of the solar rays.

2. Mechanical assembly (M) according to claim 1 characterized in that the shaft (1) is articulated on the shaft (P) at point (1) along an axis perpendicular to the axis of the shaft (I ) and perpendicular to the axis of the shaft (P), the orientation of the shaft (1) relative to the shaft (P) is related to the seasonal solar declination movement, the shaft (I) is perpendicular to the tree (P) at the time of the equinoxes and tilts more or less 23.44 ° at the time of the solstices, associated with the movement of the tree (P), the tree (I) is constantly directed towards the sun, this tree (I) materializes the direction of the incident solar rays.

3. Mechanical assembly (M) according to claim I characterized in that the shaft (R) is pivotally mounted about its axis on a fixed support b contribution to the ground, it indicates the direction of the target to which the spokes are directed Reflected solar, the tree (R) materializes the direction of reflected solar rays or the axis of the reflected solar beam when it is a parabola.

4. Mechanical assembly (M) according to claim 1 characterized in that the points (1), (2) and (3) define a triangle whose sides on the axes of the shafts (I) and (R) are of equal length, the slide (G) materializes the base of the triangle passing through the points (2) and (3), it is articulated on the shaft (R) at the point (2) along an axis perpendicular to the axis of the shaft (R) and perpendicular to the axis of the slide (G).

5. Mechanical assembly (M) according to claim I characterized in that the slide (G) is slidably mounted in a sleeve (D) at point (3), the axis of the slide (G) is perpendicular to the median ( H) passing through the point (1), the reflective plane (S) fixed on the slide (G) is perpendicular to the median (H), the incident solar rays parallel to the axis (I) are reflected by the plane ( S) parallel to the axis (R) which is directed towards a fixed target.

6. Mechanical assembly (M) according to claim 5 characterized in that the sleeve (D) is articulated on the yoke (C) at point (3) along an axis perpendicular to the axis of the sleeve (D) and perpendicular to the axis of the shaft (I).

7. Mechanical assembly (M) according to claim 6 characterized in that the movement of the shaft (I) is transmitted to the sleeve (D) through the yoke (C) which is rotatable about the axis of the tree (I). 3033034 5

8. Device according to claim 2, characterized in that the articulation of the shaft (I) at point (1) is provided with an adjustment and locking system ensuring the holding in position of the seasonal solar declination angle. .