WO2017129919A1 - Equipement orientable de capteur solaire - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of heliostats and more generally orientable solar collectors for tracking the course of the sun.
- the operating principle of such a device is to move towards the Sun throughout the day, which has the effect of increasing the production of energy substantially. Indeed, when the surface of the sensor is not perfectly perpendicular to the direction of the sun, the useful surface is minus, according to the sine of the angle that forms the normal to the surface of the sensor with the direction of the sun. As the position of the sun varies constantly, both during the day and during the different periods of the year, the orientation of the sensor's effective surface is continuously modified to better position it in relation to the positioning of the sun ( perpendicular to the radiation if possible).
- the tracking mechanism can use a watch mechanism (in a given place, the best direction orientation depends only on the time and date) or a servo device.
- a follower may carry different types of sensors (within the meaning of this patent): solar modules of any kind: "conventional” photovoltaic modules, concentrated photovoltaic panels composed of a series of optical devices for concentrating light (lenses or mirrors) on photovoltaic cells, thermal sensor, reflecting mirror towards a fireplace, tower or Stirling).
- FR2361600 patent which relates to an altazimutal orienting support for orienting a panel site and azimuth
- This support comprises a vertical pivot supported by a fixed pillar, a frame secured to the pivot and carrying the panel by means of articulations, an azimuth operating chime secured to the frame to define its azimuth orientation, bearing means connected to said frame and guided by a circular rail, means for driving these means rolling, an operating frame hinged site on the panel and provided with a movable foot moving along the other chord, finally drive means of this foot.
- This support can be applied to heliostats to appropriately orient a reflective panel to direct sunlight to a lens.
- Patent US8578928 relates to solar panel orientable solar panels systems comprising a plurality of solar radiation collection plates, arranged on a bearing structure mounted so as to tilt relative to a horizontal tube, which in turn is rotatably mounted on the end of a support column, the supporting structure of the plates comprising two parallel hangers, on which is arranged transversely a series of longitudinal sections of section "C", on which are arranged perpendicularly sliding sections of square section having an open groove in the upper part, on which the plates are fixed.
- European Patent EP2031323 discloses an autonomous and interactive modular system for producing solar energy.
- This system consists of an oblong frame supporting the photovoltaic field which receives the solar energy, an azimuth and zenith tracker, a generator of actuating means and computer control means.
- the chassis base rests rotatably on an axis fixed firmly on the ground and rests on rolling means moving by rotation on the earth relative to the fixed axis.
- the rolling means adapt, during their rotation, to the ground using flip-flops associated with the fixed axis that allow the sway of the frame.
- the base is coupled to the fixed axis in the off-center position and the rolling means are also off-center with respect to the fixed axis, which allows the frame to rotate in the wind like a wind vane.
- EP0114240 discloses orientation devices that can orient devices in a curved path. These include solar devices such as photovoltaic generators, solar boilers and heliostats. The devices to be oriented are normally arranged so as to be able to turn about a vertical axis. The necessary overturning around a horizontal axis is obtained using at least one guide element controlled by the rotation about the vertical axis. The guide member connects to a fixed point (C), the point (B) moving with the device to be oriented.
- the patent FR2418488 relates to automatic orientation devices of a solar collector.
- a device according to the invention comprises a solar collector pivotally mounted about a horizontal axis on a support, which is driven at a uniform speed of one revolution per 24 hours around a vertical axis.
- the device comprises a rod on which slides a slide carrying a satellite constrained to follow a fixed curve, oval.
- the slide is connected to the sensor by articulated arms.
- the oval curve is obtained by means of a roller which tends a wire of constant length passing on fixed rollers.
- the sensors are generally supported by a median tilt axis.
- the forces to be applied on this axis are important, and require a high engine torque to ensure the displacement of large area sensors, several square meters, which have a significant wind gain.
- the stability of the positioning of such panels is poor because it is limited by the braking torque at rest of the tilting axis.
- the structures of the prior art require earthworks and ground connection very rigid to ensure the stability of the device and the accuracy of the tracking of the race of the sun.
- the present invention relates, in its most general sense, to an orientable solar collector support for monitoring the solar path, constituted by a rotary base around an azimuthal axis equipped with a structure for orientation of a support of a tilting solar sensor characterized in that said structure is constituted by two sets of lateral rails forming guide paths in two vertical planes, said support being provided on each side with a pair of rollers of rolling cooperating with the corresponding rail.
- sensor within the meaning of this patent, means any means having a surface of interaction with solar radiation, and in particular: one or more panels of photovoltaic cells
- one or more mirrors, one or more absorbent panels with a circulation circuit of heat transfer fluid.
- said base has two parallel horizontal straight rails for respectively guiding one of the rollers of each of said pairs of rollers.
- each of said rails is extended by a rail inclined relative to a first rail, for respectively guiding the second of the rollers of each of said pairs of rollers.
- each of said inclined rail is constituted by a first segment forming an angle of between 30 and 60 ° with respect to the first rail and by a second segment forming an angle of between 30 ° and 60 ° with respect to said first segment.
- each of said set of rails is supported by a stiffener extending between the top of the rail assembly and the base.
- each of said set of rails is supported by a stiffener extending between the upper part of the rail assembly and said horizontal rail.
- the orientation of said support is controlled by a chain driven by a motor and connected to one of said rollers.
- said base has rollers cooperating with a fixed raceway.
- said raceway is constituted by a profile having a rectangular section open by a side window for the passage of the connecting axis between each of said rollers and the base.
- said raceway is a concrete ring. This variant reduces costs.
- the raceway rotating around a vertical axis of the rotary base is formed by a plane track, preferably metal, preferably consisting of a succession of metal plates arranged in the desired shape for the track, plates placed on a slab of square section.
- said rollers are motorized wheels with external rotor.
- a single wheel among those ensuring the rotation of the base is motorized.
- the sets of lateral rails fit outside or inside the frame defined by the support.
- the support and the solar collector define the passage windows of these sets of rails.
- the orientation of the support is controlled by a central element moving in translation in movable element in pivot connection with the solar collector support.
- the upper rollers are formed of two pairs of lateral rollers, the two rollers of the same pair enclosing during their rotation a wall of the corresponding lateral rail assembly.
- FIG. 1 represents a perspective view of a device according to the invention
- FIG. 2 represents a view from above of the base of the device according to the invention
- FIGS. 3 and 4 show side views with the sensor respectively in the folded position and in the deployed position;
- FIG. 5 represents a detailed view of FIG.
- FIGS. 6 to 10 show views of a second embodiment of the device according to the invention with a smaller support structure illustrating the device respectively:
- the steerable support described by way of example in a variant illustrated in Figures 1 to 5 attached comprises a base rotatable relative to a circulation rail (1) forming a circular raceway.
- the base consists of an assembly of transverse beams (2, 3) and longitudinal (4, 5). This base supports two lateral pairs of two uprights (6, 7).
- the frame (8) on which the sensors are mounted is tiltable by means of lower rollers guided by a race provided on the longitudinal beams. (4, 5) and by upper rollers guided by a raceway provided on the inclined amounts (6).
- the beam assembly (2 to 4) forms a rigid frame extended by three bearing assemblies (9, 10) each comprising a roller (11) cooperating with the circulation rail (1).
- a "C" -shaped cross-section with an annular horizontal rolling surface (12), an annular upper surface (13) and a tubular wall (14) is described.
- This rail opens inwards to ensure stable guidance of the three rollers (11) connected to the base by pins supported by a connecting lug.
- a motor block (20) drives a cable or chain whose ends are connected to connecting tabs to move the base.
- the engine block also drives an axis (21) ensuring the tilting of the frame (8).
- This frame (8) has lower rollers (22, 23) and rollers (25) located on the side, at mid-height of the frame.
- the lower roller (22) moves in the horizontal rail (4).
- the upper roller (25) moves in the vertical rail (6) having a first section (30) inclined by approximately 45 °, extended by a second section (31) vertical.
- the two sections (30, 31) form an amount (6) whose rigidity is provided by a strut (7).
- the support is completely autonomous: it includes a battery recharged by solar energy, ensuring the power supply of motors and electronic circuits monitoring.
- the system according to the invention can integrate a brightness sensor which will trigger its activation and thus the rotation of the base and / or solar collectors, if the detected brightness exceeds a threshold.
- a three-axis accelerometer mechanically linked to the tilting solar collector
- An electronic control circuit transiently provides oscillations around the vertical axis and measures the variation of the sunlight level to determine the optimal azimuthal orientation.
- the accelerometer can not detect rotational movements with respect to the vertical axis since it measures the projection of the vector g on the same vertical. Therefore, the accelerometer is not sufficient to measure azimuthal angular variations.
- Azimuth tracking is done by rotating around a vertical axis.
- An additional device is used to measure the output intensity of the photovoltaic panels.
- the accelerometer the height angle of the panel is controlled so that the solar collector is oriented in the optimal position facing the sun.
- the additional electronic circuit controls variations in the azimuthal angle so as to maximize the output current.
- each longitudinal beam (4, 5) provided with a raceway forms a lower rail
- each inclined post 6 provided with a raceway forms an upper rail 6.
- the lower rail and the upper rail form a set of rails sideways extending in the same vertical plane P (shown in Figure 1), with their raceways in the extension of each other.
- the two sets of side rails therefore form guide paths in two vertical planes.
- the upper rails 6 and the corresponding struts 7 are arranged on either side of the frame 8 supporting the solar panels. Consequently, the rotary base formed by the assembly of the beams 2 to 4, the two lateral beams 4 support the upper rails 6 and the struts 7 have a width substantially greater than that of the solar panels.
- the transverse beams 2, 3 have a length greater than 6 meters and the longitudinal beams, a length greater than 4 meters and each have a length sufficiently large height (of the order of 25 cm) to be provided with sufficient rigidity given their length.
- the circulation rail circular 1 is dimensioned according to the size of this substantial rotary base and solar frames it supports, especially as in this embodiment, the lower rollers 11 evolve inside the central core of the section 14 constituent of this crown.
- this first embodiment allows a tilting of large solar collectors (of 90 ° in this case) since they can evolve between the lower position of Figure 4 where these sensors are oriented horizontally (inclined 0 ° relative to the horizon) and the upper position of Figure 5 where these sensors are oriented vertically being inclined 90 ° relative to the horizon.
- the uprights 6 in which the upper rollers evolve are defined in two parts: the first segment inclined 30 ° screws to the horizon, and the second segment inclined at 70 °.
- the second embodiment of the invention illustrated in Figures 6 to 11 has the advantage of presenting a support structure of smaller size and lighter than that constituting the first embodiment.
- the two upper rails or lateral uprights 40 serving to guide the upper rollers 41 are not arranged on either side of the structure 42 supporting the solar collectors but are arranged inside the frame defined by this structure 42, and this structure 42 and the solar collectors 43 that it carries define through windows 44 for the upper uprights 40 and the corresponding struts 46.
- This configuration reduces the mutual spacing of the two upper lateral uprights, that of the width of the rotary base that supports them and thus the length, weight and cost of its constituent elements.
- lighter sections by the meter can be used for the constitution of the rotary base.
- the length of the transverse beam 47 constituting the rotary base is close to half the width of the set of sensors (it is thus less than 3 meters for a set of solar collectors 4 meters by 6 meters,) and the length of the longitudinal beam 48, less than three quarters of the width of the set of sensors (it is thus for the same example less than 3 meters).
- the solar collectors are organized in different unit blocks 50-53, each having several associated panels (four panels joined by their long edges), and fixed on their frame 8 so as to that the two central blocks 51, 52 are placed against each other, and the two lateral blocks 50, 53 spaced from each other by a distance sufficient for the passage of a higher amount and of the corresponding forestay during the movement of the sensors between the high and low positions. In this case, in the example shown, this spacing is about 20 cm.
- the arrangement of the two windows of passage of the lateral uprights and struts can be modified, the essential being that at least two lateral unit blocks can be arranged on both sides of the structure.
- Another particularity of this embodiment relates to the actuator of the movements of the solar collectors, which here consists of a central element 54 fixed at half the length of the rotary base and a member movable in translation along an axis of translation AA 'parallel to the longitudinal beam 48 and pivotally connected to the lateral edge of the solar collector assembly found to define the lower edge of this assembly in the upper position of Figure 8.
- the fixed central element consists of an inclined rigid threaded rod whose inclination changes relative to the horizontal depending on the position of the panel, rotated by a motor, and the movable element, a sleeve threaded internally mounted on the rod and in pivot connection with the edge of the solar collector assembly.
- the central element and the movable element could equally be constituted respectively by the main body of a jack and its moving end.
- this element is placed halfway along the solar collector assembly and that lateral parts of this assembly are supported by the rails or lateral uprights by means of the upper rollers to ensure proper balancing and avoidance. all jamming compared to a structure with a single side cylinder, and cheaply and without synchronization problem in comparison with a structure with two side cylinders.
- a motor can be mounted directly on the bearings ensuring the rotation of the rotary base (or only on one of them) to ensure the azimuthal movement.
- the upper rollers 54 moving along the lateral uprights 40 do so on the upper wall of each upright (and no longer in the central core of this) and a complementary roller providing the function of hooking the mobile roller to the rail, is inserted into the web of the rail, the two rollers rotating in opposite directions on the two opposite faces of this rail wall.
- the presence of these two complementary rollers makes it possible to maintain without play the inclination of the solar collector assembly even in the event of strong wind, front or rear.
- bearings 56 through which the rotary base is rotated with respect to the ground no longer evolve in the central core of a concrete circulation ring as shown in Figure 5, but on a track plane for example consisting of metal plates juxtaposed to define an annular track, disc-shaped or any other large enough for the three bearings to overhang.
- This configuration makes it easier to install and assemble the system according to the invention.
- the set of solar collectors evolves between 10 ° of inclination with respect to the horizontal and 70 ° and the lateral uprights are rectilinear.
- multi-segment side posts such as those of FIGS. 1 to 5, should preferably be used to prevent jamming. or arches.
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Abstract
La présente invention concerne un équipement orientable de capteur solaire destiné au suivi de la course du Soleil, constitué par une embase (1) rotative autour d'un axe azimutal équipée d'une structure pour l'orientation d'un support (8) d'un capteur solaire basculant. Cette structure est constituée par deux ensembles de rails latéraux (4, 6) formant des chemins de guidage dans deux plans verticaux, ledit support (8) étant muni de chaque coté d'une paire de galets de roulement coopérant avec l'ensemble de rails correspondant (4, 6).
Description
EQUIPEMENT ORIENTABLE DE CAPTEUR SOLAIRE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne le domaine des héliostats et plus généralement des capteurs solaires orientables pour suivre la course du soleil.
Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est de s'orienter vers le Soleil tout au long de la journée, ce qui a pour effet d'augmenter la production d'énergie de manière substantielle. En effet, lorsque la surface du capteur n'est pas parfaitement perpendiculaire à la direction du soleil, la surface utile est minorée, en fonction du sinus de l'angle que forme la normale à la surface du capteur avec la direction du soleil. Comme la position du soleil varie constamment, à la fois pendant la journée, mais aussi pendant les différentes périodes de l'année, on modifie continûment l'orientation de la surface utile du capteur pour le placer au mieux par rapport au positionnement du Soleil (perpendiculaire au rayonnement si possible).
Suivre le soleil peut se faire sur deux axes : en azimut (d'est en ouest, à mesure de l'avancée de la journée) et en hauteur (selon la saison et, de nouveau, l'avancée de la journée). L'idéal est d'utiliser un suiveur à deux axes, mais il en existe aussi avec un seul (typiquement avec un suivi seulement en azimut, l'angle par rapport au sol étant fixé selon l'optimum local, qui dépend de la latitude.
Dans un pays à climat tempéré, l'augmentation de performance entre les panneaux fixes correctement orientés (orientés plein sud) et les suiveurs varie de 30 % à 45 % selon le dispositif. Le mécanisme de suivi peut utiliser un mécanisme d'horlogerie (en un lieu donné, la meilleure direction
d'orientation ne dépend que de l'heure et de la date) ou un dispositif d'asservissement.
Un suiveur peut porter des différents types de capteurs (au sens du présent brevet) : des modules solaires de n'importe quelle sorte: modules photovoltaïques "classiques", panneaux photovoltaïques à concentration composés d'une série de dispositifs optiques de concentration de la lumière (lentilles ou miroirs) sur des cellules photovoltaïques, capteur thermique, miroir réfléchissant vers un foyer, tour ou Stirling).
Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique le brevet FR2361600 qui concerne un support orienteur altazimutal permettant d'orienter un panneau en site et en azimut Ce support comprend un pivot vertical soutenu par un pilier fixe, une monture solidaire du pivot et portant le panneau par l'entremise d'articulations, une membrure de manoeuvre en azimut assujettie à la monture pour en définir l'orientation en azimut, des moyens de roulement lié à cette membrure et guidés par un rail circulaire, des moyens d'entraînement de ces moyens de roulement, une membrure de manoeuvre en site articulée sur le panneau et dotée d'un pied mobile se déplaçant le long de l'autre membrure, enfin des moyens d'entraînement de ce pied. Ce support peut être appliqué aux héliostats pour orienter de façon appropriée un panneau réfléchissant en vue de diriger les rayons solaires vers un objectif .
Le brevet US8578928 concerne des systèmes de panneaux solaires orientables, du type panneaux solaires comprenant une pluralité de plaques de collecte du rayonnement solaire, disposées sur une structure portante montée de manière à pouvoir basculer relativement à un tube horizontal,
lequel est à son tour monté rotatif sur l'extrémité d'une colonne de support, la structure porteuse des plaques comprenant deux cintres parallèles, sur lesquels est disposée transversalement une série de profilés longitudinaux de section en "C", sur lesquels sont disposés perpendiculairement des profilés coulissants de section carrée présentant une rainure ouverte dans la partie supérieure, sur lesquels sont fixées les plaques.
Le brevet européen EP2031323 décrit un système modulaire autonome et interactif de production d'énergie solaire. Ce système est formé d'un châssis oblong supportant le champ photovoltaïque qui reçoit l'énergie solaire, un suiveur d'azimut et de zénith, un générateur de moyens d ' actionnement et des moyens informatiques de commande. Le socle du châssis repose de manière rotative sur un axe fixé solidement sur le terrain et repose sur des moyens de roulement se déplaçant par rotation sur le terrant par rapport à l'axe fixe. Les moyens de roulement s'adaptent, pendant leur rotation, au terrain à l'aide de bascules associées à l'axe fixe qui permettent le balancement du châssis. Le socle est couplé à 1 ' axe fixe en position décentrée et les moyens de roulement sont aussi décentrés par rapport à l'axe fixe, ce qui permet au châssis de tourner selon le vent comme une girouette . Le brevet EP0114240 décrit des dispositifs d'orientation qui permettent d'orienter des appareils selon une trajectoire courbe. Il s'agit par exemple de dispositifs solaires comme des générateurs photovoltaïques , des chaudières solaires et des héliostats. Les appareils à orienter sont normale ment disposés de manière à pouvoir tourner autour d'un axe vertical. Le renversement nécessaire autour d'un axe horizontal est obtenu à l'aide d'au moins un élément de guidage commandé par la rotation autour de l'axe vertical.
L'élément de guidage relie à un point fixe (C), le point (B) se déplaçant avec l'appareil à orienter.
Le brevet FR2418488 a pour objet des dispositifs d'orientation automatique d'un capteur solaire. Un dispositif selon l'invention comporte un capteur solaire, monté pivotant autour d'un axe horizontal sur un support, qui est entraîné à vitesse uniforme d'un tour par 24 heures autour d'un axe vertical. Le dispositif comporte une tige sur laquelle coulisse un coulisseau portant un satellite astreint à suivre une courbe fixe, de forme ovale. Le coulisseau est relié au capteur par des bras articulés. La courbe ovale est obtenue au moyen d'un galet qui tend un fil de longueur constante passant sur des galets fixes.
Inconvénients de l'art antérieur
Les solutions de l'art antérieur présentent différents inconvénients. En premier lieu, les capteurs sont généralement supportés par un axe de basculement médian. Les efforts à appliquer sur cet axe sont importants, et nécessitent un couple moteur élevé pour assurer le déplacement de capteurs de grande surface, de plusieurs mètres-carrés, qui présentent une prise au vent importante.
Par ailleurs, la stabilité du positionnement de tels panneaux est médiocre, car elle est limitée par le couple de freinage au repos de l'axe de basculement. D'autre part, les structures de l'art antérieur nécessitent des travaux de terrassement et de liaison au sol très rigide pour garantir la stabilité du dispositif et la précision du suivi de la course du soleil.
Solution apportée par l'invention
Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un support orientable de capteur solaire destiné au suivi de la course du Soleil, constitué par une embase rotative autour d'un axe azimutal équipée d'une structure pour l'orientation d'un support d'un capteur solaire basculant caractérisé en ce que ladite structure est constituée par deux ensembles de rails latéraux formant des chemins de guidage dans deux plans verticaux, ledit support étant muni de chaque coté d'une paire de galets de roulement coopérant avec le rail correspondant.
Le terme de « capteur », au sens du présent brevet, désigne tout moyen présentant une surface d'interaction avec le rayonnement solaire, et en particulier : un ou plusieurs panneaux de cellules photovoltaïques
- un ou plusieurs miroirs un ou plusieurs panneaux absorbant avec un circuit de circulation de fluide caloriporteur.
De préférence, ladite embase présente deux rails rectilignes horizontaux parallèles pour le guidage respectivement d'un des galets de chacune desdites paires de galets .
Avantageusement, chacun desdits rails est prolongé par un rail incliné par rapport à un premier rail, pour le guidage respectivement du second des galets de chacune desdites paires de galets.
Selon une variante, chacun desdits rail incliné est constitué par un premier segment formant un angle compris entre 30 et 60° par rapport au premier rail et par un second
segment formant un angle compris entre 30° et 60° par rapport audit premier segment .
De préférence, chacun desdits ensemble de rails est étayé par un raidisseur s 'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de rail et l'embase.
Selon une variante, chacun desdits ensemble de rails est étayé par un raidisseur s 'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de rail et ledit rail horizontal.
Selon un mode de réalisation particulier, l'orientation dudit support est commandée par une chaîne entraînée par un moteur et reliée à l'un desdits galets.
Selon une variante particulière, ladite embase présente des galets coopérant avec un chemin de roulement fixe . Avantageusement, ledit chemin de roulement est constitué par un profilé présentant une section rectangulaire ouverte par une fenêtre latérale pour le passage de l'axe de liaison entre chacun desdits galets et l'embase.
Selon une autre variante ledit chemin de roulement est un anneau en béton. Cette variante permet de réduire les coûts .
Cependant, avec un tel chemin de roulement, il est nécessaire de prévoir un point d'ancrage au sol au centre de rotation de la structure pour éviter l'arrachement. Selon une autre variante, le chemin de roulement assurant la rotation autour d'un axe vertical de l'embase rotative est formé par une piste plane, de préférence métallique, de préférence constituée d'une succession de plaques métalliques disposées dans la forme désirée pour le
chemin de roulement, plaques placées sur une dalle de section carrée .
Selon un mode de réalisation particulier, lesdits galets sont des roues motorisées à rotor externe. De préférence, une seule roue parmi celles assurant la rotation de l'embase, est motorisée.
Selon une autre variante, les ensembles de rails latéraux s'inscrivent à l'extérieur ou à l'intérieur de l'encadrement défini par le support. De préférence, lorsque les ensembles de rails latéraux s'inscrivent à l'intérieur de l'encadrement défini par le support, le support et le capteur solaire définissent des fenêtres de passage de ces ensembles de rails.
Selon une autre caractéristique, l'orientation du support est commandée par un élément central déplaçant en translation en élément mobile en liaison pivot avec le support de capteur solaire .
Selon une autre caractéristique, les galets supérieurs sont formés de deux paires de galets latérales, les deux galets d'une même paire enserrant lors de leur rotation une paroi de l'ensemble de rail latéral correspondant.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de
1 ' invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
- la figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention
- la figure 2 représente une vue de dessus de l'embase du dispositif selon l'invention
- les figures 3 et 4 représentent des vues de coté avec le capteur respectivement en position repliée et en position déployée la figure 5 représente une vue détaillée de
1 'embase
- les figures 6 à 10 représentent des vues d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention à structure de support de moindre encombrement illustrant le dispositif respectivement :
* vu de côté en position basse (figure 6)
* vu en perspective de côté en position basse
(figure 7) * vu en perspective de côté en position haute
(figure 8)
* vu en perspective de dessus en position haute (figure 9)* vu de dessus en position haute (figure 10)
Le support orientable décrit à titre d'exemple selon une variante illustrée par les figures 1 à 5 annexées comprend une embase rotative par rapport à un rail de circulation (1) formant un chemin de roulement circulaire.
L'embase est constituée par un assemblage de poutres transversales (2, 3) et longitudinales (4, 5). Cette embase supporte deux paires latérales de deux montants (6, 7). Le cadre (8) sur lequel sont montés les capteurs est basculable par l'intermédiaire de galets inférieurs guidés par un chemin de roulement prévu sur les poutres longitudinales
(4, 5) et par des galets supérieurs guidés par un chemin de roulement prévu sur les montants inclinés (6).
L'assemblage de poutres (2 à 4) forme un cadre rigide prolongé par trois ensembles de roulement (9, 10) comprenant chacun un galet (11) coopérant avec le rail de circulation (1)· Ce rail de circulation présente dans l'exemple décrit une section transversale en « C » avec une surface de roulement horizontale annulaire (12), une surface supérieure annulaire (13) et une paroi tubulaire (14). Ce rail s'ouvre vers l'intérieur pour assurer un guidage stable des trois galets (11) reliés à l'embase par des axes supportés par une patte de liaison.
Un bloc-moteur (20) entraîne un câble ou une chaîne dont les extrémités sont reliées à des pattes de liaison pour assurer le déplacement de l'embase. Le bloc-moteur entraîne aussi un axe (21) assurant le basculement du cadre (8).
Ce cadre (8) présente des galets inférieurs (22, 23) et des galets (25) situés sur le coté, à mi-hauteur du cadre . Le galet inférieur (22) se déplace dans le rail horizontal (4). Le galet supérieur (25) se déplace dans le rail vertical (6) présentant un premier tronçon (30) incliné de 45° environ, prolongé par un deuxième tronçon (31) vertical.
Les deux tronçons (30, 31) forment un montant (6) dont la rigidité est assurée par un étai (7).
Le support est totalement autonome : il comporte un accumulateur rechargé par énergie solaire, assurant l'alimentation électrique des moteurs et des circuits électroniques de pilotage du suivi. Selon une variante de réalisation, le système selon l'invention peut intégrer un capteur de luminosité qui déclenchera son activation et ainsi
la rotation de l'embase et/ou des capteurs solaires, si la luminosité détectée dépasse un seuil.
Pilotage des déplacements
Le pilotage des déplacements est assuré selon un exemple de réalisation par deux moyens complémentaires :
Un accéléromètre trois axes lié mécaniquement au capteur solaire basculant
Un circuit électronique de commande assurant transitoirement des oscillations autour de l' axe vertical et mesurant la variation du niveau d' ensoleillement pour déterminer l'orientation azimutale optimale.
L ' accéléromètre ne peut pas détecter les mouvements de rotation par rapport à l'axe vertical puisqu'il mesure la projection du vecteur g sur cette même verticale. Par conséquent, 1 ' accéléromètre ne suffit pas pour mesurer les variations angulaires azimutales.
Le suivi azimutal se fait par rotation autour d'un axe vertical. On utilise un dispositif supplémentaire pour mesurer l'intensité en sortie des panneaux photovoltaïques .
Grâce à 1 ' accéléromètre , l'angle de hauteur du panneau est commandé pour que le capteur solaire soit orienté dans la position optimale face au soleil. Par ailleurs, le circuit électronique additionnel commande des variations de l'angle azimutal de manière à maximiser le courant en sortie.
Cela permet de garantir à tous moments un optimum de production électrique. L'énergie en sortie d'un panneau photovoltaïque n'est pas linéairement liée à l'ensoleillement.
En effet, la température joue elle aussi un rôle puisque plus les panneaux chaufferont, moins le rendement sera bon. La solution proposée permet donc de maximiser à tout moment l'énergie produite. Selon une variante de réalisation, il est possible d'utiliser un dispositif quatre quadrants permettant de calibrer les accéléromètres . En effet, les quadrants sont également éclairés seulement lorsque le système est en face du soleil. Chaque poutre longitudinale (4, 5) pourvue d'un chemin de roulement forme un rail inférieur, et chaque montant incliné 6 pourvu d'un chemin de roulement forme un rail supérieur 6. Le rail inférieur et le rail supérieur forment un ensemble de rails latéraux s 'étendant dans un même plan vertical P (repéré sur la figure 1), avec leurs chemins de roulement dans le prolongement l'un l'autre. Les deux ensembles de rails latéraux forment donc des chemins de guidage dans deux plans verticaux.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, les rails supérieurs 6 et les étais correspondants 7 sont disposés de part et d'autre du cadre 8 supportant les panneaux solaires. En conséquence, l'embase rotative formée par l'assemblage des poutres 2 à 4 dont les deux poutres latérales 4 supportent les rails supérieurs 6 et les étais 7 présentent une largeur sensiblement supérieure à celle des panneaux solaires. En l'occurrence, lorsque les capteurs solaires sont agencés pour former une paroi de 4 mètres sur 6 mètres, les poutres transversales 2, 3 présentent une longueur supérieure à 6 mètres et les poutres longitudinales, une longueur supérieure à 4 mètres et présentent chacune une hauteur suffisamment conséquente (de l'ordre de 25 cm) pour être dotée d'une rigidité suffisante compte tenu de leur longueur. Le rail de circulation
circulaire 1 est dimensionné en fonction de la taille conséquente de cette embase rotative et des cadres solaires qu'elle supporte, d'autant que dans ce mode de réalisation, les galets inférieurs 11 évoluent à l'intérieur de l'âme centrale du profilé 14 constitutif de cette couronne.
L'un des avantages de ce premier mode de réalisation est qu'il permet un basculement des capteurs solaires ample (de 90° en l'occurrence) puisque ceux ci peuvent évoluer entre la position basse de la figure 4 où ces capteurs sont orientés horizontalement (inclinés de 0° par rapport à l'horizon) et la position haute de la figure 5 où ces capteurs sont orientés verticalement en étant inclinés de 90° par rapport à l'horizon. Pour permettre ce débattement d'amplitude maximale et depuis une position totalement à plat, tout en évitant un arc-boutement , les montants verticaux 6 au sein desquels les galets supérieurs évoluent, sont définis en deux parties : le premier segment incliné à 30° vis à vis de l'horizon, et le deuxième segment incliné à 70°.
Le deuxième mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 6 à 11 présente quant à lui l'avantage de présenter une structure support de moindre encombrement et plus légère que celle constitutive du premier mode de réalisation.
En effet, selon ce mode de réalisation conformément notamment à la figure 7, les deux rails ou montants latéraux supérieurs 40 servant au guidage des galets supérieurs 41 ne sont pas disposés de part et d'autre de la structure 42 supportant les capteurs solaires mais sont disposés à l'intérieur de l'encadrement défini par cette structure 42, et cette structure 42 et les capteurs solaires 43 qu'elle porte définissent des fenêtres de traversée 44 pour les montants supérieurs 40 et les étais correspondants 46.
Cette configuration permet de réduire l'écartement mutuel des deux montants supérieurs latéraux, celle de la largeur de l'embase rotative qui les supporte et ainsi la longueur, le poids et le coût de ses éléments constitutifs. Ainsi, des profilés plus légers au mètre pourront être utilisés pour la constitution de l'embase rotative.
Ainsi, dans l'exemple représenté mieux visible sur la figure 10, la longueur de la poutre transversale 47 constitutive de l'embase rotative est proche de la moitié de la largeur de l'ensemble de capteurs (elle est ainsi inférieure à 3 mètres pour un ensemble de capteurs solaires de 4 mètres sur 6 mètres,) et la longueur de la poutre longitudinale 48, inférieure aux trois quarts de la largeur de l'ensemble de capteurs (elle est ainsi pour le même exemple inférieure à 3 mètres).
Conformément à la figure 10, pour définir les fenêtres de traversée 44, les capteurs solaires sont organisés en différents blocs unitaires 50-53 comptant chacun plusieurs panneaux associés (quatre panneaux accolés par leurs bords longs), et fixés sur leur cadre 8 de façon à ce que les deux blocs centraux 51, 52 soient accolés l'un contre l'autre, et les deux blocs latéraux 50, 53 espacés l'un de l'autre d'un écartement suffisant pour le passage d'un montant supérieur et de l'étai correspondant lors du débattement des capteurs entre les positions haute et basse. En l'occurrence, dans l'exemple représenté, cet écartement est d'environ 20 cm. Bien entendu, pour un nombre différent de blocs unitaires ou un nombre différent de capteurs solaires par bloc unitaire, la disposition des deux fenêtres de passage des montants latéraux et étais pourra être modifiée, l'essentiel étant qu'au moins deux blocs unitaires latéraux puisse être disposés de part et d'autre de la structure.
Une autre particularité de ce mode de réalisation concerne l'actionneur des mouvements des capteurs solaires qui est ici constitué d'un élément central 54 fixé à mi- longueur de l'embase rotative et un élément mobile en translation le long d'un axe de translation AA' parallèle à la poutre longitudinale 48 et en liaison pivot avec le bord latéral de l'ensemble à capteurs solaires se retrouvant à définir le bord inférieur de cet ensemble dans la position haute de la figure 8. Dans l'exemple représenté, l'élément central fixe est constitué d'une tige filetée rigide inclinée et dont l'inclinaison évolue par rapport à l'horizontale en fonction de la position du panneau, mue en rotation par un moteur, et l'élément mobile, d'un manchon fileté intérieurement monté sur la tige et en liaison pivot avec le bord de l'ensemble à capteurs solaires.
L'élément central et l'élément mobile pourraient tout autant être constitués respectivement par le corps principal d'un vérin et son extrémité mobile.
L'essentiel étant que cet élément soit disposé à mi- longueur de l'ensemble à capteurs solaires et que des parties latérale de cet ensemble soient supportées par les rails ou montants latéraux par l'intermédiaire des galets supérieurs pour assurer un bon équilibrage et éviter tout coincement en comparaison avec une structure à un unique vérin latéral, et à moindre coût et sans problème de synchronisation en comparaison avec une structure à deux vérins latéraux.
Un moteur pourra être monté directement sur les roulements assurant la rotation de l'embase rotative (ou seulement sur l'un d'eux) pour assurer le mouvement azimutal. Par ailleurs, les galets supérieurs 54 se déplaçant le long des montants latéraux 40 le font sur la paroi supérieure de chaque montant (et non plus dans l'âme centrale
de celui-ci) et un galet complémentaire assurant la fonction d'accroché du galet mobile au rail, est inséré dans l'âme du rail, les deux galets tournant en sens inverse sur les deux faces opposées de cette paroi de rail. La présence de ces deux galets complémentaires permet d'assurer le maintien sans jeu de l'inclinaison de l'ensemble à capteurs solaires même en cas de fort vent, avant ou arrière.
En outre, les roulements 56 par lesquels l'embase rotative est rendue mobile en rotation vis à vis du sol n'évoluent plus dans l'âme centrale d'une couronne de circulation en béton comme prévu sur la figure 5, mais sur une piste plane par exemple constituée de plaques métalliques juxtaposées pour définir une piste annulaire, en forme de disque ou toute autre suffisamment large pour que les trois roulements la surplombent. Cette configuration permet de faciliter l'implantation et le montage du système selon 1 ' invention .
Dans ce mode de réalisation, l'ensemble de capteurs solaires évolue entre 10° d'inclinaison par rapport à l'horizontal et 70° et les montants latéraux sont rectilignes. Bien entendu si un débattement plus ample de l'ensemble de panneaux devait être prévu, à partir en outre d'une position horizontale, des montants latéraux à plusieurs segments tels que ceux des figures 1 à 5, devraient être utilisés préférentiellement pour éviter les coincements ou arcs- boutements .
Claims
Revendications
1 — Equipement orientable de capteur solaire destiné au suivi de la course du Soleil, constitué par une embase (2, 4) rotative autour d'un axe azimutal équipée d'une structure pour l'orientation d'un support (8) d'un capteur solaire basculant caractérisé en ce que ladite structure est constituée par deux ensembles de rails latéraux (4, 6) formant des chemins de guidage dans deux plans verticaux, ledit support (8) étant muni de chaque coté d'une paire de galets (23, 25) de roulement coopérant avec l'ensemble de rails correspondant (4, 6).
2 — Equipement orientable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite embase présente deux rails (4) rectilignes horizontaux parallèles pour le guidage respectivement du galet inférieur (23).
3 — Equipement orientable selon la revendication précédente caractérisé en ce que chacun desdits rails (4) est prolongé par un rail incliné (6) par rapport audit rail correspondant (4), pour le guidage respectivement du galet supérieur (25).
4 — Equipement orientable selon la revendication précédente caractérisé en ce que chacun desdits rail incliné (6) est constitué par un premier segment (30) formant un angle compris entre 30 et 60° par rapport au premier rail et par un second segment (31) formant un angle compris entre 30° et 60° par rapport audit premier segment (30).
5 — Equipement orientable selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que chacun desdits ensemble de rails (4, 6) est étayé par un raidisseur (7) s 'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de rail et l'embase.
6 — Equipement orientable selon l'une au moins des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que chacun desdits ensemble de rails est étayé par un raidisseur s 'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de rail et ledit rail horizontal.
7 — Equipement orientable selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que l'orientation dudit support ( 8 ) est commandée par une chaîne entraînée par un moteur et reliée à l'un desdits galets. 8 — Equipement orientable selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite embase présente des galets (11) coopérant avec un chemin de roulement fixe .
9 — Equipement orientable selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit chemin de roulement est constitué par un profilé (14) présentant une section rectangulaire ouverte par une fenêtre latérale pour le passage de l'axe de liaison entre chacun desdits galets (11) et 1 ' embase . 10 — Equipement orientable selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que lesdits galets sont des roues motorisées à rotor externe.
11 — Equipement orientable selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit chemin de roulement est constitué par un anneau en béton.
12 — Equipement orientable selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un système de pilotage des déplacements comprenant les moyens complémentaires suivants:
Un accéléromètre trois axes (peut être un axe ou inclinomètre ) lié mécaniquement au capteur solaire basculant
Une mesure de puissance ou d'intensité en sortie de la cellule photovoltaïque ou encore une mesure d' ensoleillement
Un circuit électronique de commande assurant le positionnement optimal en hauteur grâce à la mesure prise par 1 ' accéléromètre ainsi que le positionnement optimal en azimut en maximisant par recherche itérative la puissance produite
13 — Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les ensembles de rails latéraux s'inscrivent à l'extérieur ou à l'intérieur de l'encadrement défini par le support.
14 — Equipement selon la revendication précédente, dans lequel, lorsque les ensembles de rails latéraux s'inscrivent à l'intérieur de l'encadrement défini par le support, le support et le capteur solaire définissent des fenêtres de passage de ces ensembles de rails.
15 — Equipement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'orientation du support est commandée par un élément central déplaçant en translation un élément mobile en liaison pivot avec le support de capteur solaire.
16 — Equipement selon l'une quelconque des revendications, dans lequel les galets supérieurs sont formés de deux paires de galets latérales, les deux galets d'une même paire enserrant lors de leur rotation une paroi de l'ensemble de rail latéral correspondant.
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| FR3047131B1 (fr) | 2018-03-02 |
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