EP3391534A1 - Système pour suivi optimise de source lumineuse - Google Patents

Système pour suivi optimise de source lumineuse

Info

Publication number
EP3391534A1
EP3391534A1 EP16825483.7A EP16825483A EP3391534A1 EP 3391534 A1 EP3391534 A1 EP 3391534A1 EP 16825483 A EP16825483 A EP 16825483A EP 3391534 A1 EP3391534 A1 EP 3391534A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thermal actuator
solar
thermal
incidence
sliding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16825483.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien QUENARD
Philippe Coronel
Gabriel DELEPIERRE
Gilbert PITONE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delta Concept SAS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Delta Concept SAS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Delta Concept SAS, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3391534A1 publication Critical patent/EP3391534A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/42—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with only one rotation axis
    • F24S30/425—Horizontal axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S2030/10—Special components
    • F24S2030/11—Driving means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to the optimized tracking of a light source, and in particular receivers or solar panels whose orientation changes depending on the position of the sun.
  • Solar panels recover energy in different forms: photovoltaic panels convert solar energy into electrical energy and thermal panels convert solar energy into heat in a heat transfer fluid.
  • the document WO2010 / 127262 describes a system for orienting the angular position of a pivoting solar panel.
  • the angular position of the solar panel is controlled autonomously by two thermal actuators soliciting the solar panel in opposite manner.
  • the thermal actuators are subjected to distinct radiation by the sun, due to the movement of a movable shutter.
  • Each thermal actuator is here formed of a bimetallic thermostatic bimetallic. For a given solar radiation, the thermal actuators undergo a different heating leading to a pivoting of the solar panel to a position of equilibrium, for which the solar illumination is optimal.
  • Such a system has disadvantages. Such a system is unsuitable for modulating the amplitude of pivoting of the solar panel according to the season. Such a system is, for example, excessively sensitive to the temperature variation of the external environment. In addition, the system has dimensions quite difficult to industrialize.
  • JP H1 1 354824 discloses a tracking system of a source of light energy.
  • This system comprises a solar receiver pivotally mounted relative to an axis, a thermomechanical transducer provided with first and second thermal actuators each having a thermostatic bimetallic deformed according to the solar radiation they receive.
  • Luminous filtering elements surmount the thermal actuators.
  • the invention aims to solve one or more of these disadvantages.
  • the invention thus relates to a system for monitoring a source of energy light as defined in claim 1.
  • the invention also relates to the variants defined in the dependent claims. It will be understood by those skilled in the art that each of the features of the variants of the dependent claims may be independently combined with the features of claim 1, without necessarily constituting an intermediate generalization.
  • FIG 1 is a schematic side view of a solar panel system orientable autonomously, according to an exemplary implementation of the invention.
  • FIG 2 is a schematic sectional view of a first variant of autonomous actuator for the implementation of the invention.
  • FIG 3 schematically illustrates fins of a light filtering device and its operating parameters
  • FIG. 4 illustrates a schematic sectional view of a bimetallic strip for an autonomous actuator
  • FIG 5 is a schematic sectional view of a second variant of autonomous actuator for the implementation of the invention.
  • FIG. 6 is a diagrammatic sectional view of a first variant of an exemplary thermal actuator for a mechanical transmission of the system
  • FIG. 7 is a diagrammatic sectional view of a second variant of thermal actuator for a mechanical transmission of the system
  • FIGS. 8 and 9 illustrate two different positions of a transmission member of the mechanical transmission.
  • the invention proposes to drive a solar energy receiver (for example a solar panel) pivotally about an axis, by means of two thermal actuators receiving solar radiation with distinct sensitivities, soliciting the solar energy receiver in opposite directions.
  • the sliding of these thermal actuators is converted into pivoting of the solar receiver by a mechanical transmission.
  • Another thermal actuator modifies the transmission ratio between the sliding stroke of the thermal actuators and the pivoting stroke of the solar receiver.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a solar energy recovery system 1 according to an exemplary embodiment.
  • the solar energy recovery system 1 comprises a solar panel 2, thermal actuators 3 and 4, and a mechanical transmission 5.
  • the structure of the system 1 is described for illustrative purposes but may of course be implemented differently in the context of the invention.
  • the solar panel 2 is here a photovoltaic panel but the invention also applies to any other type of solar panel, for example a solar thermal panel or a reflector of a solar concentrator.
  • the solar panel 2 here comprises a group of photovoltaic cells 21 and a frame or frame 22.
  • the photovoltaic cells 21 are fixed to the frame 22.
  • the solar panel 2 further comprises a vertical base 23 embedded in the ground 25.
  • the assembly frame 22 / photovoltaic cells 21 is pivotally mounted about an axis 24. The angle of incidence of the sun on the photovoltaic cells 21 can thus be modified as a function of the pivoting of the frame 22 about the axis 24.
  • the energy recovery system 1 comprises a thermomechanical transducer, including thermal actuators 3 and 4 biasing the solar panel 2 in opposite directions of rotation about the axis 24, by means of respective drive members 31. and 41 (the driving members 31 and 41 being secured to form the same drive member).
  • the drive members 31 and 41 are slidably driven (along a horizontal axis in the example) and are coupled to a mechanical transmission 5.
  • the mechanical transmission 5 is fixed to the frame 22 and converts the sliding of the drive members 31 and 41 as pivoted solar panel 2 about the axis 24.
  • the thermal actuators 3 and 4 each comprise at least one thermostatic bimetallic deformed depending on the solar radiation received.
  • the thermal actuators 3 and 4 are respectively surmounted by luminous filtering members 33 and 43.
  • the luminous filtering members 33 and 43 are intended to have a respective optimum incidence direction, for which the transmitted light power is maximum.
  • the light power transmitted by each filter element decreases, when the incidence of solar radiation is inclined relative to its optimal direction of incidence.
  • the respective optimum bearing directions of the thermal actuators 3 and 4 are different.
  • An example of a light filtering member is detailed below.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a first variant of thermal actuator 4 for the implementation of the invention.
  • the thermal actuator 4 here comprises a rod forming the drive member 41.
  • the thermal actuator 4 comprises a support fixed to the ground 25.
  • the rod 41 is slidably mounted relative to the support in a horizontal direction.
  • the support here comprises a side wall 421, and lids 423 and 425.
  • the support advantageously delimits a closed cavity 422 via the side wall 421 (for example of circular or rectangular section) and lids 423 and 425.
  • side wall 421 typically has a cylindrical shape, with a generatrix parallel to the sliding direction of the rod 41.
  • the rod 41 is slidably mounted via a guide surface 424 of the cover 423.
  • thermostatic bimetals 413 is housed inside the cavity 422.
  • the sliding guide of the rod 41 can The movements of the rod 41 are applied to the mechanical transmission 5.
  • the thermal actuator 4 is positioned to receive the solar radiation selectively as a function of the angle of rotation. incidence of this solar radiation.
  • the light filtering member 43 is thus interposed between the solar radiation and the thermal actuator 4.
  • the light filtering member 43 is here formed of a succession of opaque or reflecting lamellae 431, inclined with respect to the horizontal and vertically. The strips are here fixed on the upper surface of the side wall 421. Spaces are formed between the lamellae 431 to allow the light to reach the cavity 422 according to certain incidences. The inclination of the lamellae 431 makes it possible to define the optimum direction of incidence of the luminous filtering member 43.
  • FIG. 3 illustrates an example of lamella geometry 431 making it possible to give an example of a proportion of solar radiation that can reach the thermal actuator 4.
  • the proportion T of radiation reaching the transparent cavity can be defined as
  • the lamellae 431 may advantageously have a reflective back surface and an absorbent front surface to maximize the effect of solar radiation.
  • the lamellae 431 may for example have an inclination of between 20 and 70 °, typically an inclination of 45 °.
  • the lamellae 431 may have a flat shape.
  • the number of lamellae 431 makes it possible to determine the accuracy of the system with respect to the solar radiation.
  • the lamellae 431 may be fixed by any appropriate means (screw, glue, weld) on the side wall 421, or on another support remote from the wall 421, in order to provide a space between these lamellae 431 and the side wall 421.
  • the bimetallic strips 413 are deformed as a function of the radiation received by the support. A temperature variation of the bimetallic strips 413 leads to a variation in their bulk in the direction of sliding of the rod 41.
  • the bimetals 413 are configured to drive the rod 41 in sliding, for example during an increase in their temperature.
  • the rod 41 is here secured to a stop ring 412.
  • An overlap of bimetals 413 has one end in contact with the ring 412 and another end in contact with the bottom cover 425.
  • the thermal actuator thus comprises a superimposition of bimetallic strips 413.
  • the bimetallic bimetals 413 each form a concave plate at a temperature of 20 ° C.
  • the concavities of FIG. at least two superposed bimetals 413 have opposite orientations.
  • Two successive bimetallic strips 413 of the stack can be fixed together by their periphery, or simply be pressed together against each other. their periphery due to the return force exerted by the rod 31 of the thermal actuator 3 disposed in symmetry, or because of a possible unillustrated return spring.
  • the bimetals 413 may for example have a shape (in projection in the sliding direction of the rod 41) circular, rectangular or square.
  • the bimetallic strips 413 chosen are advantageously of the type with progressive deformation over the target operating temperature range, in order to be able to carry out a progressive drive of the solar panel 2.
  • the use of a closed cavity 422 aims to maximize the heating of the thermostatic bimetals 413 for a given solar radiation power.
  • the closed cavity 422 makes it possible to create a greenhouse effect by radiative forcing. Such a greenhouse effect maximizes the heating of bimetallic strips 413 regardless of the orientation of the sun.
  • the side wall 421 is transparent to the solar radiation and typically allows more than 50% of the incident solar radiation to pass to the cavity 422.
  • the side wall 421 may for example be made of different transparent materials such as glass, polycarbonate, methacrylate, or plexiglass.
  • the inner or outer face of the side wall 421 comprises a reflective coating, intended to reflect the incident light radiation from the inside of the cavity 422, but intended to let the light radiation from outside pass through, in order to maximize the thermal energy that can be transferred to bimetallic strips 413.
  • an outer face or an inner face of the side wall 421 comprises a coating absorbing solar radiation to convert it into thermal energy.
  • a side wall 421 having a combination of two or more transparent insulated walls separated by gas or vacuum.
  • Identical properties and structures can be used for lids cooperating with the side wall 421 to delimit a closed cavity 422.
  • the cavity 422 is filled with gas (for example air or argon) or is placed under vacuum, in order to limit the heat exchange between the cavity 422 and the outside.
  • the cavity 422 may be hermetic with respect to the outside, or on the contrary present openings if it is desired on the contrary to reduce the temperature gradient applied on the bimetals 413 for a given solar radiation.
  • the thermal actuator 3 has the same structure as the thermal actuator 4 but is arranged symmetrically with the thermal actuator 4.
  • the light filtering member 33 of the thermal figure 3 has an optimal direction of incidence. different from that of the luminous filtering member 43. The difference in the optimal incidence directions is for example obtained by using lamellae having different orientations for the luminous filtering members 33 and 43.
  • thermal actuator 3 exerting in the opposite direction reduces the sensitivity of the system 1 to the ambient temperature. Indeed, the effect of the ambient temperature on a thermal actuator will be compensated by the effect of this same ambient temperature on the other thermal actuator.
  • Figure 4 is a schematic sectional view of an example of bimetallic 413 can be included in a thermal actuator 4 of a system 1 according to the invention.
  • a bimetal usually comprises two layers of different metals, flexible, welded or glued or riveted by any suitable means against each other. These two metal layers are frequently cold rolling welded. Commonly used bimetals include invar and nickel having different expansion coefficients. Since the thermal expansion of the two layers is different, the bimetallic strip deforms with temperature variations.
  • the bimetallic strip 413 thus comprises a first layer 415 integral with a second layer 414.
  • the material of the first layer 415 here has a coefficient of thermal expansion less than that of the layer 414.
  • the layer 414 presenting the highest coefficient of thermal expansion, advantageously comprises a coating 418 (for example in the form of paint, surface texturing, or deposition) intended to promote the light absorption and therefore the heating of the layer 414.
  • bimetallic bames such as that sold under the reference 108 SP provided for example by the company IMPHY, can for example be used.
  • the bimetallic strip 413 here forms a concave shaped plate at a temperature of 20 ° C.
  • a through bore 416 is formed in the middle part of the bimetal 413, through the layers 414 and 415 and through the coating 418.
  • the bore 416 allows the passage of the rod 41 to allow its sliding. By elsewhere, the edges of the bores 416 can be used to ensure sliding guidance of the rod 41.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a second variant of thermal actuator 4 for the implementation of the invention.
  • the thermal actuator 4 also comprises a support fixed to the ground 25, a rod forming the drive member 41 and slidably mounted relative to the support.
  • the support here comprises a side wall 421, and covers 423 and 425, delimiting a closed cavity 422.
  • An overlay of thermostatic bimetals 413 is housed inside the cavity 422. The movements of the rod 41 are applied to the transmission mechanical 5.
  • a light filtering member 43 is interposed between the solar radiation and the thermal actuator 4.
  • the light filtering member 43 is formed of a succession of opaque or reflecting lamellae 431, inclined relative to the horizontal and the vertical and fixed on the upper surface of the side wall 421. Spaces are formed between the lamellae 431 to allow the light to reach the cavity 422 according to certain incidences. The inclination of the lamellae 431 makes it possible to define the optimum direction of incidence of the luminous filtering member 43.
  • the bimetallic strips 413 are deformed as a function of the radiation received by the support. A temperature variation of the bimetallic strips 413 leads to a variation in their bulk in the direction of sliding of the rod 41.
  • the bimetals 413 are configured to drive the rod 41 in sliding, for example when their temperature drops.
  • the rod 41 is here secured to a stop ring 412.
  • An overlap of bimetallic strips 413 has one end in contact with the ring 412 and another end in contact with the cover 423.
  • the thermal actuator 4 may have the following thermal balance:
  • thermomechanical transformation coefficient of the combination of bimetals 413 (A will be defined for example according to the dimensions, materials and the number of bimetallic strips 413). We can then define the following relation:
  • the linearity of the thermal actuator 4 is favored by the presence of a closed cavity 422 and also depends on the choice of material for the bimetallic strips 413.
  • the linearity of the thermal actuator 4 can also be favored by the bimetallic production parameters. 413.
  • Simulations have been carried out with different configurations of thermal actuator 4. Simulations have in particular been carried out with bimetals of circular shape in projection, having a concavity at a temperature of 20 ° C, formed from a composition of 108SP, and subjected to a temperature variation of 75 ° C.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a first variant of mechanical transmission 5.
  • the mechanical transmission 5 has a function of transforming the sliding of the driving member formed of the rods 31 and 41, pivotally solar panel 2 about the axis 24 (here represented in the form of a tree).
  • the mechanical transmission 5 also has a function of modifying the transmission ratio between the sliding stroke of the rods 31 and 41, and the pivot angle of the solar panel 2, as a function of the ambient temperature.
  • the mechanical transmission 5 comprises a thermal actuator 6 with thermostatic bimetals 613.
  • the thermal actuator 6 comprises a support 62. One end of each of the rods 31 and 41 is embedded in the support 62, in order to drive the thermal actuator 6 in horizontal sliding.
  • the thermal actuator 6 here comprises a rod 51, sliding vertically relative to the support 62.
  • the position of the rod 51 defines the transmission ratio of the mechanical transmission 5, as detailed below.
  • the support 62 here comprises a side wall 621, and covers 623 and 625.
  • the support 62 advantageously delimits an open cavity 622, unillustrated orifices that can be arranged in the side wall 621 and / or in the covers 623 and 625. cavity 622 is intended to communicate with the outside so that its temperature is representative of that of the ambient air.
  • the side wall 621 and / or the covers 623 and 625 are opaque (and advantageously reflective) in order to mask the bimetals 613 with respect to the solar radiation, to limit the power of the solar radiation in the cavity 622, and thus to limit the heating of the bimetallic strips. 613 induced by this solar radiation.
  • the rod 51 can be slidably mounted via a cover guide 623.
  • An overlay of thermostatic bimetals 613 is housed inside the cavity 622.
  • the thermostatic bimetals 613 may have a structure similar to that of the thermostatic bimetals 413 previously detailed.
  • the bimetallic strips 613 are deformed as a function of the ambient temperature in the cavity 622. A temperature variation of the bimetallic strips 613 leads to a variation in their bulk in the direction of sliding of the rod 51.
  • the bimetals 613 are configured to drive the rod 51 in sliding, for example during an increase in their temperature.
  • the rod 51 is here secured to a stop ring 612.
  • An overlap of bimetallic strips 613 has one end in contact with the ring 612 and another end in contact with the bottom cover 625.
  • the thermal actuator 6 here comprises a return spring 61 1 compressed between the ring 612 and the cover 623, to exert a return force on the ring 612 in a direction opposite to the force generated by the bimetallic strips 613 when their dilatation.
  • a transmission member 53 is attached to the lower end of the rod 51.
  • the transmission member 53 has for example a spherical shape or cylindrical.
  • the transmission member 53 is slidably mounted in a stirrup 54.
  • the stirrup 54 belongs to a lever 52 integral with the solar panel 2.
  • the stirrup 54 is eccentric with respect to the pivot axis 24.
  • the drive member 53 is driven in horizontal sliding with the same stroke as the rods 31 and 41.
  • the distance between the drive member 53 and the axis of rotation is driven in horizontal sliding with the same stroke as the rods 31 and 41.
  • thermal actuator 6 makes it possible to take account of the ambient temperature in order to adapt the pivoting travel of the solar panels 2.
  • the thermal actuator 6 makes it possible, for example, to compensate for a lower ambient temperature in winter, by a greater lever between the drive member 53 and the axis 24, to compensate for greater heat dissipation between the actuators 3 and 4 and the ambient air.
  • Figure 8 illustrates for example the position of the drive member 53 when the ambient air is colder and bimetals 613 are contracted.
  • the lever arm exerted by the drive member 53 on the yoke 54 is then more important.
  • FIG. 9 illustrates, for example, the position of the drive member 53 when the ambient air is hotter and the bimetallic strips 613 are expanded.
  • the lever arm exerted by the drive member 53 on the yoke 54 is then smaller.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of a second variant of mechanical transmission 5.
  • the return spring 61 1 is replaced by a thermal actuator 7 sensitive to solar radiation.
  • the thermal actuator 7 is arranged in the alignment of the thermal actuator 6.
  • the thermal actuator 7 comprises a support 72 embedded in the support 62.
  • the rods 31 and 41 therefore also drive the thermal actuator 7 in horizontal sliding.
  • the support 72 here comprises a side wall 721 and a cover 723.
  • the support 72 advantageously delimits a closed cavity 722.
  • a superposition of thermostatic bimetals 713 is housed inside the cavity 722.
  • the cavity 722 is intended to capture the radiation solar, so that this solar radiation optimally heats the bimetallic strips 713.
  • the cavities 622 and 722 are separated by a wall 55 intended to thermally isolate them.
  • the wall 55 is traversed by the rod 51, and may be used to ensure sliding guidance of the rod 51.
  • the bimetals 713 are deformed as a function of the radiation received by the support 72.
  • a temperature variation of the bimetals 713 leads to a variation of their bulk in the direction of sliding of the rod 51.
  • the bimetals 713 are configured to drive the rod 51 in sliding, for example during an increase in their temperature, in compensation of the forces exerted by the thermal actuator 6 on this rod 51.
  • the rod 51 is here secured to an abutment ring 712.
  • An overlap of bimetallic strips 713 has one end in contact with the ring 712 and another end in contact with the bottom cover 723.
  • these bimetallic strips 713 exert a compensating force on the rod 51 with respect to the force exerted on this rod 51 by the thermal actuator 6.
  • T422 T0 + (E * sin ( ⁇ )) / (K * S)
  • the temperature T613 of the bimetallic strips 613 is T0 and the temperature T713 of the bimetallic strips 713 is defined by the following relationship (assuming the same parameters A, K and S for the thermal actuator 7), taking into account a solar power of E * cos ( ⁇ ) reaching the cavity 722:
  • T722 T0 + (E * cos ( ⁇ )) / (K * S)
  • the pivot angle ⁇ of the stirrup 54 (and thus of the solar panel 2) can then be defined by:
  • an application has been described for driving a solar panel 2.
  • any other solar receiver such as a mirror, configured to send light radiation back to a target, to inside a building or outside.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un système de suivi d'une source d'énergie lumineuse (1 ), comprenant : -un récepteur solaire (2) monté pivotant; -un transducteur thermomécanique (3, 4), comprenant : -des premier (3) et deuxième (4) actionneurs thermiques ayant chacun un bilame thermostatique déformé en fonction du rayonnement solaire qu'ils reçoivent; -un premier organe de filtrage lumineux (33) surmontant le premier actionneur (3); -un deuxième organe de filtrage lumineux (43) surmontant le deuxième actionneur (4); -un organe d'entraînement (31,41 ) présentant une direction de coulissement; -une transmission mécanique (5) transformant le coulissement de l'organe d'entraînement (31,41 ) en pivotement dudit récepteur solaire, et comprenant un troisième actionneur thermique à bilame thermostatique déformé en fonction de la température ambiante et isolé du rayonnement solaire, dont la déformation modifie le rapport de transmission entre la course de coulissement de l'organe d'entraînement et l'angle de pivotement dudit récepteur solaire (2).

Description

SYSTEME POUR SUIVI OPTIMISE DE SOURCE LUMINEUSE
L'invention concerne le suivi optimisé d'une source lumineuse, et en particulier les récepteurs ou panneaux solaires dont l'orientation change en fonction de la position du soleil.
Les panneaux solaires récupèrent de l'énergie sous différentes formes : les panneaux photovoltaïques convertissent l'énergie solaire en énergie électrique et les panneaux thermiques convertissent l'énergie solaire en chaleur dans un fluide caloporteur.
Du fait des niveaux de puissance récupérée relativement réduits, il s'avère particulièrement important d'optimiser la récupération d'énergie solaire par de tels panneaux solaires. Ainsi, des développements techniques ont été réalisés afin de changer l'orientation de panneaux solaires en fonction de la position du soleil. En modifiant l'angle d'incidence du soleil sur un panneau solaire, on peut ainsi optimiser en continu la quantité d'énergie récupérée, à différents moments de la journée ou à différentes saisons.
Le document WO2010/127262 décrit un système d'orientation de la position angulaire d'un panneau solaire pivotant. La position angulaire du panneau solaire est contrôlée de façon autonome par deux actionneurs thermiques sollicitant le panneau solaire de façon opposée. Les actionneurs thermiques sont soumis à des rayonnements distincts par le soleil, du fait du mouvement d'un obturateur mobile. Chaque actionneur thermique est ici formé d'un bilame thermostatique de grande dimension. Pour un rayonnement solaire donné, les actionneurs thermiques subissent un échauffement différent conduisant à un pivotement du panneau solaire jusqu'à une position d'équilibre, pour laquelle l'illumination solaire est optimale.
Un tel système présente des inconvénients. Un tel système est inadapté pour moduler l'amplitude du pivotement du panneau solaire en fonction de la saison. Un tel système est par exemple excessivement sensible à la variation de température de l'environnement extérieur. En outre, le système présente des dimensions assez difficiles à industrialiser.
Le document JP H1 1 354824 décrit un système de suivi d'une source d'énergie lumineuse. Ce système comporte un récepteur solaire monté pivotant par rapport à un axe, un transducteur thermomécanique muni de premier et deuxièmes actionneurs thermiques ayant chacun un bilame thermostatique déformé en fonction du rayonnement solaire qu'ils reçoivent. Des organes de filtrage lumineux surmontent les actionneurs thermiques.
L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un système de suivi d'une source d'énergie lumineuse, tel que défini dans la revendication 1 . L'invention porte également sur les variantes définies dans les revendications dépendantes. L'homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes des revendications dépendantes peut être combinée indépendamment aux caractéristiques de la revendication 1 , sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 est une vue de côté schématique d'un système à panneau solaire orientable de façon autonome, selon un exemple de mise en œuvre de l'invention.
-la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une première variante d'actionneur autonome pour la mise en œuvre de l'invention ;
-la figure 3 illustre schématiquement des ailettes d'un dispositif de filtrage lumineux et ses paramètres de fonctionnement ;
-la figure 4 illustre une vue en coupe schématique d'un bilame pour un actionneur autonome ;
-la figure 5 est une vue en coupe schématique d'une deuxième variante d'actionneur autonome pour la mise en œuvre de l'invention ;
-la figure 6 est une vue en coupe schématique d'une première variante d'un exemple d'actionneur thermique pour une transmission mécanique du système ;
-la figure 7 est une vue en coupe schématique d'une deuxième variante d'actionneur thermique pour une transmission mécanique du système ;
-les figures 8 et 9 illustrent deux positions différentes d'un organe de transmission de la transmission mécanique. L'invention propose d'entraîner un récepteur d'énergie solaire (par exemple un panneau solaire) en pivotement autour d'un axe, au moyen de deux actionneurs thermiques recevant le rayonnement solaire avec des sensibilités distinctes, sollicitant le récepteur d'énergie solaire dans des sens opposés. Le coulissement de ces actionneurs thermiques est transformé en pivotement du récepteur solaire, par une transmission mécanique. Un autre actionneur thermique modifie le rapport de transmission entre la course de coulissement des actionneurs thermiques et la course du pivotement du récepteur solaire.
La figure 1 est une vue de côté schématique d'un système de récupération d'énergie solaire 1 selon un exemple de mode de réalisation. Le système de récupération d'énergie solaire 1 comprend un panneau solaire 2, des actionneurs thermiques 3 et 4, et une transmission mécanique 5. La structure du système 1 est décrite à titre illustratif mais peut bien entendu être mise en œuvre différemment dans le cadre de l'invention. Le panneau solaire 2 est ici un panneau photovoltaïque mais l'invention s'applique également à tout autre type de panneau solaire, par exemple un panneau solaire thermique ou un réflecteur d'un concentrateur solaire.
Le panneau solaire 2 comporte ici un groupe de cellules photovoltaïques 21 et un cadre ou châssis 22. Les cellules photovoltaïques 21 sont fixées sur le cadre 22. Le panneau solaire 2 comporte en outre un piétement vertical 23 encastré dans le sol 25. L'ensemble cadre 22/cellules photovoltaïques 21 est monté pivotant autour d'un axe 24. L'angle d'incidence du soleil sur les cellules photovoltaïques 21 peut ainsi être modifié en fonction du pivotement du cadre 22 autour de l'axe 24.
Le système de récupération d'énergie 1 comporte un transducteur thermomécanique, incluant des actionneurs thermiques 3 et 4 sollicitant le panneau solaire 2 dans des sens de rotation opposés autour de l'axe 24, par l'intermédiaire d'organes d'entraînement respectifs 31 et 41 (les organes d'entraînement 31 et 41 étant solidarisés pour former un même organe d'entraînement). Les organes d'entraînement 31 et 41 sont entraînés en coulissement (selon un axe horizontal dans l'exemple) et sont accouplés à une transmission mécanique 5. La transmission mécanique 5 est fixée sur le cadre 22 et transforme le coulissement des organes entraînement 31 et 41 en pivotement du panneau solaire 2 autour de l'axe 24. Comme détaillé par la suite, les actionneurs thermiques 3 et 4 comportent chacun au moins un bilame thermostatique déformé en fonction du rayonnement solaire reçu. Les actionneurs thermiques 3 et 4 sont surmontés respectivement par des organes de filtrage lumineux 33 et 43. Les organes de filtrage lumineux 33 et 43 sont destinés à présenter une direction d'incidence optimale respective, pour laquelle la puissance lumineuse transmise est maximale. La puissance lumineuse transmise par chaque organe de filtrage diminue, lorsque l'incidence du rayonnement solaire est inclinée par rapport à sa direction d'incidence optimale. Les directions d'incidence optimales respectives des actionneurs thermiques 3 et 4 sont différentes. Un exemple d'organe de filtrage lumineux est détaillé par la suite.
La figure 2 est une vue en coupe schématique d'une première variante d'actionneur thermique 4 pour la mise en œuvre de l'invention. L'actionneur thermique 4 comporte ici une tige formant l'organe d'entraînement 41 . L'actionneur thermique 4 comporte un support fixé au sol 25. La tige 41 est montée coulissante par rapport au support selon une direction horizontale. Le support comporte ici une paroi latérale 421 , et des couvercles 423 et 425. Le support délimite avantageusement une cavité fermée 422 par l'intermédiaire de la paroi latérale 421 (par exemple de section circulaire ou rectangulaire) et des couvercles 423 et 425. La paroi latérale 421 présente typiquement une forme cylindrique, avec une génératrice parallèle à la direction de coulissement de la tige 41 . En particulier, la tige 41 est montée coulissante par l'intermédiaire d'une portée de guidage 424 du couvercle 423. Une superposition de bilames thermostatiques 413 est logée à l'intérieur de la cavité 422. Le guidage en coulissement de la tige 41 peut également être mis en œuvre par l'intermédiaire des bilames thermostatiques 413. Les mouvements de la tige 41 sont appliqués sur la transmission mécanique 5. L'actionneur thermique 4 est positionné pour recevoir le rayonnement solaire de façon sélective en fonction de l'angle d'incidence de ce rayonnement solaire. L'organe de filtrage lumineux 43 est ainsi interposé entre le rayonnement solaire et l'actionneur thermique 4. L'organe de filtrage lumineux 43 est ici formé d'une succession de lamelles opaques ou réfléchissantes 431 , inclinées par rapport à l'horizontale et à la verticale. Les lamelles sont ici fixées sur la surface supérieure de la paroi latérale 421 . Des espaces sont ménagés entre les lamelles 431 pour permettre à la lumière d'atteindre la cavité 422 selon certaines incidences. L'inclinaison des lamelles 431 permet de définir la direction d'incidence optimale de l'organe de filtrage lumineux 43.
La figure 3 illustre un exemple de géométrie de lamelles 431 permettant de donner un exemple de proportion de rayonnement solaire pouvant atteindre l'actionneur thermique 4. Avec a l'inclinaison des ailettes 431 par rapport à la verticale, Θ l'angle d'incidence du rayonnement solaire par rapport à la verticale, a le pas entre les ailettes 431 , la largeur Y de la surface latérale 421 illuminée entre deux ailettes peut se définir comme suit :
Y = a * tan (Θ) / tan (a)
Pour Θ compris dans l'intervalle [0, a], la proportion T de rayonnement atteignant la cavité transparente peut se définir comme
T= tan (Θ) / tan (a) Pour un rayonnement solaire de puissance E appliqué avec l'incidence Θ, la puissance solaire atteignant la paroi latérale 421 peut approximativement se définir par la relation :
P = E * tan (Θ) / tan (a)
Les lamelles 431 peuvent avantageusement présenter une surface arrière réfléchissante et une surface frontale absorbante, afin de maximiser l'effet du rayonnement solaire. Les lamelles 431 pourront par exemple présenter une inclinaison comprise entre 20 et 70°, typiquement une inclinaison de 45°. Les lamelles 431 pourront présenter une forme plane. Les lamelles 431 pourront être disposées pour garantir qu'un rayon incident à Θ = 0° n'atteint pas la paroi latérale 421 . Le nombre des lamelles 431 permet de déterminer la précision du système par rapport au rayonnement solaire. Les lamelles 431 peuvent être fixées par tous moyens appropriés (vis, collage, soudures) sur la paroi latérale 421 , ou sur un autre support distant de la paroi 421 , afin de ménager un espace entre ces lamelles 431 et la paroi latérale 421 .
Les bilames 413 sont déformés en fonction du rayonnement reçu par le support. Une variation de température des bilames 413 conduit à une variation de leur encombrement selon la direction de coulissement de la tige 41 . Les bilames 413 sont configurés pour entraîner la tige 41 en coulissement, par exemple lors d'une augmentation de leur température.
La tige 41 est ici solidaire d'un anneau de butée 412. Une superposition de bilames 413 présente une extrémité en contact avec l'anneau 412 et une autre extrémité en contact avec le couvercle de fonds 425. Ainsi, lors d'une dilatation thermique de l'empilement de bilames 413, l'ensemble formé de l'anneau 412 et de la tige 41 est déplacé (ou exerce un effort dirigé) vers la droite dans la configuration illustrée à la figure 2.
Dans la configuration illustrée à la figure 2, l'actionneur thermique comprend donc une superposition de bilames 413. Dans la configuration illustrée, les bilames thermostatiques 413 forment chacun une plaque de forme concave à une température de 20° C. Les concavités d'au moins deux bilames 413 superposées présentent des orientations opposées. Ainsi, avec une telle superposition de bilames successifs dont les concavités ont des orientations opposées, on peut démultiplier l'amplitude du coulissement de la tige 41 pour un échauffement donné. On peut également envisager de superposer plusieurs bilames 413 successifs avec des concavités ayant de mêmes orientations, afin de démultiplier l'effort appliqué par ces bilames sur l'anneau 412 et la tige 41 .
Deux bilames 413 successifs de l'empilement peuvent être fixés ensemble par leur périphérie, ou être simplement plaqués l'un contre l'autre à leur périphérie du fait de l'effort de rappel exercé par la tige 31 de l'actionneur thermique 3 disposé en symétrie, ou du fait d'un éventuel ressort de rappel non illustré.
Les bilames 413 peuvent par exemple présenter une forme (en projection selon la direction de coulissement de la tige 41 ) circulaire, rectangulaire ou carrée.
Les bilames 413 choisis sont avantageusement du type à déformation progressive sur la plage de température de fonctionnement visée, afin de pouvoir réaliser un entraînement progressif du panneau solaire 2.
L'utilisation d'une cavité fermée 422 vise à maximiser le réchauffement des bilames thermostatiques 413 pour une puissance de rayonnement solaire donnée. La cavité fermée 422 permet en effet de créer un effet de serre par forçage radiatif. Un tel effet de serre permet de maximiser le réchauffement des bilames 413 quelle que soit l'orientation du soleil.
Avantageusement, la paroi latérale 421 est transparente pour le rayonnement solaire et laisse typiquement traverser plus de 50 % du rayonnement solaire incident vers la cavité 422. La paroi latérale 421 peut par exemple être réalisée en différents matériaux transparents tels que le verre, le polycarbonate, le méthacrylate, ou le plexiglas.
Avantageusement, la face interne ou externe de la paroi latérale 421 comporte un revêtement réfléchissant, destiné à réfléchir le rayonnement lumineux incident de l'intérieur de la cavité 422, mais destiné à laisser traverser le rayonnement lumineux provenant de l'extérieur, afin de maximiser l'énergie thermique pouvant être transférée aux bilames 413.
Avantageusement, une face externe ou une face interne de la paroi latérale 421 comporte un revêtement absorbant le rayonnement solaire pour le convertir en énergie thermique.
Pour maximiser l'isolation thermique de la cavité 422 par rapport à la température de l'environnement ambiant, on peut envisager de former une paroi latérale 421 présentant une association de deux ou plus de deux parois isolées transparentes séparées par un gaz ou du vide.
Des propriétés et structures identiques peuvent être utilisées pour des couvercles coopérant avec la paroi latérale 421 pour délimiter une cavité fermée 422.
Avantageusement, la cavité 422 est remplie de gaz (par exemple de l'air ou de l'argon) ou est placée sous vide, afin de limiter les échanges thermiques entre la cavité 422 et l'extérieur. La cavité 422 peut être hermétique vis-à-vis de l'extérieur, ou au contraire présenter des ouvertures si l'on souhaite au contraire réduire le gradient de température appliqué sur les bilames 413 pour un rayonnement solaire donné. L'actionneur thermique 3 présente la même structure que l'actionneur thermique 4 mais est disposé en symétrique de l'actionneur thermique 4. Comme détaillé auparavant, l'organe de filtrage lumineux 33 de la figure thermique 3 présente une direction d'incidence optimale différente de celle de l'organe de filtrage lumineux 43. La différence des directions d'incidence optimale est par exemple obtenue en utilisant des lamelles présentant des orientations différentes pour les organes de filtrage lumineux 33 et 43.
L'utilisation d'un autre actionneur thermique 3 exerçant en sens opposé permet de diminuer la sensibilité du système 1 à la température ambiante. En effet, l'effet de la température ambiante sur un actionneur thermique sera compensé par l'effet de cette même température ambiante sur l'autre actionneur thermique.
La figure 4 est une vue en coupe schématique d'un exemple de bilame 413 pouvant être inclus dans un actionneur thermique 4 d'un système 1 selon l'invention.
Un bilame comprend usuellement deux couches de métaux différents, souples, soudées ou collées ou rivetées par tout moyen adapté l'un contre l'autre. Ces deux couches de métal sont fréquemment soudées par laminage à froid. Des bilames couramment utilisés incluent de l'invar et du nickel ayant des coefficients de dilatation différents. La dilatation thermique des deux couches étant différente, le bilame se déforme avec les variations de température.
Dans l'exemple illustré, le bilame 413 comporte ainsi une première couche 415 solidaire d'une deuxième couche 414. Le matériau de la première couche 415 présente ici un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de la couche 414. La couche 414, présentant le coefficient de dilatation thermique le plus élevé, comporte avantageusement un revêtement 418 (par exemple sous forme de peinture, de texturation de surface, ou de dépôt) destiné à favoriser l'absorption lumineuse et donc le réchauffement de la couche 414. Des compositions de bilames connues, telle que celle commercialisée sous la référence 108 SP fourni par exemple par la société IMPHY, peuvent par exemple être utilisées. Le bilame 413 forme ici une plaque de forme concave à une température de 20°C.
Un alésage traversant 416 est ménagé dans la partie médiane du bilame 413, à travers les couches 414 et 415 et à travers le revêtement 418. L'alésage 416 permet le passage de la tige 41 pour permettre son coulissement. Par ailleurs, les bordures des alésages 416 peuvent être utilisées pour assurer un guidage en coulissement de la tige 41 .
La figure 5 est une vue en coupe schématique d'une deuxième variante d'actionneur thermique 4 pour la mise en œuvre de l'invention. L'actionneur thermique 4 comporte également un support fixé au sol 25, une tige formant l'organe d'entraînement 41 et montée coulissante par rapport au support. Le support comporte ici une paroi latérale 421 , et des couvercles 423 et 425, délimitant une cavité fermée 422. Une superposition de bilames thermostatiques 413 est logée à l'intérieur de la cavité 422. Les mouvements de la tige 41 sont appliqués sur la transmission mécanique 5.
Un organe de filtrage lumineux 43 est interposé entre le rayonnement solaire et l'actionneur thermique 4. L'organe de filtrage lumineux 43 est formé d'une succession de lamelles opaques ou réfléchissantes 431 , inclinées par rapport à l'horizontale et à la verticale, et fixées sur la surface supérieure de la paroi latérale 421 . Des espaces sont ménagés entre les lamelles 431 pour permettre à la lumière d'atteindre la cavité 422 selon certaines incidences. L'inclinaison des lamelles 431 permet de définir la direction d'incidence optimale de l'organe de filtrage lumineux 43.
Les bilames 413 sont déformés en fonction du rayonnement reçu par le support. Une variation de température des bilames 413 conduit à une variation de leur encombrement selon la direction de coulissement de la tige 41 . Les bilames 413 sont configurés pour entraîner la tige 41 en coulissement, par exemple lors d'une baisse de leur température.
La tige 41 est ici solidaire d'un anneau de butée 412. Une superposition de bilames 413 présente une extrémité en contact avec l'anneau 412 et une autre extrémité en contact avec le couvercle 423. Ainsi, lors d'une dilatation thermique de l'empilement de bilames 413, l'ensemble formé de l'anneau 412 et de la tige 41 est déplacé (ou exerce un effort dirigé) vers la gauche dans la configuration illustrée à la figure 5. Les bilames 413 de la deuxième variante peuvent être identiques à ceux décrits en référence à la première variante de l'actionneur thermique 4.
L'actionneur thermique 4 peut présenter le bilan thermique suivant :
P = K . S . ΔΤ
Avec P la puissance lumineuse reçue, S la surface d'échange thermique, K le coefficient d'échange thermique de l'actionneur thermique 4 avec l'extérieur, et ΔΤ l'augmentation de température de l'actionneur thermique 4 pour cette puissance lumineuse. En supposant que l'on peut modéliser les bilames 413 par un modèle linéaire, et en l'absence d'actionneur thermique 3 de compensation, on peut définir la relation suivante pour l'actionneur thermique 4 :
X41 = A . ΔΤ
Avec X41 le déplacement de la tige 41 et A un coefficient de transformation thermomécanique de l'association des bilames 413 (A sera par exemple défini en fonction des dimensions, des matériaux et du nombre de bilames 413). On peut alors définir la relation suivante :
X41 = A . P / (K . S)
La linéarité de l'actionneur thermique 4 est favorisée par la présence d'une cavité 422 fermée et dépend également du choix de matériau pour les bilames 413. La linéarité de l'actionneur thermique 4 peut aussi être favorisée par les paramètres de fabrication des bilames 413.
Des simulations ont été effectuées avec différentes configurations d'actionneur thermique 4. Des simulations ont notamment été réalisées avec des bilames de forme circulaire en projection, présentant une concavité à une température de 20°C, formés à partir d'une composition de 108SP, et soumis à une variation de température de 75°C.
Pour un diamètre des bilames de 15 mm, avec un empilement de bilames à concavités opposées avec une hauteur de 60 mm, on obtient une course de coulissement de 7,2 mm avec une raideur de 4,7 N/mm.
Pour un diamètre des bilames de 30 mm, avec un empilement de bilames à concavités opposées avec une hauteur de 100 mm, on obtient une course de coulissement de 10 mm avec une raideur de 27,6 N/mm.
Ainsi, l'homme du métier pourra aisément déterminer le choix des dimensions de bilames 413 pour l'actionneur thermique 4 en fonction de la course de coulissement souhaitée et des efforts à exercer.
La figure 6 est une vue en coupe schématique d'une première variante de transmission mécanique 5. Comme détaillé précédemment, la transmission mécanique 5 a une fonction de transformation du coulissement de l'organe d'entraînement formé des tiges 31 et 41 , en pivotement du panneau solaire 2 autour de l'axe 24 (ici représenté sous la forme d'un arbre). La transmission mécanique 5 a également une fonction de modification du rapport de transmission entre la course de coulissement des tiges 31 et 41 , et l'angle de pivotement du panneau solaire 2, en fonction de la température ambiante. À cet effet, la transmission mécanique 5 comporte un actionneur thermique 6 à bilames thermostatiques 613. L'actionneur thermique 6 comporte un support 62. Une extrémité de chacune des tiges 31 et 41 est encastrée dans le support 62, afin d'entraîner l'actionneur thermique 6 en coulissement horizontal. L'actionneur thermique 6 comporte ici une tige 51 , coulissant verticalement par rapport au support 62. La position de la tige 51 permet de définir le rapport de transmission de la transmission mécanique 5, comme détaillé par la suite. Le support 62 comporte ici une paroi latérale 621 , et des couvercles 623 et 625. Le support 62 délimite avantageusement une cavité ouverte 622, des orifices non illustrés pouvant être aménagés dans la paroi latérale 621 et/ou dans les couvercles 623 et 625. La cavité 622 est destinée à communiquer avec l'extérieur pour que sa température soit représentative de celle de l'air ambiant. La paroi latérale 621 et/ou les couvercles 623 et 625 sont opaques (et avantageusement réfléchissants) afin de masquer les bilames 613 par rapport aux rayonnements solaires, pour limiter la puissance du rayonnement solaire dans la cavité 622, et ainsi limiter le réchauffement des bilames 613 induit par ce rayonnement solaire.
La tige 51 peut être montée coulissante par l'intermédiaire d'une portée de guidage du couvercle 623. Une superposition de bilames thermostatiques 613 est logée à l'intérieur de la cavité 622. Les bilames thermostatiques 613 peuvent présenter une structure similaire à celle des bilames thermostatiques 413 détaillés précédemment.
Les bilames 613 sont déformés en fonction de la température ambiante dans la cavité 622. Une variation de température des bilames 613 conduit à une variation de leur encombrement selon la direction de coulissement de la tige 51 . Les bilames 613 sont configurés pour entraîner la tige 51 en coulissement, par exemple lors d'une augmentation de leur température.
La tige 51 est ici solidaire d'un anneau de butée 612. Une superposition de bilames 613 présente une extrémité en contact avec l'anneau 612 et une autre extrémité en contact avec le couvercle de fonds 625. Ainsi, lors d'une dilatation thermique de l'empilement de bilames 613, l'ensemble formé de l'anneau 612 et de la tige 51 est déplacé (ou exerce un effort dirigé) vers le bas dans la configuration illustrée à la figure 6.
L'actionneur thermique 6 comprend ici un ressort de rappel 61 1 comprimé entre l'anneau 612 et le couvercle 623, pour exercer un effort de rappel sur l'anneau 612 selon un sens opposé à l'effort généré par les bilames 613 lors de leur dilatation.
Un organe de transmission 53 est fixé à l'extrémité inférieure de la tige 51 . L'organe de transmission 53 présente par exemple une forme sphérique ou cylindrique. L'organe de transmission 53 est monté coulissant dans un étrier 54.
L'étrier 54 appartient à un levier 52 solidaire du panneau solaire 2. L'étrier 54 est excentré par rapport à l'axe de pivotement 24.
Lors d'un coulissement horizontal des tiges 31 et 41 , l'organe d'entraînement 53 est entraîné en coulissement horizontal avec la même course que les tiges 31 et 41 . En fonction du coulissement vertical de l'organe d'entraînement 53, l'entraxe entre l'organe d'entraînement 53 et l'axe de rotation
24 est modifié. Par conséquent, le bras de levier exercé par l'organe d'entraînement 53 sur l'étrier 52 est modifié par la position verticale de l'organe d'entraînement 53. Ainsi, pour une même course des tiges 31 et 41 , l'angle de pivotement de l'étrier 52 autour de l'axe 24 est modifié par l'actionneur thermique 6 en fonction de la température de l'air ambiant.
Un tel actionneur thermique 6 permet de tenir compte de la température ambiante pour adapter la course de pivotement des panneaux solaires 2. L'actionneur thermique 6 permet par exemple de compenser une température ambiante plus faible en hiver, par un bras de levier plus important entre l'organe d'entraînement 53 et l'axe 24, afin de compenser une dissipation thermique supérieure entre les actionneurs 3 et 4 et l'air ambiant.
La figure 8 illustre par exemple la position de l'organe d'entraînement 53 lorsque l'air ambiant est plus froid et que les bilames 613 sont contractés. Le bras de levier exercé par l'organe d'entraînement 53 sur l'étrier 54 est alors plus important.
La figure 9 illustre par exemple la position de l'organe d'entraînement 53 lorsque l'air ambiant est plus chaud et que les bilames 613 sont dilatés. Le bras de levier exercé par l'organe d'entraînement 53 sur l'étrier 54 est alors plus réduit.
La figure 7 est une vue en coupe schématique d'une deuxième variante de transmission mécanique 5. Dans cette variante, le ressort de rappel 61 1 est remplacé par un actionneur thermique 7 sensible au rayonnement solaire.
Dans cette variante, l'actionneur thermique 7 est disposé dans l'alignement de l'actionneur thermique 6. L'actionneur thermique 7 comporte un support 72 encastré dans le support 62. Les tiges 31 et 41 entraînent donc également l'actionneur thermique 7 en coulissement horizontal.
Le support 72 comporte ici une paroi latérale 721 et un couvercle 723. Le support 72 délimite avantageusement une cavité fermée 722. Une superposition de bilames thermostatiques 713 est logée à l'intérieur de la cavité 722. La cavité 722 est destinée à capter le rayonnement solaire, pour que ce rayonnement solaire réchauffe de façon optimale les bilames 713. Les cavités 622 et 722 sont séparées par une paroi 55 destinée à les isoler thermiquement. La paroi 55 est traversée par la tige 51 , et peut-être utilisée pour assurer un guidage en coulissement de la tige 51 . Les bilames 713 sont déformés en fonction du rayonnement reçu par le support 72. Une variation de température des bilames 713 conduit à une variation de leur encombrement selon la direction de coulissement de la tige 51 . Les bilames 713 sont configurés pour entraîner la tige 51 en coulissement, par exemple lors d'une augmentation de leur température, en compensation d'efforts exercés par l'actionneur thermique 6 sur cette tige 51 .
La tige 51 est ici solidaire d'un anneau de butée 712. Une superposition de bilames 713 présente une extrémité en contact avec l'anneau 712 et une autre extrémité en contact avec le couvercle de fonds 723. Ainsi, lors d'une dilatation thermique de l'empilement de bilames 713, ces bilames 713 exercent un effort de compensation sur la tige 51 par rapport à l'effort exercé sur cette tige 51 par l'actionneur thermique 6.
On peut donner un exemple approximatif de dimensionnement d'un système de récupération d'énergie solaire utilisant une transmission mécanique telle qu'illustrée à la figure 7.
On suppose que le soleil, ayant un angle d'incidence de Θ, applique une puissance E * sin (Θ) dans la cavité 422 à travers l'organe de filtration 41 . On suppose que l'organe de filtration 31 bloque l'entrée du rayonnement solaire vers la cavité 322.
Le bilan thermique de la cavité 422 est E * sin (Θ) = K * S * (T422-T0), avec T422 la température dans la cavité 422, T0 la température de l'environnement extérieur, et en tenant compte d'une surface d'échange S avec l'extérieur et d'un coefficient d'échange de chaleur avec l'extérieur de K pour cette cavité 422.
On peut en déduire la relation suivante :
T422= T0 + (E* sin (Θ)) /(K*S)
Pour la cavité 322, le bilan thermique est 0 = K * S * (T322-T0) avec T322 la température dans la cavité 322. On en déduit donc que T322=T0.
Avec des superpositions de bilames 313 et 413 identiques, les lois d'allongement à vide pour ces superpositions de bilames peuvent s'exprimer avec les relations suivantes :
X41 = A * (T422-T0)
X31 = A * (T322-T0)
Avec X41 et X31 , les déplacements respectifs des tiges 31 et 41 . Les efforts respectifs des tiges 31 et 41 étant en opposition, le déplacement horizontal effectif X de l'organe d'actionnement 53 est défini par la relation suivante dans le cas présent :
X = A * (T422- T0-T322+T0) = A * (T422- - T322) = (A* E* sin (Θ)) /(K*S)
En utilisant des actionneurs thermiques 6 et 7 utilisant des bilames 613 et 713 similaires et positionnés en opposition, la température T613 des bilames 613 vaut T0 et la température T713 des bilames 713 est définie par la relation suivante (en supposant de mêmes paramètres A, K et S pour l'actionneur thermique 7), en tenant compte d'une puissance solaire de E * cos (Θ) atteignant la cavité 722 :
T722= T0 + (E* cos (Θ)) /(K*S)
Du fait de la compensation apportée par l'actionneur thermique 6, le déplacement vertical de l'organe d'actionnement 53 peut s'exprimer par la relation suivante :
Z = (A* E* cos (Θ)) /(K*S)
L'angle de pivotement β de l'étrier 54 (et donc du panneau solaire 2) peut alors être défini par :
β = Arctan (X Z) ou encore β (angle d'orientation du système) = Θ (angle d'orientation du soleil)
Dans les exemples illustrés, on a décrit une application à l'entraînement d'un panneau solaire 2. On peut cependant également envisager une application à tout autre récepteur solaire tel qu'un miroir, configuré pour renvoyer un rayonnement lumineux vers une cible, à l'intérieur d'un bâtiment ou à l'extérieur.

Claims

REVENDICATIONS
Système de suivi d'une source d'énergie lumineuse (1 ), comprenant :
-un récepteur solaire (2) monté pivotant par rapport à un axe (24) ;
-un transducteur thermomécanique (3, 4), comprenant :
-au moins des premier (3) et deuxième (4) actionneurs thermiques ayant chacun au moins un bilame thermostatique déformé en fonction du rayonnement solaire qu'ils reçoivent ;
-un premier organe de filtrage lumineux (33) surmontant le premier actionneur thermique (3), ledit premier organe de filtrage présentant une première direction d'incidence optimale, la puissance lumineuse transmise par le premier organe de filtrage diminuant lorsque l'incidence du rayonnement solaire est inclinée par rapport à ladite première direction d'incidence optimale ;
-un deuxième organe de filtrage lumineux (43) surmontant le deuxième actionneur thermique (4), ledit deuxième organe de filtrage présentant une deuxième direction d'incidence optimale, la puissance lumineuse transmise par le deuxième organe de filtrage diminuant lorsque l'incidence du rayonnement solaire est inclinée par rapport à ladite deuxième direction d'incidence optimale, lesdites première et deuxième directions d'incidence optimales étant différentes ;
-un organe d'entraînement (31 ,41 ) présentant une direction de coulissement, les déformations par dilatation des bilames respectifs des premier et deuxième actionneurs thermiques (3, 4) sollicitant ledit organe d'entraînement selon la direction de coulissement dans des sens opposés ;
-une transmission mécanique (5) transformant le coulissement de l'organe d'entraînement (31 ,41 ) en pivotement dudit récepteur solaire autour dudit axe (24) ;
Caractérisé en ce que la transmission mécanique (5) comprend au moins un troisième actionneur thermique (6) à bilame thermostatique déformé en fonction de la température ambiante et isolé du rayonnement solaire, la déformation du bilame du troisième actionneur thermique (6) modifiant le rapport de transmission entre la course de coulissement de l'organe d'entraînement et l'angle de pivotement dudit récepteur solaire
(2) autour dudit axe (24).
Système selon la revendication 1 , dans lequel lesdits actionneurs thermiques (3, 4, 6) comprennent chacun plusieurs bilames thermostatiques (313,413,613) superposés.
3. Système selon la revendication 2, dans lequel lesdits bilames thermostatiques superposés forment chacun une plaque concave à 20°C, les concavités d'au moins deux desdites plaques superposées présentant des orientations opposées.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la déformation du bilame thermostatique (613) dudit troisième actionneur thermique (6) modifie un bras de levier d'un effort dudit organe d'entraînement (31 ,41 ) sollicitant le récepteur solaire (2) en pivotement autour dudit axe (24).
Système selon la revendication 4, comprenant :
-un levier (52) solidaire du récepteur solaire (2) en pivotement autour dudit axe (24) ;
-un organe de transmission (53) solidaire en coulissement dudit organe d'entraînement (31 ,41 ) et appliquant un effort sur ledit levier (52) à distance dudit axe (24), la déformation du bilame du troisième actionneur thermique (6) déplaçant ledit organe de transmission pour modifier la distance séparant ledit axe de l'effort appliqué sur ledit levier.
Système selon la revendication 5, comprenant en outre un quatrième actionneur thermique (7) à bilame thermostatique (713) déformé en fonction du rayonnement solaire qu'il reçoit, la déformation du bilame du quatrième actionneur thermique exerçant un effort s'opposant au déplacement de l'organe de transmission (53) lorsque les bilames des troisième et quatrième actionneurs thermiques sont chauffés.
Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits organes de filtrage lumineux (33,43) comportent des lamelles respectives (331 ,431 ) opaques, les lamelles des premier et deuxième organes de filtrage lumineux présentant des inclinaisons distinctes par rapport à la direction de coulissement dudit organe d'entraînement.
Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit bilame thermostatique (613) du troisième actionneur thermique est en communication avec de l'air à température ambiante.
Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les bilames des premier et deuxième actionneurs thermiques sont logés dans des cavités fermées (322, 422) respectives absorbant ledit rayonnement solaire.
10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit bilame thermostatique (613) du troisième actionneur thermique (6) est isolé du rayonnement solaire par l'intermédiaire d'une paroi réfléchissante.
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