FR2461902A1 - SOLAR ENERGY COLLECTOR PLAN A CONCENTRATION - Google Patents

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN COLLECTEUR D'ENERGIE SOLAIRE PLAN A CONCENTRATION. ELLE EST CARACTERISEE EN CE QUE LE COLLECTEUR COMPORTE UNE PLURALITE DE SURFACES DE MIROIR 3 PLANES, SENSIBLEMENT RECTANGULAIRES, DANS DES PLANS ORIENTES L'UN PAR RAPPORT A SON VOISIN SELON DES ANGLES A PREFIXES ET CONSTANTS, INDIVIDUELLEMENT MOBILES SELON UN MOUVEMENT ROTATOIRE AUTOUR DE LEURS AXES LONGITUDINAUX, POUR REFLECHIR LES RADIATIONS R SUR UNE SURFACE DE CONCENTRATION12. L'INVENTION S'APPLIQUE A LA RECUPERATION D'ENERGIE SOLAIRE.THE PRESENT INVENTION RELATES TO A CONCENTRATED PLANET SOLAR ENERGY COLLECTOR. IT IS CHARACTERIZED IN THAT THE MANIFOLD INCLUDES A PLURALITY OF 3-PLANE MIRROR SURFACES, SENSITIVELY RECTANGULAR, IN PLANS ORIENTED TO ONE IN RELATION TO ITS NEIGHBOR ACCORDING TO PREFIXED AND CONSTANT ANGLES, INDIVIDUALLY MOVING SELF-MOVING ON ONE MOBILE LONGITUDINAL AXES, TO REFLECT R RADIATIONS ON A CONCENTRATION SURFACE 12. THE INVENTION APPLIES TO THE RECOVERY OF SOLAR ENERGY.

Description

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1.1.

COLLECTEUR D'ENERGIE SOLAIRE PLAN A CONCENTRATION  SOLAR ENERGY COLLECTOR PLAN A CONCENTRATION

Le collecteur d'énergie solaire faisant l'objet de la présente inven-  The solar energy collector forming the subject of the present invention

tion, est employé pour intercepter et concentrer l'énergie solaire, étant donné que la radiation solaire dans les conditions normales de réceptions n'a pas une intensité suffisante pour permettre son utilisation pratique et dans les domaines technologiques. On sait que pour satisfaire cette exigence d'interception, de cumul et/ou de concentration de l'énergie solaire, on utilise des collecteurs d'énergie solaire qui peuvent se diviser en deux groupes: collecteurs non focalisants (ayant une surface réceptrice plane) et collecteurs à focalisation (ayant  It is used for intercepting and concentrating solar energy, since solar radiation under normal reception conditions does not have sufficient intensity to allow its practical and technological use. It is known that to meet this requirement of interception, accumulation and / or concentration of solar energy, solar energy collectors are used which can be divided into two groups: non-focusing collectors (having a flat receiving surface) and focusing collectors (having

IO une surface rêfléchiffante paraboliqui).  IO a reflective surface parabolic).

Les collecteurs du premier groupe (panneaux solaires) se basent sur la  The collectors of the first group (solar panels) are based on the

propriété qu'une surface noire exposée au soleil absorbe les radiations so-  property that a black surface exposed to the sun absorbs the

laires et les transforme en chaleur, cette chaleur étant transmise à un  and transforms them into heat, this heat being transmitted to a

fluide d'échange thermique contenu dans le même panneau.  heat exchange fluid contained in the same panel.

Les collecteurs du deuxième groupe (collecteurs à focalisation) auxquels la présente invention se réfère, sont constitués, selon l'art connu, par un miroir ayant une surface parabloique, apte à la focalisation de la radiation  The collectors of the second group (focussing collectors) to which the present invention refers are constituted, according to the prior art, by a mirror having a parabloidal surface, capable of focusing the radiation

solaire sur une ligne droite unique (ou sur un point) dans laquelle est si-  in a single straight line (or point) in which is

tuée une conduite contenant le fluide à réchauffer.  killed a pipe containing the fluid to be heated.

Par cette technique on peut atteindre des températures élevées et, par  By this technique it is possible to reach high temperatures and, by

conséquent des rendements considérables. Toutefois, en employant ces collec-  consequently, considerable returns. However, by using these

teurs d'énergie solaire de type connu on rencontre de graves inconvénients, à savoir: - En ce qui concerne en particulier les panneaux solaires non focalisants on peut remarquer qu'ils fournissent un rendement faible, surtout pendant les mois d'hiver, du fait que, n'effectuant pas une concentration des radiations  There are serious drawbacks of solar energy of known type, namely: With particular regard to non-focusing solar panels, it can be seen that they provide a low efficiency, especially during the winter months, because that, not doing a concentration of radiation

solaires, ils ne peuvent pas permettre d'atteindre des températures élevées.  they can not reach high temperatures.

- Les collecteurs d'énergie solaire à focalisation de type connu étant  The solar collectors with focussing of known type being

constitués par un miroir parabolique qui, évidemment doit être de grandes di-  constituted by a parabolic mirror which, of course, must be large

mensions, entraînent en premier lieu, des prix de réalisation et d'installa-  first of all, prices for implementation and installation of

tions élevées; en deuxième lieu, ils nécessitent une structure mécanique complexe pour réaliser une installation en mesure de résister à la force du vent et aux intempéries; en troisième lieu, ils ont besoin de mécanismes complexes pour les déplacer, étant donné que l'axe du miroir parabolique doit  high levels; second, they require a complex mechanical structure to achieve an installation able to withstand the force of wind and weather; thirdly, they need complex mechanisms to move them, since the axis of the parabolic mirror must

s'orienter constamment au soleil; en quatrième lieu, ils posent des pro-  constantly orient yourself in the sun; fourthly, they pose problems

blèmes d'installation sur les bâtiments, du fait qu'ils sont inesthétiques et 2.  problems of installation on buildings, because they are unsightly and 2.

et que leur entretien est difficile.  and that their maintenance is difficult.

Le but de la présente invention est celui de palier les inconvénients mentionnés ci-dessus et, en particulier, ceux relatifs aux collecteurs  The object of the present invention is to overcome the disadvantages mentioned above and, in particular, those relating to the collectors

d'énergie solaire à focalisation de type connu.  solar energy focusing of known type.

Le problème qui est à la base de la présente invention est celui de surmonter les désavantages cités plus haut, tout en permettant la réalisation  The problem which is the basis of the present invention is that of overcoming the disadvantages mentioned above, while allowing the realization

d'un collecteur d'énergie solaire plan, fixe, mais du type à focalisation.  a planar solar energy collector, fixed, but focussing type.

La présente invention se base sur le principe qu'il n'est pas nécessaire de concentrer les radiations solaires sur une ligne mince, comme c'est le cas des collecteurs à surface réfléchissante parabolique, car les conduites transpartant le flui4e à réchauffer ont une section finie et il suffit, par  The present invention is based on the principle that it is not necessary to concentrate solar radiation on a thin line, as is the case with collectors with a parabolic reflective surface, since the pipes passing through the flui4e to be heated have a cross-section. finished and it is enough, by

conséquent, de concentrer les radiations incidentes sur cette section (no-  therefore, to concentrate the incident radiation on this section (

tamment sur la section longitudinale de symétrie de la conduite).  especially on the longitudinal section of symmetry of the pipe).

Le problème est résolu, selon la présente invention, par un collecteur d'énergie solaire plan à concentration, du type constitué par un système optique apte à la focalisation des radiations solaires sur une surface de concentration, caractérisé en ce que ledit système optique est plan, monté sur un bâti de support fixe et comportant une pluralité de surfaces planes de miroirs, sensiblement rectangulaires, placées côte à côte et égales entre  The problem is solved, according to the present invention, by a planar solar energy collector of the type constituted by an optical system capable of focusing solar radiation on a concentration surface, characterized in that said optical system is plane mounted on a fixed support frame and having a plurality of plane, substantially rectangular mirror surfaces placed side by side and equal between

elles, disposées chacune dans un plan, orientés, l'un par rapport à son voi-  they, each arranged in a plane, oriented, one in relation to its neighbor,

sin selon un angle préfixé, constant; lesdites surfaces planes de miroir  sin at a predetermined, constant angle; said mirror planar surfaces

étant mobiles selon un mouvement rotatoire autour de leurs axes longitudi-  being rotatably movable about their longitudinal axes

naux; lesditsiaxestlongitudinaux sont parallèles, coplanaires et alignés  nal; the longitudinal coordinates are parallel, coplanar and aligned

selon un plan normal à ceux-ci.according to a plan normal to these.

Les avantages principaux provenant de l'utilisation d'un collecteur d'énergie solaire selon l'invention sont représentés par le fait qu'on peut  The main advantages derived from the use of a solar energy collector according to the invention are represented by the fact that

réaliser un collecteur d'énergie solaire à focalisation (ayant donc un ren-  to make a focussing solar energy collector (thus having a

dement élevé) essentiellement plan. Cette caractéristique entraîne des bas prix de réalisation,d'înstallation'et-d'entretien; én outre, un collecteur d'énergie solaire de ce genre peut être installé directement sur les toits  high) essentially plan. This characteristic leads to low prices for production, installation and maintenance; in addition, a solar energy collector of this kind can be installed directly on the roofs

des bâtiments ou ailleurs.buildings or elsewhere.

Du fait que le bâti de support est fixe, la structure apparaît simple, sans aucun mécanisme complexe et on évite par conséquent la rotation de tout  Because the support frame is fixed, the structure appears simple, without any complex mechanism and therefore avoids the rotation of everything.

le collecteur d'énergie solaire.the solar energy collector.

Un autre avantage est déterminé par le fait que la surface optique cons-  Another advantage is determined by the fact that the optical surface cons-

tituée par une pluarlité de surfaces de miroir disposées côte à côte, of-  staggered by a number of mirror surfaces arranged side by side,

fre une résistance plus faible à la force du vent et elle n'a donc pas -  fre a weaker resistance to the force of the wind and so it does not have -

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3.3.

besoin de structures mécaniques complexes.  need complex mechanical structures.

L'invention sera décrite plus en détail en se référant à un exemple de réalisation pratique, illustré à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre une vue en coupe du collecteur d'énergie solaire selon un plan perpendiculaire aux axes longitudinaux de rotation des surfaces de miroirs;  The invention will be described in more detail with reference to an example of a practical embodiment, illustrated with the aid of the attached drawings, in which: FIG. 1 shows a sectional view of the collector of solar energy in a plane perpendicular to the longitudinal axes of rotation of mirror surfaces;

- la figure 2 montre une vue de face du collecteur d'énergie solaire.  - Figure 2 shows a front view of the solar energy collector.

En se référant à ces figures, on a indiqué en 1 un bâti de support rectangulaire fixe, pourvu à sa partie inférieure d'un profilé de support transversal 2. Une pluralité de surfaces planes de miroir 3, rectangulaires, disposés côte à côte et égales entre elles, est fixée d'une part à ce bâti de support 1 et d'autre part. au profilé de support 2 par l'intermédiaire  Referring to these figures, there is indicated in 1 a fixed rectangular support frame, provided at its lower part with a transverse support profile 2. A plurality of plane mirror surfaces 3, rectangular, arranged side by side and equal between them, is fixed on the one hand to this support frame 1 and on the other hand. to support profile 2 via

d'une pluralité correspondante de paires de supports tournants 4.  a corresponding plurality of pairs of rotating supports 4.

Les surfaces planes de miroir 3, dont chacune est disposée dans un plan, orientés l'un par rapport à son voisin selon un angle (a) préfixé et  Planar mirror surfaces 3, each of which is arranged in a plane, oriented relative to its neighbor at an angle (a) prefixed and

constant, sont libres de tourner autour de leurs axes longitudinaux (A), co-  constant, are free to rotate around their longitudinal axes (A), co-

planaires, à chacun desquels est associée une paire de ces supports tournants  planar, to each of which is associated a pair of these rotating supports

4. La rotation autour de leur axe longitudinal (A) des surfaces planes de mi-  4. The rotation around their longitudinal axis (A) of flat surfaces of half

roir 3 est déterminée par un dispositif de rotation 5 (tige motrice) relié à ces supports tournants 4 au moyen d'engrenages 6. Ce dispositif est entraîné  3 is determined by a rotation device 5 (driving rod) connected to these rotating supports 4 by means of gears 6. This device is driven

par un moteur électrique 7, relié à celui-ci par -un moto-réducteur 8, com-  by an electric motor 7, connected thereto by a geared motor 8,

mandé par un dispositif électronique selon la grandeur de l'angle d'inciden-  electronic device according to the size of the incident angle

ce des radiations solaires (R) par rapport aux surfaces de miroir 3.  this solar radiation (R) with respect to mirror surfaces 3.

En se référant à la figure 1, on a indiqué en 9 un bras de support  Referring to FIG. 1, a support arm has been indicated at 9

d'une enceinte sensiblement cylindrique 10 en matière transparente, dans la-  of a substantially cylindrical enclosure 10 of transparent material, in the-

quelle est introduite de manière coaxiale une conduite ll de section rectan-  a pipe 11 of rectangular cross-section is introduced in a coaxial manner

gulaire, pourvue d'une surface extérieure de concentration 12 noircie, orien-  gular, provided with an outer surface of blackened concentration, or

tée vers les surfaces de miroir 3, ayant la même forme et les mêmes dimen-  to the mirror surfaces 3, having the same shape and dimensions

sions que chacune de ces surfaces de miroir 3, absorbant la chaleur pour  that each of these mirror surfaces 3, absorbing heat for

utilisation technique.technical use.

En (S1) on a indiqué un premier plan disposé dans le plan d'appar-  In (S1) we have indicated a first plane arranged in the plane of appar-

tenance d'une surface générique de miroir 3 comprenantl'axe de rotation (A) de cette surface de miroir 3. Il forme avec un deuxième plan (S2) comprenant  tenance of a generic mirror surface 3 comprising the axis of rotation (A) of this mirror surface 3. It forms with a second plane (S2) comprising

chacun des axes de rotation (A),un angle préfixé (b) égal à l'angle de ré-  each of the axes of rotation (A), a prefixed angle (b) equal to the angle of rotation

flexion des radiations solaires incidentés (R) vers la surface de concentra-  bending of the incident solar radiation (R) towards the concentrating surface

tion 12.12.

Les surfaces de miroir 3 sont situées dans des plans réciproquement  Mirror surfaces 3 are located in planes reciprocally

2 46 19022 46 1902

4.4.

orientées selon des angles (a) constants pendant la rotation, mais évi-  oriented at constant angles (a) during rotation, but

demment différents selon les variations des paires de surfaces de miroir  different depending on the variations of the pairs of mirror surfaces

3 concernées.3 concerned.

En effet, variant l'angle d'incidence des radiations solaires (R), les variations des angles (b) sont égales pour toutes les surfaces de miroir 3. Par conséquent, après avoir réglé au début les angles (b) des surfaces individuelles de miroir 3 pour concentrer les radiations solaires (F) sur la surface de concentration 12, il suffit d'un seul mécanisme de  Indeed, varying the angle of incidence of the solar radiations (R), the variations of the angles (b) are equal for all the mirror surfaces 3. Therefore, after having adjusted at the beginning the angles (b) of the individual surfaces 3 to concentrate the solar radiation (F) on the concentration surface 12, only one mechanism of

réglage (dispositif de rotation 5 commandé par le moteur électrique 7).  setting (rotation device 5 controlled by the electric motor 7).

En cas de grèle, ou bien quand on ne désire pas utiliser le col-  In case of freezing, or when you do not want to use the col-

lecteur, il suffit de tourner les surfaces en miroir 3 selon un angle dé-  reader, it suffices to turn the mirrored surfaces 3 at a desired angle.

siré dans le but de protéger le collecteur d'énergie solaire contre les in-  designed to protect the solar energy collector against

tempéries. Evidemment de nombreuses modifications structurales et/ou de caractère pratique pourront être apportées à la présente invention sans  tempéries. Obviously, many structural and / or practical modifications can be made to the present invention without

que l'on sorte pour autant de son cadre de protection.  that we leave so far from its protection framework.

La surface de concentration 12 peut être constituée par exemple,  The concentration surface 12 may be constituted for example,

par des cellules photoélectriques en mesure de produire du courant élec-  by photocells capable of producing electrical current

trique.cudgel.

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5.5.

R E V E N D I CAT I 0 N SR E V E N D I CAT I 0 N S

1) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, du type cons-  1) Concentrated solar energy collector, of the type

titug par un système optique apte à la focalisation des radiations solaires  titug by an optical system capable of focusing solar radiation

sur une surface de concentration, caractérisé en ce que ledit système opti-  on a surface of concentration, characterized in that said optimum system

que est plan; monté sur un bâti de support (1) fixe et comportant une plu-  that is plan; mounted on a fixed support frame (1) and having a plurality

ralité de surfaces planes de miroir (3), sensiblement rectangulaires, pla-  planar mirror surfaces (3), substantially rectangular,

cedes côte à cote et égales entre elles, disposée chacune dans un plan, orien-  side by side and equal to each other, each arranged in a plane,

tés l'un par rapport àsonvoisin selon un angle (a)préfixé, constant; lesdi-  one relative to his neighbor according to an angle (a) prefixed, constant; lesdi-

tes surfaces planes de miroir (3) étant mobiles selon un mouvement rotatoire  your plane mirror surfaces (3) being movable in a rotary motion

autour de leurs axes longitudinaux (A); lesdits axes longitudinaux (A) -  around their longitudinal axes (A); said longitudinal axes (A) -

étant parallèles, coplanaires et alignés selon un plan (S2) normal à ceux-  being parallel, coplanar and aligned along a plane (S2) normal to those

ci.this.

2) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, selon la reven-  2) Concentrated solar energy collector, according to the claim

dication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit un seul dispositif de rotation (5) pour lesdites surfaces planes en miroir (3); le dispositif de rotation (5) étant susceptible de déterminer la même variation angulaire pour chacune des surfaces planes de miroir (3) en vue de la concentration de la radiation  1, characterized in that there is provided a single rotation device (5) for said mirror plane surfaces (3); the rotation device (5) being capable of determining the same angular variation for each of the plane mirror surfaces (3) for the purpose of concentration of the radiation

solaire (R) sur ladite surface de concentration (12).  solar (R) on said concentration surface (12).

3) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, selon la reven-  3) Concentrated solar energy collector, according to the claim

dication 1, caractérisé en ce que la surface de concentration (12), de forme sensiblement allongée et rectiligne, solidaire du bâti de support fixe (1), présente une surface plane utile, en regard dudit système optique, égale à  1, characterized in that the concentric surface (12), of substantially elongated and straight shape, integral with the fixed support frame (1), has a useful flat surface facing said optical system, equal to

chacune des surfaces planes de miroir (3).  each of the plane mirror surfaces (3).

4) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, selon la reven-  4) Concentrated solar energy collector, according to the claim

dication 3, caractérisé en ce que ladite surface de concentration (12) est  3, characterized in that said concentration surface (12) is

constituée par des cellules photoélectriques en mesure de produire du cou-  consisting of photocells capable of producing

rant électrique.electric power.

) Collecteur d'énergie solaire plan à concentration, selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface de concentration (12)  Concentration plane solar energy collector according to claim 3, characterized in that said concentrating surface (12)

est constituée par une surface noire susceptible d'absorber lesdites radia-  consists of a black surface capable of absorbing the said radia-

tions (R) réfléchies, pour la production de chaleur d'utilisation technique.  (R) reflections, for the production of heat for technical use.

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