FR2535033A1 - Orientable solar collector. - Google Patents
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Abstract
Description
Capteur solaire orientable.Adjustable solar collector.
La présente invention concerne un capteur solaire orientable du type comprenant une structure dont une surface est destinée à etre orientée en fonction de la position du soleil, un dispositif de support de la structure comprenant des moyens de déplacement de celle-ci et un dispositif de commande des moyens de déplacement pour orienter la surface en fonction de la position du soleil et pour placer la structure en position- dite de survie, avec la surface orientable horizontale, lorsque la vitesse du vent dépasse un valeur prédéterminée. The present invention relates to an orientable solar collector of the type comprising a structure whose surface is intended to be oriented as a function of the position of the sun, a device for supporting the structure comprising means for moving the latter and a control device displacement means for orienting the surface as a function of the position of the sun and for placing the structure in the survival position, with the horizontal orientable surface, when the wind speed exceeds a predetermined value.
Le domaine d'application de l'invention est notamment celui des capteurs dits à concentration avec une surface qui est orientée vers le soleil et qui réfléchit et concentre le rayonnement solaire sur un collecteur à circulation de fluide caloporteur ou à cellules photovoltaïques. Toutefois, l'invention est également applicable aux capteurs dont la surface orientable est elle-meme tapissée de cellules photo voltaiques, ou aux héliostats qui sont orientés de manière à réfléchir le rayonnement solaire dans une direction fixe. The field of application of the invention is in particular that of so-called concentration sensors with a surface which is oriented towards the sun and which reflects and concentrates the solar radiation on a collector with circulation of heat-transfer fluid or with photovoltaic cells. However, the invention is also applicable to sensors whose orientable surface is itself lined with photo-voltaic cells, or to heliostats which are oriented so as to reflect the solar radiation in a fixed direction.
Un problème diffile que postent les capteurs solaires orientables est celui de leur tenue au vent. En effet, ces capteurs présentent une surface orientable importante, quelques dizaines de m2 et offrent de ce fait une grande prise au vent. Dans des installations connues, il est certes prévu, lorsque la vitesse du vent devient supérieure à un seuil donné, d'amener le capteur: en position de survie dans laquelle la surface orientable repose horizontalement sur une colonne centrale de support du capteur. Toutefois, la hauteur de la colonne est importante, -puisqu'il doit être possible d'amener la surface pratiquement jusqu'à la verticale, et le capteur, en position de survie, doit tout de m8me être protégé efficacement contre le vent en prévoyant des structures résistantes et relativement coûteuses. A difficult problem posed by orientable solar collectors is that of their resistance to wind. Indeed, these sensors have a large orientable surface, a few tens of m2 and therefore offer a great wind resistance. In known installations, it is certainly intended, when the wind speed becomes greater than a given threshold, to bring the sensor: into the survival position in which the orientable surface rests horizontally on a central column supporting the sensor. However, the height of the column is important, since it must be possible to bring the surface practically to the vertical, and the sensor, in the survival position, must still be effectively protected against the wind by providing strong and relatively expensive structures.
Aussi, la présente invention a-t-elle pour but, sans nuire globalement au rendement du capteur, de réaliser une protection très efficace contre le vent avec des structures de support beaucoup plus légères et économiques que celles des capteurs connus de meme type. Also, the present invention aims to, without adversely affecting the performance of the sensor, to provide very effective protection against the wind with support structures that are much lighter and more economical than those of known sensors of the same type.
Ce but est atteint au moyen dtun capteur du type indiqué en tête de la description et caractérisé en ce que
- en position de survie, la surface orientable est située sur un niveau horizontal approximativement égal ou inférieur à celui qu'occupe sa partie la plus basse pour toute position de travail, et des moyens sont prévus sur le lieu d'implantation du capteur pour protéger la structure et le dispositif de support contre le vent lorsque le capteur est en position de survie,
- le dispositif de support comprend des moyens d'élévation et d'orientation reliant la structure à une embase et actionnés par au moins un organe moteur relié au dispositif de commande afin de commander, d'une part, l'orientation de la surface au moins en site et, d'autre part, l'élévation de la surface orientable par rapport audit niveau horizontal, et
- le dispositif de commande comprend des moyens destinés à comparer la vitesse mesurée du vent avec une vitesse maximale admissible prédéterminée variable en fonction du site afin, le cas échéant, d'imposer à la structure une orientation suivant un site supérieur ou égal à une valeur minimale compatible avec la vitesse mesurée du vent. This object is achieved by means of a sensor of the type indicated at the head of the description and characterized in that
- in the survival position, the orientable surface is located on a horizontal level approximately equal to or lower than that occupied by its lowest part for any working position, and means are provided at the location of the sensor to protect the structure and the wind support device when the sensor is in the survival position,
- The support device comprises elevation and orientation means connecting the structure to a base and actuated by at least one motor member connected to the control device in order to control, on the one hand, the orientation of the surface at less in elevation and, on the other hand, the elevation of the orientable surface relative to said horizontal level, and
the control device comprises means intended to compare the measured wind speed with a predetermined maximum admissible speed variable depending on the site in order, if necessary, to impose on the structure an orientation along a site greater than or equal to a value minimum compatible with the measured wind speed.
Ces caractéristiques permettent de ré- aliser une protection optimale contre le vent avec une structure portante relativement légère, et avec un rendement global satisfaisant, pour les raisons suivantes. These characteristics make it possible to achieve optimal protection against the wind with a relatively light bearing structure, and with a satisfactory overall yield, for the following reasons.
En position de survieS le capteur est en position basse, ou "accroupie" ce qui facilite sa protection contre le vent. Celle-ci peut etre réalisée par accrochage automatique de la structure sur des moyens d'arrimage fixes lorsque la position de survie est atteinte. De préférence, la structure et le dispositif de support sont pratiquement,abrités du vent à l'intérieur d'une -enceinte ouverte vers le haut
Cette enceinte-est par exemple formée par une excavation et/ou une levée de terre, une murette ou encore un rideau de végétation, ou de fascines ajourees ou non.In the survival position the sensor is in the low position, or "squatting" which facilitates its protection against the wind. This can be achieved by automatic hooking of the structure on fixed lashing means when the survival position is reached. Preferably, the structure and the support device are practically sheltered from the wind inside an enclosure open upwards.
This enclosure-is for example formed by an excavation and / or an earthen levee, a low wall or even a curtain of vegetation, or openwork fascines or not.
La protection ainsi réalisée élimine une contrainte sur le dimensionnement de la structure et du support
Ce dernier comprend alors des moyens non seulement pour orienter la surface mais aussi pour l'élever par rapport à sa position "accroupie" afin que dans toute position d'utilisation la surface ne bute pas contre le sol dans le cas dwutilisation dsuue enceinte protectrice, afin que cette surface soit toujours totalement éclairée
En position de travail, le capteur offre d'autant plus de prise au vent que le site suivant lequel la surface est orientée est plus faibleb Avec les systèmes connus, le -capteur est rappelé en position de survie lorsque seuil fixe de vitesse de vent est dépassé; il est donc nécessaire de dimensionner la structure support pour quelle résiste à cette vitesse limite lorsque la surface est orientée pratiquement à la verticale, et cette vitesse limite ne doit pas être choisie trop faible pour limiter les périodes d'inactivité du capteur. Dans le cas du capteur conforme à l'invention, le seuil de vitesse de vent est fonction du site suivant lequel la surface est orientée et, lorsque le seuil est dépassé pour lux site donné, la surface est- orientée suivant un nouveau site pour lequel la vitesse du vent est admissible, ce nouveau site n'étant donc pas nécessairement celui de la position de survie.Ainsi, à structures de renfort égales, le capteur conforme à l'invention, contrairement aux capteurs connus, peut continuer à fonctionner quand le soleil le permet, dans des orientations de site non nulles meme si la vitesse du vent dépasse celle admissible pour un site nul. La durée de disponibilité du capteur est donc accrue. En d'autres termes, à énergies collectées égales, le capteur conforme à l'invention peut se contenter en position de travail comme en position de survie d'une structure et d'un support plus légers.The protection thus produced eliminates a constraint on the dimensioning of the structure and the support
The latter then comprises means not only for orienting the surface but also for raising it from its "squatting" position so that in any position of use the surface does not abut against the ground in the case of use of a protective enclosure, so that this surface is always fully lit
In the working position, the sensor offers all the more wind resistance as the site along which the surface is oriented is weaker b With known systems, the -sensor is recalled to the survival position when the fixed threshold of wind speed is exceeded; it is therefore necessary to size the support structure for which resists this limit speed when the surface is oriented practically vertically, and this limit speed must not be chosen too low to limit the periods of inactivity of the sensor. In the case of the sensor according to the invention, the wind speed threshold is a function of the site along which the surface is oriented and, when the threshold is exceeded for a given site, the surface is oriented along a new site for which the wind speed is admissible, this new site therefore not necessarily being that of the survival position. Thus, with equal reinforcement structures, the sensor according to the invention, unlike known sensors, can continue to operate when the sun allows, in non-zero site orientations even if the wind speed exceeds that admissible for a zero site. The period of availability of the sensor is therefore increased. In other words, with equal collected energies, the sensor according to the invention can be satisfied in the working position as in the survival position of a lighter structure and support.
De préférence, quelle que soit la position en site de la surface orientable, sa partie la plus basse reste approximativement sur le meme niveau horizontal. La course totale des moyens d'orientation et d'élévation est ainsi limitée à une valeur minimale. Preferably, whatever the elevation position of the orientable surface, its lowest part remains approximately on the same horizontal level. The total stroke of the orientation and elevation means is thus limited to a minimum value.
En outre, le centre de gravité étant maintenu dans sa position la plus basse possible, la protection contre le vent est plus efficace ce qui contribue à augmenter la disponibilité du capteur.In addition, the center of gravity being kept in its lowest possible position, the wind protection is more effective which contributes to increasing the availability of the sensor.
Il est également préférable, pour la stabilité du capteur, que le centre de gravité de la structure se trouve approximativement sur une même ligne verticale quelle que soit l'orientation de la sur- face. It is also preferable, for the stability of the sensor, that the center of gravity of the structure lies approximately on the same vertical line whatever the orientation of the surface.
Les moyens d'élévation et d'orientation sont constitués de préférence par des dispositifs déployables qui relient la structure à l'embase et qui sot articulés sur la structure en des points distants les uiis des autres. Ces dispositifs déployables peuvent être formés de barres articulées entre elles ou encore télescopiques. The elevation and orientation means are preferably constituted by deployable devices which connect the structure to the base and which are articulated on the structure at points distant from each other. These deployable devices can be formed of bars hinged together or even telescopic.
Les dispositifs déployables sont articulés en des points différents de la structure et sont actionnés pour régler les hauteurs de ces points afin de conférer à la surface orientable l'orientation et l'élévation sovfllaitées. The deployable devices are articulated at different points of the structure and are actuated to adjust the heights of these points in order to give the orientable surface the orientation and elevation sovfllaitées.
Selon un mode particulier de réalisation du capteur conforme à l'invention, les dispositifs déployables sont reliés mécaniquement les uns aux autres et actionnés par un organe moteur unique pour les réglages en site et en élévation. According to a particular embodiment of the sensor according to the invention, the deployable devices are mechanically connected to each other and actuated by a single motor member for the elevation and elevation adjustments.
Selon un autre mode de réalisation, les dispositifs déployables sont en nombre de trois et sont actionnés chacun par un organe moteur particulier. According to another embodiment, the deployable devices are three in number and are each actuated by a particular motor member.
Les organes moteurs sont commandés de façon à régler à la fois l'élévation1 ltorientation en site et l'orienta- tion en azimut.The driving members are controlled so as to regulate both the elevation1 the elevation in elevation and the orientation in azimuth.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
- la'figure 1 est une vue schématique montrant un capteur orientable conforme à l'invention dans plusieurs positions,
- la figure 2 est une vue schématique en perspective montrant le-dispositif de support de la structure du capteur de la figure 1,
- la figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation du dispositif de commande du capteur de la figure 1,
- la figure 4 est une courbe illustrant la valeur maximale de la vitesse de vent admissible en fonction du site,
- la figure 5 est un organigramme relatif à la commande de la position du capteur en fonction de la position du soleil et de la vitesse du vent
- la figure 6 est une wme très schématique montrant uu autre mode de réalisation d'un capteur conforme à I'invetion,
- la figure 7 est une vue très schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif de commande du capteur de la figure 6, et
- la figure 8 est un organigramme relatif à la commande du positionnement du capteur de la figure 6.Other features and advantages of the invention will emerge on reading the description given below, by way of indication but not limitation, with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 is a schematic view showing an adjustable sensor according to the invention in several positions,
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the device for supporting the structure of the sensor of FIG. 1,
FIG. 3 is a diagram of an embodiment of the device for controlling the sensor of FIG. 1,
FIG. 4 is a curve illustrating the maximum value of the admissible wind speed as a function of the site,
- Figure 5 is a flowchart relating to the control of the position of the sensor as a function of the position of the sun and the wind speed
FIG. 6 is a very schematic diagram showing another embodiment of a sensor according to the invention,
FIG. 7 is a very diagrammatic view of an embodiment of a device for controlling the sensor of FIG. 6, and
FIG. 8 is a flow diagram relating to the control of the positioning of the sensor of FIG. 6.
Le capteur solaire orientable illustré par les figures 1 et 2, est du type à concentration et comporte une structure ou charpente 10 sur laquelle sont fixés un grand nombre de miroirs plans juxtaposés. The orientable solar collector illustrated in FIGS. 1 and 2 is of the concentration type and comprises a structure or frame 10 on which a large number of juxtaposed plane mirrors are fixed.
Ces miroirs ont des orientations légèrement différentes les unes des autres afin de définir une surface réfléchissante 11 de forme sensiblement parabolique.These mirrors have slightly different orientations from one another in order to define a reflecting surface 11 of substantially parabolic shape.
Un collecteur 12 est supporté au foyer de la parabole par des tiges 13 fixées sur le bord de la structure 10.A manifold 12 is supported at the focal point of the parabola by rods 13 fixed on the edge of the structure 10.
Ce collecteur est réalisé sous forme d'un boîtier qui présente une ouverture circulaire tournée vers la surface 11 et qui renferme un tube enroulé en spirale.This collector is produced in the form of a box which has a circular opening facing the surface 11 and which encloses a spirally wound tube.
Des conduits souples 14 et 15 guidés le long de deux -tiges 13 et parcourus par un fluide caloporteur sont raccordés aux extrémités de ce tube.Flexible conduits 14 and 15 guided along two rods 13 and traversed by a heat transfer fluid are connected to the ends of this tube.
Un capteur tel que décrit ci-dessus est bien connu en soi . La surface 11, dont le rayon est typiquement de plusieurs mètres est orientée en permanence vers le soleil et elle réfléchit et concentre le rayonnement sur 1 collecteur. Dans ce dernier, le fluide caloporteur, par exemple de l'huile, est porté à une température qui peut atteindre 3000 C. Le fluide chauffé est ensuite dirigé vers un échangeur de chaleur (non représenté) pour produire par exemple de la vapeur, puis est à nouveau renvoyé au collecteur. A sensor as described above is well known per se. The surface 11, whose radius is typically several meters is permanently oriented towards the sun and it reflects and concentrates the radiation on 1 collector. In the latter, the heat transfer fluid, for example oil, is brought to a temperature which can reach 3000 C. The heated fluid is then directed to a heat exchanger (not shown) to produce for example steam, then is returned to the collector again.
La structure 10 repose sur le sol par ltintermédiaire d'un dispositif de support, désigné d'une façon générale par 20, qui permet d'orienter la surface réfléchissante en site et en azimut. The structure 10 rests on the ground by means of a support device, generally designated by 20, which makes it possible to orient the reflecting surface in elevation and in azimuth.
Ainsi, la surface 11 est orientable en site entre une position horizontale, pour laquelle son axe est vertical et une position verticale, pour laquelle son axe est pratiquement horizontal. En dehors de la zone intertropicale, la position horizontale n'est utilisée que comme position de non fonctionnement ou comme position de survie en cas de très grand vent. Thus, the surface 11 can be oriented in elevation between a horizontal position, for which its axis is vertical and a vertical position, for which its axis is practically horizontal. Outside the intertropical zone, the horizontal position is only used as a non-operating position or as a survival position in the event of very strong winds.
Par ailleurs, la surface ll est orientable en azimut par rotation autour d'un axe vertical.Furthermore, the surface ll can be rotated in azimuth by rotation about a vertical axis.
Selon une caractéristique de l'invention, lorsque le capteur est en position de survie (comme illustré en traits pleins sur la figure 1) la structure 10 et le dispositif de support 20 sont protégés, par exemple à l'intérieur d'une enceinte 16 formée par une excavation creusée dans le sol 17 et/ou une levée de terre. Dans cette position, le bord de la structure 10 se trouve pratiquement au meme niveau que le bord supérieur de l'excavation 16. According to a characteristic of the invention, when the sensor is in the survival position (as illustrated in solid lines in FIG. 1) the structure 10 and the support device 20 are protected, for example inside an enclosure 16 formed by an excavation dug in the ground 17 and / or a levee. In this position, the edge of the structure 10 is almost at the same level as the upper edge of the excavation 16.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de support comprend des moyens d'orientation et d'élévation qui, dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, sont formés par un ensemble de barres articuléesO
Cet ensemble de barres articulées constitue les moyens de support de la structure 10 par rapport à une embase: circulaire 30 et permet, à la fois, d'orienter la surface Til en site et, pour chaque site, d'élever la structure suffisamment au-dessus du bord de llexcavation 16 pour que la surface 11 soit entièrement éclairée directement par le soleil.Cette élévation est réalisée a0-ec tue amplitude pas plus grande que nécessaire afin de maintenir le centre de gravite de la structure le plus bas possible; la partie la plus basse de la surface 10 reste alors approximativement au niveau horizoiital du bord de l'excavation. Cette élévation est aussi réalisée afin de maintenir le centre de gravité sensiblement à la verticale du centre de l'embase 30, quelle que soit l'inclinaison en site.According to another characteristic of the invention, the support device comprises means of orientation and elevation which, in the embodiment illustrated by FIG. 1, are formed by a set of articulated bars
This set of articulated bars constitutes the means for supporting the structure 10 relative to a base: circular 30 and makes it possible both to orient the surface Til in site and, for each site, to raise the structure sufficiently to above the edge of the cavity 16 so that the surface 11 is fully illuminated directly by the sun. This elevation is carried out with an amplitude not greater than necessary in order to keep the center of gravity of the structure as low as possible; the lowest part of the surface 10 then remains approximately at the horizontal level of the edge of the excavation. This elevation is also carried out in order to maintain the center of gravity substantially vertical to the center of the base 30, whatever the inclination in elevation.
A cet effet, on peut utiliser trois paires de barres 21-22, 23-24 et 25-26 (voir figure 2). For this purpose, three pairs of bars 21-22, 23-24 and 25-26 can be used (see Figure 2).
Dans chaque paire, une barre (21,23,25 est articulée a une extrémité sur un point (A,B,C) de l'embase et, à l'autre extrémité, est articulée (en A',B',C') sur une première extrémité de l'autre barre (2,24,26).In each pair, a bar (21,23,25 is articulated at one end on a point (A, B, C) of the base and, at the other end, is articulated (in A ', B', C ') on a first end of the other bar (2,24,26).
A sa seconde extrémité, cette autre barre est articulée sur un point (A",B",C") de la face inférieure de la structure 10. Les différentes articulations ont toutes des axes horizontaux. Les points A,B,C sont également répartis autour du centre de embase 30 ainsi que les points A",B",C" autour du centre de la structure 10. Les points AA'A", BB'B" et CC'C définissent trois plans verticaux, les triangles A j A" et C Ct C" étant symétriques l'un de l'autre par rapport au plan BB'B" qui passe sensiblement par les centres de embase 30 et de la structure 10.At its second end, this other bar is articulated on a point (A ", B", C ") of the underside of the structure 10. The different articulations all have horizontal axes. The points A, B, C are also distributed around the center of base 30 as well as the points A ", B", C "around the center of the structure 10. The points AA'A", BB'B "and CC'C define three vertical planes, the triangles A j A "and C Ct C" being symmetrical to each other with respect to the plane BB'B "which passes substantially through the base centers 30 and of the structure 10.
Les paires de barres 21-22 et 25-26 sont identiques et forment un double compas d'angle α articulé à ses extrémités suivant les axes AC et A"C" et, entres ses branches, suivant l'axe A CI. En variante, ce double compas peut être constitué par une seule paire de barres- définissant un plan sensiblement confondu avec le plan BB'B". La paire de barres 23-24 forme quant à elle un deuxième compas d'angle ss. The pairs of bars 21-22 and 25-26 are identical and form a double angle compass α articulated at its ends along the axes AC and A "C" and, between its branches, along the axis A CI. As a variant, this double compass can be constituted by a single pair of bars - defining a plane substantially coincident with the plane BB'B ". The pair of bars 23-24 forms a second angle compass ss.
De façon schématique , on peut considérer que le mouvement combiné d'orientation et d'élévation de la structure 10 est obtenu par une combinaison des ouvertures des compas d'angle α et et de manière à maintenir le centre de gravité de la structure le plus bas possible sensiblement sur une même ligne verticale.A cet effet, on notera que les points B,A" et C1 sont situés d'un même côté d'un plan vertical parallèle aux axes d'articulation et passant approximativement par les centres de la structure et de l'embase, tandis que les points A,B" et C" ainsi que les points A' B' et C' sont situés de l'autre coté de ce plan On notera également que la barre 23 est plus longue que. les barres 21 et 25 et n'est pas parallèle à celles-ci tandis que la barre 24 est plus courte que les barres 22 et 26 et ne leur est pas paral vièle. Schematically, it can be considered that the combined movement of orientation and elevation of the structure 10 is obtained by a combination of the openings of the angle compasses α and so as to keep the center of gravity of the structure as low as possible substantially on the same vertical line. To this end, it will be noted that the points B, A "and C1 are located on the same side of a plane vertical parallel to the axes of articulation and passing approximately through the centers of the structure and the base, while points A, B "and C" as well as points A 'B' and C 'are located on the other side of this plane It will also be noted that the bar 23 is longer than the bars 21 and 25 and is not parallel to them while the bar 24 is shorter than the bars 22 and 26 and is not theirs paral fiddle.
Pour commander les mouvements combinés des compas, on pourrait utiliser deux organes moteurs, l'un agissant sur les paires de barres 21-22 et 25-26, l'autre sur la paire de barres 23-24. To control the combined movements of the compasses, two driving members could be used, one acting on the pairs of bars 21-22 and 25-26, the other on the pair of bars 23-24.
Dans l'exemple illustré, les deux compas sont reliés mecaniquement entre eux par une poutre ou caisson horizontal 27, sur lequel les barres 22,23 et'26 sont articulées, et un seul organe moteur 28 est utilisé. In the example illustrated, the two compasses are mechanically connected to each other by a horizontal beam or box 27, on which the bars 22, 23 and 26 are articulated, and a single drive member 28 is used.
Celui-ci (uniquement montré fig. 2) est par exemple un vérin à vis actionné par un moteur électrique et articulé à ses extrémités autour d'axes horizontaux en des points D et E des barres 23 et 24. Le vérin 28 commande directement l'ouverture du compas d'angles ss et, par l'intermédiaire du caisson 27, commande l'ouverture du double compas d'angle α. Une expansion du vérin 28 se traduit par une élévation du point B" supérieure à celle des points A" et C", la structure étant d'autant plus levee que son inclinaison en site est plus faible.Par un choix approprié des différents paramètres du système articulé, on peut faire en sorte que la partie la plus basse de la surface 10 reste pratiquement au niveau horizoutal du bord du trou et que le centre de gravité de la structure reste sur une meme verticale (voir à cet effet la figure 1 sur laquelle différentes positions 10' et 10" de la structure 10 sont représentées en tirets). On notera que ce résultat ne peut être obtenu que d'une façon approchée, le système articulé illustré par la figure 2 ne. permettant pas à la fois un déplacement exactement rectiligne du centre de gravité de la structure tout en maintenant le point bas de la surface 10 exactement dans un même plan horizontal.Parmi les paramètres sur lesquels il est possible de jouer, on peut choisir la longueur des barres 23-24 par rapport à celle des autres barres et, surtout, ltemplacement des articulations des barres 22,23 et 26 sur le caisson 27.This (only shown in fig. 2) is for example a screw jack actuated by an electric motor and articulated at its ends around horizontal axes at points D and E of the bars 23 and 24. The jack 28 directly controls the opening of the angle compass ss and, via the casing 27, controls the opening of the double angle compass α. An expansion of the jack 28 results in an elevation of point B "greater than that of points A" and C ", the structure being all the more raised the lower its inclination in elevation. By an appropriate choice of the different parameters of the articulated system, we can ensure that the lowest part of the surface 10 remains practically at the horizontal level of the edge of the hole and that the center of gravity of the structure remains on the same vertical (see for this purpose Figure 1 on which different positions 10 'and 10 "of the structure 10 are shown in dashes). It will be noted that this result can only be obtained in an approximate manner, the articulated system illustrated by FIG. 2 does not. not allowing at the same time an exactly rectilinear displacement of the center of gravity of the structure while maintaining the low point of the surface 10 exactly in the same horizontal plane. Among the parameters on which it is possible to play, we can choose the length of the bars 23-24 compared to that of the other bars and, above all, the location of the joints of bars 22, 23 and 26 on the box 27.
Dans l'exemple illustré, les points A,
B ct C sont situés dans un même plan. On peut toutefois envisager de disposer le point d'articulation B à un niveau différent de celui des points A et C.In the example illustrated, points A,
B and C are located in the same plane. However, it is possible to envisage placing the articulation point B at a level different from that of points A and C.
Cette disposition peut permettre notamment de faciliter le logement du vérin. Toujours en variante, un organe moteur autre qwtun vérin pourra être utilisé, par exemple un dispositif appliquant un couple de rotation directement sur une articulation.This arrangement can in particular facilitate the housing of the cylinder. Still alternatively, a motor member other than a cylinder can be used, for example a device applying a torque directly to a joint.
L'embase 30 est montée de façon classique sur une ou plusieurs courolmes 31 à billes ou à rouleaux montées dans un logement formé au centre de ltexcavation 16 et de même axe vertical que l'embase (figure 1). L'embase 30 porte à sa périphérie une denture 32 qui contre avec une roue dentée 33 entrainée par un moteur électrique 34 pour orienter la surface 11 en azimut. The base 30 is conventionally mounted on one or more belts 31 with balls or rollers mounted in a housing formed in the center of the excavation 16 and with the same vertical axis as the base (FIG. 1). The base 30 carries at its periphery a toothing 32 which against with a toothed wheel 33 driven by an electric motor 34 to orient the surface 11 in azimuth.
Le moteur du vérin 28 et le moteur 34 sont commandés par des signaux électriques fournis par un un dispositif de commande 40 afin, en fonctionnement normal, de pointer l'axe de la surface ll sur le soleil
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de commande 40 est agencé en outre pour imposer au capteur une valeur minimale en site lorsque le vent dépasse un seuil prédéterminé variable en fonction du site. Un mode de réalisation d'un tel dispositif de commande est illustré par la figure 3A
Le dispositif de commande 40 comprend un microprocesseur 40 relié classiquement à un circuit 42 d'entrées-sorties et à des mémoires 43 comprenant notamment ulie mémoire morte de programmes 43a et une mémoire vive de données 43b.The motor of the jack 28 and the motor 34 are controlled by electrical signals supplied by a control device 40 in order, in normal operation, to point the axis of the surface ll on the sun.
According to a characteristic of the invention, the control device 40 is further arranged to impose on the sensor a minimum value in elevation when the wind exceeds a predetermined threshold variable depending on the site. An embodiment of such a control device is illustrated in FIG. 3A
The control device 40 comprises a microprocessor 40 conventionally connected to an input-output circuit 42 and to memories 43 comprising in particular a read-only memory of programs 43a and a random access memory of data 43b.
Le circuit d9entrées-sorties 42 reçoit une information numérique W représentant la vitesse instantanée du vent mesuree par un anémomètre 44, une information numérique H représentant la date et l'heure fournies par une horloge 45 et des informations numé- riques SIM et AZM obtenues par conversion sous forme numérique de signaux analogiques fournis par des potentiomètres 46 de recopie des valeurs réelles de site et d'azimut suivant lesquels la surface ll est orientée.Le circuit d'entrées-sorties 42 delivre des signaux numériques de commande quol convertis sous forme analogique et amplifiés dans des circuits 48, attaquent le moteur du vérin 28 et le moteur 34. The input-output circuit 42 receives digital information W representing the instantaneous wind speed measured by an anemometer 44, digital information H representing the date and time provided by a clock 45 and digital information SIM and AZM obtained by conversion into digital form of analog signals supplied by potentiometers 46 for copying the real values of site and azimuth according to which the surface ll is oriented. The input-output circuit 42 delivers digital control signals quol converted into analog form and amplified in circuits 48, attack the motor of the jack 28 and the motor 34.
Les mémoires 43 comprenant encore une table 43c, sous forme d'une mémoire morte, dans laquelle sont enregistrées les coordonnées du soleil en site et azimut valables pour le lieu d'implantation du capteur à des instants successifs de chaque jour de l'année, ainsi qu'une table à deux entrées 43d, également sous forme d'une mémoire morte, qui contient les valeurs maximales admissibles du vent en fonction du site. La courbe représentant la variation de cette valeur maximale WMAX suivant le site SI est représentée sur la figure 4.Cette courbe permet, pour une valeur calculée SIC du site1 de connaitre la valeur admissible maximale WMAX de la vitesse du vent et, pour une vitesse de vent mesurée W, de connaître le site minimum admissible SDILN. The memories 43 further comprising a table 43c, in the form of a read-only memory, in which the coordinates of the sun in elevation and azimuth valid for the place of installation of the sensor are recorded at successive instants of each day of the year, as well as a table with two inputs 43d, also in the form of a read-only memory, which contains the maximum admissible values of the wind depending on the site. The curve representing the variation of this maximum value WMAX according to the site SI is represented in FIG. 4. This curve makes it possible, for a calculated value SIC of the site1 to know the maximum admissible value WMAX of the wind speed and, for a speed of measured wind W, to know the minimum admissible site SDILN.
Le programme de commande du positionnement en site et azimut comprend les opérations indiquées sur la figure 5. The elevation and azimuth positioning control program includes the operations indicated in FIG. 5.
Le dispositif de commande ayant été initialisé et la présence du soleil ayant été vérifiée par un détecteur approprié("initialisation et détection soleil"), la première opération realisée consiste dans l'acquisition des informations représentant la date et l'heure, informations fournies par l'horloge 45 ("acquisition date et heure").Ces informations acquises permettent de disposer des adresses nécessaires pour lire dans la table 43c les valeurs de site et d'azimut correspondantes SIC et AZC et transférer ces valeurs dans des registres de site et d'azimut ("lecture et enregistrement SIC et AZC"). La valeur enregistrée
SIC fournit l'adresse permettant de lire pians la table 43d puis d'enregistrer la valeur maximale admissible W!ç\X de la vitesse du vent correspoeidant n cc site "("lecture et enregistrement WMAX"). Ensuite, l'étape suivante consiste à acquérir la valeur reélle instantanée de la vitesse du vent fournie par l'anémomètre 44 ("ac- quisition W") afin de la comparer à WMAX (test W # WMAX"). The control device having been initialized and the presence of the sun having been verified by an appropriate detector ("initialization and detection of the sun"), the first operation carried out consists in acquiring information representing the date and the time, information provided by clock 45 ("date and time acquisition"). This acquired information makes it possible to have the addresses necessary to read from table 43c the corresponding site and azimuth values SIC and AZC and to transfer these values to site registers and azimuth ("read and record SIC and AZC"). The recorded value
SIC provides the address allowing to read from table 43d and then to record the maximum admissible value W! Ç \ X of the corresponding wind speed n cc site "(" read and record WMAX "). Then, the next step consists in acquiring the instantaneous real value of the wind speed provided by the anemometer 44 ("acquisition W") in order to compare it with WMAX (test W # WMAX ").
Si le test est positif, on passe à la phase d' acquisition des valeurs actuelles mesurées SI et AZ du site et de l'azimut ("acquisition SIM et AZM"). Si les valeurs mesurées se trouvent dans une fenêtre de quelques degrés en site et en azimut centrée sur les valeurs SIC et AZC ("test SIC - # # SIM #SIC + # et AZC + # # AZM # AZC + #") le réglage fin de position,comme indiqué plus loin, est autorisé ("autorisation réglage fin"), et l'on retourne à la phase "acquisition date et heure".Sinon, le réglage fin de position est interdit ("inhibition réglage fin") et les moteurs sont commandés dans le sens correct suivant les signes des différences SIC - SIM et AZC-AZAI ("commande moteurs"),jusqu'à ce que les égalités SIM = SIC et AZM = AZC soient atteintes ("tests SIN = SIC et
AZM = AZC"), avant de retourner à la phase "acquisition date et heure"
Si le test nW 4 WMAX" est négatif, la valeur W fournit l'adresse permettant de lire dans la table 43d la valeur minimale admissible SIMIN du site correspondant au vent vrai ("lecture SIMIN").La valeur contenue dans,le registre de site est alors modifiée pour devenir égale à SIMIN éventuellement augmentée d'un décalage systématique EPS à titre de sécurité ("SIC = SIMIN + EPS"). Ensuite, on passe aux phases "inhibition réglage fin", "commande moteurs" et "tests
SIM = SIC et AZM = AZCtl décrites ci-dessus. If the test is positive, we go to the phase of acquisition of the current measured values SI and AZ of the site and the azimuth ("SIM and AZM acquisition"). If the measured values are in a window of a few degrees in elevation and in azimuth centered on the SIC and AZC values ("SIC test - # # SIM #SIC + # and AZC + # # AZM # AZC + #") the setting end of position, as indicated below, is authorized ("end adjustment authorization"), and we return to the "date and time acquisition" phase. Otherwise, end position adjustment is prohibited ("inhibition of end adjustment") and the motors are controlled in the correct direction according to the signs of the differences SIC - SIM and AZC-AZAI ("motor control"), until the equalities SIM = SIC and AZM = AZC are reached ("tests SIN = SIC and
AZM = AZC "), before returning to the" date and time acquisition "phase
If the nW 4 WMAX "test is negative, the value W provides the address making it possible to read in table 43d the minimum admissible SIMIN value of the site corresponding to the true wind (" SIMIN reading "). The value contained in, the register of site is then modified to become equal to SIMIN possibly increased by a systematic EPS offset as security ("SIC = SIMIN + EPS"). Then, we pass to the phases "inhibition fine adjustment", "motor control" and "tests
SIM = SIC and AZM = AZCtl described above.
Pour le réglage fin de la position en site et en azimut, on réalise de façon connue en soi un asservissement à partir de signaux d'erreur produits par un capteur et représentant les décalages en site et en azimut entre l'axe de la surface il et la direction du soleil. Un tel capteur est par exemple formé de plusieurs éléments photoélectriques disposés dans des secteurs délimités par des cloisons opaques qui se coupent suivant une ligne parallèle à l'axe de la surface. Ainsi, si cet axe ntest pas orienté exactement vers le soleil, certains des éléments photoélectriques sont plus ou moins à l'ombre, tandis que un ou plusieurs autres sont éclairéstotalement. For the fine adjustment of the position in elevation and in azimuth, a control is produced in a manner known per se from error signals produced by a sensor and representing the shifts in elevation and in azimuth between the axis of the surface it and the direction of the sun. Such a sensor is for example formed of several photoelectric elements arranged in sectors delimited by opaque partitions which intersect along a line parallel to the axis of the surface. Thus, if this axis is not oriented exactly towards the sun, some of the photoelectric elements are more or less in the shade, while one or more others are fully illuminated.
L'asservissement est réalisé de manière à annuler les signaux dterretu- reçus. Comme indiqué plus haut, cet asservissement est inhibé lorsque l'orientation de la surface est en dehors de la fenêtre définie par les informations lues dans la table 43c, notamment lorsque le seuil de vent masimal admissible correspondant à la position en site du soleil est dépassé.The control is carried out so as to cancel the received signals. As indicated above, this enslavement is inhibited when the orientation of the surface is outside the window defined by the information read in table 43c, in particular when the admissible maximum wind threshold corresponding to the position in elevation of the sun is exceeded. .
Le mode d'asservissement de position du capteur pour réglage fin peut être réalisé par tout moyen connu en soi et ne fait pas partie de l'invention. The position control mode of the sensor for fine adjustment can be achieved by any means known per se and is not part of the invention.
Il pourra être mis en oeuvre par des circuits analogiques ou utiliser les ressources du microprocesseur.It can be implemented by analog circuits or use the resources of the microprocessor.
Une variante de réalisation d'un dispositif de support pour un capteur conforme à lsinvention est représenté sur la figure 4. An alternative embodiment of a support device for a sensor according to the invention is shown in FIG. 4.
Ce dispositif de support 50 comprend trois structures articulées 51, 52, 53 de type compas. This support device 50 comprises three articulated structures 51, 52, 53 of the compass type.
A leurs extrémités inférieures, ces structures sont articulées en trois points F, G, H d'une embase fixe 60 tandis qu'à leurs extrémités supérieures, elles sont articulées en trois points F", G", H" situés sur la surface inférieure d'une structure 10 analogue à celle des figures 1 et 2. Les branches de chaque compas sont articulées entre elles respectivement en Fl, G' et H'.At their lower ends, these structures are articulated at three points F, G, H of a fixed base 60 while at their upper ends, they are articulated at three points F ", G", H "located on the lower surface of a structure 10 similar to that of FIGS. 1 and 2. The branches of each compass are hinged together respectively in Fl, G 'and H'.
Les points FGH et F"G"H" forment par exemple des triangles équilatéraux non nécessairement égaux entre eux. Par ailleurs, les plans F F F",
G G G" et H H' H" sont des plans verticaux passant par le centre de la structure 10 et formant entre eux des angles de 120 . Les articulations aux points F et F sont à un degré de liberté autour d'axes horizontaux perpendiculaires au plan FF'F". De façon similaire, les articulations aux points G, G' et aux points
H, H' sont autour d'axes horizontaux perpendiculaires respectivement aux plans G G' G" et H H' H". Par contre, les articulations aux points F", G" et H" sont du type à cardan.The points FGH and F "G" H "for example form equilateral triangles which are not necessarily equal to each other. Furthermore, the planes FFF",
GGG "and HH 'H" are vertical planes passing through the center of the structure 10 and forming between them angles of 120. The joints at points F and F are at a degree of freedom around horizontal axes perpendicular to the plane FF'F ". Similarly, the joints at points G, G 'and at points
H, H 'are around horizontal axes perpendicular to the planes GG' G "and HH 'H" respectively. On the other hand, the joints at points F ", G" and H "are of the cardan type.
Les longueurs FF", GG" et HH" sont réglables indépendamment les unes des autres au moyen de trois organes moteurs 54, 55, 56 tels que des vérins à vis entraînes par moteur électrique. Chaque vérin est articulé sur les branches d'un compas particulier pour commander l'angle d'ouverture de celui-ci. The lengths FF ", GG" and HH "can be adjusted independently of one another by means of three drive members 54, 55, 56 such as screw jacks driven by an electric motor. Each jack is articulated on the arms of a compass particular for controlling the opening angle thereof.
Toute position de la structure 10 est définie de façon biunivoque par les longueurs pl, , GG" et HH", donc par les extensions des vérins 54, 55, 56. Any position of the structure 10 is defined in a one-to-one fashion by the lengths pl,, GG "and HH", therefore by the extensions of the jacks 54, 55, 56.
En commandant ceux-ci de façon appropriée, il est donc possible de commander l'élévation, l'orientation en site et l'orientation en azimut de la surface réfléchissante.By controlling these appropriately, it is therefore possible to control the elevation, the elevation orientation and the azimuth orientation of the reflecting surface.
En particulier, il est possible de maintenir la partie la plus basse de cette surface sensiblement au niveau horizontal du bord de l'excavation (non représentée) dans laquelle le capteur est mis à l'abri en position de survie. Il est également possible de réaliser une poursuite continue du soleil même lorsque celui-ci passe par la verticale comme est le cas dans la zone-inter- tropicale.Un avantage supplémentaire apporté par le dispositif de support 50 dans le cas de capteur a concentration tel que'celui représenté sur la figure 1 est que les canalisations 14 et 15 peuvent alors être formées par des flexibles raccordés à des tuyauteries fixes du côte utilisation sans nécessiter, comme dans les capteurs connus, des joints tournants ou des tuyaux souples enroulés en spirale permettant à ces canalisations de suivre la rotation de la structure 10
La commande des moteurs des vérins 54, 55, 56 peut être réalisée au moyen d'un dispositif de commande 40' du type de celui représenté sur la figure 3.Dans ce circuit 408 (figure 7), le circuit d'entrées/sorties (42') reçoit en plus des informations
H, W, SIM et AZM, des informations numériques LIM, L2M et L3M obtenus par conversion de signaux analogiques fournis par des potentiomètres de recopie de longueurs des vérins 54, 55, 56.Le circuit d'entre'es/sorties 42' délivre trois signaux numériques de commaiide qui convertis sous forme analogique et amplifié dans des circuits 48' attaquent les. moteurs des trois vérins 54, 55, 56. Enfin, les mémoires 43' comprennent une table supplémentaire 43'e a.s laquelle sont enregistrées des valeurs des longueurs
L1, L2, L3 des vérins pour chaque couple de coordonnées an site et en azimut.In particular, it is possible to maintain the lowest part of this surface substantially at the horizontal level of the edge of the excavation (not shown) in which the sensor is sheltered in the survival position. It is also possible to carry out a continuous tracking of the sun even when the latter passes through the vertical as is the case in the tropical zone. An additional advantage provided by the support device 50 in the case of a concentration sensor such que'celui shown in Figure 1 is that the pipes 14 and 15 can then be formed by flexible hoses connected to fixed pipes on the side use without requiring, as in known sensors, rotating joints or flexible pipes wound in a spiral to these pipes to follow the rotation of the structure 10
The motors of the jacks 54, 55, 56 can be controlled by means of a control device 40 ′ of the type shown in FIG. 3. In this circuit 408 (FIG. 7), the input / output circuit (42 ') also receives information
H, W, SIM and AZM, digital information LIM, L2M and L3M obtained by conversion of analog signals supplied by potentiometers for copying the lengths of the jacks 54, 55, 56. The input / output circuit 42 'delivers three digital commaiide signals which converted to analog form and amplified in 48 'circuits attack the. motors of the three jacks 54, 55, 56. Finally, the memories 43 'include an additional table 43'e as which are recorded values of the lengths
L1, L2, L3 of the cylinders for each pair of coordinates on site and in azimuth.
L'organigramme de la figure 8 indique les opérations réalisées par le dispositif 40' pour la commande du positiomiement de la surface orientable. Jusqu'aux phases "autorisation de réglage fin" et "inhibition de réglage fin", l'on retrouve les mêmes opérations que dans l'organigramme de la figure 5. The flow diagram of FIG. 8 indicates the operations carried out by the device 40 ′ for controlling the position of the orientable surface. Up to the "fine adjustment authorization" and "fine adjustment inhibition" phases, the same operations are found as in the flow diagram of FIG. 5.
Pour la réalisation du réglage fin, sn peut utiliser une boucle d'asservissement, comme décrit plus haut, afin de déterminer les longueurs LiC (LIC, L2C et L3C) à conférer aux vérins t'détermination
LiC"). Les longueurs peuvent être calculées directement ou obtenues dans la table 43'e à partir des site et azimut désirés. Des signaux de commande sont ensuite transmis simultanément aux vérins ("commande des vérins") jusqu'à ce que les égalités entre valeurs commandées et valeurs mesurées pour les trois longueurs Li (L1, L2 et L3) soient vérifiées, t'tests LiM = Li C").For the fine adjustment, sn can use a control loop, as described above, in order to determine the lengths LiC (LIC, L2C and L3C) to be given to the cylinders t'determination
LiC "). The lengths can be calculated directly or obtained in table 43'e from the desired site and azimuth. Control signals are then transmitted simultaneously to the cylinders (" actuation of the cylinders ") until the equalities between commanded values and measured values for the three lengths Li (L1, L2 and L3) are checked, tests LiM = Li C ").
Lorsque l'orientation actuelle de la surface réfléchissante ne se trouve pas dans la fenêtre déterminée1 ou lorsque le seuil de vitesse WMAX est dépassé, après l'inhibition du réglage fin, on détermine par lecture dans la table 43e les longueurs LiC (LIC, L2C,
L3C) à conférer aux trois vérins por atteindre la position souhaitée ("détermination LIC"). L'amplitude du mouvement à imposer à la structure 10 peut être grande et, pour éviter un possible choc entre cette structure et le sol sur lequel elle repose, on place d1 abord la structure 10 dans une position horizontale intermédiaire.A cet effet, on calcule la valeur
#LIC" moyenne de LIC L2C et L3C ("calcul LMC = ) on 3 affiche cette valeur et on commande les vérins simultané- ment pour amener la structure dans cette position intermédiaire ("commande vérins"). Lorsque celle-ci est atteinte ("tests LiAl = LMCt' positif) , on affiche les valeurs LiC à atteindre et on commande à nouveau les vérins simultanément ("commande vérins") jusqu'à ce que la position désirée soit atteinte ("tests LiM = LiC'). When the current orientation of the reflecting surface is not in the determined window1 or when the speed threshold WMAX is exceeded, after inhibition of the fine adjustment, the lengths LiC (LIC, L2C) are determined by reading from the table 43e ,
L3C) to be given to the three cylinders to reach the desired position ("LIC determination"). The amplitude of the movement to be imposed on the structure 10 can be large and, to avoid a possible shock between this structure and the ground on which it rests, the structure 10 is first placed in an intermediate horizontal position. calculate value
#LIC "average of LIC L2C and L3C (" LMC calculation =) on 3 this value is displayed and the cylinders are controlled simultaneously to bring the structure to this intermediate position ("actuator control"). When this is reached ("LiAl tests = LMCt 'positive), the LiC values to be reached are displayed and the cylinders are re-ordered simultaneously (" cylinder control ") until the desired position is reached (" tests LiM = LiC ').
Claims (10)
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| FR8217827A FR2535033A1 (en) | 1982-10-25 | 1982-10-25 | Orientable solar collector. |
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Family Applications (1)
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