FR2568991A1 - Solar power station - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif autonome de captage et de stockage solaire à faible emprise au sol. The invention relates to an autonomous solar collection and storage device with a small footprint.
On sait que, dans les climats de ciel clair notamment, les dispositifs de captage de l'énergie solaire permettant de "suivre" le soleil ont des rendements annuels et journaliers supérieurs à ceux des dispositifs fixes. A ce jour cependant les dispositifs orientables sont peu utilisés car nettement plus coûteux, fragiles et sensibles aux intempéries. On a proposé dans l'art de placer les récepteurs orientables dans des enceintes transparentes au rayonnement solaire, telles que serres ou enceintes gonflables hemisphèriques; cependant ces installations nécessitent généralement des surfaces importantes de terrain par rapport à la surface réceptrice utile
L'objet de l'invention concerne un dispositif simple de faible encombrement horizontal, constituant une unité d'exploitation de l'énergie solaire.It is known that, in clear sky climates in particular, the solar energy capture devices making it possible to "follow" the sun have annual and daily yields higher than those of the fixed devices. To date, however, orientable devices are little used since they are clearly more expensive, fragile and sensitive to bad weather. It has been proposed in the art to place the orientable receivers in enclosures transparent to solar radiation, such as greenhouses or hemispherical inflatable enclosures; however, these installations generally require large areas of land in relation to the useful receiving area
The object of the invention relates to a simple device of small horizontal size, constituting a unit for exploiting solar energy.
Suivant une caracteristique de l'invention, on dispose les éléments récepteurs et concentrateurs de l'énergie solaire dans une enceinte cylindrique étanche à axe vertical formant tour dont les parois sont constituées de matériaux transparents au rayonnement solaire. According to a characteristic of the invention, the solar energy receiving and concentrating elements are placed in a sealed cylindrical enclosure with a vertical axis forming a tower whose walls are made of materials transparent to solar radiation.
Suivant une autre caractéristique, le dispositif de réception et de concentration de énergie solaire conçu pour pouvoir tourner autour d'un pylône creux formant axe vertical rigide du dispositif afin de se positionner automatiquement face au soleil tout au long de chaque journée. Cette disposition permet une durée de captation theorique maximum et une réception d'énergie quasi constante pour des latitudes d'implantation voisines ou supérieures à 300. According to another characteristic, the solar energy reception and concentration device designed to be able to rotate around a hollow pylon forming a rigid vertical axis of the device in order to automatically position itself facing the sun throughout each day. This arrangement allows a maximum theoretical capture duration and an almost constant energy reception for implantation latitudes close to or greater than 300.
Suivant une autre caracteristique, ltenveloppe transparente et son armature sont stabilisées et contreventées, non seulement par le pylône axial s'etendant de haut en bas, mais également par la masse d'un stockage thermique ou d'un local technique auquel elle est associée, et qui lui constitue une assise et un encastrement dans le sol. According to another characteristic, the transparent envelope and its frame are stabilized and braced, not only by the axial pylon extending from top to bottom, but also by the mass of a thermal storage or of a technical room with which it is associated, and which constitutes a seat and a recess in the ground.
Suivant une autre caractéristique, la forme cylindrique ou polygonale de l'ensemble de la centrale lui confère une prise au vent minimum et permet une réception quasi constante du rayonnement solaire quelle que soit l'heure de la journée. According to another characteristic, the cylindrical or polygonal shape of the entire power plant gives it a minimum wind resistance and allows almost constant reception of solar radiation whatever the time of day.
La réalisation d'une centrale solaire selon l'invention pourait faire appel à des armatures métalliques revêtues de matériaux plastiques transparents, constituant "revêtement travaillant" de type construction aeronautique conduisant à des construction légère qui pouront être érigées d'un seul tenant, scellées sur le socle formant local technique et éventuellement haubannées dans les sites très ventés. The realization of a solar power station according to the invention could call upon metallic reinforcements coated with transparent plastic materials, constituting "working coating" of aeronautical construction type leading to light constructions which could be erected in one piece, sealed on the base forming technical room and possibly guyed in very windy sites.
Les matériels récepteurs, concentrateurs et convertisseurs d'énergie solaire incorporés pourront être de préférence : des photopiles en ruban sur support souple, des feuilles de plastique métallisé tendues sur des armatures courbes, des insolateurs tubulaires verticaux fixes enveloppant le pylône central. The materials receiving, concentrators and converters of solar energy incorporated could preferably be: solar cells in ribbon on flexible support, sheets of metallized plastic stretched on curved frames, fixed vertical tubular insulators enveloping the central pylon.
Le pylône axial pourrait être réalisé par un tube métallique servant de conduite de tirage d'un système de production d'air chaud ou constituer la cheminée d'un dispositif d'appoint à combustible stockable. The axial pylon could be produced by a metal tube serving as a draft pipe for a system for producing hot air or constituting the chimney of a back-up device for storable fuel.
Les moyens assurant les mouvements d'orientation pourront être des petits moteurs éléctriques ou un système dîhorlogerie animé par descente de poids, ou tout autre dispositif. The means ensuring the orientation movements may be small electric motors or a clockwork system driven by weight reduction, or any other device.
L'installation suivant l'invention pourra éventuellement être réalisée par étages indépendants, permettant des liaisons horizontales entre l'enveloppe extérieure et le pylône axial. The installation according to the invention may possibly be carried out by independent stages, allowing horizontal connections between the outer envelope and the axial pylon.
Les éléments récepteurs pourront être constitués de persiennes articulées permettant d'optimiser la réception du rayonnement solaire en hauteur. The receiving elements may be made up of articulated louvers making it possible to optimize the reception of solar radiation at height.
Accessoirement, l'installation suivant l'invention pourrait servir de support à un éclairage public et à une antenne collective de télévision. Incidentally, the installation according to the invention could serve as a support for public lighting and a collective television antenna.
Le dispositif selon l'invention convient particulièrement à des zones d'habitat dense à faible hauteur où il peut trouver place aisément dans des espaces restreints publics ou privés. The device according to the invention is particularly suitable for areas of dense habitat at low height where it can easily find place in restricted public or private spaces.
Le dispositif est adapté au chauffage de fluides caloporteurs et à la production d'énergie frigorifique et électrique pour des groupes d'habitations et installations agricoles ou industrielles. The device is suitable for heating heat transfer fluids and for the production of cooling and electrical energy for groups of dwellings and agricultural or industrial installations.
L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre, faite en réference aux dessins annexés, et donnant à titre d'exemple un mode de mise en oeuvre. The invention will appear more clearly with the aid of the description which follows, given with reference to the appended drawings, and giving by way of example an embodiment.
L'installation, est établie, par exemple, dans une région du 38ème parallèle jouissant d'un ensoleillement annuel de 2.000 heures et destinées au chauffage, à la réfrigération et à la production d'eau chaude sanitaire d'une dizaine de maisons bien isolées. Dans ce cas, l'installation devra produire environ 50.000 KW/heure thermiques en vue d'économiser 70% environ de l'énergie nécessaire. The installation, is established, for example, in a region of the 38th parallel enjoying an annual sunshine of 2,000 hours and intended for heating, refrigeration and the production of domestic hot water of a dozen well insulated houses . In this case, the installation will have to produce around 50,000 KW / hour thermal in order to save around 70% of the energy required.
Dans ce cas, la centrale de chauffe aura une surface de réflexion de l'énergie solaire de 120 M2 environ, ce qui sera obtenu par une centrale de chauffage de 6 mètreS de diamètre et de 20 mètres de hauteur.In this case, the heating plant will have a surface for reflecting solar energy of around 120 m2, which will be obtained by a heating plant 6 meters in diameter and 20 meters in height.
La figure 1 montre en vue de face et en coupe verticale avec arrachements un dispositif conçu suivant l'invention et détaillant notamment le réflecteur et le dispositif de rotation. Figure 1 shows in front view and in vertical section with cutaway a device designed according to the invention and detailing in particular the reflector and the rotation device.
La figure 2 est une vue en coupe horizontale vue du dessus d'une section courante d'un dispositif suivant l'invention, indiquant notamment un mode de réalisation du foyer linéaire vertical du réflecteur cylindro-parabolique et de l'enveloppe transparente. Figure 2 is a horizontal sectional view from above of a current section of a device according to the invention, indicating in particular an embodiment of the vertical linear focus of the parabolic reflector and the transparent envelope.
La figure 3 est une variante du dispositif réflecteur. Figure 3 is a variant of the reflector device.
La figure 4 est une coupe verticale en arrachement établie dans le plan médian du réflecteur et du foyer vertical, et détaillant le circuit des fluides et la disposition des matériels d'exploitation de la chaleur solaire du stockage thermique et de la chaudière d'appoint. FIG. 4 is a cutaway vertical section established in the median plane of the reflector and of the vertical hearth, and detailing the fluid circuit and the arrangement of the materials for exploiting the solar heat of the thermal storage and of the auxiliary boiler.
On se rapportera tout d'abord aux figures 1,2 et 3, dans lesquelles on a figuré la configuration générale d'une installation ayant la forme d'une tour cylindrique à base circulaire ou polygonale, constituée par exemple de trois étages distincts : soit, de bas en haut, l'étage de stockage en sous-sol 1, l'étage formant local technique 2, -l'étage formant captage du rayonnement solaire proprement dit 3. Suivant l'invention, les étages 1 et 2 sont réal isés par exemple en maçonnerie de béton ou en contruction métallique, l'étage 1 constituant stockage thermique étant soigneusement isolé et pouvant être compartimenté en un ou plusieurs réservoirs. We will first refer to Figures 1,2 and 3, in which we have shown the general configuration of an installation having the shape of a cylindrical tower with a circular or polygonal base, consisting for example of three distinct stages: , from bottom to top, the underground storage stage 1, the stage forming technical room 2, the stage forming the capture of solar radiation proper 3. According to the invention, stages 1 and 2 are real for example in concrete masonry or in metal contruction, stage 1 constituting thermal storage being carefully insulated and able to be compartmentalized in one or more tanks.
L'étage 3 est composé d'une enceinte transparente 4 rigidifiée sur son axe par un pylône tubulaire solidarisé du socle que forme le local technique. Ce pylône tubulaire 5 sert de support à des tendeurs 6 suspendant un anneau rigide 7 sur lequel sont assemblés des tendeurs periphèriques 8 ancrés dans le socle que forme le local technique 2. Stage 3 is composed of a transparent enclosure 4 rigidified on its axis by a tubular pylon secured to the base that the technical room forms. This tubular pylon 5 serves as a support for tensioners 6 suspending a rigid ring 7 on which are assembled peripheral tensioners 8 anchored in the base formed by the technical room 2.
On conçoit qu'une telle structure autotendante constituée par le pylône axial comprimé et par les tendeurs forme une structure de contreventement extrêmement rigide permettant de suspendre une série d'anneaux formant lisses horizontales circulaires 9, et qui permettront de visser les plaques de revêtement transparentes, par exemple de type plexiglas constituant aventageusement les parois verticales et la toiture de l'enceinte 4. It can be understood that such a self-tensioning structure constituted by the compressed axial pylon and by the tensioners forms an extremely rigid bracing structure making it possible to suspend a series of rings forming horizontal circular beams 9, and which will make it possible to screw on the transparent covering plates, for example of the plexiglass type which advantageously constitutes the vertical walls and the roof of the enclosure 4.
Des haubants tels qu'en 10 permettent un contreventement de sécurité.On a représenté un réflecteur tournant 11 cylindrique et allongé dans le sens vertical; d'une surface d'ouverture de 100 mètres carrés environ. Stay cables such as in 10 allow a safety bracing. There is shown a rotating reflector 11 cylindrical and elongated in the vertical direction; with an opening area of approximately 100 square meters.
Ce réflecteur 11 est réalisé en feuilles de plastique, en toile métallisée ou par une pluralité de feuillards polis verticaux. This reflector 11 is made of plastic sheets, metallized canvas or by a plurality of vertical polished strips.
Le réflecteur 11 constitue ainsi une sorte de voile, suspendue à une vergue 12 ayant le profil désiré, et articulée au pylône tubulaire 5 par l'intermédiaire d'une potence tournante 13 comportant une tourelle annulaire 14 équipée de galets porteurs 15, et de galets de guidage 16. The reflector 11 thus constitutes a kind of sail, suspended from a yard 12 having the desired profile, and articulated to the tubular pylon 5 by means of a rotating bracket 13 comprising an annular turret 14 equipped with support rollers 15, and rollers guide 16.
L'entrainement de l'ensemble est réalisé par un moteur électrique 17 ; d'un engrenage de réduction 18, d'un pignon 19 et d'une couronne dentée 20. The drive of the assembly is carried out by an electric motor 17; a reduction gear 18, a pinion 19 and a ring gear 20.
Le dispositif d'entrainement pourrait également être un dispositif à friction. The drive device could also be a friction device.
L'acquisition et la poursuite du soleil est réalisée par un dispositif optique de controle d'illumination constitué par exem ple, de diodes ou photopiles 21-22, destinées à commander le moteur d'orientation. The acquisition and tracking of the sun is carried out by an optical illumination control device constituted for example by diodes or photocells 21-22, intended to control the orientation motor.
Afin d'augmenter le rendement du réflecteur, et de diminuer les pertes optiques à son ouvertures basse, l'ensemble du plancher 23 est recouver d'une surface réfléchissante 24. In order to increase the efficiency of the reflector, and to reduce the optical losses at its low openings, the entire floor 23 is covered with a reflective surface 24.
La bonne qualité optique du concentrateur (réflecteur 11) est obtenue par des moyens permettant d'éviter les plis ou déformations locales, et de permettre une dilatation libre sous l'effet de la chaleur ou de refroidissements importants. The good optical quality of the concentrator (reflector 11) is obtained by means making it possible to avoid local folds or deformations, and to allow free expansion under the effect of heat or significant cooling.
Pour atteindre cet objectif, la voile formant concentrateur (11) épouse en partie supérieure la vergue courbe horizontale (12) qui constitue la directrice du cylindre ainsi formé. To achieve this objective, the sail forming the concentrator (11) marries the upper horizontal curved yard (12) which constitutes the director of the cylinder thus formed.
Suivant l'invention, la voile est maintenue sous tension longitudinale et verticale par un ensemble de poids 25 dont les effets de traction sont répartis uniformément par des lattes horizontales flexibles et élastiques 26, cintrées par de fins cables 27 formant cordes, et permettant le maintien du profil à la cambrure souhaitée identiquement sur toute la hauteur. According to the invention, the sail is kept under longitudinal and vertical tension by a set of weights 25 whose traction effects are distributed uniformly by flexible and elastic horizontal slats 26, bent by fine cables 27 forming cords, and allowing the maintenance from the profile to the desired camber identically over the entire height.
On pourrait utiliser avantageusement le long de la vergue haute ou de la latte basse d'extrémité, des fixations à ressort permettant de compenser les tensions différentielles.One could advantageously use along the high yard or the low end batten, spring fasteners making it possible to compensate for the differential voltages.
On a représenté en coupe verticale sur la figure 1, et en section horizontale sur les figures 2 et 3, la constitution du foyer récepteur 28 désignant une chaudière solaire 29 verticale, enveloppant le pylône axial tubulaire 5 ; et constituée d'une pluralité de tubes verticaux à ailettes 30 métalliques et revêtus d'un traitement sélectif de type Chrome, noir par exemple. Is shown in vertical section in Figure 1, and in horizontal section in Figures 2 and 3, the constitution of the receiving hearth 28 designating a vertical solar boiler 29, enveloping the tubular axial pylon 5; and made up of a plurality of vertical tubes with metallic fins and coated with a selective treatment of the chrome, black for example type.
La surface réceptrice de la chaudière ou "corps noir" est isolée en face arrière par un matériau 31 et séparée de l'ambiance intérieure par une enveloppe transparente 32 pouvant être par exemple du verre Pyrex, permettant de minimiser les pertes thermiques - notamment à hautes températures - par confinement de l'air surchauffé. The receiving surface of the boiler or "black body" is isolated on the rear face by a material 31 and separated from the interior atmosphere by a transparent envelope 32 which can be, for example, Pyrex glass, making it possible to minimize heat losses - in particular at high temperatures - by confining superheated air.
Bien évidemment, d'autres types de réalisation sont possibles sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Obviously, other types of embodiment are possible without departing from the scope of the invention.
On pourra par exemple réaliser l'enveloppe générale sous forme d'un "boudin" gonfflable sous pression, ou par l'assemblage de plaques rigides autoportantes nervurées.We can for example achieve the general envelope in the form of a "bead" inflatable under pressure, or by assembling rigid, self-supporting ribbed plates.
Les réflecteurs tournants pourront être réalisés en matériau rigide ultraléger, plastique cellulaire, ou composite en nids d'abeille etc...., revêtu de matériau réfléchissant. The rotating reflectors may be made of ultralight rigid material, cellular plastic, or composite honeycomb, etc., coated with reflective material.
Dans ce cas, les réflecteurs mobiles pourront être articulés en deux points.In this case, the movable reflectors can be articulated at two points.
Le foyer recepteur pourra être réalisé par enroulement hélicoidal de canalisations ; ou bien -dans le cas d'un capteur à air en tôle métallique ondulée, cannelée ou pliée à très grande surface d'échange. The receiving focus can be achieved by helical winding of pipes; or - in the case of an air sensor made of corrugated, grooved or folded sheet metal with a very large exchange surface.
En se reportant à la figure 4, qui représente l'ensemble de l'installation, on a représenté plus particulièrement le dispositif thermique. On pourra apprécier la compacité des dispositions prévues, ainsi que le raccourcissement des canalisations permettant de hauts rendements, et une grande économie de moyens. Referring to Figure 4, which shows the entire installation, there is shown more particularly the thermal device. We can appreciate the compactness of the planned arrangements, as well as the shortening of the pipes allowing high yields, and a great economy of means.
Le foyer récepteur 28 recevant le rayonnement solaire direct et réfléchi, est irrigué en boucle fermée par un fluide caloporteur du type "gilotherm", et mis en circulation par une pompe 33. The receiving hearth 28 receiving direct and reflected solar radiation, is irrigated in a closed loop by a heat transfer fluid of the "gilotherm" type, and circulated by a pump 33.
La boucle étant équipée d'en 2 échangeurs 34 et 35 permettant de fournir les calories d'un groupe frigorifique à absorption 36 ou d'un stockage thermique 1 soigneusement isolé, et de préférence enterré pour minimiser les pertes thermiques. The loop being equipped with 2 exchangers 34 and 35 making it possible to supply the calories of an absorption refrigeration unit 36 or of a thermal storage 1 carefully insulated, and preferably buried to minimize heat losses.
Ce stockage pourrait être successive ment utilisé comme stockage chaud en hiver, et stockage froid en été. This storage could be successively used as hot storage in winter, and cold storage in summer.
On a représenté en 37 une chaudière d'appoint utilisant par exemple un combustible stockable, tel que le charbon. Dans ce cas, le pylône tubulaire 5 sert avantageusement de conduite d'évacuation des gaz brûlés. There is shown at 37 an auxiliary boiler using for example a storable fuel, such as coal. In this case, the tubular pylon 5 advantageously serves as a discharge pipe for the burnt gases.
38 et 39 sont les canalisations isolées de départ et de retour d'eau chaude, ou d'eau froide vers les lieux et appareils d'utilisation pouvant être notamment des planchers chauffants, des plafonds réfrigérants, des ballons de stockage d'eau chaude sanitaire. 38 and 39 are the isolated pipes for the departure and return of hot water, or cold water to the places and devices of use which can be in particular heated floors, cooling ceilings, domestic hot water storage tanks .
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1984
- 1984-08-07 FR FR8412451A patent/FR2568991A1/en active Pending
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