La présente invention est relative à une conception modulaire deThe present invention relates to a modular design of
constituants optiques des centrales solaires fondées sur le principe d'une concentration du rayonnement solaire sur un foyer ponctuel ou linéaire. Optical constituents of solar power plants based on the principle of a concentration of solar radiation on a point or linear focus.
Les constituants de telles centrales sont destinées à réfléchir, et le cas échéant à concentrer le rayonnement solaire. Ils sont constitués de surfaces réfléchissantes disposées sur des structures qui sont le plus souvent métalliques, et le cas échéant orientables afin de suivre le soleil dans sa course. C'est ainsi que sont construits, avec dés géométries adaptées à chaque configuration, les concentrateurs cylindro-paraboliques, les héliostats, les miroirs secondaires, ou les concentrateurs paraboliques. Le mode de réalisation habituel de tels composants consiste à réaliser une armature complète, puis à fixer des miroirs réfléchissants sur la dite armature. Ce procédé conduit à devoir réaliser des armatures très rigides afin de résister aux effets du vent, il implique des liaisons mécaniques délicates du point de vue de la rigidité et de la fiabilité entre l'armature et les miroirs réfléchissants, il implique enfin des réglages délicats ne pouvant le plus souvent être opérés que sur site. Les composants peuvent en outre difficilement être protégés des intempéries. La présente invention décrit une conception modulaire des constituants optiques d'une centrale solaire, associant au sein d'un même module la fonction optique et la fonction structurale, les propriétés optiques et structurales du constituant étant obtenues par un simple assemblage sur un même plan d'un certain nombre de modules. Chacun des modules ainsi constitués est susceptible d'être produit en usine en mettant en oeuvre des matériaux et des techniques de réalisation économiques. Chacun des modules est également 1 susceptible de subir un pré-réglage optique avant l'assemblage global sur site. 35 Selon un premier mode de réalisation, un module élémentaire est constitué d'une armature de forme cubique ou parallélépipédique (1), dont une face est équipée avec un matériau réfléchissant (2). Ladite armature est réalisée avec les matériaux et selon les procédés classiquement mis en 40 oeuvre dans la construction mécanique, tels qu'une armature métallique ou une armature de poutrelles de béton. Selon une variante, un module élémentaire est constitué d'un caisson tubulaire à section carrée ou rectangulaire, à parois minces, réalisée à l'aide des matériaux et des procédés de 45 construction classiquement mis en oeuvre notamment dans le bâtiment et le génie civil, tels que l'acier, le bois, les matériaux composites à base de fibre de verre et de résine polyester, le béton, ou toute combinaison de ces procédés. Un matériau réfléchissant est disposé sur l'une des deux 50 extrémités du tube, l'autre extrémité étant fermée ou pouvant rester ouverte. Selon une variante, le module élémentaire est constitué d'un caisson tubulaire à section hexagonale, ou toute autre forme permettant un assemblage aisé des modules, ledit assemblage ne 55 ménageant aucun vide entre eux. Le dispositif réfléchissant constituant l'une des faces du module élémentaire est une partie d'un miroir plan, d'un miroir parabolique, d'un miroir sphérique, d'un miroir de Fresnel de plus grandes dimensions, ou de tout autre 60 dispositif répondant à la problématique posée par la configuration optique d'une centrale solaire. Le dispositif réfléchissant attaché au module peut être réglé en orientation par rapport au corps du module par un ou plusieurs dispositifs adéquats tels que vis-écrou, ou être préréglé en usine lors de 65 la fabrication du module, au moyen de jeux de cales ou 2 dispositifs équivalents. Il est également susceptible d'être fixé au corps du module sans aucune possibilité de réglage, selon le contexte de son utilisation. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'armature du module élémentaire est 70 découpée à son extrémité devant recevoir la surface réfléchissante selon une géométrie appropriée. Ladite surface est fixée sur la tranche des parois de l'armature tubulaire, de façon à réfléchir le rayonnement solaire selon une direction précise par rapport à l'axe longitudinal de 75 l'armature. Cette fixation peut préférentiellement s'opérer au moyen d'un collage. Chaque module peut être équipé d'un dispositif occultant mobile tel qu'un volet roulant, permettant la protection des surfaces optiques notamment vis-à-vis des intempéries, des 80 poussières et des vents de sable. Un ensemble de modules juxtaposés, et le cas échéant un dispositif optique complet est également susceptible d'être équipé d'un dispositif occultant mobile. Chaque module est muni d'un ou plusieurs dispositifs 85 mécaniques permettant sa solidarisation avec le ou les modules voisins. Ces dispositifs de fixation sont ceux traditionnellement utilisés en mécanique, tels que des boulons. A cette fin, des perçages (3) peuvent être ménagés dans l'armature des modules. Les modules peuvent être 90 assemblés entre eux par l'intermédiaire d'un dispositif d'indexation permettant un positionnement relatif très précis. Les modules fixés rigidement entre eux constituent un ensemble plan, rigide et indéformable susceptible d'être orienté en bloc en direction du soleil. 95 Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente un module optique (1) équipée de son miroir (2)et comprenant des perçages (3). 3 La figure 2a représente un ensemble de modules optiques 100 juxtaposés dont les orientations des miroirs sont identiques, de telle sorte que le rayonnement solaire est simplement réfléchi. La figure 2b représente un ensemble de modules optiques dont chacun des miroirs est une fraction d'un grand miroir de 105 Fresnel reconstitué par la juxtaposition des modules élémentaires. La figure 3 représente un concentrateur solaire orientable, constitué d'une plate-forme sur laquelle est disposé un assemblage de modules optiques formant un miroir de Fresnel 110 lui-même assimilable à un paraboloïde de révolution, ainsi que d'une machine thermodynamique (8) telle qu'une machine de Stirling placée au foyer de la surface optique définie par ledit paraboloïde. Les figures 4a et 4b représentent un concentrateur optique à 115 foyer linéaire. Il est constitué d'un assemblage orientable de modules optiques (9), disposé sur un support (10), et reconstituant un miroir de Fresnel dont chaque section est assimilable à une parabole focalisant les rayons solaires sur une conduite linéaire (11) au sein de laquelle circule un 120 fluide caloporteur. The constituents of such plants are intended to reflect, and if necessary to concentrate the solar radiation. They consist of reflective surfaces arranged on structures that are mostly metal, and if necessary orientable to follow the sun in its race. It is thus constructed, with geometries adapted to each configuration, the parabolic concentrators, the heliostats, the secondary mirrors, or the parabolic concentrators. The usual embodiment of such components is to realize a complete frame, then to fix reflective mirrors on said frame. This process leads to having to produce very rigid reinforcement in order to withstand the effects of the wind, it implies delicate mechanical links from the point of view of rigidity and reliability between the reinforcement and the reflecting mirrors, it finally implies delicate adjustments most often can only be operated on site. The components can also be difficult to protect from the weather. The present invention describes a modular design of the optical constituents of a solar power plant, associating within the same module the optical function and the structural function, the optical and structural properties of the constituent being obtained by a simple assembly on the same plane. a number of modules. Each of the modules thus formed is capable of being produced in the factory by implementing economical materials and production techniques. Each of the modules is also susceptible to optical pre-adjustment before global assembly on site. According to a first embodiment, an elementary module consists of a cubic or parallelepipedal frame (1), one side of which is equipped with a reflective material (2). Said reinforcement is made with the materials and according to the methods conventionally used in mechanical engineering, such as a metal reinforcement or a reinforcement of concrete beams. According to one variant, an elementary module consists of a tubular box with square or rectangular section, with thin walls, made using the materials and construction methods conventionally used, in particular in building and civil engineering, such as steel, wood, composite materials based on fiberglass and polyester resin, concrete, or any combination of these processes. A reflective material is disposed on one of the two ends of the tube, the other end being closed or able to remain open. According to a variant, the elementary module consists of a tubular box with hexagonal section, or any other form allowing easy assembly of the modules, said assembly does not leave any gap between them. The reflective device constituting one of the faces of the elementary module is a part of a plane mirror, a parabolic mirror, a spherical mirror, a Fresnel mirror of larger dimensions, or any other device. responding to the problem raised by the optical configuration of a solar power station. The reflective device attached to the module can be set in orientation relative to the module body by one or more suitable devices such as screw-nut, or be pre-set at the factory during manufacture of the module, by means of shim sets or 2 equivalent devices. It is also likely to be fixed to the body of the module without any possibility of adjustment, depending on the context of its use. According to a preferred embodiment, the armature of the elementary module is cut at its end to receive the reflecting surface in a suitable geometry. Said surface is fixed on the edge of the walls of the tubular reinforcement, so as to reflect the solar radiation in a precise direction relative to the longitudinal axis of the armature. This attachment may preferably be effected by means of a bonding. Each module can be equipped with a mobile occulting device such as a roller shutter, allowing the protection of optical surfaces including vis-à-vis the weather, dust and 80 sand winds. A set of juxtaposed modules, and if necessary a complete optical device is also likely to be equipped with a mobile occulting device. Each module is provided with one or more mechanical devices 85 enabling it to be secured to the neighboring module or modules. These fasteners are those traditionally used in mechanics, such as bolts. For this purpose, holes (3) can be formed in the frame of the modules. The modules can be assembled together by means of an indexing device allowing a very precise relative positioning. The modules rigidly attached to each other constitute a flat, rigid and indeformable assembly that can be oriented in a block towards the sun. The accompanying drawings illustrate the invention. FIG. 1 represents an optical module (1) equipped with its mirror (2) and comprising bores (3). FIG. 2a represents a set of juxtaposed optical modules 100 whose orientation of the mirrors are identical, so that the solar radiation is simply reflected. FIG. 2b represents a set of optical modules each of whose mirrors is a fraction of a large Fresnel mirror reconstituted by the juxtaposition of the elementary modules. FIG. 3 represents a steerable solar concentrator, consisting of a platform on which is disposed an assembly of optical modules forming a Fresnel mirror 110 itself comparable to a paraboloid of revolution, as well as a thermodynamic machine (8 ) such as a Stirling machine placed at the focus of the optical surface defined by said paraboloid. Figures 4a and 4b show a linear focus optical concentrator. It consists of an orientable assembly of optical modules (9), arranged on a support (10), and reconstructing a Fresnel mirror, each section of which is comparable to a parabola focusing the solar rays on a linear duct (11) within from which circulates a heat transfer fluid.
En référence à ces dessins, un premier dispositif consiste en un concentrateur solaire parabolique. Il comporte une plateforme(4), sur laquelle est disposé un assemblage orientable de 125 modules optiques(5) rigidement fixés entre eux. Ledit assemblage a une forme préférentiellement carrée ou circulaire. Les miroirs(6) de chacun des modules, situés dans un même plan, reconstituent un grand miroir de Fresnel assimilable à un paraboloïde de révolution, et focalisant les 130 rayons solaires en son foyer. Au dit foyer est fixé par le biais de jambes (7) une machine thermodynamique telle qu'une 4 machine de Stirling (8) susceptible de produire de l'électricité. Un second dispositif consiste en un héliostat. Il comporte une 135 plate-forme, sur laquelle est disposé un assemblage orientable de modules optiques rigidement fixés entre eux. Ledit assemblage a une forme préférentiellement carrée ou circulaire. Les miroirs de chacun des modules, situés dans un même plan, reconstituent un grand miroir plan. With reference to these drawings, a first device consists of a parabolic solar concentrator. It comprises a platform (4), on which is arranged a rotatable assembly of 125 optical modules (5) rigidly fixed to each other. Said assembly has a preferentially square or circular shape. The mirrors (6) of each of the modules, located in the same plane, reconstruct a large Fresnel mirror comparable to a paraboloid of revolution, and focusing the 130 solar rays in its focus. At said hearth is fixed by means of legs (7) a thermodynamic machine such as a Stirling machine (8) capable of producing electricity. A second device consists of a heliostat. It comprises a platform 135, on which is disposed an orientable assembly of optical modules rigidly fixed to each other. Said assembly has a preferentially square or circular shape. The mirrors of each module, located in the same plane, reconstruct a large plane mirror.
140 Un troisième dispositif consiste en un concentrateur solaire linéaire. Il comporte un assemblage de modules optiques (9) assemblés de manière rigide, ledit ensemble étant monté sur un berceau oscillant (10) motorisé de sorte à suivre les mouvements du soleil. Les miroirs de chacun des modules, 145 préférentiellement situés tous dans un même plan, reconstituent un miroir de Fresnel assimilable à un paraboloïde linéaire au foyer duquel est disposée une conduite (11) véhiculant un fluide caloporteur.5A third device is a linear solar concentrator. It comprises an assembly of optical modules (9) rigidly assembled, said assembly being mounted on an oscillating cradle (10) motorized so as to follow the movements of the sun. The mirrors of each of the modules, 145 preferably all located in the same plane, reconstruct a Fresnel mirror comparable to a linear paraboloid at the focus of which is disposed a pipe (11) carrying a heat transfer fluid.