FR2966917A1 - Solar panel for converting solar energy into e.g. heat energy, has sun tracker comprising axle whose average angular rotating speed, between two half-yearly inversions of rotating direction, is comprised between specific degree per day - Google Patents

Solar panel for converting solar energy into e.g. heat energy, has sun tracker comprising axle whose average angular rotating speed, between two half-yearly inversions of rotating direction, is comprised between specific degree per day Download PDF

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Abstract

The panel has a uniaxial sun tracker comprising a single horizontal rotating axle whose average angular rotating speed over a period of six months, between two half-yearly inversions of rotating direction, is comprised between 0.26 and 0.40 degree per day. A solar radiation concentrator is formed of a cylindro-parabolic mirror (13) and/or a Fresnel lens. The rotating axle is oriented parallel to east-west direction. A thermal or photovoltaic solar collector is positioned in a solar radiation concentration zone. An independent claim is also included for a method for orienting a solar panel relative to the Sun.

Description

Concentrateur de rayonnement solaire Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un concentrateur de l'énergie solaire constitué d'un miroir et un suiveur du soleil uni-axial permettant de suivre la position solaire. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a concentrator of solar energy consisting of a mirror and a follower of the uni-axial sun to monitor the solar position.

Etat de la technique Les capteurs solaires sont souvent constitués de plaques ou tubes en métal conducteurs thermique, et/ou de cellules photovoltaïques. Ces éléments qui convertissent le rayonnement du soleil en chaleur ou courant électrique comportent des matériaux coûteux, comme le silicium cristallin ou le cuivre. Afin de réduire le coût global des panneaux solaires on souhaite donc réduire la surface des capteurs solaires tout en gardant la même efficacité de capture. Ceci est possible en concentrant la lumière du soleil sur les capteurs par des moyens optiques de concentration (concentrateurs) comme par exemple des lentilles de Fresnel, des miroirs ou des fibres optiques. L'utilisation de ces concentrateurs nécessite d'orienter les panneaux solaires vers le soleil au cours de son déplacement journalier et de son déplacement saisonnier ; les dispositifs correspondants font appel à des composants mécaniques mis en mouvement par un ou plusieurs moteurs électriques. Il y a intérêt à choisir un procédé de concentration solaire et de suivi de la trajectoire du soleil dont le coût des matériaux utilisés est suffisamment faible pour rendre le procédé plus rentable qu'un panneau solaire fixe sans concentration. Le calcul de cette rentabilité se base en général sur une durée de fonctionnement de plusieurs années afin d'intégrer des moyennes d'ensoleillement pour le lieu de l'installation, et pour tenir compte de la durée de vie des matériaux et dispositifs utilisés. State of the art Solar collectors are often made of heat-conducting metal plates or tubes and / or photovoltaic cells. These elements that convert the sun's radiation into heat or electric current contain expensive materials, such as crystalline silicon or copper. To reduce the overall cost of solar panels we want to reduce the surface of the solar collectors while keeping the same efficiency of capture. This is possible by concentrating the sunlight on the sensors by concentrating optical means (concentrators) such as Fresnel lenses, mirrors or optical fibers. The use of these concentrators requires to direct the solar panels towards the sun during its daily movement and its seasonal movement; the corresponding devices use mechanical components set in motion by one or more electric motors. There is interest in choosing a method of solar concentration and monitoring of the path of the sun, the cost of materials used is low enough to make the process more profitable than a fixed solar panel without concentration. The calculation of this profitability is generally based on a period of operation of several years in order to integrate averages of sunshine for the place of installation, and to take into account the useful life of the materials and devices used.

On connaît de nombreux types de concentrateurs solaires. Many types of solar concentrators are known.

Le document FR 2 353 812 (Bertin) décrit un capteur d'énergie solaire thermique à plusieurs miroirs concaves cylindro-paraboliques disposées parallèlement, chaque miroir étant orientable vers le soleil en tournant autour d'un axe longitudinal voisin du tube récepteur de chaleur qui occupe le foyer du miroir. Pour les capteurs orientés Est-Ouest, un dispositif de calage journalier ou hebdomadaire suivant la saison permet d'orienter le miroir, manuellement ou de manière automatique. The document FR 2 353 812 (Bertin) describes a solar thermal energy sensor with several concave cylindro-parabolic mirrors arranged in parallel, each mirror being orientable toward the sun by turning about a longitudinal axis adjacent to the heat receiving tube which occupies the focus of the mirror. For east-west oriented sensors, a daily or weekly calibration device allows the mirror to be oriented manually or automatically.

Le document FR 2 339 901 (NASA) décrit un dispositif de poursuite des mouvements journalier et saisonnier du soleil comportant des piédestaux alignés selon l'axe Nord-Sud supportant un boîtier à l'intérieur duquel se trouve un collecteur circulaire ; un élément absorbeur d'énergie est placé au foyer du collecteur. Le boîtier est supporté en rotation par un axe en plusieurs tronçons, notamment une partie médiane prolongé de part et d'autre par des tronçons perpendiculaires à la partie médiane. La partie médiane tourne autour d'un axe appelé axe saisonnier et les parties d'extrémité tournent autour d'un axe appelé axe journalier. The document FR 2 339 901 (NASA) describes a device for tracking the daily and seasonal movements of the sun comprising pedestals aligned along the North-South axis supporting a housing inside which there is a circular collector; an energy absorbing element is placed in the collector focus. The housing is rotatably supported by an axis in several sections, in particular a median portion extended on either side by sections perpendicular to the median portion. The medial portion rotates about an axis called the seasonal axis and the end portions rotate about an axis called the daily axis.

Le document FR 2 44 852 (Morvan) décrit un capteur à concentration de rayons solaires disposé sur un support tournant autour d'un premier axe AA' orienté vers l'étoile polaire à une vitesse de rotation journalière constante de 15° par heure. En outre, le capteur est monté sur son support de façon à tourner dans son support autour d'un axe B-B' perpendiculaire au premier à une vitesse d'environ 1° tous les 3 jours ou à environ 2° par semaine. Le brevet US 4 261 335 et US 4 548 195 (Balhorn) décrit des systèmes à énergie solaire qui collectent, concentrent et transmettent la radiation solaire à un convertisseur d'énergie. L'appareil comprend des réflecteurs non sphériques montés pivotants dans un support. La radiation incidente heurte le réflecteur et est envoyée au point fixe. Des moyens de réglage de l'altitude (par pivotement autour d'un axe vertical) et de l'azimut (par pivotement autour d'un axe horizontal) des réflecteurs sont prévus au sein du système afin de garder l'énergie solaire concentrée à l'extrémité des guides de lumière. Les moyens de réglage sont pilotés par une unité de contrôle qui envoie des signaux aux moteurs d'entraînement autour des axes respectifs (notamment un 0 microprocesseur qui stocke en mémoire les positions souhaitées des réflecteurs pour chaque jour). Chaque réflecteur pivote autour des axes de manière à maintenir son axe focal à la moitié de l'angle fait par le soleil et la première position fixe correspondant au réflecteur pendant la majorité des heures d'ensoleillement. Le brevet US 4 548 195 (Balhorn) décrit un autre mode de réalisation de ce système, dans lequel les réflecteurs sont montés pivotants autour d'un axe orienté Nord-Sud et autour d'axes perpendiculaires au premier en étant actionnés par des moteurs électriques commandés par une unité de contrôle. L'unité de contrôle stocke en mémoire les coordonnées des positions successives du soleil et prennent également en compte un facteur de déviation qui, lui, est en fonction du jour de l'année et des coordonnées géographiques de l'endroit, pour commander la position de l'axe focal des réflecteurs. Selon ce document, l'agencement de l'axe de pivotement par rapport au miroir et l'application d'un facteur de déviation par rapport à l'axe focal théorique du réflecteur permet de mieux utiliser la surface du réflecteur et de réduire la largeur du faisceau reçu par le récepteur. Le document US 5 286 305 (Laing) décrit un système photovoltaïque supporté par une plate-forme flottante comportant plusieurs modules, chacun comprenant concentrateur et un convertisseur photovoltaïque. Chaque module est relié à un tube qui entraîne les modules en rotation autour d'un axe vertical à la vitesse du soleil. Afin de palier au déplacement vertical de la ligne focale en fonction des positions journalières du soleil, chaque module comprend une lentille agencée au-dessus des cellules photovoltaïques. Ce document ne donne pas d'indication quant aux corrections à appliquer pour adapter le module aux déplacements saisonniers du soleil. The document FR 2 44 852 (Morvan) describes a sun-ray concentration sensor disposed on a support rotating around a first axis AA 'oriented towards the pole star at a constant daily rotation speed of 15 ° per hour. In addition, the sensor is mounted on its support so as to rotate in its support about an axis B-B 'perpendicular to the first at a speed of about 1 ° every 3 days or about 2 ° per week. U.S. Patent Nos. 4,261,335 and 4,548,195 (Balhorn) describe solar energy systems that collect, concentrate, and transmit solar radiation to an energy converter. The apparatus includes non-spherical reflectors pivotally mounted in a holder. The incident radiation strikes the reflector and is sent to the fixed point. Means for adjusting the altitude (pivoting about a vertical axis) and the azimuth (pivoting about a horizontal axis) of the reflectors are provided within the system to keep the solar energy concentrated at the end of the light guides. The adjustment means are controlled by a control unit which sends signals to the drive motors around the respective axes (in particular a microprocessor which stores in memory the desired positions of the reflectors for each day). Each reflector pivots about the axes so as to maintain its focal axis at half the angle made by the sun and the first fixed position corresponding to the reflector during the majority of sunshine hours. US Pat. No. 4,548,195 (Balhorn) describes another embodiment of this system, in which the reflectors are pivotally mounted around a North-South oriented axis and around axes perpendicular to the first axis and actuated by electric motors. controlled by a control unit. The control unit stores in memory the coordinates of the successive positions of the sun and also takes into account a deviation factor which is in function of the day of the year and the geographical coordinates of the place, to control the position of the focal axis of the reflectors. According to this document, the arrangement of the pivot axis relative to the mirror and the application of a deflection factor relative to the theoretical focal axis of the reflector makes it possible to better use the surface of the reflector and to reduce the width. the beam received by the receiver. The document US Pat. No. 5,286,305 (Laing) describes a photovoltaic system supported by a floating platform comprising several modules, each comprising a concentrator and a photovoltaic converter. Each module is connected to a tube that drives the modules in rotation about a vertical axis at the speed of the sun. In order to overcome the vertical displacement of the focal line according to the daily positions of the sun, each module comprises a lens arranged above the photovoltaic cells. This document does not give any indication as to the corrections to apply to adapt the module to the seasonal movements of the sun.

Le document US 2008/0295 825 (Kleinwàchter) décrit un système concentrateur d'énergie solaire comportant une lentille de Fresnel orientée selon l'axe Nord-Sud (x) et un conduit orienté selon la focale. La largeur focale de la lentille varie avec l'angle (a) qui est défini par la position journalière du soleil. Le document décrit un système de poursuite du soleil comportant un système mécanique qui transforme les conditions géométriques en un déplacement de la lentille pour corriger la largeur focale (z) et le décalage selon l'axe y. Ce document ne donne pas d'indication quant à la vitesse à laquelle tourne la lentille. Document US 2008/0295 825 (Kleinwächter) describes a solar energy concentrator system comprising a Fresnel lens oriented along the North-South axis (x) and a conduit oriented according to the focal length. The focal width of the lens varies with the angle (a) which is defined by the daily position of the sun. The document describes a sun tracking system comprising a mechanical system that transforms the geometric conditions into lens displacement to correct the focal width (z) and the y-axis shift. This document gives no indication as to the speed at which the lens rotates.

Afin de diminuer le coût de l'ensemble panneau solaire + suiveur et d'augmenter la rentabilité d'un tel système, la présente invention vise à proposer un nouveau concentrateur de l'énergie solaire plus simple, qui comporte une surface de capteur solaire réduite et une partie mécanique simplifiée. In order to reduce the cost of the solar panel + follower assembly and to increase the profitability of such a system, the present invention aims to provide a new, simpler solar energy concentrator, which has a reduced solar collector area. and a simplified mechanical part.

3 0 Objets de l'invention Objects of the invention

Selon l'invention, le problème est résolu par un panneau solaire comportant au moins un concentrateur du rayonnement solaire, au moins un capteur solaire photovoltaïque et/ou thermique et un suiveur uni-axial de soleil, caractérisé en ce que ledit suiveur uni- 35 axial de soleil comporte un seul axe de rotation qui est horizontal et dont la vitesse angulaire de rotation moyenne sur une période de six mois, entre deux inversions semestrielles du sens de rotation, est comprise entre 0,26 et 1 degré par jour, et de préférence comprise entre 0,26 et 0,40 degré par jour. De manière très préférée, ledit axe de rotation horizontal est orienté parallèle au sens Est-Ouest. De préférence, la vitesse de rotation de l'axe du suiveur de soleil est fixe. Le panneau solaire peut être doté de moyens automatiques pour assurer la rotation autour dudit axe de rotation, mais selon un autre mode de réalisation, il comporte des moyens simples pour un réglage manuel de l'orientation du miroir autour de son axe de rotation. Avantageusement, ledit concentrateur du rayonnement solaire comporte un miroir cylindro-parabolique et/ou une lentille de Fresnel. Le centre de gravité est avantageusement situé en dehors de l'axe de rotation du suiveur de soleil. According to the invention, the problem is solved by a solar panel comprising at least one solar radiation concentrator, at least one photovoltaic and / or thermal solar collector and a uni-axial sun follower, characterized in that said single follower axial axis of sun has a single axis of rotation which is horizontal and whose average rotational angular velocity over a period of six months, between two semiannual inversions of the direction of rotation, is between 0.26 and 1 degree per day, and preferably between 0.26 and 0.40 degree per day. Very preferably, said horizontal axis of rotation is oriented parallel to the East-West direction. Preferably, the rotational speed of the sun follower axis is fixed. The solar panel may be provided with automatic means for rotating about said axis of rotation, but in another embodiment, it comprises simple means for manual adjustment of the orientation of the mirror about its axis of rotation. Advantageously, said solar radiation concentrator comprises a cylindro-parabolic mirror and / or a Fresnel lens. The center of gravity is advantageously located outside the axis of rotation of the sun follower.

Un autre objet de l'invention est un procédé pour orienter un panneau solaire selon l'invention par rapport au soleil, comprenant une adaptation périodique de l'orientation par apport au solaire caractérisée par une vitesse angulaire fixe comprise entre 0,26 et 1 degré par journée qui s'coule entre deux adaptations consécutives. Cette adaptation peut être faite tous les jours. Cependant, elle peut être faite à une fréquence réduite, mais de préférence au moins à une fréquence hebdomadaire. Elle peut être faite par un réglage manuel de l'orientation du miroir. Selon l'invention, on inverse le sens de rotation du concentrateur à un jour qui se situe dans un intervalle de plus ou moins sept jours autour du solstice, et de manière préférée plus ou moins trois jours autour du solstice, et de manière encore plus préférée le jour du solstice. Another object of the invention is a method for orienting a solar panel according to the invention with respect to the sun, comprising a periodic adjustment of the orientation by solar input characterized by a fixed angular velocity of between 0.26 and 1 degree. per day that flows between two consecutive adaptations. This adaptation can be done every day. However, it can be done at a reduced frequency, but preferably at least at a weekly frequency. It can be done by manually adjusting the orientation of the mirror. According to the invention, the direction of rotation of the concentrator is reversed to a day which is within an interval of more or less seven days around the solstice, and preferably more or less three days around the solstice, and even more favorite on the solstice day.

Figures L'invention est décrite à l'aide des figures 1 à 6 qui illustrent des modes de réalisation de l'invention ; elles ne limitent pas l'invention. La figure 1 représente en coupe le principe de la concentration solaire à partir d'un miroir demi cylindro-parabolique. La figure 2 représente en coupe le principe de la poursuite du soleil par un miroir parabolique en fonction des saisons. Figures The invention is described with reference to Figures 1 to 6 which illustrate embodiments of the invention; they do not limit the invention. Figure 1 shows in section the principle of solar concentration from a half cylindrical-parabolic mirror. Figure 2 shows in section the principle of the pursuit of the sun by a parabolic mirror according to the seasons.

La figure 3 représente, dans le cas d'un concentrateur solaire pourvu d'une poursuite précise du soleil, un exemple de diagramme de positionnement du soleil par rapport à l'horizon et le positionnement de la focale sur le capteur solaire en fonction des différentes combinaisons des dates et des heures de l'année. FIG. 3 represents, in the case of a solar concentrator provided with a precise tracking of the sun, an example of a diagram of the positioning of the sun with respect to the horizon and the positioning of the focal point on the solar collector according to the different combinations of dates and times of the year.

La figure 4 représente, dans le cas d'un concentrateur solaire suivant l'invention, le même exemple de diagramme que le cas de la figure 3, soit un diagramme de positionnement du soleil par rapport à l'horizon et le positionnement de la focale sur le capteur solaire en fonction des différentes combinaisons des dates et des heures de l'année. FIG. 4 represents, in the case of a solar concentrator according to the invention, the same example of a diagram as the case of FIG. 3, that is a diagram of the positioning of the sun with respect to the horizon and the positioning of the focal length on the solar collector according to the different combinations of dates and times of the year.

La figure 5 représente en coupe un exemple de mécanisme pour la rotation du concentrateur solaire suivant l'invention. La figure 6 montre un panneau solaire selon l'invention. FIG. 5 shows in section an exemplary mechanism for the rotation of the solar concentrator according to the invention. Figure 6 shows a solar panel according to the invention.

Description détaillée de l'invention On entend ici par « capteur solaire » un convertisseur de l'énergie solaire en énergie électrique, thermique ou chimique. On entend ici par « concentrateur solaire » un système optique capable de concentrer l'énergie du soleil à l'aide d'au moins un miroir. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The term "solar collector" here means a converter of solar energy into electrical, thermal or chemical energy. Here, the term "solar concentrator" means an optical system capable of concentrating the energy of the sun using at least one mirror.

On entend ici par « miroir » une surface réfléchissante, métallique ou non métallique. On entend ici par « suiveur de soleil » un dispositif mécanique capable d'orienter le capteur solaire vers le soleil et de suivre le mouvement relatif du soleil. By "mirror" is meant here a reflective surface, metallic or non-metallic. Here is meant by "sun follower" a mechanical device capable of orienting the solar collector towards the sun and to follow the relative movement of the sun.

Le concentrateur solaire objet de cette invention comporte au moins un concentrateur solaire 14 comportant au moins un miroir 13 concentrateur de l'énergie solaire, au moins un capteur solaire 15 positionné dans la zone de concentration du rayonnement solaire, et un suiveur de soleil uni-axial. The solar concentrator which is the subject of this invention comprises at least one solar concentrator 14 comprising at least one solar energy concentrator mirror 13, at least one solar collector 15 positioned in the zone of concentration of solar radiation, and a single solar tracker. axial.

La forme du concentrateur solaire 14, la forme des miroirs 13 et les dimensions du capteur solaire 15 ainsi que le procédé de suivi du soleil sont choisis de manière à ce que la zone de concentration solaire reste à la surface du capteur solaire pendant le déplacement du soleil dans son mouvement diurne d'Est en Ouest. A titre d'exemple, le miroir 13 peut être de forme cylindro-parabolique ou demi cylindro-parabolique et son axe longitudinal orienté d'Est en Ouest. Afin de conserver la zone de concentration solaire à la surface du capteur solaire 15 pendant le déplacement du soleil dans son mouvement saisonnier suivant l'axe Nord-Sud, le concentrateur solaire 14 pivote autour d'un axe horizontal orienté Est-Ouest. La hauteur du soleil à son passage au méridien, à midi heure solaire, est fonction de la latitude du lieu et du moment de l'année. Son amplitude annuelle est toujours de 46°. Dans l'exemple d'un miroir cylindro-parabolique d'axe longitudinal orienté Est-Ouest, lorsque celui-ci est face au soleil, à 12h, la forme de la focale sur le capteur solaire plan (Al2, B12, C12) est concentrée, rectiligne et parallèle à l'axe longitudinal du miroir, et cela quelque soit le moment de l'année, donc quelque soit la hauteur du soleil par rapport à l'horizon Sud (A, B ou C), car le concentrateur solaire 14 pivote autour de l'axe de manière à être toujours face au soleil. Toutefois le déplacement du soleil dans son mouvement horaire (voir la figure 3) provoque un déplacement et une déformation de la focale à la surface du capteur solaire 15. Ce déplacement et cette déformation dépendent du moment de l'année: Pour la période du 21 Mars au 21 Septembre l'après midi le déplacement de la focale se fait vers le bas (Al2 vers A8) avec une déformation qui est un étalement en largeur du flux lumineux ; et le matin une déformation vers le haut (A8 vers Al2) avec une déformation inverse c'est-à-dire d'une réduction en largeur du flux lumineux. Pour la période du 21 Septembre au 21 Mars l'après midi le déplacement de la focale se fait vers le haut (C8 vers C12) avec une déformation qui est un étalement en largeur du flux lumineux ; et le matin une déformation vers le bas (C12 vers C8) avec une déformation inverse c'est-à-dire une réduction en largeur du flux lumineux. Pour les journées du 21 mars et du 21 Septembre, ce qui correspond aux équinoxes, la focale reste fixe (B12 et B8) le matin comme l'après midi. La valeur du déplacement de la focale vaut L1. Cette valeur doit correspondre à la largeur minimale du capteur solaire. The shape of the solar concentrator 14, the shape of the mirrors 13 and the dimensions of the solar collector 15 as well as the sun tracking method are chosen so that the solar concentration zone remains at the surface of the solar collector during the displacement of the solar collector. sun in its diurnal movement from East to West. By way of example, the mirror 13 may be of cylindro-parabolic or half-cylindro-parabolic shape and its longitudinal axis oriented from East to West. In order to maintain the solar concentration zone on the surface of the solar collector during the movement of the sun in its seasonal movement along the North-South axis, the solar concentrator 14 pivots about a horizontal axis oriented East-West. The height of the sun when it passes the meridian at noon solar time is a function of the latitude of the place and the time of the year. Its annual amplitude is always 46 °. In the example of a cylindro-parabolic mirror of East-West longitudinal axis, when it is facing the sun, at 12 o'clock, the shape of the focal point on the plane solar collector (Al2, B12, C12) is concentrated, rectilinear and parallel to the longitudinal axis of the mirror, and this whatever the time of the year, so whatever the height of the sun compared to the southern horizon (A, B or C), because the solar concentrator 14 rotates around the axis so that it is always facing the sun. However, the displacement of the sun in its clockwise movement (see FIG. 3) causes a displacement and a deformation of the focal length on the surface of the solar collector 15. This displacement and this deformation depend on the time of the year: For the period of the 21st March to 21 September in the afternoon the displacement of the focal length is down (Al2 to A8) with a deformation which is a spread in width of the luminous flux; and in the morning an upward deformation (A8 to Al2) with a reverse deformation, that is to say a reduction in width of the luminous flux. For the period from 21 September to 21 March in the afternoon the displacement of the focal length is upward (C8 to C12) with a deformation which is a spread in width of the luminous flux; and in the morning a downward deformation (C12 to C8) with an inverse deformation, that is to say a reduction in width of the luminous flux. For the days of March 21 and September 21, which corresponds to the equinoxes, the focal remains fixed (B12 and B8) in the morning as the afternoon. The displacement value of the focal length is L1. This value must correspond to the minimum width of the solar collector.

Dans le mode de réalisation précédent le concentrateur solaire 14 est animé d'un mouvement de rotation afin de poursuivre le soleil dans son déplacement annuel, c'est-à-dire dans son déplacement en hauteur à son passage au méridien céleste. Ce déplacement se fait avec une vitesse moyenne de 46° en 6 mois, soit 0,25° par jour. Une inversion du sens du déplacement du soleil nécessite une inversion de la rotation du concentrateur solaire 14 les 21 Décembre et les 21 Juin de chaque année. Le procédé de poursuite de la position solaire mis en oeuvre dans le dispositif selon l'invention consiste à augmenter la vitesse moyenne de rotation du concentrateur solaire. Dans notre exemple, à 12h le 21 Juin, en positionnant la focale dans le bas du capteur solaire (D12 - Figure 4), et non au centre comme dans le cas précédant (Al2 - Figure 3) et en appliquant une vitesse moyenne de rotation supérieure à 0,25 par jour, la focale va se déplacer et se déformer au cours de l'année à cause du décalage angulaire progressif généré par la différence entre la vitesse réelle du déplacement du soleil et la vitesse accélérée du concentrateur solaire. La focale (D12) à 12h, sur la période du 21 Juin au 21 Décembre, va progressivement se déplacer vers le haut du capteur solaire 15, et se déformer dans le sens d'un élargissement du flux lumineux (E12 - F12). Entre le 21 Décembre et le 21 Juin le sens de rotation du concentrateur solaire 14 est inversé, de même que le sens de déplacement du soleil, et le processus de déplacement et de modification de la focale est aussi inversé afin que la focale reprenne sa position et sa forme initiale le 21 Juin de l'année suivante. Le déplacement et la déformation de la focale au cours de ce cycle de poursuite accélérée du soleil est fonction de la vitesse moyenne de rotation du concentrateur solaire 14. En fixant par exemple la vitesse à 70° pour 6 mois, soit une moyenne de 0,38° par jour, on peut observer que le déplacement et la déformation de la focale, même durant les heures extrêmes de la journée (Figure 4 D8 - E8 - F8), nécessitent beaucoup moins de surface de capteur solaire 15 qu'avec une vitesse moyenne de rotation de 0,257° par jour. Dans notre exemple, avec une vitesse moyenne de 0,38° par jour, L2 est la largeur du capteur solaire nécessaire pour recevoir le maximum de flux lumineux. L2 est inférieur de moitié à L1. La réduction de la surface du capteur solaire permet donc une diminution de son coût. Ceci est particulièrement le cas pour les capteurs solaires de type cellules photovoltaïques au silicium et/ou cellules adaptées à la concentration solaire. Les graphiques de positionnement astronomique du soleil (Figure 3 et 4) montrent que la vitesse de déplacement du soleil dans sa course annuelle à 12 h n'est pas régulière. In the previous embodiment, the solar concentrator 14 is rotated in order to track the sun in its annual displacement, that is to say in its displacement in height at its passage to the celestial meridian. This displacement is done with an average speed of 46 ° in 6 months, or 0.25 ° per day. A reversal of the direction of the sun's movement requires a reversal of the rotation of the solar concentrator 14 on December 21st and June 21st of each year. The method of tracking the solar position used in the device according to the invention consists in increasing the average rotation speed of the solar concentrator. In our example, at 12h on June 21st, by positioning the focal length in the bottom of the solar collector (D12 - Figure 4), and not in the center as in the previous case (Al2 - Figure 3) and applying an average rotation speed greater than 0.25 per day, the focal length will shift and deform during the year due to the gradual angular offset generated by the difference between the actual speed of the sun's movement and the accelerated speed of the solar concentrator. The focal length (D12) at 12 o'clock, over the period from June 21st to December 21st, will progressively move towards the top of the solar collector 15, and deform in the direction of an enlargement of the luminous flux (E12 - F12). Between 21 December and 21 June the direction of rotation of the solar concentrator 14 is reversed, as is the direction of movement of the sun, and the process of displacement and modification of the focal length is also reversed so that the focal point resumes its position. and its initial form on June 21 of the following year. The displacement and the deformation of the focal length during this cycle of accelerated tracking of the sun is a function of the average rotational speed of the solar concentrator 14. By fixing for example the speed at 70 ° for 6 months, an average of 0, 38 ° per day, we can observe that the displacement and the deformation of the focal length, even during the extreme hours of the day (Figure 4 D8 - E8 - F8), require much less surface of solar collector 15 than with a speed average rotation of 0.257 ° per day. In our example, with an average speed of 0.38 ° per day, L2 is the width of the solar collector needed to receive the maximum luminous flux. L2 is half of L1. The reduction of the surface of the solar collector thus makes it possible to reduce its cost. This is particularly the case for solar cells such as silicon photovoltaic cells and / or cells adapted to solar concentration. The astronomical positioning charts of the sun (Figure 3 and 4) show that the speed of movement of the sun in its annual run at 12 o'clock is not regular.

Elle varie entre 0,13° par jour en moyenne pour les mois de Décembre et de Juin, et 0,43° par jour en moyenne pour les mois de Mars et Septembre. Les systèmes classiques de poursuite du soleil tiennent compte de ces différences de vitesse au cours de l'année pour ajuster au mieux la position angulaire des panneaux solaires. Leur vitesse réelle n'est donc pas constante. Cet ajustement nécessite des moyens automatiques sophistiqués. Pour le concentrateur solaire 14 objet de cette invention, on peut utiliser un mouvement de rotation dont la vitesse moyenne au cours de l'année est supérieure à la vitesse moyenne du soleil. Toutefois la vitesse réelle associée au procédé objet de cette invention peut être soit variable soit constante durant toute la course annuelle du soleil, ce qui fait une autre différence avec les systèmes classiques dont la vitesse de rotation se calque sur la vitesse réelle de déplacement du soleil qui n'est pas constante. Cette rotation étant par ailleurs très lente la rotation du concentrateur solaire peut s'effectuer manuellement par exemple par des incréments de 2,6° toutes les semaines. Dans un mode de fonctionnement semi-automatique, et pour donner un exemple non limitatif, la rotation du concentrateur solaire utilise la force de gravité agissant au niveau du centre de gravité 11 du concentrateur solaire, pour effectuer cette rotation et pour actionner un régulateur de vitesse mécanique. Dans un exemple non limitatif (voir la figure 5) le concentrateur solaire 14 est fixé sur un axe de rotation 12 décentré par rapport à son centre de gravité 11. Le poids du panneau fait pivoter l'ensemble autour de l'axe 12 avec une vitesse qui est réglée à 0,38° par jour et régulée par une horloge mécanique 18 contenant un ensemble d'engrenages et un balancier 16. Dans un autre exemple, non représenté, la régulation de vitesse se fait par un réservoir contenant un liquide et un flotteur en surface de ce liquide ; la vitesse d'écoulement de ce liquide est régulée par un orifice calibré ce qui provoque une baisse progressive et constante du niveau du liquide et donc du flotteur qui est relié au concentrateur solaire. On voit donc que le procédé selon l'invention pour orienter le concentrateur face au soleil peut utiliser des moyens pour assurer la rotation du concentrateur autour de l'axe horizontal qui sont plus simples que des moyens automatiques, par exemple semi- automatiques ou même manuelles. En effet, sachant qu'une installation de panneaux solaires nécessite de toute manière une surveillance et maintenance régulières, l'ajustement de la position des panneaux ou concentrateurs peut se faire par des moyens manuels. It varies between 0.13 ° per day on average for the months of December and June, and 0.43 ° per day on average for the months of March and September. Conventional sun tracking systems take into account these differences in speed during the year to better adjust the angular position of the solar panels. Their actual speed is therefore not constant. This adjustment requires sophisticated automatic means. For the solar concentrator 14 object of this invention, one can use a rotational movement whose average speed during the year is higher than the average speed of the sun. However, the actual speed associated with the method that is the subject of this invention can be either variable or constant during the entire annual run of the sun, which makes another difference with conventional systems whose rotational speed is based on the actual speed of movement of the sun. which is not constant. This rotation is also very slow the rotation of the solar concentrator can be done manually for example by increments of 2.6 ° every week. In a semi-automatic mode of operation, and to give a non-limiting example, the rotation of the solar concentrator uses the force of gravity acting at the center of gravity 11 of the solar concentrator, to perform this rotation and to actuate a speed controller mechanical. In a non-limiting example (see FIG. 5), the solar concentrator 14 is fixed on an axis of rotation 12 that is off-center with respect to its center of gravity 11. The weight of the panel rotates the assembly about the axis 12 with a speed which is set at 0.38 ° per day and regulated by a mechanical clock 18 containing a set of gears and a rocker 16. In another example, not shown, the speed regulation is by a reservoir containing a liquid and a float on the surface of this liquid; the flow rate of this liquid is regulated by a calibrated orifice which causes a gradual and constant decrease in the level of the liquid and therefore the float which is connected to the solar concentrator. It can thus be seen that the method according to the invention for orienting the concentrator towards the sun can use means to ensure the rotation of the concentrator about the horizontal axis which are simpler than automatic means, for example semi-automatic or even manual . Indeed, knowing that a solar panel installation in any case requires regular monitoring and maintenance, the adjustment of the position of the panels or concentrators can be done by manual means.

Dans un mode de fabrication particulier un panneau solaire 17 est constitué d'un ensemble de concentrateurs solaires 14. Le suivi uni-axial du soleil de tous les concentrateurs solaires selon l'invention se fait alors par la rotation du panneau solaire autour d'un axe horizontal unique orienté Est Ouest 12. In a particular mode of manufacture a solar panel 17 is constituted by a set of solar concentrators 14. The uni-axial tracking of the sun of all the solar concentrators according to the invention is then done by the rotation of the solar panel around a single horizontal axis oriented East West 12.

Cette invention est particulièrement adaptée à la production d'électricité photovoltaïque et/ou à la production d'eau chaude solaire. This invention is particularly suitable for the production of photovoltaic electricity and / or the production of solar hot water.

Nous décrivons ici un exemple de réalisation qui est montré schematiquement sur la figure 6. On a réalisé un panneau concentrateur solaire suivant l'invention constitué de dix modules photovoltaïques et dix miroirs cylindro-paraboliques en aluminium, d'épaisseur 0,5 mm et dont la courbure a pour équation y = x2 / 4f où f représente la longueur focale qui vaut 4 cm, et X prend des valeurs comprises entre 2 et 18 cm. La largeur de chaque miroir vaut alors 30 cm. Sa longueur est fixée à 120 cm. Chaque miroir a été posé à chacune de ses extrémités sur un guide de forme 20 qui maintient la bonne courbure parabolique du miroir. Les guides de forme 20 contiennent un support 21 pour les modules photovoltaïques. Ce support de module est plan et forme un angle de 45° avec la droite qui joint les bords linéaires des miroirs. Les modules photovoltaïques étaient rectangulaires de dimensions 100 x 8 cm. Leur épaisseur vaut 15 mm. Ils incluent un radiateur à ailettes sur leur face arrière non active (non montré sur la figure). Les modules photovoltaïques sont fixés sur leur support 21, la face active est orientée vers le miroir, la partie inférieure se positionne à une distance de 5 cm de l'extrémité basse des miroirs. Les dix miroirs et les dix modules sont alignés de manière à former un panneau concentrateur solaire constitué de deux rangées de 5 couples miroir plus module. Le panneau est mobile autour d'un axe de rotation horizontal 12 constitué d'un tube en acier de 40 mm de diamètre et de 2 mètres de longueur. Ce tube est parallèle à l'axe longitudinal des miroirs et traverse les guides de forme 20 du panneau. Chaque extrémité du tube repose sur un montant vertical 22 de 1,20 m de hauteur et fixé au sol par un pied 23. Le panneau et les miroirs sont orientés vers le Sud, l'axe de rotation est donc orienté Est / Ouest. We describe here an embodiment which is shown schematically in FIG. 6. A solar concentrator panel according to the invention consisting of ten photovoltaic modules and ten parabolic aluminum mirrors of thickness 0.5 mm and of which the curvature has for equation y = x2 / 4f where f represents the focal length which is 4 cm, and X takes values between 2 and 18 cm. The width of each mirror is then 30 cm. Its length is fixed at 120 cm. Each mirror has been placed at each of its ends on a shape guide 20 which maintains the good parabolic curvature of the mirror. The shape guides 20 contain a support 21 for the photovoltaic modules. This module support is flat and forms a 45 ° angle with the straight line joining the linear edges of the mirrors. The photovoltaic modules were rectangular with dimensions of 100 x 8 cm. Their thickness is 15 mm. They include a finned radiator on their nonactive rear face (not shown in the figure). The photovoltaic modules are fixed on their support 21, the active face is oriented towards the mirror, the lower part is positioned at a distance of 5 cm from the low end of the mirrors. The ten mirrors and the ten modules are aligned so as to form a solar concentrator panel consisting of two rows of 5 mirror couples plus module. The panel is movable about a horizontal axis of rotation 12 consisting of a steel tube 40 mm in diameter and 2 meters in length. This tube is parallel to the longitudinal axis of the mirrors and passes through the shape guides 20 of the panel. Each end of the tube rests on a vertical upright 22 of 1.20 m in height and fixed to the ground by a foot 23. The panel and the mirrors are oriented to the south, the axis of rotation is oriented East / West.

Dans l'Hémisphère Nord, le 21 Juin à 12h heure solaire, le soleil au Sud est au maximum de sa hauteur. Le panneau solaire est incliné de manière à ce que la focale rectiligne se positionne dans le bas des modules photovoltaïques. Au cours de la journée la focale se déplace et se modifie tout en restant à la surface du module photovoltaïque. Chaque semaine, et jusqu'au 21 Décembre, le panneau est pivoté manuellement autour de son axe de rotation d'un angle de 2,6° vers l'horizon Sud. A partir du 21 Décembre le pivotement du panneau s'effectue en sens inverse, vers le Nord, toujours de 2,6° par semaine et jusqu'à reprendre sa position initiale du 21 Juin. La rotation du panneau aura alors été de 67,6 degrés sur une durée de 6 mois, soit une vitesse moyenne de 0,37° par jour; alors que le soleil durant cette même période n'aura parcouru que 46° avec une vitesse moyenne de 0,25° par jour. La différence de vitesse de rotation du panneau par rapport à la vitesse de déplacement du soleil aura permis de maintenir la focale sur seulement 5 cm de largeur de module photovoltaïque alors qu'avec une vitesse de rotation du panneau identique à celle du soleil il aurait fallu une largeur de module de 10 cm pour obtenir le même résultat. Le gain en In the Northern Hemisphere, on June 21st at 12am solar time, the sun in the South is at its maximum height. The solar panel is inclined so that the straight focal length is positioned in the bottom of the photovoltaic modules. During the day the focal length moves and changes while remaining on the surface of the photovoltaic module. Every week, and until December 21, the panel is manually rotated around its axis of rotation at an angle of 2.6 ° to the southern horizon. From 21 December the pivoting of the panel is carried out in the opposite direction, towards North, always of 2,6 ° per week and until resuming its initial position of June 21. The rotation of the panel will have been 67.6 degrees over a period of 6 months, an average speed of 0.37 ° per day; while the sun during the same period will have traveled only 46 ° with an average speed of 0.25 ° per day. The difference in rotation speed of the panel with respect to the speed of displacement of the sun made it possible to maintain the focal length on only 5 cm of photovoltaic module width whereas with a rotation speed of the panel identical to that of the sun it would have been necessary a module width of 10 cm to obtain the same result. The gain in

Claims (10)

REVENDICATIONS1. Panneau solaire (17) comportant au moins un concentrateur du rayonnement solaire (14), au moins un capteur solaire (15) photovoltaïque et/ou thermique et un suiveur uni-axial de soleil, caractérisé en ce que ledit suiveur uni-axial de soleil comporte un seul axe de rotation (12) qui est horizontal et dont la vitesse angulaire de rotation moyenne sur une période de six mois, entre deux inversions semestrielles du sens de rotation, est comprise entre 0,26 et 1 degré par jour, et de préférence comprise entre 0,26 et 0,40 degré par jour. REVENDICATIONS1. Solar panel (17) comprising at least one solar radiation concentrator (14), at least one photovoltaic and / or thermal solar collector (15) and a uni-axial sun follower, characterized in that said uni-axial sun follower has a single axis of rotation (12) which is horizontal and whose average rotational angular velocity over a period of six months, between two semiannual inversions of the direction of rotation, is between 0.26 and 1 degree per day, and preferably between 0.26 and 0.40 degree per day. 2. Panneau solaire (17) selon la revendication 1 caractérisée en ce que la vitesse de rotation de l'axe du suiveur de soleil est fixe. 2. solar panel (17) according to claim 1 characterized in that the rotational speed of the axis of the sun follower is fixed. 3. Panneau solaire (17) selon la revendication 1 ou 2, comprenant des moyens automatiques (18) pour assurer la rotation autour dudit axe de rotation (12). 3. Solar panel (17) according to claim 1 or 2, comprising automatic means (18) for rotating about said axis of rotation (12). 4. Panneau solaire (17) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit axe de rotation (12) horizontal est orienté parallèle au sens Est-Ouest. 4. Solar panel (17) according to one of claims 1 to 3, characterized in that said axis of rotation (12) horizontal is oriented parallel to the East-West direction. 5. Panneau solaire (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit concentrateur du rayonnement solaire (14) comporte un miroir cylindro-parabolique (13) et/ou une lentille de Fresnel. 5. solar panel (17) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said solar radiation concentrator (14) comprises a cylindro-parabolic mirror (13) and / or a Fresnel lens. 6. Panneau solaire (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que son centre de gravité (11) est situé en dehors de l'axe de rotation (12) du suiveur de soleil. 6. solar panel (17) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that its center of gravity (11) is located outside the axis of rotation (12) of the sun follower. 7. Procédé pour orienter un panneau solaire (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 par rapport au soleil, comprenant une adaptation périodique de l'orientation par rapport au rayonnement solaire caractérisée par une vitesse angulaire fixe comprise entre 0,26 et 1 degré par journée qui s'coule entre deux adaptations consécutives. 7. A method for orienting a solar panel (17) according to any one of claims 1 to 6 relative to the sun, comprising a periodic adaptation of the orientation relative to solar radiation characterized by a fixed angular velocity of between 0.26 and 1 degree per day that flows between two consecutive adaptations. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite adaptation est faite au moins à une fréquence hebdomadaire. 11 8. Method according to claim 7, characterized in that said adaptation is made at least at a weekly frequency. 11 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite adaptation est faite par un réglage manuel de l'orientation du miroir (13). 9. The method of claim 7 or 8, characterized in that said adaptation is made by a manual adjustment of the orientation of the mirror (13). 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que le sens de rotation du concentrateur (4) est inversé à un jour qui se situe dans un intervalle de plus ou moins sept jours autour du solstice, et de manière préférée plus ou moins trois jours autour du solstice, et de manière encore plus préférée le jour du solstice.10 10. Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the direction of rotation of the concentrator (4) is reversed to a day which is within an interval of plus or minus seven days around the solstice, and so preferred more or less three days around the solstice, and even more preferably the day of the solstice.10
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