FR2976057A1 - Support de capteurs solaires orientable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un support (10) de capteurs solaires orientable en azimut et en élévation. Le support comporte une embase (11) et une structure (12, 13) comportant des poutres (14) prévues pour recevoir plusieurs capteurs solaires. La structure est montée articulée par rapport à l'embase selon deux axes (15, 16) d'orientation orthogonaux. Le support comporte des vis (17) de fondation pour l'ancrage de l'embase dans le sol, et le rapport de la plus grande dimension de l'embase à la hauteur (99) de l'axe (16) horizontal d'orientation zénithale est au moins égal à 0,4.

Description

Support de capteurs solaires orientable DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative à un support de capteurs solaires orientable en azimut et en élévation.

Au sens de la présente demande, on entend par « capteur solaire » aussi bien un dispositif comportant des cellules photovoltaïques transformant le rayonnement solaire en énergie électrique, qu'un dispositif transformant le rayonnement solaire en énergie thermique, ou qu'un miroir utilisé pour diriger le rayonnement solaire vers un récepteur solaire tel qu'une chaudière. L'invention s'applique donc notamment aux supports de panneaux solaires à concentration, ainsi qu'aux héliostats qui concentrent ou focalisent le rayonnement solaire sur une chaudière disposée en haut d'une tour.

ETAT DE LA TECHNIQUE L'invention s'applique particulièrement aux supports de capteurs solaires qui comportent une embase à fixer rigidement au sol et un bâti prévu pour supporter plusieurs capteurs solaires, le bâti étant monté articulé par rapport à l'embase selon deux axes d'articulation s'étendant respectivement dans deux plans orthogonaux. De tels supports de capteurs solaires sont notamment décrits dans les brevets FR2532727 et U52010/0223865. Ces supports de capteurs solaires comportent une première structure montée rotative par rapport à l'embase selon un premier axe de rotation, pour permettre l'orientation en azimut des capteurs solaires. Ces supports comportent également une seconde structure incluant le bâti recevant les capteurs solaires, qui est montée rotative par rapport à la première structure selon un second axe de rotation perpendiculaire au premier axe de rotation, pour permettre l'orientation zénithale (en élévation) du bâti et des capteurs solaires. Le bâti peut comporter un treillis de poutres : il peut comporter des longerons parallèles au second axe de rotation, qui supportent des poutres coplanaires perpendiculaires aux longerons et sur lesquelles peuvent être fixés les capteurs solaires. Le support de capteurs solaires comporte un premier actionneur - tel qu'un motoréducteur électrique - agencé pour provoquer la rotation de la première structure par rapport à l'embase, ainsi qu'un second actionneur agencé pour provoquer la rotation de la seconde structure par rapport à la première structure. Lorsque des capteurs solaires sont fixés sur le bâti, la superficie de l'ensemble de ces capteurs solaires peut atteindre ou dépasser 50 m2 (mètre carré). Le support équipé des capteurs solaires offre alors une prise au vent considérable. En conséquence, on fixe généralement l'embase du support de capteurs solaires à un massif en béton dont la masse est élevée, ce qui nécessite d'excaver le sol et augmente le coût de l'installation et celui du démantèlement éventuel du support de capteurs solaires. Un autre inconvénient des supports orientables de capteurs solaires est qu'ils ne sont généralement pas adaptés pour supporter des capteurs photovoltaïques à concentration qui nécessitent notamment d'être orientés très précisément en direction du soleil.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de proposer un support de capteurs solaires orientable en azimut et en élévation qui soit adapté pour supporter des capteurs photovoltaïques à concentration. Un objectif de l'invention est de proposer un support de capteurs 25 solaires orientable selon deux axes orthogonaux - ou héliostat - dont l'installation et le démantèlement soient facilités. Un objectif de l'invention est de proposer un support de capteurs solaires orientable en azimut et en élévation qui soit amélioré et/ou qui remédie, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients des supports 30 de capteurs solaires orientables connus. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un héliostat - ou support de capteurs solaires orientable en azimut et en élévation - qui comporte des vis permettant l'ancrage de l'embase du support dans le sol, ce qui permet de diminuer considérablement la masse de béton utilisé pour fixer le support de capteurs au sol, voire d'éliminer totalement l'usage de béton pour cette fixation.

Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un support de capteurs solaires orientable en azimut et en élévation qui comporte au moins trois vis de fondation qui sont ancrées dans le sol (« naturel ») et reliées à l'embase du support, et dans lequel le rapport de la plus grande dimension (mesurée dans un plan orthogonal à l'axe d'orientation en azimut) de l'embase à la hauteur de l'axe d'articulation zénithale, est choisi de façon à limiter les sollicitations des vis de fondation, en traction ou en compression, à des valeurs acceptables pour les vis de fondation. Selon un autre aspect de l'invention, la plus grande dimension de l'emprise des vis de fondation - qui peut correspondre au diamètre de l'embase - mesurée dans un plan (généralement horizontal) qui est orthogonal à l'axe de rotation de la structure par rapport à l'embase, est suffisamment élevée pour limiter une sollicitation de ces vis en flexion, sous l'effet d'un vent fort notamment, ce qui serait susceptible de détériorer la qualité de la liaison mécanique (qui est assurée par les vis) entre l'embase et le sol. A cet effet, le rapport de la plus grande dimension (18) de l'embase à la hauteur du second axe de rotation est généralement situé dans une plage allant de 0.4 à 1.3, en particulier situé dans une plage allant de 0.5 à 1.

Lorsque l'embase comporte une couronne, en particulier une couronne dentée, le rapport du diamètre de cette couronne à la hauteur du second axe de rotation peut être situé dans une plage allant de 0.4 à 1.3, en particulier situé dans une plage allant de 0.5 à 1. Selon un mode préféré de réalisation, le support de capteurs solaires comporte une embase; une première structure montée rotative par rapport à l'embase selon un premier axe de rotation, la première structure comportant (au moins) quatre bras dont les projections s'étendent (partiellement) à l'extérieur de l'embase ; une seconde structure incluant un bâti prévu pour recevoir plusieurs capteurs solaires, la seconde structure étant montée rotative par rapport à la première structure selon un second axe de rotation perpendiculaire au premier axe de rotation, le second axe de rotation s'étendant à une première distance - ou hauteur - de l'embase ; et au moins trois vis de fondation réparties régulièrement autour du premier axe d'orientation en azimut et s'étendant sensiblement parallèlement à cet axe. Selon des modes de réalisation de l'invention : - la plus grande dimension de l'embase peut être voisine de la longueur des vis ou au moins égale à la longueur des vis ; en particulier, le rapport de la plus grande dimension de l'embase à la longueur des vis peut être situé dans une plage allant de 0.5 à 3, notamment situé dans une plage allant de 0.7 à 2; - lorsque l'embase comporte une couronne, en particulier une couronne dentée, le rapport du diamètre de cette couronne à la longueur des vis peut être situé dans une plage allant de 0.5 à 3, en particulier dans une plage allant de 0.7 ou 0.8 à 1.5 ou 2; - le support de capteurs solaires peut comporter au moins trois, 20 quatre, six, ou douze vis assurant l'ancrage de l'embase dans le sol, qui sont généralement identiques ; - certaines au moins des vis de fondation peuvent être reliées à l'embase par une liaison dont la hauteur et/ou la longueur mesurée selon un rayon (par référence à l'axe d'orientation en azimut), est (sont) 25 ajustable(s), de sorte que la solidarisation de l'embase aux vis ancrées dans le sol est facilitée, et que l'assiette de l'embase peut être facilement rendue sensiblement horizontale ; à cet effet, cette liaison peut comporter une coulisse (s'étendant radialement) et un vérin mécanique (à vis) s'étendant verticalement (parallèlement au premier axe 30 d'orientation); - le support peut comporter plusieurs organes de liaison - tels que des pattes de fixation - régulièrement répartis à la périphérie de l'embase, en particulier (au moins) douze organes de liaison angulairement espacés de trente degrés d'angle, qui font partie de la liaison mécanique entre l'embase et les vis de fondation ; - le bâti peut comporter deux secteurs de couronne dentée s'étendant dans deux plans orthogonaux au second axe de rotation, deux pignons d'entraînement montées rotatifs et engagés avec des dents des secteurs de couronne dentée, et un arbre de transmission couplé aux deux pignons d'entraînement pour assurer une rotation synchrone des deux pignons d'entraînement et contribuer à la rigidité de la seconde structure ; les projections des secteurs de couronne dentée dans un plan parallèle à l'embase, en particulier dans le plan de l'embase, peuvent s'étendre à l'extérieur de la projection de l'embase dans ce plan ; - deux des bras de la première structure peuvent s'étendre dans un plan sensiblement parallèle au premier axe de rotation, pour permettre de disposer le bâti et les capteurs solaires sensiblement verticalement ; - les premier et second axes de rotation ne sont généralement ni concourants ni coplanaires ; - l'embase peut comporter une surface de roulement circulaire plane, en particulier une bande de roulement solidaire et concentrique à une couronne dentée, et la première structure peut comporter seulement trois organes de roulement - tels que des roues - agencés pour rouler sur la bande de roulement et faciliter le pivotement de la première structure selon le premier axe de rotation ; - l'embase peut comporter une couronne dentée, et la première structure peut comporter : i) un cadre triangulaire agencé pour rouler sur la couronne et pivoter selon le premier axe de rotation ; ii) deux paires de bras s'étendant à partir du cadre, chaque paire de bras supportant un arbre dont l'axe correspond au second axe de rotation, les projections des arbres s'étendant à l'extérieur du plan de l'embase ; et iii) une poutre de renfort reliant les paires de bras et s'étendant sensiblement parallèlement au second axe de rotation.

L'invention permet notamment d'améliorer à moindre coût la stabilité et la rigidité du support de capteurs solaires ainsi que la précision des liaisons pivotantes du support de capteurs solaires. D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux figures annexées et illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est une vue en perspective d'un support de capteurs 10 solaires. La figure 2 est une vue de coté illustrant le support de la figure 1. La figure 3 est une vue de face illustrant le support des figures 1 et 2. La figure 4 est une vue en perspective illustrant, sous le même 15 angle de vue que pour la figure 1 et à échelle agrandie, l'embase et la partie inférieure de la première structure du support illustré figure 1. La figure 5 est une vue en perspective illustrant, sous un angle de vue différent, le mécanisme d'entraînement en rotation de la seconde structure du support illustré figure 1. 20 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Sauf indication explicite ou implicite contraire, des éléments ou organes - structurellement ou fonctionnellement - identiques ou similaires sont désignés par des repères identiques sur les différentes figures. 25 Par référence aux figures 1 à 4 notamment, le support 10 de capteurs solaires comporte un socle ou embase 11 supportant une structure 12, 13 orientable, essentiellement métallique, sur laquelle peuvent être posés des capteurs solaires (non représentés), notamment des miroirs ou des capteurs photovoltaïques à concentration. 30 A cet effet, la structure orientable comporte deux portions mutuellement articulées : i) une première portion ou première structure 12 est montée pivotante sur l'embase selon un axe 15 de pivotement qui doit être confondu avec la verticale du site d'implantation du support de capteurs solaires , et ii) une seconde portion ou seconde structure 13 est montée pivotante sur la première structure 12 selon un axe 16 de pivotement qui doit être contenu dans un plan horizontal sur le site d'implantation du support 10. La seconde structure 13 comporte des poutres 14 parallèles coplanaires prévues pour recevoir des capteurs solaires qui peuvent être plans et juxtaposés. Les poutres 14 sont fixées sur deux longerons 51 parallèles reliés 10 entre eux par deux traverses 50. Dans la partie centrale de chaque traverse 50 est prévu un palier. Les paliers respectifs des traverses 50 sont alignés selon l'axe 16, normalement horizontal. Par référence aux figures 1 et 4 en particulier, l'embase comporte 15 une couronne circulaire dentée 20 et la première structure 12 comporte un cadre triangulaire agencé pour rouler sur la couronne et pivoter selon le premier axe 15 de rotation. Le cadre consiste essentiellement en trois poutres ou profilés 32-34 sensiblement identiques et reliés entre eux deux à deux. 20 A chaque angle du cadre est fixée une platine 62 (figure 4 notamment) et une roue 63 montée libre en rotation, de sorte que le cadre repose sur une bande circulaire de roulement 200 intégrée à la couronne 20, par les trois roues 63. La première structure 12 comporte également deux paires de bras 25 36-39 s'étendant à partir du cadre, chacun de ces bras étant fixé sur le cadre 32-34 par son extrémité inférieure. Les bras 36-39 sont inclinés par rapport à l'axe 15 d'orientation en azimut, de sorte que leurs projections respectives dans un plan horizontal s'étendent (partiellement) à l'extérieur de la projection (dans 30 ce plan) de la couronne 20 et de l'emprise des vis 17.

Les deux extrémités supérieures juxtaposées des bras 36-39 de chaque paire de bras sont mutuellement solidaires et supportent un arbre 40, 41 dont l'axe correspond au second axe 16 de rotation. Les projections des extrémités supérieures des bras 36-39 s'étendant à l'extérieur (du plan horizontal) de l'embase, les projections des arbres 40, 41 s'étendent également à l'extérieur du plan de l'embase. Les paliers équipant les traverses 50 de la structure 13 reçoivent ces arbres 40, 41, de sorte que la seconde structure 13 peut pivoter selon l'axe 16 par rapport aux bras 36-39 - et donc par rapport à la première structure 12. La première structure 12 comporte en outre une poutre 42 de renfort reliant les extrémités supérieures des quatre bras 36-39, cette poutre s'étendant sensiblement parallèlement au second axe 16 de rotation.

La structure orientable 12, 13, 14, 50, 51 est ainsi montée articulée par rapport à l'embase selon deux axes 15, 16 d'orientation sensiblement orthogonaux et coplanaires. Le support 10 comporte six vis 17 de fondation pour l'ancrage au sol de l'embase.

Par référence à la figure 4 notamment, chacune des vis de fondation comporte une portion inférieure effilée 170 - ou pointe - qui est généralement pourvue de saillies (non représentées) s'étendant sensiblement le long d'une hélice, sur la face externe de la pointe de la vis 17.

Chaque vis 17 comporte une portion supérieure cylindrique 171, par exemple tubulaire, qui s'étend dans le prolongement de la portion effilée 170 de la vis, cette portion étant également pourvue de saillies (non représentées) en hélice sur une partie de sa hauteur, dans sa partie inférieure qui forme la partie centrale de la vis.

Les vis 17 de fondation sont réparties sensiblement régulièrement autour de l'axe 15 d'orientation en azimut et s'étendent sensiblement parallèlement à cet axe (normalement vertical).

Par référence à la figure 4 notamment, chacune des vis de fondation est reliée à la couronne 20 de l'embase par une liaison 21, 22 dont la hauteur et la longueur - mesurée radialement - sont ajustables, afin de faciliter la fixation de la couronne aux extrémités supérieures des vis déjà enfoncées dans le sol, ainsi que le réglage de l'horizontalité de la couronne. Chacune de ces liaisons comporte un vérin mécanique 22, de hauteur réglable, sur la partie supérieure de laquelle repose la couronne, par l'intermédiaire d'une patte 70 solidaire de la bande de roulement 200. La couronne 20 est ainsi solidaire de douze pattes 70 de fixation identiques, qui font saillie à l'extérieur de la couronne et sont espacées deux à deux de trente degrés d'angle, autour de l'axe 15. Ceci permet de fixer la couronne au sol par un nombre de vis d'ancrage qui peut être adapté à la nature du sol. La partie inférieure du vérin à vis 22 est engagée dans une ouverture oblongue formée dans une plaque 21, de sorte que l'on peut faire coulisser le vérin 22 le long de cette ouverture qui s'étend sensiblement radialement par rapport à l'axe 15, ce qui permet de compenser des défauts de positionnement des vis 17 dans le sol. Pour assurer l'orientation des structures 12, 13 selon l'axe 15, un motoréducteur 60 fixé au cadre 32-34 par l'intermédiaire d'une console 28, entraine en rotation un pignon 61 (figure 4) engrenant avec la denture de la couronne 20.

Par ailleurs, pour assurer l'orientation, selon l'axe 16, de la structure 13 incluant le réseau de poutres 14, par rapport à la structure 12, le support 10 comporte un second motoréducteur 27 qui est fixé aux bras 36, 37 par l'intermédiaire d'une platine 90. Le bâti 13 comporte deux secteurs 23, 24 de couronne dentée, qui 30 sont solidaires des traverses 50 et s'étendent dans deux plans orthogonaux au second axe 16 de rotation.

Le support de capteurs solaires comporte deux pignons 25 d'entraînement montés rotatifs aux extrémités supérieures des bras 36-39, et respectivement engagés avec des dents des secteurs 23, 24 de couronne dentée.

Le support 10 comporte en outre un arbre 26 de transmission, qui s'étend parallèlement à la poutre 42 et est respectivement couplé par ses deux extrémités aux deux pignons 25 d'entraînement, pour assurer une rotation synchrone des deux pignons 25 et contribuer à la rigidité de la structure 13.

Pour la rotation de la structure 13 selon l'axe 16, le moteur 27 entraine les pignons 25 en rotation synchrone - ainsi que l'arbre 26 -, chaque pignon 25 engrenant respectivement avec la denture externe des deux demi couronnes dentées 23, 24. Les traverses 50 et les secteurs 23, 24 de couronne étant disposés de part et d'autre (le long de l'axe 16) des bras 36-39, les projections des secteurs de couronne dans un plan parallèle à l'embase, en particulier dans le plan de l'embase, s'étendent à l'extérieur de la projection de l'embase dans ce plan. Le diamètre 18 de la couronne 20 et la longueur 19 de chaque vis 20 17 peuvent être voisins de 1.5 mètre (m) ou 2 m, ou supérieurs à ces valeurs. Dans certains cas, le diamètre de la couronne peut atteindre 3 ou 4 mètres par exemple. La hauteur 99 séparant l'axe 16 de rotation de la structure 13, et 25 le plan de la couronne 20, peut être voisine de 2 à 5 mètres.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1 - Support (10) de capteurs solaires orientable selon deux axes (15, 16) de rotation, caractérisé en ce qu'il comporte : - une embase (11) ; - une première structure (12) montée rotative par rapport à l'embase selon un premier axe (15) de rotation, la première structure comportant quatre bras (36-39) dont les projections s'étendent à l'extérieur de l'embase - une seconde structure (13, 14, 50, 51) incluant un bâti (14, 50, 51) prévu pour recevoir plusieurs capteurs solaires, la seconde structure étant montée rotative par rapport à la première structure selon un second axe (16) de rotation perpendiculaire au premier axe de rotation, le second axe de rotation s'étendant à une première distance - ou hauteur - (99) de l'embase ; et - au moins trois vis (17) de fondation pour l'ancrage au sol de l'embase, en particulier au moins trois vis (17) réparties régulièrement autour du premier axe (15) et s'étendant sensiblement parallèlement à cet axe, l'embase (11) présentant une plus grande dimension (18) mesurée dans un plan orthogonal au premier axe (15) de rotation, et en ce que le rapport de la plus grande dimension de l'embase à la première distance (99) est choisi de façon à limiter les sollicitations des vis (17) de fondation, en traction ou en compression, à des valeurs acceptables.
2. 2 - Support selon la revendication 1 dans lequel le rapport de la plus grande dimension (18) de l'embase à la hauteur (99) du second axe de rotation est situé dans une plage allant de 0.4 à 1.3, en particulier situé dans une plage allant de 0.5 à 1.
3. 3 - Support selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l'embase comporte une couronne, en particulier une couronne dentée (20), etdans lequel le rapport du diamètre (18) de la couronne à la hauteur (99) du second axe de rotation est situé dans une plage allant de 0.4 à 1.3.
4. 4 - Support selon l'une des revendications 1 à 3 qui comporte plusieurs organes (70) de liaison - tels que des pattes de fixation - régulièrement répartis à la périphérie de l'embase, en particulier (au moins) douze organes de liaison angulairement espacés de trente degrés d'angle, qui sont prévus pour contribuer à la liaison mécanique entre l'embase et les vis de fondation.
5. 5 - Support selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la seconde structure comporte deux secteurs (23, 24) de couronne dentée s'étendant dans deux plans orthogonaux au second axe de rotation, et le support (10) comporte deux pignons (25) d'entraînement montés rotatifs et respectivement engagés avec des dents des deux secteurs de couronne dentée, et un arbre (26) de transmission couplé aux deux pignons d'entraînement, pour assurer une rotation synchrone des deux pignons d'entraînement et contribuer à la rigidité de la seconde structure.
6. 6 - Support selon la revendication 5 dans lequel les projections des secteurs de couronne dentée dans un plan parallèle à l'embase, en particulier dans le plan de l'embase, s'étendent à l'extérieur de la projection de l'embase dans ce plan.
7. 7 - Support selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel deux des bras (36-39) de la première structure s'étendent dans un plan sensiblement parallèle au premier axe (15) de rotation, pour permettre de disposer le bâti et les capteurs solaires sensiblement verticalement, et dans lequel les premier et second axes (15, 16) de rotation ne sont ni concourants ni coplanaires.
8. 8 - Support selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel certaines au moins des vis de fondation sont reliées à l'embase par une structure de liaison (21, 22) dont la hauteur ou la longueur est (sont) ajustable(s), en particulier une structure de liaison comportant une coulisse (21) radiale et un vérin mécanique (22).
9. 9 - Support selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel l'embase comporte une bande 200 de roulement circulaire plane, en particulier une bande de roulement solidaire et concentrique à la couronne dentée (20), et dans lequel la première structure comporte (seulement) trois organes (63) de roulement - tels que des roues - agencés pour rouler sur la bande de roulement et faciliter le pivotement de la première structure selon le premier axe de rotation. - Support selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel l'embase comporte une couronne dentée, et dans lequel la première 10 structure comporte : - un cadre (32-35) triangulaire agencé pour rouler sur une bande (200) de roulement solidaire de la couronne dentée, et pour pivoter selon le premier axe de rotation ; - deux paires de bras (36-39) s'étendant à partir du cadre, chaque paire de bras supportant un arbre (40, 41) dont l'axe correspond au second axe (16) de rotation, les projections des arbres (40, 41) s'étendant à l'extérieur du plan de l'embase ; et - une poutre (42) de renfort reliant les paires de bras et s'étendant sensiblement parallèlement au second axe de rotation. 11 - Support selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel certaines au moins des vis de fondation comportent une portion effilée (170) pourvue de saillies en hélice, ainsi qu'une portion cylindrique (171) prolongeant la portion effilée et également pourvue de saillies en hélice sur une partie au moins de sa hauteur. 12 - Support selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel le rapport de la plus grande dimension (18) de l'embase à la longueur (19) des vis de fondation est situé dans une plage allant de 0.5 à 3, en particulier situé dans une plage allant de 0.7 à 2.