FR2981737A1 - Systeme de mesure de flux solaire pour recepteur de centrale solaire - Google Patents

Abstract

Système de mesure du flux solaire incident d'un récepteur plan de centrale solaire comportant au moins une jauge (4) de flux utilisant un effet thermique et au moins deux cellules photovoltaïques (2), et des moyens (8) de traitement des mesures et correction des mesures effectuées par les cellules (2) en fonction des mesures effectuées par la jauge (4), ladite jauge (4) et lesdites cellules (2) étant disposées le long d'au moins un premier axe (Y) et la jauge (2) étant disposée à proximité de l'une des cellules (20) de sorte que la jauge et ladite cellule soit soumise sensiblement au même flux solaire incident.

Description

SYSTEME DE MESURE DE FLUX SOLAIRE POUR RECEPTEUR DE CENTRALE SOLAIRE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à un système de mesure du flux solaire pour centrale solaire munie d'un récepteur, par exemple les centrales solaires de type Fresnel.

La technologie solaire thermique à concentration consiste à utiliser le rayonnement solaire pour chauffer un fluide caloporteur servant de source chaude dans un cycle thermodynamique. La concentration permet d'atteindre des températures plus ou moins élevées et ainsi de bénéficier de rendements de conversion thermodynamiques plus ou moins importants. Les technologies développées se distinguent par les moyens de concentration des rayons solaires mis en oeuvre, par les moyens de transport de la chaleur, et éventuellement de stockage de la chaleur qui sont utilisés, i.e. le fluide caloporteur utilisé et des moyens de conversion thermodynamique qui sont par exemple des turbines à vapeur, des turbines à gaz ou des moteurs Stirling.

Il existe plusieurs types de systèmes solaires à concentration, dont les centrales solaires à concentration de type Fresnel. Dans une centrale solaire de type Fresnel, le récepteur solaire reçoit les rayons lumineux réfléchis par des miroirs et les transmet au fluide caloporteur sous forme de chaleur.

Un récepteur solaire comporte typiquement : un absorbeur qui reçoit le flux solaire sur sa face inférieure et dans lequel circule le fluide caloporteur, par exemple de l'huile ou de la vapeur d'eau, - éventuellement une couche d'un matériau isolant thermique permettant de limiter les pertes thermiques depuis l'absorbeur vers l'extérieur, - éventuellement un panneau vitré permettant d'isoler l'absorbeur du milieu extérieur et délimitant une cavité fermée entre l'absorbeur et la vitre. Le récepteur solaire est suspendu par une structure métallique au-dessus d'un champ de miroirs quasi-plans. Le champ de miroirs réfléchit un flux solaire concentré qui peut atteindre une puissance d'une centaine de kW/m2. La connaissance de la puissance du flux solaire arrivant sur ce récepteur permet d'assurer le bon fonctionnement de la centrale. En effet, au moyen d'une carte du flux solaire reçu par le récepteur il est possible de détecter les défauts d'orientation ou de forme des miroirs, et de quantifier le rendement optique de l'ensemble.

Le récepteur d'une centrale solaire de type Fresnel présente une très grande longueur, de l'ordre de 100 m. On recherche donc un capteur de flux solaire permettant de réaliser une carte de flux solaire concentré capable de réaliser une telle mesure.

Afin d'effectuer cette carte le long du récepteur, il est prévu de déplacer le capteur de flux solaire le long du récepteur, le capteur mesurant successivement le flux solaire concentré à différentes positions le long du récepteur. La mesure du flux solaire concentré pose 5 une difficulté en ce que le spectre solaire varie au cours de la journée, et cette variation peut fausser les mesures de flux solaire. Il est connu de mesurer le flux solaire concentré au moyen d'une jauge de flux utilisant un 10 effet thermique, type de spectre élevé. telle que la jauge de type Gardon. jauge présente l'avantage d'être sensible à Ce un solaire très large, cependant il a un coût très On peut également utiliser des cellules 15 photovoltaïques utilisées généralement pour produire de l'énergie. Ces cellules présentent l'avantage d'avoir un coût réduit par rapport aux capteurs Gardon, en revanche elles présentent l'inconvénient de n'être pas sensibles à tout le spectre solaire. 20 Le document "Concentrating PV: An alternative to Calorimeters for Measuring High Solar Flux Densities" Jesus Fernandez-Reche and Al, Journal of Solar Energy Engineering, Nov. 2008, Vol. 130 décrit un système de mesure du flux solaire mettant en oeuvre 25 un capteur de flux solaire de type Gardon et une cellule photovoltaïque monojonction sensible à un spectre compris entre 320 nm et 940 nm. Pour corriger la mesure du flux fait par la cellule photovoltaïque du fait de la variation du spectre, il est en outre prévu 30 de mesurer le spectre et de faire la correction sur les mesures effectuées par la cellule photovoltaïque. Ce système ne permet pas de réaliser une carte du flux solaire concentré sur un récepteur. De plus, la cellule solaire n'est sensible qu'à un spectre réduit, et un capteur de spectre supplémentaire est requis. Enfin, afin de s'affranchir des effets de variation du spectre, les mesures de flux sont réalisées au environ de midi, or il est souhaitable de pouvoir effectuer des mesures à différentes moments de la journée car le rendement d'un récepteur de centrale solaire de type Fresnel dépend de l'incidence du soleil. Le document WO 2001/025808 décrit un récepteur solaire équipé d'un robot destiné à mesurer la répartition de la densité du rayonnement solaire orienté vers l'absorbeur et ainsi vérifier si les réflecteurs de l'installation sont correctement placés. Ce document ne donne aucune information sur les moyens de mesure mis en oeuvre pour aboutir à une carte du flux solaire. EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un système apte à réaliser une carte de flux solaire concentré d'un récepteur de centrale solaire, de réalisation simple, de prix de revient intéressant et offrant des valeurs de flux précises et une résolution élevée. Le but précédemment énoncé est atteint par un système de mesure comportant au moins deux cellules photovoltaïques triple-jonction et une jauge de flux utilisant un effet thermique, les cellules et la jauge de flux s'étendant le long d'au moins un premier axe et une unité de traitement comportant des moyens de correction des mesures effectuées par les cellules en fonction des mesures effectuées par la jauge de flux utilisant un effet thermique, de sorte à corriger l'erreur de mesure des cellules photovoltaïques due à la variation du spectre solaire. En utilisant une jauge de flux utilisant un effet thermique sensible à un spectre solaire très large associée à des cellules photovoltaïques, utilisant un effet photoélectrique, qui sont sensibles à un spectre plus restreint, il est possible d'obtenir un système établissant une carte du flux solaire concentré précise et de résolution élevée à un coût de revient réduit, par rapport à un système n'utilisant que des jauges de flux utilisant un effet thermique. De plus, il est possible grâce à l'invention d'effectuer des mesures du flux à tout moment de la journée, i.e. quel que soit le spectre solaire, puisque le système est indépendant du spectre solaire. Le système de mesure comporte de préférence des moyens de refroidissement des cellules de sorte à maintenir leur température sensiblement constante, limitant ainsi l'effet de la température sur l'intensité en sortie de chaque cellule. Le système de mesure comporte avantageusement des moyens pour déplacer le système le long de l'axe longitudinal du récepteur, l'axe de l'élément de mesure étant perpendiculaire à l'axe du récepteur, l'élément de mesure comportant suffisamment de cellules photovoltaïques pour couvrir toute la largeur du récepteur. Par exemple les moyens de déplacement sont formés par des rails s'étendant sur toute la longueur du récepteur et des moyens d'entraînement commandés de sorte à relier les mesures du système à des positions données le long de l'axe du récepteur. La présente invention a alors pour objet un système de mesure du flux solaire incident d'un récepteur de centrale solaire comportant au moins une jauge de flux utilisant un effet thermique et au moins deux cellules photovoltaïques, chacune associée à des moyens de traitement des mesures et correction des mesures effectuées par les cellules en fonction des mesures effectuées par la jauge, ladite jauge et lesdites cellules étant disposées le long d'au moins un premier axe et la jauge étant disposée à proximité de l'une des cellules de sorte que la jauge et ladite cellule soit soumise sensiblement au même flux solaire incident.

Dans un mode de réalisation, la jauge et une cellule sont alignées le long d'un axe confondu ou parallèle à un deuxième axe perpendiculaire au premier axe. Dans un autre mode de réalisation, la jauge est située sur le premier axe. Le système peut comporter des thermocouples destinés à mesurer les températures des cellules afin d'apporter des corrections dues à des dérives thermiques.

Par exemple, la jauge de flux utilisant un effet thermique est un capteur de type Gardon ou une jauge de flux utilisant un effet thermique est un microcapteur de flux thermique. Préférentiellement, le système comporte des moyens pour maintenir les cellules à une température sensiblement constante, par exemple de l'ordre de 30°C. Dans un exemple de réalisation, le système de mesure du flux solaire peut comporter un boîtier sur lequel sont montées les cellules et la jauge et des moyens de refroidissement formés par un canal de 10 circulation réalisé dans le boîtier, dans lequel est destiné à circuler un fluide de refroidissement connecté à un circuit de circulation extérieur. Le boîtier et des substrats des cellules sont avantageusement recouverts d'un film réfléchissant. 15 Les cellules peuvent être montées sur des plaquettes supports montées sur le boîtier. Avantageusement chaque cellule est brasée sur une plaquette support. Par exemple, le boîtier comporte des 20 logements, dans lesquels les plaquettes supports sont montées par coulissement. Une pâte thermique peut être interposée entre les plaquettes supports et le boîtier. Le système peut comporter une pluralité de cellules formant une structure en deux dimensions. 25 De préférence le système comporte un amplificateur du signal de sortie de la jauge. Il peut également comporter des moyens de transmission sans fil entre les cellules, la jauge et les moyens de traitement et de correction. 30 La présente invention a alors pour objet un ensemble d'au moins un récepteur solaire s'étendant selon un deuxième axe destiné à être disposé face à des miroirs réfléchissant le flux solaire sur des tubes dans lesquels s'écoule un fluide à échauffer et d'un système de mesure du flux solaire selon la présente invention, le système de mesure étant positionné par rapport au récepteur de sorte que le premier axe soit orthogonal au deuxième axe et que les cellules et la jauge soit en regard des miroirs. De préférence, le système de l'ensemble 10 peut comporter un nombre de cellules tel que les cellules couvrent tout le récepteur dans sa direction transversale. Avantageusement, des moyens de guidage sont prévus pour coopérer avec des moyens de guidage 15 disposés le long de l'axe longitudinal du récepteur solaire. Les moyens de guidage sont par exemple formés par des rails le long de l'axe longitudinal du récepteur sont disposés au-dessus du récepteur. Dans un exemple de réalisation avantageuse, 20 le circuit de circulation extérieur du fluide de refroidissement est formé dans au moins un rail. L'ensemble comporte de préférence un capteur de position longitudinale du système par rapport au récepteur. 25 La présente invention a alors pour objet une centrale solaire comportant des miroirs et un ensemble selon l'invention disposé entre les miroirs et le ou les récepteurs de sorte à recevoir les rayons solaires réfléchis. Cette centrale est par exemple de 30 type Fresnel.

La présente invention a alors pour objet un procédé d'établissement d'une carte de flux solaire d'un récepteur de centrale solaire à partir des mesures d'une jauge de flux utilisant un effet thermique et au moins deux cellules photovoltaïques, la jauge et les cellules étant disposées dans la direction de la largeur du récepteur et la jauge étant disposée à proximité de l'une des cellules, ledit procédé comportant les étapes : a) mesure du flux incident par la jauge, b) mesure de flux relatif par les cellules, c) détermination d'un coefficient de correction des mesures de flux relatif au moyen de la 15 mesure du flux incident et la mesure du flux relatif de la cellule située à proximité de la jauge, d) correction des mesures de flux relatif, e) détermination de la valeur du flux incident sur le récepteur à l'emplacement d'au moins la 20 deuxième cellule. Lors de l'étape d), les mesures de flux relatif peuvent être multipliées par le coefficient de correction qui est égal au rapport du flux incident mesuré par la jauge sur le flux relatif mesuré par la 25 première cellule. Dans un mode de réalisation, Les étapes a) et b) sont simultanées, la disposition de la jauge et de la cellule étant telle que les flux auxquels elles sont soumises simultanément soient sensiblement 30 identiques.

Dans un autre mode de réalisation, les étapes a) et b) sont successives, la jauge et une cellule étant alignées le long d'une direction perpendiculaire à la largeur du récepteur, la jauge et 5 les au moins deux cellules étant mobiles le long de ladite direction. Les étapes a) à e) peuvent alors être répétées à différentes positions longitudinales du récepteur, et comportant une étape d'établissement d'une carte en deux dimensions de flux solaire incident 10 du récepteur à partir des mesures de flux relatif corrigées. De préférence, les mesures de flux relatif sont faites par plus de deux cellules sur toute la largeur du récepteur. Les mesures de flux relatif 15 peuvent alors être faites par une pluralité de cellules disposées en matrice de n lignes et m colonnes, n et m étant des entiers positifs strictement supérieurs à 1 de sorte à réaliser les mesures par la jauge et par toutes les cellules simultanément. 20 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexe, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus en 25 représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'un système de mesure selon la présente invention, - la figure 2A est une vue en perspective d'une réalisation pratique d'un élément de mesure du 30 système de la figure 1, - la figure 2B est une vue en coupe transversale par rapport à l'axe de l'élément de la figure 2A, - les figures 3A et 3B sont des vues de 5 côté de l'élément de mesure de la figure 2A représentant schématiquement deux étapes de fonctionnement de l'élément de mesure, - les figures 4A à 4C sont des vues en perspective de différentes pièces pour la réalisation 10 de l'élément de la figure 2A, - la figure 5 est une vue de dessus en représentation schématique d'un second mode de réalisation d'un système de mesure selon la présente invention, 15 - la figure 6A est une vue en perspective d'une réalisation pratique d'un élément de mesure du système de la figure 5, - la figure 6B est une vue en coupe transversale par rapport à l'axe de l'élément de la 20 figure 6A, - la figure 7 est une vue en coupe transversale schématique d'un récepteur solaire de type Fresnel muni d'un système de mesure selon l'invention, - la figure 8 est une représentation 25 schématique vue de dessus d'un élément de mesures comprenant un matrice de cellules, - la figure 9 est une vue en perspective d'un dispositif de calibration d'un élément de mesure selon la présente invention, 30 - la figure 10 est une représentation graphique des mesures de flux solaire et des valeurs de flux solaire corrigées obtenues grâce au système de mesure de flux solaire selon le premier mode de réalisation, - la figure 11A est un exemple de 5 réalisation d'un système de mesure selon le premier mode de réalisation adapté à la mesure de flux solaire d'une centrale à tour, - la figure 11B est un exemple de réalisation d'un système de mesure selon le deuxième 10 mode de réalisation adapté à la mesure de flux solaire d'une centrale à tour. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, on peut voir un premier mode de réalisation d'un système S1 de mesure selon la 15 présente invention comportant des cellules photovoltaïques 2 et une jauge 4 de flux utilisant un effet thermique. Le système comporte un boîtier 6 sur lequel sont montées les cellules 2 et la jauge de mesure de flux solaire 4. La jauge de flux est 20 insensible à la variation du spectre au cours de la journée contrairement aux cellules photovoltaïques. Les rayons solaires réfléchis sont schématisés par les flèches F. Le système présente un axe longitudinal X. Les cellules photovoltaïques sont des 25 cellules triples jonctions, sensibles à un spectre compris entre 300 et 1700 nm, du type de celles généralement utilisées pour la production d'énergie. Elles sont adaptées pour fonctionner à des concentrations pouvant atteindre 1500 soleils. Ainsi, 30 en mesurant l'intensité en court-circuit débitée par ces cellules il est possible de déterminer le flux incident arrivant sur les cellules. Des moyens de refroidissement des cellules sont avantageusement prévus, ainsi leur température est maintenue à une 5 valeur connue, la valeur du flux incident peut alors être directement obtenue à partir du courant mesurée. Dans le cas où les cellules ne sont pas maintenues à une température connue, on prévoit d'associer à chaque cellule un thermocouple 5 pour connaître leur 10 température et pouvoir apporter des corrections aux mesures effectuées par les cellules, dues à des dérives thermiques. On peut prévoir d'utiliser des thermocouples même si les cellules sont maintenues à une température donnée, par exemple pour vérifier le 15 bon refroidissement des cellules. La jauge de flux étalonnée est telle qu'elle permet de capter une densité de flux thermique par radiation avec une sensibilité à un spectre suffisamment large, i.e. dont la sensibilité à la 20 variation de spectre est négligeable et, elle peut travailler sous des hauts niveaux de rayonnement compris entre 50 et 1500kW/m2. La jauge utilisant un effet thermique est par exemple un capteur de type Gardon par exemple 25 fabriqué par la société Vatell®. Un capteur Gardon comporte un thermocouple différentiel mesurant la différence de température entre le centre et la circonférence d'un disque formé d'une fine feuille circulaire. Ce disque est monté dans 30 une ouverture circulaire d'un dissipateur de chaleur de forme cylindrique. La feuille est par exemple en Constantan. Lorsque le rayonnement solaire concentré frappe la feuille, un signal est généré représentatif de la différence de température entre le centre et la circonférence du disque. Ce capteur ne nécessite pas d'alimentation électrique pour fonctionner. Le corps formant dissipateur de chaleur est par exemple en cuivre. Un fil est en contact avec le centre du disque pour effectuer la mesure et le corps en cuivre permet de récupérer la mesure sur la circonférence du disque.

Alternativement et de manière avantageuse, on utilise un microcapteur de flux thermique ou (HFM pour "Heat Flux microsensor" en terminologie anglo-saxonne). Ce microcapteur comporte un capteur de flux solaire et un capteur de température. Le capteur de température est un thermocouple formé d'un film fin déposé sur la face du capteur exposé au rayonnement solaire. Le capteur de flux thermique est formé d'une thermopile, qui délivre une tension proportionnelle au flux de chaleur. La mesure de température permet de corriger la mesure du flux qui est dépendante de la température. Dans la suite de la description, la jauge de flux utilisant un effet thermique sera désignée par « jauge » et les cellules photovoltaïques seront désignées par « cellules ». De préférence, la jauge est associée à un amplificateur de tension pour compenser la faible tension débitée par la jauge. Le système comporte également des moyens d'acquisition des mesures effectuées par les cellules 2 et la jauge 4 et des mesures des thermocouples 5, et de traitement 8 des mesures comportant des moyens de correction des mesures des cellules 2 en fonction des mesures fournies par la jauge 4. Des moyens de refroidissement 9 sont prévus pour refroidir les cellules et éventuellement la jauge. Par exemple, ces moyens 9 sont formés par un canal de circulation d'un fluide caloporteur, formé au sein du boîtier et relié à un circuit de circulation du caloporteur et assurant l'extraction des calories.

Le système de mesure est destiné à être disposé sous un récepteur R de centrale solaire de type Fresnel d'axe longitudinal X et à être déplacé le long de celui-ci. Le système est alors avantageusement équipé de moyens de guidage 20 destinés à coopérer avec des moyens de guidage et d'entraînement prévus sous le récepteur. Les moyens de guidage sont par exemple formés par des rainures recevant des rails fixés sous le récepteur.

Tout moyen de rectiligne est adapté. Dans l'exemple comporte quatre cellules 2, guidage sensiblement représenté, le système mais ce nombre n'est en aucun cas limitatif, comme nous le verrons par la 25 suite, et le système peut comporter plus de quatre cellules ou moins de quatre cellules. De préférence, le nombre et la surface des cellules sont choisis de sorte qu'elles s'étendent sur toute la largeur du récepteur et permettent une mesure 30 sur toute la largeur du récepteur et donc l'établissement d'une carte de flux solaire complète du récepteur. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3B, la jauge 4 est « alignée » avec une cellule le long de l'axe X. Dans la représentation des figures 1 à 3B, la jauge 4 est disposée en aval des cellules. Pendant le déplacement axial, la jauge 4 et la cellule 4 situées toutes deux sur l'axe X passant par le même point dans un temps suffisamment court pour que le flux thermique issu des miroirs soit constant sur ce point. On mesure donc un même flux avec la jauge 4 et la cellule 2, ce qui permet de définir la correction à effectuer. Dans l'exemple représenté, la jauge est située sur l'axe X, cependant elle pourrait être alignée avec n'importe quelle autre cellule le long d'un axe parallèle à l'axe X. En outre, la jauge peut aussi bien être placée en amont de l'une des cellules. Sur les figures 3A et 3B, on peut voir 20 schématisées les étapes de mesure effectuées par la jauge 4 puis par la cellule 2 qui est alignée avec la jauge 4. L'élément se déplace dans la représentation des figures 3A et 3B de la gauche vers la droite. A un instant t, c'est la jauge 4 qui est 25 éclairée par le flux et mesure celui-ci. A l'instant t + 5, c'est la cellule 2 qui est éclairée par le même flux. Le temps 5 est, comme indiqué précédemment, suffisamment court pour pouvoir considérer que les flux sont les mêmes. Le temps 5 dépend de la vitesse de 30 déplacement de l'élément de mesure.

La taille de ces cellules étant faible, par exemple 5,5 mm de côté, il est possible d'utiliser ces cellules en ligne. La ligne de cellule se déplaçant le long du récepteur, il est alors possible de créer une carte du flux solaire. Les différentes intensités en des cellules et éventuellement es tensions en sortie des thermocouples sont alors acheminées à une carte d'acquisition afin d'être traitées. Nous allons maintenant décrire en détail un 10 exemple de réalisation pratique du système de mesure selon la présente invention. Sur la figure 2A, on peut voir le boîtier 6 muni des dix cellules photovoltaïques 2. Les cellules sont montées individuellement sur des supports 10 15 représentées sur la figure 4B. Le boîtier 6 comporte également un logement 11 pour la jauge 4, le logement est formé par un alésage traversant le boîtier selon un axe orthogonal aux axes X et Y. Dans l'exemple représenté, le logement 20 11 est situé sur l'axe X et le boîtier comporte un bossage 13 pour réaliser l'alésage. Chaque support 10 assure le montage sur le boîtier 6. Dans l'exemple représenté, l'assemblage des supports 10 sur le boîtier 6 se fait par des liaisons 25 glissières. Le boîtier 6, représenté seul sur la figure 4A, comporte sur sa face avant des logements 12 rectangulaires en renfoncement disposés le long de l'axe longitudinal du boîtier. Chaque logement est 30 délimité sur trois côtés par des bords 12.1, 12.2, 12.3, deux bords 12.1, 12.2 étant perpendiculaire à l'axe Y et un bord 12.3 est parallèle à l'axe longitudinal. Le quatrième côté 12.4 est ouvert et permet l'insertion des supports dans les logements par coulissement.

Les deux bords 12.1, 12.2 sont munis de rainures et chaque support est muni, sur ses deux bords latéraux, de nervures 10.1, 10.2 destinés à coulisser dans les rainures. Avantageusement, on prévoit de disposer une 10 pâte thermique entre les plaquettes supports et le boîtier pour améliorer la conduction thermique entre les plaquettes et le boîtier. La pâte est par exemple une pâte au nitrure de bore ou à l'oxyde de zinc. Dans l'exemple représenté, les plaquettes 15 supports sont immobilisées transversalement dans le boîtier au moyen d'une baguette 18 obturant simultanément les extrémités libres 12.4 de tous les logements. La baguette est par exemple vissée dans le boîtier au niveau de ses extrémités longitudinales. 20 Cette fixation est simple, rapide, et permet d'immobiliser toutes les cellules simultanément et leur remplacement rapide si nécessaire. Cependant tout autre mode de fixation est envisageable, par exemple par vissage, par encliquetage.... On peut envisager que les 25 cellules soient montées sur une plaque support unique rapportée sur le boitier. Cet exemple de structure de boîtier et de montage des cellules n'est en aucun cas limitatif. La jauge 4 est fixée sur le boitier avec un 30 système vissé, en prévoyant notamment un jeu pour la dilatation. Ainsi, la jauge utilise avantageusement le refroidissement du système de mesure, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas d'un micro capteur de flux thermique ne possédant pas de refroidissement. Ce montage dans un passage traversant permet une connexion facile de la jauge par des moyens filaires puisque l'extrémité de connexion de la jauge fait saillie du boîtier à l'opposé de la face soumise au flux solaire. En outre, la partie de connexion est protégée du flux solaire.

Les cellules photovoltaïques 2 sont fixées sur les plaquettes supports 10, avantageusement par brasage ce qui permet d'assurer une bonne conduction thermique entre la cellule et le support et donc faciliter le refroidissement.

Sur la figure 4C, on peut voir un exemple de réalisation d'une cellule photovoltaïque 2 intégrée sur un substrat 14, deux bornes électriques 16 sont prévues pour collecter le courant généré. Une diode 17 est également prévue pour empêcher la cellule de passer en mode de fonction récepteur et se mettent à chauffer. Comme on peut le voir sur la figure 2B, le boîtier 6 est muni de moyens de refroidissement 9 formés par un conduit de circulation du fluide de refroidissement afin de maintenir les cellules à une température de l'ordre de 30°C. Le conduit est connecté à un circuit de circulation du fluide de refroidissement par des tuyaux (non représentés). De préférence, le système est recouvert d'un revêtement réfléchissant, par exemple en Mylar®, afin de limiter l'impact des rayons solaires réfléchis, et donc de la température, sur le boîtier 6 et assurer une homogénéité thermique. De préférence, les substrats des cellules sont également recouverts d'un film réfléchissant, ainsi que les câbles électriques et les tuyaux de refroidissement.

Sur les figures 5, 6A et 6B on peut voir représenté un système de mesure S2 selon un deuxième mode de réalisation dans lequel la jauge n'est pas disposé en amont ou en aval d'une cellule 2 le long de l'axe longitudinal X ou un axe parallèle à celui-ci mais est alignée avec une cellule le long de l'axe transversale Y ou un axe parallèle à l'axe Y. Dans ce mode de réalisation, on parle de "mesure adjacente". La jauge 4 est disposée au plus près d'une cellule, afin qu'elles reçoivent simultanément des flux thermiques sensiblement identiques. Dans le mode de réalisation représenté et de préférence, la jauge est située au centre de l'élément de mesure. En effet, dans l'ensemble des technologies solaire à concentration, la zone centrale est relativement homogène et elle présente les flux solaires les plus élevés. Par exemple, le flux théorique a généralement une forme trapézoïdale, il présente donc une zone sensiblement homogène au centre du récepteur. De manière similaire au premier mode de réalisation, la jauge 4 peut être vissée dans un logement 11 traversant le boîtier. La jauge est alors également avantageusement refroidie par les moyens de refroidissement 9 de l'élément de mesure. Le premier mode de réalisation est plus 30 particulièrement intéressant dans le cas d'un système mobile. En revanche, le second mode de réalisation est plus particulièrement adapté au système de mesure fixe. En outre, l'utilisation d'un élément de mesure selon le premier ou le deuxième mode de réalisation va dépendre de l'inhomogénéité locale du flux thermique à mesurer vis-à-vis de la distance séparant la jauge et la cellule adjacente. Si une grande inhomogénéité existe, il est préférable d'utiliser un élément de mesure avec une jauge alignée avec une cellule. Sur la figure 8, on peut voir un élément de mesure selon le deuxième mode de réalisation comportant une matrice de cellules, plus particulièrement 16 cellules disposées en carré et une jauge 4 disposée au centre du carré de manière adjacente à quatre cellules. Cet élément forme alors un écran.

Sur les figures 11A et 11B, on peut voir des exemples de réalisation de systèmes de mesure selon le premier et deuxième mode de réalisation respectivement, adaptés à la mesure sur une centrale à tour symbolisée par son axe Z. Une centrale à tour comporte des récepteurs répartis sur une tour et un champ de miroirs au sol entourant la tour et qui renvoie les rayons solaires concentrés sur les récepteurs. Le système de mesure S1' de la figure 11A est du type "jauge alignée", l'axe Y est parallèle à l'axe Z et le système est alors mobile autour de la tour sur un cercle C concentrique à la tour (représenté en pointillés). Les cellules 2 et la jauge 4 sont orientées vers l'extérieur de la tour de sorte à recevoir le flux solaire des miroirs. Lors du déplacement du système S1', la jauge 4 se trouve en amont ou en aval des cellules. Le fonctionnement est similaire au système des figures 1 à 3B. Le déplacement du système est symbolisé par les flèches. Sur la figure 11B, le système S2' est du type "mesure adjacente". Le système est destiné à être fixe et la mesure de la jauge et la mesure de la cellule adjacente sont simultanées. Le système forme un écran de forme courbe de courbure centrée sur l'axe Z. Les cellules 2 et la jauge 4 sont orientées vers l'extérieur de la tour de sorte à recevoir le flux solaire des miroirs. De préférence, la jauge 4 et la cellule 2 alignées ou adjacentes présentent une surface active proche ou sensiblement égale afin de moyenner les 15 mesures sur des surface proches ou identiques. A titre d'exemple, on utilise une cellule CPV comporte un partie active de forme carré de 5,5 mm de côté et une microjauge HFM dont le diamètre est de 6,32 mm. 20 De préférence, la cellule 2 et la jauge 4 sont situées à quelques centimètres l'une de l'autre, par exemple entre 2 et 3 cm. Dans le deuxième mode de réalisation, on souhaite que la juge et la cellule soient les plus proches possibles afin de réduire 25 l'inhomogénéité des flux mesurés simultanément par la jauge et la cellule. Dans l'exemple cité ci-dessus, la cellule comporte un support de 25 mm de côté, la distance séparant le centre de la cellule 2 et le centre de la jauge est alors d'environ 15,6 mm. 30 Sur la figure 7, on peut voir une vue en coupe transversale schématique d'un récepteur solaire R d'une centrale solaire de type Fresnel équipée du système S de mesure selon l'invention. Le boîtier 6 portant les cellules 2 et la jauge 4 est schématisé par un rectangle situé sous le récepteur, la face portant les cellules 2 et la jauge 4 étant orientée vers les miroirs à l'opposé du récepteur. L'axe Y du système S est perpendiculaire à l'axe longitudinal X du récepteur. Le récepteur R comporte des tubes 10 longitudinaux (non représentés) dans lesquels circule le fluide à échauffer. Sont également schématisés les moyens pour assurer le déplacement du boîtier le long du récepteur et permettre l'acquisition des mesures de flux solaire 15 sur toute la longueur du récepteur. Sont schématisés deux rails latéraux 20 disposés de part et d'autre du récepteur R guidant le système S1, des moyens d'entraînement 22 du type moteur électrique couplé à une transmission de type pignon 20 crémaillère. Les rails 20 sont également représentés sur la figure 1. Une courroie ou une chaine porte câble) 24 est également avantageusement prévue pour supporter les fils électriques reliés aux cellules 2 et à la jauge 4. 25 Avantageusement et comme cela est représenté, les rails, la courroie et les moyens d'entrainement sont disposés au-dessus du récepteur par rapport aux miroirs, ce qui les protège du flux solaire réfléchi par les miroirs. 30 Le système de mesure comporte également au moins un capteur de positionnement (non représenté) afin de relier les mesures de flux à des emplacements donnés le long de l'axe longitudinal X du récepteur R. Il peut s'agir d'un capteur de déplacement à câble plus adapté aux récepteurs ayant une longueur assez faible, par exemple pour des longueurs d'un ordre de grandeur de 10m), ou bien, d'un système de compte tour au niveau de la transmission, par exemple du type pignon crémaillère, qui permet d'obtenir la position sur l'axe X pour des récepteurs de grande longueur par exemple pour des longueurs d'un ordre de grandeur de 100m). Ces capteurs de déplacement sont bien connus de l'homme du métier et ne seront pas décrits en détail. Les cellules et la jauge peuvent être reliées à l'unité de traitement 8 de manière filaire ou, préférentiellement par liaison radio au moyen d'une antenne, ce qui permet de s'affranchir des nombreux fils qui peuvent s'étendre sur une grande longueur. Concernant le refroidissement, des tuyaux assurent l'alimentation en fluide froid et la collecte du fluide échauffé. De préférence, le système de refroidissement est intégré directement dans l'un des rails ou les deux afin de réduire l'encombrement des tuyaux. Les températures de fluide (env. 20°C) permettent d'utiliser des tuyaux souples qui pourront être intégrés à la chaine porte câble. Avant leur montage sur le boîtier, les cellules photovoltaïques sont calibrées. Nous allons maintenant décrire un exemple de dispositif permettant cet étalonnage.

Le dispositif DE d'étalonnage est représenté sur la figure 9. Celui-ci comporte un châssis 26 articulé supportant une lentille de Fresnel 28 pour concentrer le flux solaire, un support 30 de cellule à étalonner mobile linéairement sur des rails 32 en rapprochement et en éloignement de la lentille de Fresnel 28.

L'ensemble lentille et support mobile est orientable verticalement et horizontalement grâce au châssis 26 de sorte à permettre l'orientation par rapport au rayonnement solaire. Tout d'abord, on utilise la jauge que l'on monte sur le support mobile 30 afin de déterminer le facteur de concentration selon la distance par rapport à la lentille de Fresnel en comparant la mesure de la jauge et une mesure de l'ensoleillement directe. Ensuite, la jauge est remplacée par une cellule qui est étalonnée en mesurant l'ensoleillement direct et en connaissant la position de la cellule par rapport à la lentille donc le facteur de concentration déterminé préalablement grâce à la jauge. Chaque cellule est étalonnée.

Idéalement, les cellules sont étalonnées avec leurs système de refroidissement et, à une température équivalente à celle utilisée lors des futures mesures, afin de limiter l'effet des dérives thermiques.

L'élément de mesure de flux solaire concentré de la figure 5A s'étend dans une dimension. Dans l'exemple de la figure 8, l'élément de mesure s'étend dans deux dimensions et est formé par un panneau rectangulaire comportant plusieurs cellules et une jauge. Dans l'exemple représenté, l'élément comporte 16 cellules. Cependant un tel élément peut comporter plusieurs centaines de cellules photovoltaïques et une jauge à effet thermique. Le panneau est alors transporté sur chaque site de centrale solaire pour effectuer les mesures de flux 5 solaire. Grâce à cette variante de réalisation, l'établissement de la carte de flux solaire se fait plus rapidement puisque des mesures de flux solaire sont effectuées simultanément à différentes positions axiales du récepteur. Cet élément est plus 10 particulièrement adapté à uns système de mesure fixe au cours de la mesure. Cette variante, est particulièrement intéressante pour des installations à concentration de type ponctuel, comme les centrales à tour, paraboles Stirling..., car il est possible de 15 réaliser un système de mesure de flux qui englobe la totalité du récepteur afin de cartographier instantanément l'ensemble du flux reçu ainsi que la partie du flux débordant hors du récepteur. Nous allons maintenant décrire le 20 fonctionnement du système de mesure de flux solaire concentré selon le premier mode de réalisation dans le cas d'un système mobile par rapport au récepteur solaire. Il est supposé que, les variations du 25 spectre solaire étant dues à l'épaisseur d'atmosphère, le spectre est homogène sur l'ensemble de la centrale solaire durant la mesure. Il existe une différence d'absorption entre les cellules 2 et la jauge thermique 4, c'est-à-dire 30 que la surface d'une cellule et la surface d'une jauge absorbent des puissances différentes sous un même ensoleillement. En outre, les cellules sont sensibles à la variation du spectre solaire durant la journée, i.e. en fonction du temps pour un site donné. Les différences de puissances absorbées par les cellules dépendent uniquement du spectre solaire. Un facteur k permet de remonter au flux incident. Ce facteur k est le même pour l'ensemble des cellules car elles reçoivent le même spectre. Ainsi, lorsque le système de mesure est disposé à un endroit donné le long de l'axe longitudinal du récepteur solaire, l'ensemble des cellules permet d'avoir une mesure du flux relatif juste car elles reçoivent toutes le même spectre solaire. Ceci est possible grâce à l'étalonnage de l'ensemble des cellules sous un même spectre solaire, qui peut être réalisé au moyen du banc d'étalonnage 20 décrit précédemment par exemple. Dans un premier temps, la jauge mesure le flux solaire exact quelle que soit la variation du spectre solaire sur une position longitudinale donnée du récepteur. Après déplacement du système d'une 25 distance P, les cellules mesurent le flux solaire sur la même position longitudinale. La mesure de la cellule 2 alignée avec la jauge 4 est donc doublée. En temps réel, on obtient l'écart entre le flux solaire mesuré par la cellule et le flux solaire mesuré par la jauge 30 qui est le flux incident. Il est alors possible de corriger l'ensemble des mesures des cellules à l'aide du facteur k qui est égal au rapport du flux incident mesuré par la jauge et du flux relatif de la cellule alignée. Sur la figure 10, on peut voir représenté les 5 mesures de flux solaire Fx relative et corrigées effectuées par n cellules et la mesure du flux solaire incident fourni par la jauge. La jauge est située au niveau de la n-2ème cellule par un élément de mesure selon le premier mode de réalisation. Ri, i étant un 10 entier positif supérieur ou égal à 1, désigne les mesures de flux relatif faite par la cellule i, et Ci désigne la valeur de flux corrigé obtenue à partir de la mesure faite par la cellule i. J désigne la mesure de flux incident réalisée par la jauge. Il est à noter 15 que J et C/1-2 sont égaux. Le facteur k est égal à J/R,2. On obtient une première série de valeur du flux solaire sur toute la largeur du récepteur au niveau d'une première position axiale. 20 Ensuite le système est déplacé vers une autre position axiale du récepteur et une autre série de mesures de flux relatif est effectuée par les cellules et une mesure du flux incident est réalisée par la jauge au préalable. Les mesures de flux relatif 25 sont corrigées. Ceci est répété sur toute la longueur du récepteur. A la fin de la série de mesures, on obtient une carte en deux dimensions du flux solaire concentré sur toute la largeur du récepteur R et sur toute sa 30 longueur.

De préférence les positions axiales sont régulièrement réparties. Cependant il peut être envisagé d'avoir une densité de mesures de flux plus importante dans une zone particulière du récepteur. En effet, dans le cas éventuel d'un miroir défaillant, ceci permettrait d'identifier plus finement la zone à contrôler, voire dans certains cas de trouver le miroir en cause avec un réflecteur permettant par exemple de focaliser miroir par miroir).

Un contrôle périodique est avantageusement réalisé pour évaluer la performance optique des miroirs. Ce contrôle peut être réalisé à tout moment de la journée. Grâce à l'invention, on peut mesurer le 15 flux solaire avec un système présentant un prix largement réduit par rapport aux dispositifs munis uniquement de jauges de flux. La jauge assure la précision de la mesure, et les cellules photovoltaïques assurent une haute 20 résolution, puisqu'elles permettent d'obtenir un grand nombre de points de mesure. D'une part, la présente invention évite un étalonnage des cellules à différents spectres solaires, ce qui serait très long. Les cellules sont étalonnées à 25 une composition spectrale donnée, grâce à une jauge de flux thermique. Durant la mesure sur un récepteur de centrale solaire de type de Fresnel, la jauge permet de corriger les signaux des cellules en directe. D'autre part, l'invention permet 30 d'effectuer une mesure de densité de flux sans connaître la composition du spectre solaire qu'il faudrait retrouver en fonction de l'heure ou de la position du soleil. Le système de mesure de flux solaire concentré permet la mesure de flux solaire dans des centrales solaires de type Fresnel, et plus généralement dans toutes centrales solaires comportant un récepteur plan.10

Claims (31)

1. REVENDICATIONS1. Système de mesure du flux solaire incident d'un récepteur de centrale solaire comportant au moins une jauge (4) de flux utilisant un effet thermique et au moins deux cellules photovoltaïques (2), chacune associée à des moyens (8) de traitement des mesures et correction des mesures effectuées par les cellules (2) en fonction des mesures effectuées par la jauge (4), ladite jauge (4) et lesdites cellules (2) étant disposées le long d'au moins un premier axe (Y) et la jauge (2) étant disposée à proximité de l'une des cellules (20) de sorte que la jauge et ladite cellule soit soumise sensiblement au même flux solaire incident.
2. 2. Système de mesure selon la revendication 1, dans lequel la jauge et une cellule sont alignées le long d'un axe confondu ou parallèle à 20 un deuxième axe (X) perpendiculaire au premier axe (Y).
3. 3. Système de mesure selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la jauge est située sur le premier axe (Y) 25
4. 4. Système de mesure du flux solaire selon la revendication 1, comportant des thermocouples destinés à mesurer les températures des cellules afin d'apporter des corrections dues à des dérives 30 thermiques.
5. 5. Système de mesure du flux solaire selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la jauge (4) de flux utilisant un effet thermique est un capteur de type Gardon.
6. 6. Système de mesure du flux solaire selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la jauge (4) de flux utilisant un effet thermique est un microcapteur de flux thermique.
7. 7. Système de mesure du flux solaire selon l'une des revendications 1 à 6, comportant des moyens (9) pour maintenir les cellules à une température sensiblement constante, par exemple de l'ordre de 30°C.
8. 8. Système de mesure du flux solaire selon la revendication 7, comportant un boîtier (6) sur lequel sont montées les cellules (20) et la jauge (4) et des moyens de refroidissement (9) formés par un canal de circulation réalisé dans le boîtier (6), dans lequel est destiné à circuler un fluide de refroidissement connecté à un circuit de circulation extérieur.
9. 9. Système de mesure du flux solaire selon la revendication 7, dans lequel le boîtier (6) et des substrats (14) des cellules (2) sont recouverts d'un film réfléchissant.
10. 10. Système de mesure du flux solaire selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les cellules (2) sont montées sur des plaquettes supports (10), montées sur le boîtier (6).
11. 11. Système de mesure du flux solaire selon la revendication 10, dans lequel chaque cellule (2) est brasée sur une plaquette support (10).
12. 12. Système de mesure du flux solaire selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel le boîtier (6) comporte des logements (12), dans lesquels les plaquettes supports (10) sont montées par coulissement.
13. 13. Système de mesure du flux solaire selon la revendication 12, dans lequel une pâte thermique est interposée entre les plaquettes supports (10) et le boîtier (6).
14. 14. Système de mesure du flux solaire selon l'une des revendications 1 à 13, comportant une pluralité de cellules (2) formant une structure en deux dimensions.
15. 15. Système de mesure du flux solaire selon l'une des revendications 1 à 14, comportant un amplificateur du signal de sortie de la jauge.
16. 16. Système de mesure du flux solaire selon l'une des revendications 1 à 15, comportant des moyens de transmission sans fil entre les cellules, la jauge (2) et les moyens de traitement et de correction (8).
17. 17. Ensemble d'au moins un récepteur solaire s'étendant selon un deuxième axe (X) destiné à être disposé face à des miroirs réfléchissant le fluxsolaire (F) sur des tubes dans lesquels s'écoule un fluide à échauffer et d'un système de mesure du flux solaire selon l'une des revendications 1 à 16, le système de mesure (S) étant positionné par rapport au récepteur (R) de sorte que le premier axe (Y) soit orthogonal au deuxième axe (X) et que les cellules (2) et la jauge (4) soit en regard des miroirs.
18. 18. Ensemble selon la revendication 17, 10 dans lequel le système (S) comporte un nombre de cellules (2) tel que les cellules (2) couvrent tout leu récepteur (R) dans sa direction transversale.
19. 19. Ensemble selon la revendication 17 ou 15 18, comportant des moyens de guidage destinés à coopérer avec des moyens de guidage (20) disposés le long de l'axe longitudinal (X) du récepteur solaire (R). 20
20. 20. Ensemble selon la revendication 19, dans lequel les moyens de guidage (20) formés par des rails le long de l'axe longitudinal (X) du récepteur sont disposés au-dessus du récepteur (R). 25
21. 21. Ensemble selon la revendication 20, dans lequel le circuit de circulation extérieur du fluide de refroidissement est formé dans au moins un rail.
22. 22. Ensemble selon la revendication 20 ou 21, comportant un capteur de position longitudinale du système (S) par rapport au récepteur (R).
23. 23. Centrale solaire comportant des miroirs et un ensemble selon l'une des revendications 17 à 22 disposé entre les miroirs et le ou les récepteurs de sorte à recevoir les rayons solaires réfléchis.
24. 24. centrale solaire selon la revendication 23, ladite centrale étant de type Fresnel.
25. 25. Procédé d'établissement d'une carte de flux solaire d'un récepteur de centrale solaire à partir des mesures d'une jauge de flux (4) utilisant un effet thermique et au moins deux cellules photovoltaïques (2) , la jauge (4) et les cellules (2) étant disposées dans la direction de la largeur du récepteur et la jauge (4) étant disposée à proximité de l'une des cellules (2), ledit procédé comportant les étapes : a) mesure du flux incident par la jauge (4), b) mesure de flux relatif par les cellules (2), c) détermination d'un coefficient de correction des mesures de flux relatif au moyen de la mesure du flux incident et la mesure du flux relatif de la cellule (2) située à proximité de la jauge (4), d) correction des mesures de flux relatif,e) détermination de la valeur du flux incident sur le récepteur à l'emplacement d'au moins la deuxième cellule.
26. 26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel lors de l'étape d), les mesures de flux relatif sont multipliées par le coefficient de correction qui est égal au rapport du flux incident mesuré par la jauge sur le flux relatif mesuré par la première cellule.
27. 27. Procédé selon la revendication 25 ou 26, dans lequel les étapes a) et b) sont simultanées, la disposition de la jauge (4) et de la cellule (2) est telle que les flux auxquels elles sont soumises simultanément soient sensiblement identiques.
28. 28. Procédé selon la revendication 25 ou 26, dans lequel les étapes a) et b) sont successives, la jauge (4) et une cellule (2) étant alignées le long d'une direction perpendiculaire à la largeur du récepteur, la jauge (4) et les au moins deux cellules (2) étant mobiles le long de ladite direction.
29. 29. Procédé selon l'une des revendications 25 à 28, dans lequel les mesures de flux relatif sont faites par plus de deux cellules (2) sur toute la largeur du récepteur.30
30. 30. Procédé selon la revendication 28, dans lequel les étapes a) à e) sont répétées à différentes positions longitudinales du récepteur, et comportant une étape d'établissement d'une carte en deux dimensions de flux solaire incident du récepteur à partir des mesures de flux relatif corrigées.
31. 31. Procédé selon la revendication 29, dans lequel les mesures de flux relatif sont faites par une 10 pluralité de cellules (2) disposées en matrice de n lignes et m colonnes, n et m étant des entiers positifs strictement supérieurs à 1 de sorte à réaliser les mesures par la jauge (4) et par toutes les cellules (2) simultanément. 15