FR3047131A1 - SOLAR SENSOR CONTROLABLE EQUIPMENT - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un équipement orientable de capteur solaire destiné au suivi de la course du Soleil, constitué par une embase (1) rotative autour d'un axe azimutal équipée d'une structure pour l'orientation d'un support (8) d'un capteur solaire basculant. Cette structure est constituée par deux ensembles de rails latéraux (4, 6) formant des chemins de guidage dans deux plans verticaux, ledit support (8) étant muni de chaque coté d'une paire de galets (23, 25) de roulement coopérant avec l'ensemble de rails correspondant (4, 6).The present invention relates to a steerable solar collector equipment for monitoring the solar path, constituted by a base (1) rotatable about an azimuthal axis equipped with a structure for the orientation of a support (8). a tilting solar collector. This structure consists of two sets of lateral rails (4, 6) forming guide paths in two vertical planes, said support (8) being provided on each side with a pair of rolling rollers (23, 25) co-operating with the corresponding set of rails (4, 6).
Description
Equipement orientable de capteur solaireRotatable solar collector equipment
Domaine de 1'inventionField of the invention
La présente invention concerne le domaine des héliostats et plus généralement des capteurs solaires orientables pour suivre la course du soleil.The present invention relates to the field of heliostats and more generally orientable solar collectors for tracking the course of the sun.
Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est de s'orienter vers le Soleil tout au long de la journée, ce qui a pour effet d'augmenter la production d'énergie de manière substantielle. En effet, lorsque la surface du capteur n'est pas parfaitement perpendiculaire à la direction du soleil, la surface utile est minorée, en fonction du sinus de l'angle que forme la normale à la surface du capteur avec la direction du soleil. Comme la position du soleil varie constamment, à la fois pendant la journée, mais aussi pendant les différentes périodes de l'année, on modifie continûment l'orientation de la surface utile du capteur pour le placer au mieux par rapport au positionnement du Soleil (perpendiculaire au rayonnement si possible).The operating principle of such a device is to move towards the Sun throughout the day, which has the effect of increasing the production of energy substantially. Indeed, when the surface of the sensor is not perfectly perpendicular to the direction of the sun, the useful surface is minus, according to the sine of the angle that forms the normal to the surface of the sensor with the direction of the sun. As the position of the sun varies constantly, both during the day and during the different periods of the year, the orientation of the sensor's effective surface is continuously modified to better position it in relation to the positioning of the sun ( perpendicular to the radiation if possible).
Suivre le soleil peut se faire sur deux axes : en azimut (d'est en ouest, à mesure de l'avancée de la journée) et en hauteur (selon la saison et, de nouveau, l'avancée de la journée). L'idéal est d'utiliser un suiveur à deux axes, mais il en existe aussi avec un seul (typiquement avec un suivi seulement en azimut, l'angle par rapport au sol étant fixé selon l'optimum local, qui dépend de la latitude.Following the sun can be done in two directions: in azimuth (from east to west, as the day progresses) and in height (depending on the season and, again, the progress of the day). The ideal is to use a two-axis tracker, but there is also one with only one track (typically with a track only in azimuth, the angle with respect to the ground being fixed according to the local optimum, which depends on the latitude .
Dans un pays à climat tempéré, l'augmentation de performance entre les panneaux fixes correctement orientés (orientés plein sud) et les suiveurs varie de 30 % à 45 % selon le dispositif.In a temperate climate country, the increase in performance between properly oriented (south-facing) fixed panels and followers varies from 30% to 45% depending on the device.
Le mécanisme de suivi peut utiliser un mécanisme d'horlogerie (en un lieu donné, la meilleure direction d'orientation ne dépend que de l'heure et de la date) ou un dispositif d'asservissement.The tracking mechanism may use a clock mechanism (at a given location, the best direction of orientation depends only on the time and date) or a servo device.
Un suiveur peut porter des différents types de capteurs (au sens du présent brevet) : des modules solaires de n'importe quelle sorte: modules photovoltaïques "classiques", panneaux photovoltaïques à concentration composés d'une série de dispositifs optiques de concentration de la lumière (lentilles ou miroirs) sur des cellules photovoltaïques, capteur thermique, miroir réfléchissant vers un foyer, tour ou Stirling).A follower may carry different types of sensors (within the meaning of this patent): solar modules of any kind: "conventional" photovoltaic modules, concentrated photovoltaic panels composed of a series of optical devices for concentrating light (lenses or mirrors) on photovoltaic cells, thermal sensor, reflecting mirror towards a fireplace, tower or Stirling).
Etat de la techniqueState of the art
On connaît dans l'état de la technique le brevet FR2361600 qui concerne un support orienteur altazimutal permettant d’orienter un panneau en site et en azimut Ce support comprend un pivot vertical soutenu par un pilier fixe, une monture solidaire du pivot et portant le panneau par l’entremise d’articulations, une membrure de manoeuvre en azimut assujettie à la monture pour en définir l’orientation en azimut, des moyens de roulement lié à cette membrure et guidés par un rail circulaire, des moyens d’entraînement de ces moyens de roulement, une membrure de manoeuvre en site articulée sur le panneau et dotée d’un pied mobile se déplaçant le long de l’autre membrure, enfin des moyens d’entraînement de ce pied. Ce support peut être appliqué aux héliostats pour orienter de façon appropriée un panneau réfléchissant en vue de diriger les rayons solaires vers un objectif.It is known in the state of the art FR2361600 patent which relates to an altazimutal orienting support for orienting a panel site and azimuth This support comprises a vertical pivot supported by a fixed pillar, a frame secured to the pivot and carrying the panel by means of articulations, an azimuth operating chime secured to the frame to define its azimuth orientation, bearing means connected to said frame and guided by a circular rail, means for driving these means rolling, an operating frame hinged site on the panel and provided with a movable foot moving along the other chord, finally drive means of this foot. This support can be applied to heliostats to appropriately orient a reflective panel to direct sunlight to a lens.
Le brevet US8578928 concerne des systèmes de panneaux solaires orientables, du type panneaux solaires comprenant une pluralité de plaques de collecte du rayonnement solaire, disposées sur une structure portante montée de manière à pouvoir basculer relativement à un tube horizontal, lequel est à son tour monté rotatif sur 1 ' extrémité d ' une colonne de support, la structure porteuse des plaques comprenant deux cintres parallèles, sur lesquels est disposée transversalement une série de profilés longitudinaux de section en "C", sur lesquels sont disposés perpendiculairement des profilés coulissants de section carrée présentant une rainure ouverte dans la partie supérieure, sur lesquels sont fixées les plaques.Patent US8578928 relates to orientable solar panel systems, of the solar panel type comprising a plurality of solar radiation collection plates, arranged on a supporting structure mounted so as to be able to tilt relative to a horizontal tube, which is in turn mounted rotatable on the end of a support column, the supporting structure of the plates comprising two parallel hangers, on which is arranged transversely a series of longitudinal sections of section "C", on which are arranged perpendicularly sliding profiles of square section having an open groove in the upper part, on which the plates are fixed.
Le brevet européen EP2031323 décrit un système modulaire autonome et interactif de production d'énergie solaire. Ce système est formé d'un châssis oblong supportant le champ photovoltaïque qui reçoit l'énergie solaire, un suiveur d'azimut et de zénith, un générateur de moyens d'actionnement et des moyens informatiques de commande. Le socle du châssis repose de manière rotative sur un axe fixé solidement sur le terrain et repose sur des moyens de roulement se déplaçant par rotation sur le terrant par rapport à l'axe fixe. Les moyens de roulement s'adaptent, pendant leur rotation, au terrain à l'aide de bascules associées à l'axe fixe qui permettent le balancement du châssis. Le socle est couplé à l'axe fixe en position décentrée et les moyens de roulement sont aussi décentrés par rapport à l'axe fixe, ce qui permet au châssis de tourner selon le vent comme une girouette.European Patent EP2031323 discloses an autonomous and interactive modular system for producing solar energy. This system is formed of an oblong frame supporting the photovoltaic field which receives the solar energy, an azimuth and zenith follower, a generator of actuating means and computer control means. The chassis base rests rotatably on an axis fixed firmly on the ground and rests on rolling means moving by rotation on the earth relative to the fixed axis. The rolling means adapt, during their rotation, to the ground using flip-flops associated with the fixed axis that allow the sway of the frame. The base is coupled to the fixed axis in the off-center position and the rolling means are also off-center with respect to the fixed axis, which allows the frame to rotate in the wind like a wind vane.
Le brevet EP0114240 décrit des dispositifs d'orientation qui permettent d'orienter des appareils selon une trajectoire courbe. Il s'agit par exemple de dispositifs solaires comme des générateurs photovoltaïques, des chaudières solaires et des héliostats. Les appareils à orienter sont normale ment disposés de manière à pouvoir tourner autour d ' un axe vertical. Le renversement nécessaire autour d'un axe horizontal est obtenu à 1'aide d'au moins un élément de guidage commandé par la rotation autour de 1'axe vertical. L'élément de guidage relie à un point fixe (C), le point (B) se déplaçant avec l'appareil à orienter.EP0114240 discloses orientation devices that can orient devices in a curved path. These include solar devices such as photovoltaic generators, solar boilers and heliostats. The apparatuses to be oriented are normally arranged so as to be able to turn about a vertical axis. The necessary overturning about a horizontal axis is obtained by means of at least one guide element controlled by the rotation about the vertical axis. The guide member connects to a fixed point (C), the point (B) moving with the device to be oriented.
Le brevet FR2418488 a pour objet des dispositifs d'orientation automatique d'un capteur solaire. Un dispositif selon l'invention comporte un capteur solaire, monté pivotant autour d'un axe horizontal sur un support, qui est entrainé à vitesse uniforme d'un tour par 24 heures autour d'un axe vertical. Le dispositif comporte une tige sur laquelle coulisse un coulisseau portant un satellite astreint à suivre une courbe fixe, de forme ovale. Le coulisseau est relié au capteur par des bras articulés. La courbe ovale est obtenue au moyen d'un galet qui tend un fil de longueur constante passant sur des galets fixes.The patent FR2418488 relates to automatic orientation devices of a solar collector. A device according to the invention comprises a solar collector pivotally mounted about a horizontal axis on a support, which is driven at a uniform speed of one revolution per 24 hours around a vertical axis. The device comprises a rod on which slides a slide carrying a satellite constrained to follow a fixed curve, oval. The slide is connected to the sensor by articulated arms. The oval curve is obtained by means of a roller which tends a wire of constant length passing on fixed rollers.
Inconvénients de l'art antérieurDisadvantages of prior art
Les solutions de l'art antérieur présentent différents inconvénients. En premier lieu, les capteurs sont généralement supportés par un axe de basculement médian. Les efforts à appliquer sur cet axe sont importants, et nécessitent un couple moteur élevé pour assurer le déplacement de capteurs de grande surface, de plusieurs mètres-carrés, qui présentent une prise au vent importante.The solutions of the prior art have various disadvantages. In the first place, the sensors are generally supported by a median tilt axis. The forces to be applied on this axis are important, and require a high engine torque to ensure the displacement of large area sensors, several square meters, which have a significant wind gain.
Par ailleurs, la stabilité du positionnement de tels panneaux est médiocre, car elle est limitée par le couple de freinage au repos de l'axe de basculement. D'autre part, les structures de l'art antérieur nécessitent des travaux de terrassement et de liaison au sol très rigide pour garantir la stabilité du dispositif et la précision du suivi de la course du soleil.Moreover, the stability of the positioning of such panels is poor because it is limited by the braking torque at rest of the tilting axis. On the other hand, the structures of the prior art require earthworks and ground connection very rigid to ensure the stability of the device and the accuracy of the tracking of the race of the sun.
Solution apportée par l'inventionSolution provided by the invention
Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un support orientable de capteur solaire destiné au suivi de la course du Soleil, constitué par une embase rotative autour d'un axe azimutal équipée d'une structure pour l'orientation d'un support d'un capteur solaire basculant caractérisé en ce que ladite structure est constituée par deux ensembles de rails latéraux formant des chemins de guidage dans deux plans verticaux, ledit support étant muni de chaque coté d'une paire de galets de roulement coopérant avec le rail correspondant.In order to overcome these drawbacks, the present invention relates, in its most general sense, to an orientable solar collector support for monitoring the solar path, constituted by a rotary base around an azimuthal axis equipped with a structure for orientation of a support of a tilting solar sensor characterized in that said structure is constituted by two sets of lateral rails forming guide paths in two vertical planes, said support being provided on each side with a pair of rollers of rolling cooperating with the corresponding rail.
Le terme de « capteur », au sens du présent brevet, désigne tout moyen présentant une surface d'interaction avec le rayonnement solaire, et en particulier : un ou plusieurs panneaux de cellules photovoltaïques - un ou plusieurs miroirs un ou plusieurs panneaux absorbant avec un circuit de circulation de fluide caloriporteur.The term "sensor", within the meaning of this patent, means any means having a surface of interaction with solar radiation, and in particular: one or more panels of photovoltaic cells - one or more mirrors one or more panels absorbing with one another circulation circuit of heat transfer fluid.
De préférence, ladite embase présente deux rails rectilignes horizontaux parallèles pour le guidage respectivement d'un des galets de chacune desdites paires de galets.Preferably, said base has two parallel horizontal straight rails for respectively guiding one of the rollers of each of said pairs of rollers.
Avantageusement, chacun desdits rails est prolongé par un rail incliné par rapport à un premier rail, pour le guidage respectivement du second des galets de chacune desdites paires de galets.Advantageously, each of said rails is extended by a rail inclined relative to a first rail, for respectively guiding the second of the rollers of each of said pairs of rollers.
Selon une variante, chacun desdits rail incliné est constitué par un premier segment formant un angle compris entre 30 et 60° par rapport au premier rail et par un second segment formant un angle compris entre 30° et 60° par rapport audit premier segment.According to a variant, each of said inclined rail is constituted by a first segment forming an angle of between 30 and 60 ° with respect to the first rail and by a second segment forming an angle of between 30 ° and 60 ° with respect to said first segment.
De préférence, chacun desdits ensemble de rails est étayé par un raidisseur s'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de rail et l'embase.Preferably, each of said set of rails is supported by a stiffener extending between the top of the rail assembly and the base.
Selon une variante, chacun desdits ensemble de rails est étayé par un raidisseur s'étendant entre la partie supérieure de l'ensemble de rail et ledit rail horizontal.According to a variant, each of said set of rails is supported by a stiffener extending between the upper part of the rail assembly and said horizontal rail.
Selon un mode de réalisation particulier, l'orientation dudit support est commandée par une chaine entraînée par un moteur et reliée à l'un desdits galets.According to a particular embodiment, the orientation of said support is controlled by a chain driven by a motor and connected to one of said rollers.
Selon une variante particulière, ladite embase présente des galets coopérant avec un chemin de roulement fixe.According to a particular variant, said base has rollers cooperating with a fixed raceway.
Avantageusement, ledit chemin de roulement est constitué par un profilé présentant une section rectangulaire ouverte par une fenêtre latérale pour le passage de l'axe de liaison entre chacun desdits galets et l'embase.Advantageously, said raceway is constituted by a profile having a rectangular section open by a side window for the passage of the connecting axis between each of said rollers and the base.
Selon une autre variante ledit chemin de roulement est un anneau en béton. Cette variante permet de réduire les coûts.According to another variant, said raceway is a concrete ring. This variant reduces costs.
Cependant, avec un tel chemin de roulement, il est nécessaire de prévoir un point d'ancrage au sol au centre de rotation de la structure pour éviter l'arrachement.However, with such a raceway, it is necessary to provide an anchoring point on the ground at the center of rotation of the structure to prevent tearing.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdits galets sont des roues motorisées à rotor externe.According to a particular embodiment, said rollers are motorized wheels with external rotor.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de 1'inventionDetailed Description of a Non-Limiting Example of the Invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention - la figure 2 représente une vue de dessus de l'embase du dispositif selon l'invention - les figures 3 et 4 représentent des vues de coté avec le capteur respectivement en position repliée et en position déployée la figure 5 représente une vue détaillée de 1'embase.The present invention will be better understood on reading the detailed description of a nonlimiting example of the invention which follows, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 represents a perspective view of a device according to the invention; FIG. 2 represents a view from above of the base of the device according to the invention; FIGS. 3 and 4 represent side views with the sensor respectively in the folded position and in the deployed position; FIG. 5 represents a detailed view of FIG. 'base.
Le support orientable décrit à titre d'exemple selon une variante illustrée par les figures 1 à 5 annexées comprend une embase rotative par rapport à un rail de circulation (1) formant un chemin de roulement circulaire. L'embase est constituée par un assemblage de poutres transversales (2, 3) et longitudinales (4, 5). Cette embase supporte deux paires latérales de deux montants (6, 7). Le cadre (8) sur lequel sont montés les capteurs est basculable par l'intermédiaire de galets inférieurs guidés par un chemin de roulement prévu sur les poutres longitudinales (4, 5) et par des galets supérieurs guidés par un chemin de roulement prévu sur les montants inclinés (6). L'assemblage de poutres (2 à 4) forme un cadre rigide prolongé par trois ensembles de roulement (9, 10) comprenant chacun un galet (11) coopérant avec le rail de circulation (1). Ce rail de circulation présente dans l'exemple décrit une section transversale en « C » avec une surface de roulement horizontale annulaire (12), une surface supérieure annulaire (13) et une paroi tubulaire (14). Ce rail s'ouvre vers l'intérieur pour assurer un guidage stable des trois galets (11) reliés à l'embase par des axes supportés par une patte de liaison.The steerable support described by way of example in a variant illustrated in Figures 1 to 5 attached comprises a base rotatable relative to a circulation rail (1) forming a circular raceway. The base consists of an assembly of transverse beams (2, 3) and longitudinal (4, 5). This base supports two lateral pairs of two uprights (6, 7). The frame (8) on which the sensors are mounted is tiltable by means of lower rollers guided by a raceway provided on the longitudinal beams (4, 5) and by upper rollers guided by a raceway provided on them. inclined amounts (6). The assembly of beams (2 to 4) forms a rigid frame extended by three bearing assemblies (9, 10) each comprising a roller (11) cooperating with the circulation rail (1). This circulating rail has in the example described a cross section at "C" with an annular horizontal running surface (12), an annular upper surface (13) and a tubular wall (14). This rail opens inwards to ensure stable guidance of the three rollers (11) connected to the base by pins supported by a connecting lug.
Un bloc-moteur (20) entraîne un câble ou une chaîne dont les extrémités sont reliées à des pattes de liaison pour assurer le déplacement de l'embase. Le bloc-moteur entraîne aussi un axe (21) assurant le basculement du cadre (8).A motor block (20) drives a cable or chain whose ends are connected to connecting tabs to move the base. The engine block also drives an axis (21) ensuring the tilting of the frame (8).
Ce cadre (8) présente des galets inférieurs (22, 23) et des galets (25) situés sur le coté, à mi-hauteur du cadre.This frame (8) has lower rollers (22, 23) and rollers (25) located on the side, at mid-height of the frame.
Le galet inférieur (22) se déplace dans le rail horizontal (4). Le galet supérieur (25) se déplace dans le rail vertical (6) présentant un premier tronçon (30) incliné de 45° environ, prolongé par un deuxième tronçon (31) vertical.The lower roller (22) moves in the horizontal rail (4). The upper roller (25) moves in the vertical rail (6) having a first section (30) inclined by approximately 45 °, extended by a second section (31) vertical.
Les deux tronçons (30, 31) forment un montant (6) dont la rigidité est assurée par un étai (7).The two sections (30, 31) form an amount (6) whose rigidity is provided by a strut (7).
Le support est totalement autonome : il comporte un accumulateur rechargé par énergie solaire, assurant l'alimentation électrique des moteurs et des circuits électroniques de pilotage du suivi.The support is completely autonomous: it includes a battery recharged by solar energy, ensuring the power supply of motors and electronic circuits monitoring.
Pilotage des déplacementsMovement control
Le pilotage des déplacements est assuré selon un exemple de réalisation par deux moyens complémentaires : • Un accéléromètre trois axes lié mécaniquement au capteur solaire basculant • Un circuit électronique de commande assurant transitoirement des oscillations autour de l'axe vertical et mesurant la variation du niveau d'ensoleillement pour déterminer l'orientation azimutale optimale. L'accéléromètre ne peut pas détecter les mouvements de rotation par rapport à l'axe vertical puisqu'il mesure la projection du vecteur g sur cette même verticale. Par conséquent, 1'accéléromètre ne suffit pas pour mesurer les variations angulaires azimutales.The steering of the displacements is ensured according to an exemplary embodiment by two complementary means: • A three-axis accelerometer mechanically linked to the tilting solar collector • An electronic control circuit transiently providing oscillations around the vertical axis and measuring the variation of the level of sunshine to determine the optimal azimuthal orientation. The accelerometer can not detect rotational movements with respect to the vertical axis since it measures the projection of the vector g on the same vertical. Therefore, the accelerometer is not sufficient to measure azimuthal angular variations.
Le suivi azimutal se fait par rotation autour d'un axe vertical. On utilise un dispositif supplémentaire pour mesurer l'intensité en sortie des panneaux photovoltaïques.Azimuth tracking is done by rotating around a vertical axis. An additional device is used to measure the output intensity of the photovoltaic panels.
Grâce à 1'accéléromètre, l'angle de hauteur du panneau est commandé pour que le capteur solaire soit orienté dans la position optimale face au soleil. Par ailleurs, le circuit électronique additionnel commande des variations de l'angle azimutal de manière à maximiser le courant en sortie.Thanks to the accelerometer, the height angle of the panel is controlled so that the solar collector is oriented in the optimum position facing the sun. Moreover, the additional electronic circuit controls variations in the azimuthal angle so as to maximize the output current.
Cela permet de garantir à tous moments un optimum de production électrique. L'énergie en sortie d'un panneau photovoltaïque n'est pas linéairement liée à l'ensoleillement. En effet, la température joue elle aussi un rôle puisque plus les panneaux chaufferont, moins le rendement sera bon. La solution proposée permet donc de maximiser à tout moment l'énergie produite.This ensures an optimum electrical production at all times. The output energy of a photovoltaic panel is not linearly related to sunlight. In fact, the temperature also plays a role since the more the panels heat up, the less the yield will be good. The proposed solution therefore makes it possible to maximize the energy produced at all times.
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