FR3075329A1 - DEVICE CONCENTRATING SOLAR ENERGY - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif concentrateur d'énergie solaire du type plan et statique comportant au moins un premier collecteur primaire (1) réfléchissant concentrant la lumière vers un collecteur secondaire (2) mobile pour le suivi héliostatique dénommé « concentrateur » et concentrant la lumière en direction d'un foyer de conversion énergétique (3) caractérisé en ce que ledit collecteur primaire (1) est constitué par un film ETFE, recevant un revêtement réfléchissant adapté aux longueurs d'onde souhaitées et embossé pour former un réseau optique de type Fresnel fixé sur un support (7) plan fixe.  The present invention relates to a planar and static type solar energy concentrator device comprising at least a first reflective primary collector (1) concentrating the light towards a mobile secondary collector (2) for heliostatic monitoring called "concentrator" and concentrating the light towards an energy conversion source (3) characterized in that said primary collector (1) consists of an ETFE film, receiving a reflective coating adapted to the desired wavelengths and embossed to form an optical network of Fresnel type fixed on a support (7) fixed plane.

Description

DISPOSITIF CONCENTRATEUR D'ENERGIE SOLAIRESOLAR ENERGY CONCENTRATOR

Domaine de 1'inventionField of the invention

La présente invention concerne le domaine de la captation et concentration d'énergie solaire à partir d'un système de concentrateurs du type à miroirs de Fresnel assurant par exemple (sinon trop limitatif : le procédé peut aussi servir à alimenter directement des process industriels, exemple chauffage de matière dans un creuset/four) le chauffage d'un fluide caloporteur à des températures élevées, jusqu'à 500° voir plus de 1000°C, dans un élément de collecte thermique présentant par exemple un absorbeur placé au foyer du concentrateur ou de la série de concentrateurs, ou encore une cible destinée à recevoir l'énergie solaire concentrée pour toutes formes d'applications.The present invention relates to the field of solar energy capture and concentration from a system of concentrators of the Fresnel mirror type ensuring for example (if not too restrictive: the process can also be used to directly supply industrial processes, for example heating of material in a crucible / furnace) heating of a heat-transfer fluid at high temperatures, up to 500 ° or more than 1000 ° C, in a thermal collection element having for example an absorber placed at the focus of the concentrator or of the series of concentrators, or a target intended to receive concentrated solar energy for all forms of applications.

L'énergie solaire est la seule source d'ENR (Energie Nouvelle Renouvelable) en totale adéquation avec les nécessités énergétiques mondiales et réponse aux enjeux climatiques. Le dispositif selon l'invention et concentrer avec une efficacité inégalée permet de capter l'énergie solaire avec plus de 900W/m2 sous une irradiance deSolar energy is the only source of RES (New Renewable Energy) in total adequacy with global energy needs and response to climate challenges. The device according to the invention and concentrating with unequaled efficiency makes it possible to capture solar energy with more than 900W / m2 under an irradiance of

1000W/m2, soit un rendement >90%, et atteindre des taux de concentration de l'ordre de 30.000 soleils permettant d'offrir une multitude de nouvelles possibilités.1000W / m2, i.e. a yield> 90%, and reach concentration rates of around 30,000 suns allowing to offer a multitude of new possibilities.

Les solutions ENR actuelles telles que leCurrent ENR solutions such as

PV (Photovoltaïque, le CPV (ConcentratingPV (Photovoltaic, CPV (Concentrating

PV) ou lePV) or the

CSP (ConcentratingCSP (Concentrating

Solar Power Plant) ne permettent pas de répondre convenablement aux besoins présents et à venir du fait de leurs très faibles rendements « réels » d'à peine 10 àSolar Power Plant) do not adequately meet present and future needs due to their very low "real" yields of barely 10 to

20%, de leur prix élevé, de leur mise en œuvre usant de moyens complexes et coûteux nécessitant des spécialistes, de la pollution qu'ils engendrent lors de leur fabrication, de la nécessité d'user abondamment des ressources terrestres limitées, de l'impossibilité de recycler leurs constituants, de leur monoproduction (électricité), et de la nécessité recourir à un entretien coûteux et consommateur d'eau.20%, of their high price, of their implementation using complex and costly means requiring specialists, of the pollution they generate during their manufacture, of the need to use abundantly limited land resources, impossibility of recycling their constituents, their monoproduction (electricity), and the need to resort to costly and water-consuming maintenance.

deof

De plus, les procédés solaires existants ne permettent pas d'obtenir les importants taux de concentration nécessaires à de hauts rendements thermodynamiques hormis les lourds dispositifs paraboliques. D'autre part, les dispositifs existants nécessitent pour leur fonctionnement ou pour accroître leur productivité un ensemble héliostatique extrêmement lourd, encombrant et fort coûteux, particulièrement sensible aux conditions météo et nécessitant d'importantes surfaces tout en générant des zones d'ombre préjudiciables.In addition, existing solar processes do not make it possible to obtain the high concentration rates necessary for high thermodynamic yields apart from the heavy parabolic devices. On the other hand, the existing devices require for their operation or to increase their productivity an extremely heavy, bulky and very expensive heliostatic assembly, particularly sensitive to weather conditions and requiring large areas while generating detrimental gray areas.

La présente invention permet de s'affranchir de ces problématiques en offrant une solution extrêmement intelligente, efficace, durable et respectueuse deThe present invention overcomes these problems by offering an extremely intelligent, efficient, sustainable solution that respects

1'environnement de captation et concentration de l'énergie solaire grâce à un procédé extrêmement simple, performant et particulièrement innovant de concentration solaire à très bas coût et très haut rendement, étant majoritairement constitué de matériaux recyclés et recyclables. De plus, le dispositif peut aisément être réalisé avec une empreinte carbone inférieure ou égale à zéro.The environment for collecting and concentrating solar energy thanks to an extremely simple, efficient and particularly innovative process of solar concentration at very low cost and very high yield, being mainly made of recycled and recyclable materials. In addition, the device can easily be produced with a carbon footprint less than or equal to zero.

Le liquide caloporteur (huile ou sels fondus)The heat transfer liquid (oil or molten salts)

11 intérieur de1 1 interior of

1'élément absorbeur, est envoyé dans un générateur de vapeur. La vapeur fait ensuite tourner des turbines qui entraînent des alternateurs produisant deThe absorbing element is sent to a steam generator. The steam then turns turbines which drive alternators producing

11 électricité.1 1 electricity.

L'utilisation d'un moteur Stirling permet d1 atteindre de très hautes températures (plus de 700 °C) et ainsi la plus grande efficacité de toutes les technologies solaires, soitUsing a Stirling engine allows one to reach very high temperatures (over 700 ° C) and the highest efficiency of all solar technologies, or

0 % dans l'état de la technique par rapport aux 10 à %0% in the state of the art compared to 10 to%

de 11 énergie solaire photovoltaïque hors CPV utilisant des cellules spécialisées.of 1 1 photovoltaic solar energy excluding CPV using specialized cells.

On connaît différents types de centrales solaires à miroirs de Fresnel comportant un support pour un ensemble de miroirs constitué par des bandes de miroirs dit miroirs primaires, pivotant chacun autour d'un axe de rotation respectif dit grand axe par rapport au support, et destinés à collecter les rayons du soleil afin de les concentrer en direction d'un ou plusieurs éléments concentrateurs de même nature ou de nature différente.We know different types of solar power plants with Fresnel mirrors comprising a support for a set of mirrors constituted by strips of mirrors called primary mirrors, each pivoting around a respective axis of rotation said major axis relative to the support, and intended for collect the sun's rays in order to concentrate them towards one or more concentrating elements of the same or different nature.

La difficulté réside dans l'orientation du ou des concentrateurs, nécessitant des mécanismes très robustes compte tenu du poids des concentrateurs et de la masse de verre mise en mouvement, soumis en outre aux intempéries et à des conditions climatiques souvent fluctuantes. Pour réduire les coûts, on utilise aussi dans l'état de la technique le principe d'un concentrateur de Fresnel mettant en œuvre des miroirs plans (plats) dits réflecteurs compacts linéaires, meilleur marché que les miroirs paraboliques. Chacun de ces miroirs peut pivoter en suivant la course du soleil pour rediriger et concentrer en permanence les rayons solaires vers un tube absorbeur.The difficulty lies in the orientation of the concentrator (s), requiring very robust mechanisms taking into account the weight of the concentrators and the mass of glass set in motion, furthermore subjected to bad weather and often fluctuating climatic conditions. To reduce costs, the principle of a Fresnel concentrator using flat (flat) mirrors known as compact linear reflectors is also used in the prior art, cheaper than parabolic mirrors. Each of these mirrors can rotate by following the course of the sun to redirect and permanently concentrate the sun's rays towards an absorbing tube.

Les dispositifs existants utilisent des miroirs dont la partie réfléchissante se trouve être à l'arrière d'une masse de verre dont l'épaisseur réduit considérablement les performances optiques et implique une masse importante de verre pour assurer la solidité et durabilité de l'ensembleExisting devices use mirrors, the reflecting part of which is found behind a mass of glass whose thickness considerably reduces the optical performance and involves a large mass of glass to ensure the solidity and durability of the assembly.

D'autres procédés utilisent des miroirs paraboliques, comme dans les procédés dish Stirling qui permettent d'obtenir les meilleures performances, toutefois au détriment de la complexité de l'ensemble, de son coût, de son emprise au sol et de son extrême sensibilité aux conditions météo.Other methods use parabolic mirrors, as in the Stirling dish methods which allow the best performance to be obtained, however at the expense of the complexity of the assembly, its cost, its footprint and its extreme sensitivity to weather conditions.

Etat de la techniqueState of the art

On connaît dans l'état de la technique une solution de capteur solaire à miroirs de Fresnel décrite dans le brevet européen EP2534430.There is known in the prior art a solar collector solution with Fresnel mirrors described in European patent EP2534430.

Ce document décrit une centrale solaire à miroirs de Fresnel comportant un support pour un ensemble de miroirs constitué par des bandes de miroirs dit miroirs primaires, pivotant chacun autour d1 un axe de rotation respectif dit grand axe par rapport au support, et destinés à collecter les rayons du soleil afin de les concentrer en direction d'un ou plusieurs éléments concentrateurs de même nature ou de nature différente caractérisé en ce que ladite centrale solaire comporte des moyens de déplacement de l'un ou plusieurs éléments concentrateurs afin de le rendre mobile par rapport au support de l'ensemble des miroirs primaires.This document discloses a solar power plant Fresnel mirrors comprising a holder for a mirror assembly constituted by bands of mirrors said primary mirrors, each pivoting d 1 a respective axis of rotation said major axis relative to the support, and for collecting the rays of the sun in order to concentrate them in the direction of one or more concentrating elements of the same nature or of a different nature, characterized in that said solar power station comprises means for moving one or more concentrating elements in order to make it mobile by compared to the support of all the primary mirrors.

Cette disposition permet de disposer d'un capteur solaire à miroirs de Fresnel ayant une efficacité satisfaisante sous toutes latitudes, par toutes saisons sans nécessité de disposer de plus de surface que celle occupée par l'ensemble des miroirs primaires. Ainsi, leur installation est envisageable notamment en zone urbaine sur les toitures ou terrasses d'immeubles.This arrangement makes it possible to have a solar collector with Fresnel mirrors having satisfactory efficiency in all latitudes, in all seasons without the need to have more surface than that occupied by all of the primary mirrors. Their installation can therefore be envisaged, particularly in urban areas on the roofs or terraces of buildings.

La demande de brevet internationale WO 2013001177 décrit un concentrateur solaire comprenant un héliostat et une lentille de Fresnel. L'héliostat comprend un miroir plan et un premier axe de rotation qui est positionné parallèlement à l'axe de rotation de la Terre. Le rayonnement solaire réfléchi par le miroir est dirigé en permanence vers une lentille de Fresnel fixe qui est perpendiculaire au premier axe de rotation et qui concentre le rayonnement solaire sur une cible fixe. Un champ solaire est composé d'une pluralité d'héliostats selon ces caractéristiques et dont tous les premiers axes de rotation sont mis en rotation grâce à une liaison mécanique couplée à une tige qui est mise en mouvement par un seul moteur. Ce qui réduit le coût global de 1'installation.The international patent application WO 2013001177 describes a solar concentrator comprising a heliostat and a Fresnel lens. The heliostat comprises a plane mirror and a first axis of rotation which is positioned parallel to the axis of rotation of the Earth. The solar radiation reflected by the mirror is permanently directed towards a fixed Fresnel lens which is perpendicular to the first axis of rotation and which concentrates the solar radiation on a fixed target. A solar field is composed of a plurality of heliostats according to these characteristics and of which all the first axes of rotation are set in rotation by means of a mechanical connection coupled to a rod which is set in motion by a single motor. This reduces the overall cost of the installation.

La demande de brevet WO 2009125334 décrit un autre exemple de dispositif de génération d'énergie solaire qui comprend au moins un concentrateur à orientation fixe qui est une lentille de Fresnel, et un collecteur solaire mobile dans toute direction perpendiculaire au foyer, de telle sorte qu'il est déplacé sur la trajectoire du foyer.Patent application WO 2009125334 describes another example of a solar energy generation device which comprises at least one fixed orientation concentrator which is a Fresnel lens, and a solar collector movable in any direction perpendicular to the focal point, so that 'it is moved along the path of the hearth.

La demande de brevet US 20110017274 décrit un autre système à énergie solaire à focalisation ponctuelle par grande lentille de Fresnel du type à poursuite, comprenant un corps de boîtier, une lentille de Fresnel à matrice de verre à focalisation ponctuelle, un élément de verre réfléchissant à faible émissivité, un composant photovoltaïque, un accumulateur de chaleur de haute température, la lentille de Fresnel à matrice de verre à focalisation ponctuelle, le verre réfléchissant à faible émissivité et le composant photovoltaïque étant disposés dans une séquence appropriée de haut en bas, et disposés respectivement sur la partie supérieure, la partie médiane et la partie inférieure du corps de boîtier, caractérisé par le fait que l'accumulateur de chaleur de haute température est positionné au-dessus de la lentille de Fresnel à matrice de verre à focalisation ponctuelle, l'accumulateur de chaleur de haute température étant fixé et disposé sur un support transversal relié au corps de boîtier, le corps de boîtier étant disposé sur un dispositif de poursuite.Patent application US 20110017274 describes another point-focused solar energy system using a large Fresnel lens of the tracking type, comprising a housing body, a point-focused glass matrix Fresnel lens, a reflective glass element with low emissivity, a photovoltaic component, a high temperature heat accumulator, the point-focus glass matrix Fresnel lens, the low emissivity reflective glass and the photovoltaic component being arranged in an appropriate sequence from top to bottom, and arranged respectively on the upper part, the middle part and the lower part of the housing body, characterized in that the high-temperature heat accumulator is positioned above the Fresnel lens with point-focused glass matrix, l heat accumulator of high temperature being fixed and arranged on a transverse support connected to the housing body, the housing body being arranged on a tracking device.

On connaît aussi le brevet américain US4496787, décrivant un dispositif pour capter et exploiter au maximum le rayonnement solaire, dispositif du type comportant un ou plusieurs moyens optiques, conçus pour capter dans une enceinte, montée orientable, les rayons lumineux directs quasiment converger parallèles provenant du soleil et les faire en un point focal, ce dernier se situant dans l'ouverture de diamètre aussi faible que possible d'une enceinte fixe thermiquement isolée contenant des surfaces fixes d'échanges thermiques avec des canalisations fixes de circulation d'un fluide caloporteur, caractérisé par le fait qu'il renferme dans 1 'espace intermédiaire entre une couverture transparente et des parois de 1'insolateur :Also known is American patent US4496787, describing a device for capturing and exploiting solar radiation as much as possible, device of the type comprising one or more optical means, designed to capture in an enclosure, orientable mounted, the direct light rays almost converging parallel coming from the sun and make them at a focal point, the latter being located in the opening of as small a diameter as possible in a thermally insulated fixed enclosure containing fixed surfaces for heat exchange with fixed pipes for circulation of a heat transfer fluid, characterized by the fact that it contains in the intermediate space between a transparent cover and the walls of the insulator:

a) les moyens optiques thermiquement isolés avec les enceintes thermiquement isolées et les surfaces fixes d ' échange thermique contenues dans 1'enceinte fixe qui sont en communication avec des moyens d'admission d'air ou d'un autre gaz et de circulation de ce dernier autour desdites canalisations fixes de circulation dudit fluide caloporteur ;a) the thermally insulated optical means with the thermally insulated enclosures and the fixed heat exchange surfaces contained in the fixed enclosure which are in communication with means for admitting air or of another gas and for circulating this the latter around said fixed pipes for circulation of said heat transfer fluid;

b) des surfaces réceptrices absorbantes destinées à recevoir le rayonnement solaire non lesdits moyens optiques et des moyens précédemment capté par de circulation d'air ou d'un autre gaz autour des surfaces réceptrices.b) absorbent receiving surfaces intended to receive solar radiation not said optical means and means previously captured by the circulation of air or another gas around the receiving surfaces.

Inconvénients de l'art antérieurDisadvantages of the prior art

L'inconvénient des solutions de l'art antérieur est que les miroirs optiques employés constituent des éléments extrêmement lourds, pour des concentrateurs de grande puissance, très fragiles, particulièrement coûteux et perdant une quantité non négligeable d'énergie, environ 10 à 15%, du fait que les rayons doivent traverser une importante masse de verre.The disadvantage of the solutions of the prior art is that the optical mirrors used constitute extremely heavy elements, for high power concentrators, very fragile, particularly expensive and losing a not insignificant amount of energy, approximately 10 to 15%, because the rays must pass through a large mass of glass.

Ils nécessitent donc des infrastructures robustes et coûteuses, et leur déplacement nécessite des automatismes également très coûteux et puissants faisant notamment appel à une multitude de calculateurs et différents moyens d'asservissement/ rotation et pointage sur la cibleThey therefore require robust and costly infrastructures, and their displacement requires also very expensive and powerful automatisms making use in particular of a multitude of computers and various means of servo-control / rotation and pointing at the target.

L'exposition aux intempéries limite la durée de vie de ces concentrateurs, dont le remplacement ou la maintenance sont très coûteux. De plus ils nécessitent un entretien régulier utilisant matériaux tel que le nettoyage ou dépoussiérage mécanique de grandes quantités d'eau.Exposure to the weather limits the service life of these concentrators, the replacement or maintenance of which is very costly. In addition, they require regular maintenance using materials such as mechanical cleaning or dusting of large quantities of water.

Par ailleurs, dispositifs de l'art antérieur présentent indésirables tels que l'achromatisme, réfraction des rayons leur longueur de 1 ' image qui ou plusieurs tel dispositif de focalisation en des effets du fait que 1 dépend de élargissement l'ajout d'une résulte qu ' un complexe, et lumineux par d1 onde, ne peut être optiques de focalisation est relativement des ce composants qui optiques 1 angle de optiques conduit à corrigé que correctrices. Il un par en rayonnement focalisation permet un solaire moins rendement important planes de transmission qu 1 un par optiquesFurthermore, devices of the prior art present undesirable such as achromatism, refraction of the rays their length of the image which or more such focusing device in effects of the fact that 1 depends on widening the addition of a result that a complex, and luminous by d 1 wave, cannot be focusing optics is relatively of those components which optics 1 angle of optics leads to corrected than corrective. It by a focusing radiation allows a solar less important important planes of transmission that 1 one by optics

De plus, une part non négligeable se trouve être perdu en traversant la matière optique.In addition, a non-negligible part is lost by crossing the optical material.

1'invention.1'invention.

du comme dispositif proposé du du de par rayonnement dispositifof as a proposed device of the of by radiation device

Solution apportée par l'inventionSolution provided by the invention

Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception la plus générale un concentrateur d'énergie solaire comportant au moins un premier collecteur primaire réfléchissant nommé « capteur », « pré » focalisant la lumière vers un collecteur secondaire mobile nommé « concentrateur », concentrant la lumière en direction d'un foyer de captation ou conversion énergétique caractérisé en ce que ledit collecteur primaire peut idéalement être constitué par exemple d'un film ETFE ou tout autre matériaux adapté, étant métallisé et embossé pour former une structure optique du type de Fresnel fixée sur un support idéalement plan et fixe.In order to remedy these drawbacks, the invention relates, in its most general sense, to a solar energy concentrator comprising at least a first reflective primary collector called “sensor”, “pre” focusing the light towards a mobile secondary collector called “concentrator ”, Concentrating the light in the direction of an energy capture or conversion focus, characterized in that said primary collector can ideally consist of, for example, an ETFE film or any other suitable material, being metallized and embossed to form an optical structure of the Fresnel type fixed on an ideally flat and fixed support.

Une telle solution permet de réduire considérablement le poids du dispositif, à avec une performance optique bien supérieure, et simplifie de ce fait la construction et le déplacement du dispositif, nécessitant des moyens beaucoup plus simples. Par ailleurs, malgré la finesse ou légèreté du film, il présente une grande résistance à l'usure et à l'abrasion résultant de la projection de particules telles que du sable ou des poussières minérales ou végétales de par l'apport d'un substrat protecteur par exemple en SiO2, ainsi qu'une très grande stabilité et neutralité chimiqueSuch a solution makes it possible to considerably reduce the weight of the device, with a much higher optical performance, and thereby simplifies the construction and movement of the device, requiring much simpler means. Furthermore, despite the thinness or lightness of the film, it has great resistance to wear and abrasion resulting from the projection of particles such as sand or mineral or vegetable dust by the addition of a substrate. protective for example in SiO2, as well as a very high stability and chemical neutrality

Selon différentes variantes, le dispositif selon l'invention présente, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises en combinaison quelconques :According to different variants, the device according to the invention has one or more of the following characteristics, taken in any combination:

- ledit concentrateur secondaire est supporté par une monture assurant le déplacement dudit concentrateur selon deux dimensions avec une amplitude d'environ ±11,5° par an sur un axe et d'environ 15° par jour heure sur un autre axe de manière à suivre la course du soleil. Un troisième axe peut être adjoint pour compenser les différences de point focal provenant du capteur.- said secondary concentrator is supported by a mount ensuring the movement of said concentrator in two dimensions with an amplitude of approximately ± 11.5 ° per year on one axis and of approximately 15 ° per day hour on another axis so as to follow the course of the sun. A third axis can be added to compensate for differences in focal point coming from the sensor.

- ladite monture présente un support mobile pouvant être du type arceau articulé selon un ou plusieurs axes et éventuellement un dispositif de translation pouvant être du type chariot mobile supportant ledit concentrateur secondaire compensant par exemple l'amplitude annuelle.- Said frame has a mobile support which can be of the hoop type articulated along one or more axes and possibly a translation device which can be of the mobile carriage type supporting said secondary concentrator compensating for example the annual amplitude.

- ladite monture présente un bras commandé par un ou plusieurs actionneurs dont le déplacement est commandé par un circuit électronique de pilotage.- Said mount has an arm controlled by one or more actuators whose movement is controlled by an electronic control circuit.

il peut idéalement comporter une caméra ou n'importe quel capteur adapté pour l'acquisition de l'image du soleil formée sur l'élément de collecte thermique et en ce que ladite monture comporte un ou des actionneurs commandés par un calculateur comportant éventuellement des moyens d'analyse de ladite image focale pour le recalcul de la position du chariot ainsi qu'éventuellement d'autres fonctions telles que le contrôle de température notamment pour éviter toute surchauffe.it can ideally include a camera or any sensor suitable for acquiring the image of the sun formed on the thermal collection element and in that said mount comprises one or more actuators controlled by a computer possibly including means analysis of said focal image for the recalculation of the position of the carriage as well as possibly other functions such as temperature control in particular to avoid overheating.

- ledit film ou substrat déformable constituant le concentrateur est déformable sous l'effet d'un ou plusieurs actionneurs ou dispositif équivalent pour assurer une compensation dynamique.- Said film or deformable substrate constituting the concentrator is deformable under the effect of one or more actuators or equivalent device to ensure dynamic compensation.

il peut comporter des moyens de compensation secondaire constitués par un dispositif actionneur quelconque tel qu'un moteur agissant par un axe sur l'ensemble de la surface du film.it may include secondary compensation means constituted by any actuating device such as a motor acting by an axis on the entire surface of the film.

- ledit concentrateur peut comporter une fibre ou faisceau de fibres optiques transmettant l'énergie lumineuse à une cible distante ou un convertisseur thermique distant.- Said concentrator may include a fiber or bundle of optical fibers transmitting light energy to a distant target or a distant thermal converter.

ledit capteur primaire est implanté sur un support présentant une pente de quelques degrés permettant l'évacuation naturelle des polluants et contaminants.said primary sensor is installed on a support having a slope of a few degrees allowing the natural evacuation of pollutants and contaminants.

Description détaillée d'un exemple non limitatif de 1'inventionDetailed description of a nonlimiting 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 :The present invention will be better understood on reading the detailed description of a nonlimiting example of the invention which follows, referring to the accompanying drawings in which:

- la figure 1 représente une vue d'ensemble d'une installation selon l'invention.- Figure 1 shows an overview of an installation according to the invention.

Il est précisé que dans la description qui suit, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, peuvent être prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.It is specified that in the following description, one or more of the following characteristics can be taken alone or in any technically possible combination.

Le dispositif selon l'invention permet de capter et concentrer plus de 900W/m2 d'énergie solaire sous une irradiance de 1000W/m2.The device according to the invention makes it possible to capture and concentrate more than 900W / m2 of solar energy under an irradiance of 1000W / m2.

L'invention peut servir à une multitude d'applications, par exemple :The invention can be used for a multitude of applications, for example:

• Concentration solaire en générale • Production d'énergie électrique via procédé PV, CPV, Thermodynamique, Peltier ou autre, • Production de vapeur ou fluides chauds • Production de chaleur ou de froid, climatisation • Eclairage • Process industriels énergivores tels qu'aciérie, verrerie, sidérurgie,...• Solar concentration in general • Production of electrical energy via PV, CPV, Thermodynamics, Peltier or other process, • Production of hot steam or fluids • Production of heat or cold, air conditioning • Lighting • Energy-consuming industrial processes such as steelworks, glassware, steel industry, ...

• Rétrofit de centrales thermiques, nucléaires,...• Retrofit of thermal, nuclear power plants, ...

• Production d'hydrogène ou procédés chimiques divers • Satellites, stations ou vaisseaux spatiaux, bases non terrestres.• Production of hydrogen or various chemical processes • Satellites, stations or spaceships, non-terrestrial bases.

• Applications astronomiques ou détection• Astronomical applications or detection

Etc...Etc ...

Description schématique de l'architectureSchematic description of the architecture

La figure 1 représente de manière très schématique l'architecture générale d'un concentrateur solaire selon un exemple non limitatif de l'invention.FIG. 1 very schematically represents the general architecture of a solar concentrator according to a nonlimiting example of the invention.

Il est constitué par un capteur principal (1) plan et disposé sur un support ( 7 ) . Ce capteur plan concentre et renvoie les faisceaux lumineux vers un concentrateur secondaire (2), qui renvoie lui-même l'énergie solaire vers une cible ou élément de collecte thermique (3 ) comportant par exemple un absorbeur de chaleur. Ce concentrateur secondaire (2) est supporté par une monture (4) assurant le suivi héliostatique et donc son orientation en fonction du moment dans l'année et de la journée, par l'intermédiaire des moteurs (5, 6).It consists of a main sensor (1) plane and arranged on a support (7). This flat collector concentrates and returns the light beams to a secondary concentrator (2), which itself returns solar energy to a target or element of thermal collection (3) comprising for example a heat absorber. This secondary concentrator (2) is supported by a mount (4) ensuring heliostatic monitoring and therefore its orientation as a function of the time of the year and of the day, by means of the motors (5, 6).

Description du concentrateur primaireDescription of the primary concentrator

Le concentrateur primaire peut idéalement être formé par un tétrafluoroéthylène) , abréviation ETFE.The primary concentrator can ideally be formed by a tetrafluoroethylene), abbreviation ETFE.

thermoplastique qui /tétrafluoroéthylène, film (1) en poly(éthylène-coplus couramment connu sous son Il s'agit d'un fluoropolymère est un copolymère alterné éthylène ou bien de tout autre substrat adaptéthermoplastic which / tetrafluoroethylene, film (1) in poly (ethylene-coplus commonly known as its It is a fluoropolymer is an alternating ethylene copolymer or any other suitable substrate

Il est plus léger que le verre (d=2,5) réflexion et non transmission; son coût est 24 à 70% plus faible que celui du verre. Il est capable de supporter 400 fois son poids et présente une grande résistance à l'usure et est utilisable dans une large gamme de températures (de -80 à 155 °C). N'étant pas un matériau composite, l'ETFE est par ailleurs recyclable et injectable. D'autre part ce matériau à une importante durée de vie pouvant dépasser 40 ans.It is lighter than glass (d = 2.5) reflection and non-transmission; its cost is 24 to 70% lower than that of glass. It is capable of supporting 400 times its weight and has great wear resistance and can be used in a wide range of temperatures (from -80 to 155 ° C). Not being a composite material, ETFE is also recyclable and injectable. On the other hand, this material has a long lifespan which can exceed 40 years.

Le film (1) par exemple en ETFE présente une structure de surface de type prismatique pour former une structure de type Fresnel. L'épaisseur du film (1) est typiquement idéalement compris entre 200 à 400 micromètres mais peut avoir tout type d'épaisseur selon les besoinsThe film (1) for example made of ETFE has a prismatic type surface structure to form a Fresnel type structure. The thickness of the film (1) is typically ideally between 200 to 400 micrometers but can have any type of thickness as required.

Le profil des structures microscopiques peut idéalement présenter de préférence des arêtes prismatiques cassées pour former un ensemble de prismes avec deux ou plusieurs pentes d'angles différents permettant d'augmenter l'angle d'acceptance, celui-ci étant nativement d'environ 60° et pouvant être plus que doublé par ce procédé.The profile of microscopic structures can ideally have broken prismatic edges to form a set of prisms with two or more slopes of different angles allowing the acceptance angle to be increased, this being natively around 60 ° and can be more than doubled by this process.

Ces micro-structures sont réalisées par des moyens de fabrication en volume comme la nano-impression, le moulage ou l'embossage à chaud par exemple, et bien d'autres techniques, le master étant lui-même fabricable avec les moyens de 1'industrie telle que pour la réalisation des semiconducteurs (gravure ICP et lithographie électronique) ou tout autre moyen adapté.These micro-structures are produced by volume manufacturing means such as nano-printing, molding or hot embossing for example, and many other techniques, the master being itself able to be manufactured with the means of 1 ' industry such as for the production of semiconductors (ICP etching and electronic lithography) or any other suitable means.

La configuration des micro-structures du capteur (1) est par exemple réalisée à l'aide d'un logiciel tel que LightTools (nom commercial).The configuration of the micro-structures of the sensor (1) is for example carried out using software such as LightTools (trade name).

Le film ( 1 ) est embossé ou moulé dans un moule formant le patron des prismes à la base des micro-structures diffractantes concentrant le flux solaire incident.The film (1) is embossed or molded in a mold forming the pattern of the prisms at the base of the diffractive micro-structures concentrating the incident solar flux.

La surface du type de Fresnel du film embossé est par ailleurs revêtue par :The surface of the Fresnel type of the embossed film is also coated with:

une ou plusieurs couches réflectrices ou revêtement diélectrique, par exemple par métallisation permettant de couvrir idéalement le spectre optique IR/ visible, lesquelles peuvent idéalement recevoir une couche d'accroche.one or more reflective layers or dielectric coating, for example by metallization making it possible to ideally cover the IR / visible optical spectrum, which can ideally receive a bonding layer.

optionnellement une couche protectrice de la couche réflectrice.optionally a protective layer of the reflective layer.

La couche protectrice pouvant par exemple être un simple verni ou tout revêtement adapté mais étant préférentiellement dure et chimiquement isolante est étant par exemple réalisée par un dépôt de SiO2, dont la structure externe exposée à l'air libre est rendue omniphobe ou super omniphobe (hydrophobe, oléophobe, etc...), cette propriété étant obtenue par exemple via des micro ou nano reliefs ou structures à géométrie adaptée évitant l'adhésion d'éléments préjudiciables au rendement optique tels que l'eau, la neige, le givre, les poussières, les déjections, les produits non newtoniens et polluants divers, évitant ou limitant ainsi le nettoyage ou l'entretien du capteur, et le protégeant de toute agression chimique (ex : polluants atmosphériques), mécanique (ex : grêle), ou érosion (ex : tempêtes de sable).The protective layer which can, for example, be a simple varnish or any suitable coating but which is preferably hard and chemically insulating, is for example produced by a deposit of SiO2, the external structure of which exposed to the open air is made omniphobic or super omniphobic (hydrophobic , oleophobic, etc.), this property being obtained for example via micro or nano-reliefs or structures with suitable geometry avoiding the adhesion of elements detrimental to the optical performance such as water, snow, frost, dust, droppings, non-Newtonian products and various pollutants, thus avoiding or limiting the cleaning or maintenance of the sensor, and protecting it from any chemical attack (e.g. atmospheric pollutants), mechanical (e.g. hail), or erosion ( ex: sandstorms).

De préférence, la couche protectrice en un matériau omniphobe peut être formée d1 une couche poreuse ou imperméable présentant des pics microscopiques imprégnée ou non d'un lubrifiant. Essentiellement, les liquides ou autres contaminants sont exposés à une surface réduite, ce qui maintient leur forme de gouttelette ou micro particule et les contraint à ne pas pénétrer dans substrat. Cette technique aurait à des applications domestiques, industrielles et militaires.Preferably, the protective layer of material may be formed omniphobe d 1 a porous or impermeable layer having microscopic peaks or not impregnated with a lubricant. Essentially, liquids or other contaminants are exposed to a reduced surface, which maintains their droplet or micro-particle shape and forces them not to penetrate into the substrate. This technique would have domestic, industrial and military applications.

La surface créée peut notamment présenter pouvant être en forme cristaux métallo-organiques champignons ou de pointes ou toutes surfaces adaptéesThe surface created may in particular present which may be in the form of metallo-organic mushroom crystals or spikes or any suitable surfaces.

La couche protectrice omniphobe peut être de typeThe omniphobic protective layer can be of the type

MOF (metal-organic frameworks), ou des de en particulier constituée par exemple de structures organométalliques poreuses ou imperméables, qui connectent des structures multidimensionnelles en ions métalliques dans des liens utilisant des hydrocarbonés ou toute autre techniqueMOF (metal-organic frameworks), or of in particular made up for example of porous or impermeable organometallic structures, which connect multidimensional structures in metal ions in bonds using hydrocarbons or any other technique

La couche réfléchissante ou procédé peut être adapté.The reflective layer or process can be adapted.

réalisée de diverses manières et avec les produits ou matériaux adaptés, préférentiellement étant diélectrique de manière du type diélectrique ou multi à obtenir le meilleur rendement optique sur des qui soit sur la plage de longueurs d'onde souhaitées.produced in various ways and with suitable products or materials, preferably being dielectric so as to be of the dielectric or multi-type in order to obtain the best optical efficiency over those which are over the desired wavelength range.

Le dépôt réfléchissant peut être idéalement réalisé machines à déroulement continu, du type à bobines et laizes, permettant une forte productivité industrielle.The reflective deposit can ideally be carried out machines with continuous unwinding, of the type with coils and widths, allowing a high industrial productivity.

Les différentes couches appliquées génèrent des aberrations optiques, réfractions, achromatisme, réflexions partielles et autres général, manières lesquelles phénomènes préjudiciables au rendement peuvent être compensées de diverses (couches, ou par l'ajout d'une ou plusieurs interfaces structures, reliefs, géométries...) adaptées pour compenser ces effets néfastes.The different applied layers generate optical aberrations, refractions, achromatism, partial reflections and other general, ways in which phenomena detrimental to performance can be compensated for by various (layers, or by the addition of one or more interfaces interfaces, reliefs, geometries. ..) adapted to compensate for these harmful effects.

Le film (1) peut idéalement être fixé sur un support rigide (7) qui est de préférence plan et horizontal ou légèrement incliné ou incurvé. Il peut être constitué par une dalle en sable ou terre nivelé et compressé ou en ciment ou un assemblage de tôles métalliques ou encore par un système de mise sous tension du film ( 1) .The film (1) can ideally be fixed on a rigid support (7) which is preferably flat and horizontal or slightly inclined or curved. It can consist of a leveled and compressed sand or earth slab or cement or an assembly of metal sheets or even by a film tensioning system (1).

Ce support (7) présente idéalement une légère pente, de quelques degrés pour permettre l'évacuation de tout contaminant notamment par le ruissellement des eaux de pluie ou l'action du vent, la gravité aidant en ce sens.This support (7) ideally has a slight slope, of a few degrees to allow the evacuation of any contaminant in particular by the runoff of rainwater or the action of the wind, gravity helping in this sense.

Dans certains cas le point de concentration est proche du point focal (en réalité le point focal se trouve être légèrement après le concentrateur, d'une part pour éviter une densité lumineuse trop importante = risque de surchauffe et dégradation prématurée voir destruction, et d'autre part pour faciliter le travail de correction/concentration optique) peut être décalé d'un certain angle pour compenser certains effets optiques, corriger un angle d'orientation élevé par rapport au soleil (toiture/ support très incliné ou mal orienté), augmenter l'angle d'acceptance (angle maximum utile permettant d'exploiter pleinement le flux solaire incident), limiter certaines distorsions, ou encore compenser les défauts de géométrie liés à la course solaire donc au (quasi) point focal (plus l'angle d'incidence est élevé et plus la déformation géométrique du point focal est importante, on peut donc anticiper pour compenser cet effet en déplaçant le point focal de part et d'autre du point zénithal).In some cases the concentration point is close to the focal point (in reality the focal point happens to be slightly after the concentrator, on the one hand to avoid too high a light density = risk of overheating and premature degradation see destruction, and on the other hand to facilitate the work of optical correction / concentration) can be offset by a certain angle to compensate for certain optical effects, correct a high orientation angle relative to the sun (roof / support very inclined or badly oriented), increase the 'acceptance angle (maximum useful angle allowing full use of the incident solar flux), limiting certain distortions, or even compensating for geometry defects linked to the solar path, therefore at the (quasi) focal point (plus the angle of incidence is high and the greater the geometric deformation of the focal point, it is therefore possible to anticipate to compensate for this effect by moving the focal point apart and on the other side of the zenith).

Une autre solution permettant d'augmenter l'angle d'acceptance et corrélativement augmenter la productivité, consiste en une structure prismatique ou autre procédé comportant plusieurs niveaux, un ou plusieurs niveaux captant et concentrant l'énergie solaire sous incidence comprise par exemple entre 180 et 90° d'angle, et un ou plusieurs autres niveaux pour les valeurs entre 90 et 0° d'angle.Another solution making it possible to increase the angle of acceptance and correspondingly increase the productivity, consists of a prismatic structure or other process comprising several levels, one or more levels capturing and concentrating solar energy under incidence of, for example, between 180 and 90 ° angle, and one or more other levels for values between 90 and 0 ° angle.

Une autre alternative avantageuse peut consister en un procédé auto correcteur ou auto concentrateur par exemple du type holographique, micro billes ou autre.Another advantageous alternative may consist of an auto-correcting or auto-concentrating process, for example of the holographic, micro-ball or other type.

Description du collecteur thermiqueDescription of the thermal collector

L'élément de collecte thermique présente une forme générale tubulaire, et il est par exemple agencé dans un tube en verre sous vide, coaxialement à ce tube en verre. Le panneau solaire comporte en outre des éléments réfléchissants, agencés de façon à focaliser des rayons solaires reçus vers l'élément de collecte thermique.The thermal collection element has a generally tubular shape, and it is for example arranged in a vacuum glass tube, coaxial with this glass tube. The solar panel further comprises reflective elements, arranged so as to focus received solar rays towards the thermal collection element.

L'énergie thermique des rayons solaires est alors restituée au moyen d'un fluide caloporteur, circulant au cœur de l'élément de collecte thermique, par transfert thermique entre l'élément de collecte et ce fluide caloporteur.The thermal energy of the sun's rays is then restored by means of a heat transfer fluid, circulating in the heart of the heat collection element, by thermal transfer between the collection element and this heat transfer fluid.

Un autre exemple de collecteur thermique ( 3 ) comprend :Another example of a thermal collector (3) includes:

- un logement pour l'élément de collecte thermique, délimité par des parois entourant 1'élément de collecte thermique, et présentant une fente de passage des rayons solaires, de préférence une pluralité de fentes, au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique, cette zone réfléchissante étant propre à réfléchir un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique,- A housing for the thermal collection element, delimited by walls surrounding the thermal collection element, and having a slit for passage of the solar rays, preferably a plurality of slits, at least one reflective zone arranged facing the the thermal collection element, this reflecting zone being capable of reflecting thermal radiation emitted by the thermal collection element,

- au moins une bande réfléchissante, agencée en dehors du logement, chaque bande réfléchissante étant agencée en regard d'une fente respective de façon à focaliser un rayonnement reçu vers cette fente, etat least one reflective strip, arranged outside the housing, each reflective strip being arranged opposite a respective slot so as to focus received radiation towards this slot, and

- une pluralité d'éléments réfléchissants allongés, chaque élément réfléchissant allongé comportant une base plane et deux surfaces concaves, de sorte que l'élément réfléchissant allongé présente une section transversale sensiblement triangulaire, les éléments réfléchissants allongés étant agencés côte à côte de sorte que leurs bases planes sont coplanaires et forment ensemble la paroi de logement munie de fentes, chaque fente étant formée par un espace entre deux éléments réfléchissants allongés adjacents, et chaque surface concave étant agencée en regard d'une bande réfléchissante, de sorte qu'un rayonnement réfléchi par une surface concave soit focalisé vers la bande réfléchissante correspondante.- a plurality of elongated reflective elements, each elongated reflective element having a flat base and two concave surfaces, so that the elongated reflective element has a substantially triangular cross section, the elongated reflective elements being arranged side by side so that their planar bases are coplanar and together form the housing wall provided with slots, each slot being formed by a space between two adjacent elongated reflecting elements, and each concave surface being arranged opposite a reflecting strip, so that reflected radiation by a concave surface is focused towards the corresponding reflecting strip.

Du fait de la paroi au moins partiellement réfléchissante du logement, au moins une partie du rayonnement thermique émis par 1'élément de collecte est réfléchie par la zone réfléchissante, pour être à nouveau absorbée par cet élément de collecte.Due to the at least partially reflecting wall of the housing, at least part of the thermal radiation emitted by the collecting element is reflected by the reflecting zone, to be absorbed again by this collecting element.

Ainsi, le rayonnement thermique n'est pas perdu en totalité. En d'autres termes, les pertes thermiques sont limitées, et le rendement thermique du panneau solaire est donc augmenté.Thus, the thermal radiation is not completely lost. In other words, the heat losses are limited, and the thermal efficiency of the solar panel is therefore increased.

Selon des alternatives :According to alternatives:

- Chaque paire d'éléments réfléchissants adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente en son centre, la bande réfléchissante agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants forme un miroir secondaire hyperbolique convexe, et les éléments réfléchissants et la bande réfléchissante sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que le foyer du miroir primaire parabolique coïncide avec l'un des foyers du miroir hyperbolique.- Each pair of adjacent reflecting elements forms a primary parabolic mirror, having a slit in its center, the reflecting strip arranged opposite this pair of reflecting elements forms a convex hyperbolic secondary mirror, and the reflecting elements and the reflecting strip are arranged so that the optical axes of the primary and secondary mirrors coincide, and that the focal point of the parabolic primary mirror coincides with one of the focal points of the hyperbolic mirror.

- Chaque paire d'éléments réfléchissants adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente en son centre, la bande réfléchissante agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants forme un miroir secondaire elliptique concave, les éléments réfléchissants et la bande réfléchissante sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que le foyer du miroir primaire parabolique coïncide avec l'un des foyers du miroir elliptique.- Each pair of adjacent reflecting elements forms a primary parabolic mirror, having a slot in its center, the reflecting strip arranged opposite this pair of reflecting elements forms a concave elliptical secondary mirror, the reflecting elements and the reflecting strip are arranged so that the optical axes of the primary and secondary mirrors coincide, and that the focal point of the parabolic primary mirror coincides with one of the focal points of the elliptical mirror.

- Chaque paroi du logement comporte au moins une zone réfléchissante agencée en regard de 1'élément de collecte thermique, cette zone réfléchissante s'étendant de préférence sur toute cette paroi.- Each wall of the housing comprises at least one reflecting zone arranged opposite the thermal collection element, this reflecting zone preferably extending over this entire wall.

Le logement comporte des entretoises d'isolation thermique, agencés entre l'élément de collecte thermique et au moins une paroi du logement.The housing includes thermal insulation spacers, arranged between the thermal collection element and at least one wall of the housing.

Le panneau solaire thermique présente une forme générale parallélépipédique définie par des faces face supérieure, latérales, une face inférieure et une délimitant ensemble un espace intérieur dans lequel est agencé le logement, de sorte que le logement comporte une paroi inférieure formée par la face inférieure, le logement comporte des parois latérales formées logement comporte une paroi faces supérieure et inférieure par les supérieure, agencée entre du panneau, parallèlement à faces latérales, le les ces faces, comprenant la au moins une fente, et la face supérieure est formée par une plaque transparente, de préférence enThe solar thermal panel has a generally parallelepiped shape defined by upper face, lateral faces, a lower face and together delimiting an interior space in which the housing is arranged, so that the housing has a lower wall formed by the lower face, the housing has side walls formed housing has a wall upper and lower faces by the upper, arranged between the panel, parallel to the lateral faces, the the these faces, comprising the at least one slot, and the upper face is formed by a plate transparent, preferably in

Le panneau transport thermique, verre.The thermal transport panel, glass.

solaire thermique comporte des moyens de comprenant : un échangeur thermique entre l'élément de collecte thermique et un fluide caloporteur, logé dans l'élément de collecte thermique, au moins un élément tubulaire de transfert du fluide caloporteur, reliant ' échangeur passant à thermique avec l'extérieur du panneau solaire, en travers un orifice ménagé dans une paroi du logement, et au moins un joint étanche et isolant thermiquement, intercalé entre 1'élément tubulaire etsolar thermal comprises means comprising: a heat exchanger between the heat collection element and a heat transfer fluid, housed in the heat collection element, at least one tubular heat transfer fluid transfer element, connecting the exchanger passing to heat with the exterior of the solar panel, through an orifice formed in a wall of the housing, and at least one tight and thermally insulating seal, interposed between the tubular element and

1'orifice.1'orifice.

enveloppe thermique,thermal envelope,

L'élément de collecte thermique susceptible d'absorber le rayonnement de préférence métallique, enveloppant comporte une solaire et/ou un matériau à changement de phase.The thermal collection element capable of absorbing the preferably metallic, enveloping radiation comprises a solar and / or a phase change material.

Le matériau à changement de phase est choisi parmi de 1'anthraquinone, ou de l'aluminium.The phase change material is chosen from anthraquinone, or aluminum.

- L'élément de collecte thermique est formé par un élément tubulaire, dans lequel circule un fluide caloporteur, cet élément tubulaire étant de préférence pourvu d'un revêtement extérieur fortement absorbant thermiquement et présentant une faible émissivité thermique.- The thermal collection element is formed by a tubular element, in which a heat transfer fluid circulates, this tubular element preferably being provided with an outer coating which is highly thermally absorbent and has a low thermal emissivity.

- Une zone réfléchissante est formée par un élément tubulaire de réflexion, entourant coaxialement l'élément tubulaire de collecte thermique, cet élément tubulaire de réflexion étant formé par un matériau isolant dont la surface interne est traitée, par exemple métallisée, pour la rendre réfléchissante au rayonnement thermique résiduel émis par l'élément tubulaire de collecte thermique, et comportant sur sa génératrice supérieure une fente destinée à laisser passer le rayonnement thermique incident.- A reflective zone is formed by a tubular reflection element, coaxially surrounding the tubular heat collection element, this tubular reflection element being formed by an insulating material whose internal surface is treated, for example metallized, to make it reflective to the residual thermal radiation emitted by the tubular thermal collection element, and comprising on its upper generatrix a slot intended to allow the incident thermal radiation to pass.

- Le panneau solaire thermique comporte au moins un élément d'introduction ou d'évacuation du fluide thermique, relié à l'ensemble des éléments de collecte thermique, logé dans une enceinte prolongeant latéralement le panneau, délimitée par des parois en matériau isolant thermiquement.- The solar thermal panel comprises at least one element for introducing or discharging the thermal fluid, connected to all of the thermal collection elements, housed in an enclosure laterally extending the panel, delimited by walls made of thermally insulating material.

Description du concentrateur secondaire (2)Description of the secondary concentrator (2)

Le concentrateur secondaire (2) dénommé « concentrateur » est constitué d'un dispositif héliostatique de très petite dimension comparé au capteur et ne représentant que quelques pourcents de la surface de captation, composé d'un miroir monté sur une structure mobile destinée à suivre le (quasi) point focal « primaire » provenant du capteur, lequel (quasi) point focal se déplace en fonction de la course du soleil, et dont le miroir est déformable (optique adaptative) de manière à compenser les défauts notamment géométriques du point focal final « secondaire », en vue de l'envoyer sur une cible, et dont le niveau de focalisation peut s'adapter selon les besoins, voir même être défocalisé pour compenser une surcharge optique ou simplement étaler le flux optique selon les besoins.The secondary concentrator (2) called “concentrator” consists of a very small heliostatic device compared to the sensor and representing only a few percent of the collecting surface, composed of a mirror mounted on a mobile structure intended to follow the (quasi) “primary” focal point coming from the sensor, which (quasi) focal point moves according to the course of the sun, and whose mirror is deformable (adaptive optics) so as to compensate for the defects in particular geometrical of the final focal point "Secondary", in order to send it to a target, and whose level of focus can adapt as needed, or even be defocused to compensate for an optical overload or simply spread the optical flux as needed.

Le concentrateur secondaire (2) est un dispositif à miroir mobile dont la structure est du type optique adaptative à large plan de correction, qui reçoit le flux solaire pré concentré du capteur et suit la course du soleil via à un dispositif héliostatique pouvant être sur un ou plusieurs axes.The secondary concentrator (2) is a mobile mirror device whose structure is of the adaptive optical type with a large correction plane, which receives the pre-concentrated solar flux from the sensor and follows the course of the sun via a heliostatic device which can be on a or several axes.

Le concentrateur secondaire (2 ) peut être composé de plusieurs miroirs distincts (plusieurs concentrateurs en série) constituant une matrice permettant de générer un mouvement complexe pour atteindre une cible, ou un ensemble de concentrateurs.The secondary concentrator (2) can be composed of several distinct mirrors (several concentrators in series) constituting a matrix making it possible to generate a complex movement to reach a target, or a set of concentrators.

Le dispositif héliostatique peut être est constitué d'un ou plusieurs support pouvant directement être intégré au capteur ou encore être à proximité immédiate ou en être éloigné, lequel est mu par des dispositifs adaptés tels que micro moteurs, positionneurs, vérins, réducteurs, dispositif mécanique, et tout procédé automatisé ou non. Dans une version optimale, le dispositif héliostatique peut être idéalement constitué d'un seul bras supportant la (ou les) optiques secondaires, lequel étant déplacé par le biais de dispositifs sur un ou plusieurs axes, et fixé sur un support adéquat, le tout pouvant recevoir des capteurs de position, sécurité, butées ou offset, ainsi qu'une mise en position de sécurité lors de conditions météo extrêmes, d'installation, réglage ou de maintenance. Ce bras ou support quelconque peut éventuellement contenir et protéger les câbles de commande de l'optique adaptative et autres câbles ou composants ou dispositifs.The heliostatic device can consist of one or more supports that can be directly integrated into the sensor or even be in the immediate vicinity or away from it, which is moved by suitable devices such as micro motors, positioners, jacks, reducers, mechanical device , and any process, automated or not. In an optimal version, the heliostatic device can ideally consist of a single arm supporting the secondary optic (s), which being moved by means of devices on one or more axes, and fixed on a suitable support, all of which can receive position, safety, stops or offset sensors, as well as a safety position during extreme weather conditions, installation, adjustment or maintenance. This arm or any support may possibly contain and protect the adaptive optics control cables and other cables or components or devices.

Le bras ou l'ensemble concentrateur peut avantageusement disposer d'un réglage ou d'un axe automatisé ou non supplémentaire permettant de suivre la déclinaison saisonnière et de corriger la position selon l'emplacement géographique (longitude/ latitude/ orientation). Le dispositif est particulièrement adapté pour les aéronefs, satellites, stations ou vaisseaux spatiaux.The arm or the concentrator assembly can advantageously have an automatic or non-additional adjustment or axis making it possible to follow the seasonal variation and to correct the position according to the geographical location (longitude / latitude / orientation). The device is particularly suitable for aircraft, satellites, stations or spaceships.

A l'extrémité de ce bras se trouve l'ensemble optique adaptative dont le miroir est constitué d'une surface très hautement réfléchissante pour les longueurs d'onde souhaitées, du type par exemple diélectrique ou multi diélectrique, capable de supporter les intenses flux solaires provenant du capteur et protégé de diverses façons des agressions extérieures telles que poussières, polluants, éléments météorologiques, etc...At the end of this arm is the adaptive optical assembly, the mirror of which is made up of a highly highly reflective surface for the desired wavelengths, of the dielectric or multi-dielectric type, for example, capable of withstanding the intense solar fluxes. from the sensor and protected in various ways from external aggressions such as dust, pollutants, weather elements, etc.

L'intérêt de l'optique adaptative est de pouvoir modifier le point focal final selon les besoins et corriger tous certains défauts ou aberrations quelles qu'elles soient. Si, par exemple, l'on part d'un capteur de forme circulaire, le point focal primaire sera de même circulaire lorsque le soleil est au zénith, le capteur lui étant perpendiculaire. A l'inverse, lorsque le capteur reçoit le rayonnement proche de l'incidence rasante, des aberrations optiques font se déformer le point focal qui devient un ellipsoïde plus ou moins allongé. Cette déformation se fait au détriment de la qualité du point focal final et peut même endommager le récepteur ou cible destiné à recevoir l'énergie concentrée.The advantage of adaptive optics is to be able to modify the final focal point as needed and correct all of certain faults or aberrations, whatever they may be. If, for example, we start with a circular sensor, the primary focal point will be the same circular when the sun is at its zenith, the sensor being perpendicular to it. Conversely, when the sensor receives radiation close to grazing incidence, optical aberrations cause the focal point to deform, which becomes a more or less elongated ellipsoid. This deformation takes place at the expense of the quality of the final focal point and can even damage the receiver or target intended to receive the concentrated energy.

L'optique adaptative reprend donc ces aberrations et les corrige en modifiant les déformations évolutives prédictives ou non grâce au miroir déformable. Le miroir déformable dont le support est conçu dans un matériau (ou ensemble de matériaux) adapté, préférentiellement de très faible épaisseur et relativement souple, susceptible de recevoir un substrat réfléchissant de très haute réflectivité recouvert d'une couche protectrice contribuant éventuellement à la correction de certaines aberrations notamment chromatiques, et de subir une déformation plus ou moins importante. L'utilisation d'un matériau de faible épaisseur et de haute conductivité thermique permet d'évacuer aisément toute éventuelle élévation de température susceptible de détériorer ou détruire le miroir déformable et son support, celui-ci pouvant recevoir recevant idéalement un dispositif d'évacuation calorifique et maintien ou stabilisation en température.Adaptive optics therefore takes up these aberrations and corrects them by modifying the evolutionary deformations predictive or not thanks to the deformable mirror. The deformable mirror whose support is designed in a suitable material (or set of materials), preferably very thin and relatively flexible, capable of receiving a reflective substrate of very high reflectivity covered with a protective layer possibly contributing to the correction of certain aberrations, in particular chromatic aberrations, and to undergo a more or less significant deformation. The use of a material of small thickness and high thermal conductivity makes it possible to easily evacuate any possible rise in temperature liable to deteriorate or destroy the deformable mirror and its support, the latter being able to receive ideally receiving a heat evacuation device. and maintaining or stabilizing temperature.

Le concentrateur secondaire (2) peut également être constitué par un assemblage de miroirs déformables ou des miroirs à corolles ou secteurs circulaires souples ou rigides dont l'inclinaison ou déformation permet de modifier le point focal.The secondary concentrator (2) can also consist of an assembly of deformable mirrors or mirrors with corollas or flexible or rigid circular sectors whose inclination or deformation makes it possible to modify the focal point.

Le miroir déformable peut prendre différentes formes, être monobloc ou constitué de multiples éléments, lesquels sont relativement souples ou flexibles de manière à pouvoir subir une déformation réversible avec un angle de plus ou moins grande amplitude permettant d'obtenir un point focal de grande qualité à une courte ou longue distance.The deformable mirror can take different forms, be a single piece or consist of multiple elements, which are relatively flexible or flexible so as to be able to undergo a reversible deformation with an angle of greater or lesser amplitude making it possible to obtain a high quality focal point at a short or long distance.

Le miroir déformable est actionné par des dispositifs appropriés appelés actuateurs qui agissent sur la structure du miroir de manière à obtenir le résultat escompté. Les actuateurs peuvent être réalisés de diverses façons et selon de multiples procédés tels que : céramiques piézo électriques, micro moteurs, électro aimants, vérins, ainsi que tout dispositif mécanique quelconque permettant d'agir de façon temporaire ou continue sur le miroir, et éventuellement d'un ensemble de procédés et technologies permettant d'obtenir le but final.The deformable mirror is actuated by suitable devices called actuators which act on the structure of the mirror so as to obtain the expected result. The actuators can be produced in various ways and according to multiple methods such as: piezoelectric ceramics, micro motors, electromagnets, jacks, as well as any mechanical device allowing temporary or continuous action on the mirror, and possibly d '' a set of processes and technologies to achieve the final goal.

L'ensemble miroir déformable peut être muni de capteurs et éléments de contrôle permettant de vérifier une multitude de paramètres tels que : élévation de température, niveau de réflectivité, contrôle dimensionnel, position des actuateurs, test, déformation géométrique, correction de géométrie, contrôle et correction du point focal, état de propreté, etc...The deformable mirror assembly can be fitted with sensors and control elements making it possible to verify a multitude of parameters such as: temperature rise, level of reflectivity, dimensional control, actuator position, test, geometric deformation, geometry correction, control and correction of the focal point, state of cleanliness, etc ...

L'alimentation électrique de l'ensemble miroir déformable et dispositif héliostatique ainsi que tous accessoires peuvent se faire de manière autonome par exemple via un procédé idéalement ENR quelconque type PV ou autre, ou être alimentés depuis une station de contrôle et pilotage à distance.The electrical supply of the deformable mirror and heliostatic device assembly as well as all accessories can be done autonomously for example via an ideally ENR process of any PV type or other, or be supplied from a remote control and piloting station.

L'ensemble miroir déformable et ses accessoires se trouvent être protégés dans un dispositif de type coupole ou autre, de géométrie adaptée à l'ensemble ou pouvant être d'une forme quelconque telle qu'une profil de fleur. Ce dispositif de protection regroupe le miroir déformable, ses actuateurs, éventuellement l'électronique de contrôle ou commande, ainsi qu'un ou des dispositifs de protection tels qu'un volet occultant ou encore un dispositif générant un flux d'air destiné à protéger le miroir et éventuellement le refroidir.The deformable mirror assembly and its accessories are protected in a device of the dome or other type, of geometry adapted to the assembly or which can be of any shape such as a flower profile. This protection device groups together the deformable mirror, its actuators, possibly the control or command electronics, as well as one or more protection devices such as a blackout shutter or even a device generating an air flow intended to protect the mirror and possibly cool it.

La coupole ou dispositif de protection peut aussi abriter certains éléments de contrôle et de commande destinés à vérifier certains paramètres liés au capteur, notamment sa géométrie, l'état de surface général, le taux de réflectivité, la qualité du point focal primaire, la présence ou non d'éléments étrangers (neige, déjections, polluants, objets, animaux, personnes,...). La coupole ou dispositif de protection peut éventuellement s'orienter sur un ou plusieurs axes selon les besoins, par exemple pour protéger l'ensemble de ses composants lors de conditions particulières (neige, grêle, tempête de sable, travaux, test, maintenance...), ou encore pour atteindre une cible avec un angle ou orientations spécifiques. La coupole ou dispositif de protection peut aussi supporter d'autres miroirs, fixes, mobiles, déformables ou non pour des besoins bien spécifiques.The dome or protective device can also house certain monitoring and control elements intended to verify certain parameters linked to the sensor, in particular its geometry, the general surface condition, the reflectivity rate, the quality of the primary focal point, the presence or not foreign elements (snow, droppings, pollutants, objects, animals, people, ...). The dome or protective device can possibly be oriented on one or more axes as required, for example to protect all of its components during special conditions (snow, hail, sandstorm, work, test, maintenance, etc.). .), or to reach a target with a specific angle or orientations. The dome or protective device can also support other mirrors, fixed, mobile, deformable or not for very specific needs.

La coupole ou dispositif de protection peut aussi incorporer un ensemble de capteurs destinés par exemple à contrôler les paramètres de la cible, des moyens de contrôle météo, ou encore scruter le ciel pour prévoir les passages nuageux ou des conditions exceptionnelles nécessitant la mise en protection de l'ensemble telle que l'approche d'une tempête de sable, ou encore un procédé chassant les insectes ou animaux.The dome or protective device can also incorporate a set of sensors intended for example to control the parameters of the target, weather control means, or even scan the sky to predict cloudy passages or exceptional conditions requiring the protection of the whole such as the approach of a sandstorm, or even a process hunting insects or animals.

La coupole ou dispositif de protection peut comporter sécurité un volet ou mécanisme occultant servant aussi de lors d'un dysfonctionnement de l'ensemble et permettant d'interrompre tout ou partie du flux solaire provenant du capteur.The dome or protection device may include a safety shutter or blackout mechanism also serving in the event of a malfunction of the assembly and making it possible to interrupt all or part of the solar flux coming from the sensor.

Lors d'un dépassement de puissance, le miroir déformable peut défocaliser le flux solaire pour éviter toute surchauffe ou encore envoyer tout ou partie du flux provisoirement sur une surface extérieure à la cible.When the power is exceeded, the deformable mirror can defocus the solar flux to avoid overheating or send all or part of the flux temporarily on an exterior surface to the target.

Le dispositif concentrateur se positionne soit au (quasi) point focal du capteur, soit légèrement en dehors du point focal, permettant ainsi de limiter un flux optique pouvant être destructeur ou bien faciliter la correction géométrique.The concentrator device is positioned either at the (quasi) focal point of the sensor, or slightly outside the focal point, thus making it possible to limit an optical flux which can be destructive or even facilitate geometric correction.

Le dispositif concentrateur secondaire (2) peut avantageusement être équipé d'un ensemble miroir de rechange interchangeable manuellement ou automatiquement en cas de dégradation du miroir principal, cela pour éviter toute intervention ou interruption lors de la production solaire.The secondary concentrator device (2) can advantageously be equipped with a replacement mirror assembly which can be replaced manually or automatically in the event of degradation of the main mirror, this to avoid any intervention or interruption during solar production.

Pour éviter ou limiter toute dégradation prématurée ou accidentelle du miroir, une protection sous forme par exemple de cône peut être envisagée, celui-ci permettant de d'éviter l'exposition à des contaminants ou corps étrangers quels qu'ils soient, y compris insectes ou animaux, notamment des espèces protégées qui pourraient être prises dans l'intense flux concentré et être blessées ou tuées.To avoid or limit any premature or accidental degradation of the mirror, protection in the form of a cone for example can be envisaged, this making it possible to avoid exposure to contaminants or foreign bodies of any kind, including insects or animals, especially protected species that could be caught in the intense concentrated flow and be injured or killed.

Lors de forts vents ou puissantes rafales, le bras support de l'ensemble concentrateur pourrait être amené à bouger ou vibrer et donc faire perdre la qualité de la focalisation. L'invention permet néanmoins de compenser en temps réel d'importantes variations du fait d'un très court temps de réponse et de la grande amplitude de déformation du miroir concentrateur.During strong winds or strong gusts, the support arm of the concentrator assembly could be made to move or vibrate and therefore cause the quality of the focus to be lost. The invention nevertheless makes it possible to compensate in real time for large variations due to a very short response time and the large amplitude of deformation of the concentrating mirror.

D'autre part, le dispositif selon l'invention peut disposer d'un procédé permettant la correction due aux aberrations chromatiques du fait du large spectre solaire utilisé, procédé étant constitué de couches ou éléments optiques correctifs formant un ensemble achromatique ou apochromatique pour les plages de longueur d'onde mises en œuvre, utilisant par exemple des doublets optiques ou éléments d'indice de réfraction différents compensant les aberrations.On the other hand, the device according to the invention may have a method allowing the correction due to chromatic aberrations due to the wide solar spectrum used, method consisting of corrective layers or optical elements forming an achromatic or apochromatic set for the ranges wavelength implemented, for example using optical doublets or elements of different refractive index compensating for aberrations.

Ces couches correctrices pouvant avantageusement être apposées sur le capteur durant la fabrication continue ainsi que des éléments correcteurs supplémentaires disposés sur le capteur. Le concentrateur peut avantageusement avoir une forme similaire à celle du capteur, soit carrée, ronde, rectangulaire ou toute autre forme, optimisant ainsi les surfaces « actives », et augmentant la corrélation optique avec le capteur.These corrective layers can advantageously be affixed to the sensor during continuous manufacturing as well as additional corrective elements placed on the sensor. The concentrator can advantageously have a shape similar to that of the sensor, either square, round, rectangular or any other shape, thus optimizing the “active” surfaces, and increasing the optical correlation with the sensor.

Claims (12)

Revendicationsclaims 1 — Dispositif concentrateur d'énergie solaire du type plan et statique comportant au moins un premier collecteur primaire (1) réfléchissant concentrant la lumière vers un collecteur secondaire (2) mobile pour le suivi héliostatique dénommé « concentrateur » et concentrant la lumière en direction d'un foyer de conversion énergétique (3) caractérisé en ce que ledit collecteur primaire (1) est constitué par un film ETFE, recevant un revêtement réfléchissant adapté aux longueurs d'onde souhaitées et embossé pour former un réseau optique de type Fresnel fixé sur un support (7) plan fixe.1 - Solar energy concentrator device of the planar and static type comprising at least a first primary collector (1) reflecting concentrating the light towards a secondary collector (2) mobile for heliostatic monitoring called "concentrator" and concentrating the light in direction d '' an energy conversion focus (3) characterized in that said primary collector (1) is constituted by an ETFE film, receiving a reflective coating adapted to the desired wavelengths and embossed to form an optical network of Fresnel type fixed on a support (7) fixed plane. 2 — Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit collecteur secondaire (2) est supporté par une monture (4) assurant le déplacement dudit collecteur secondaire selon une ou plusieurs dimensions avec une amplitude d'environ 15° par heure et d'environ ±11,5° par an lorsque le dispositif est installé sur la terre, et tous autres angles adaptés hors installation terrestre.2 - solar energy concentrator device according to claim 1 characterized in that said secondary collector (2) is supported by a mount (4) ensuring the displacement of said secondary collector according to one or more dimensions with an amplitude of about 15 ° by hour and approximately ± 11.5 ° per year when the device is installed on the ground, and all other suitable angles outside the terrestrial installation. 3 — Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite monture (4) présente un arceau ou support mobile articulé avec chariot ou arceau mobile, le dit arceau pouvant éventuellement effectuer les deux déplacements simultanés, et supportant ledit concentrateur secondaire (2).3 - solar energy concentrator device according to claim 2 characterized in that said mount (4) has a hoop or movable support articulated with carriage or movable hoop, said hoop possibly being able to carry out two simultaneous movements, and supporting said secondary concentrator (2). 4 - Concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite monture (4) présente un bras ou quelconque support adapté, commandé par un actionneur dont le déplacement est commandé par un circuit électronique.4 - solar energy concentrator according to claim 2 characterized in that said mount (4) has an arm or any suitable support, controlled by an actuator whose movement is controlled by an electronic circuit. 5 — Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte un capteur ou une caméra pour l'acquisition de l'image focale du soleil formée sur l'élément de collecte thermique et en ce que ladite monture (4 ) comporte des actionneurs commandés par un calculateur comportant des moyens d'analyse de ladite image focale et de son centrage pour le recalcul de la position du chariot.5 - solar energy concentrator device according to claim 3 characterized in that it comprises a sensor or a camera for the acquisition of the focal image of the sun formed on the thermal collection element and in that said frame ( 4) comprises actuators controlled by a computer comprising means for analyzing said focal image and its centering for the recalculation of the position of the carriage. 6 — Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte un capteur ou une caméra pour l'acquisition de l'image focale du soleil formée sur l'élément de collecte thermique et en ce que ladite monture ( 4 ) comporte des actionneurs commandés par un calculateur comportant des moyens d'analyse de ladite image focale et de son centrage pour le recalcul de la position du dudit bras articulé selon deux directions).6 - solar energy concentrator device according to claim 4 characterized in that it comprises a sensor or a camera for the acquisition of the focal image of the sun formed on the thermal collection element and in that said mount ( 4) comprises actuators controlled by a computer comprising means for analyzing said focal image and its centering for the recalculation of the position of said arm articulated in two directions). 7 - Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit film (1) est déformable sous l'effet d'actionneur pour assurer une compensation primaire dynamique.7 - A solar energy concentrator device according to claim 1 characterized in that said film (1) is deformable under the effect of actuator to ensure dynamic primary compensation. 8 - Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un faisceau laser femtoseconde lié au collecteur secondaire (2) pour la formation d'un filtre diffractant.8 - solar energy concentrator device according to claim 1 characterized in that it comprises a femtosecond laser beam linked to the secondary collector (2) for the formation of a diffracting filter. 9 - Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un réseau de miroirs motorisés pour la réalisation d'une compensation secondaire.9 - Device concentrating solar energy according to claim 1 characterized in that it comprises a network of motorized mirrors for the realization of a secondary compensation. 10 - Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de compensation secondaire constitués par un moteur agissant par un axe sur l'ensemble de la surface du film ou miroir.10 - A solar energy concentrator device according to claim 1 characterized in that it comprises secondary compensation means constituted by a motor acting by an axis on the entire surface of the film or mirror. 11 - Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit foyer de conversion énergétique ( 3 ) comporte une fibre optique ou un faisceau de fibres optiques transmettant l'énergie lumineuse à une cible ou convertisseur thermique distant.11 - Device concentrating solar energy according to claim 1 characterized in that said energy conversion focus (3) comprises an optical fiber or a bundle of optical fibers transmitting light energy to a target or remote thermal converter. 12 - Dispositif concentrateur d'énergie solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit concentrateur primaire est formé sur un support (7 ) présentant une pente de quelques degrés pour permettre l'évacuation de tout contaminant notamment par le ruissellement des eaux de pluie ou l'action du vent.12 - solar energy concentrator device according to claim 1 characterized in that said primary concentrator is formed on a support (7) having a slope of a few degrees to allow the evacuation of any contaminant in particular by the runoff of rainwater or the action of the wind.
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US20060193066A1 (en) * 2005-02-01 2006-08-31 Prueitt Melvin L Concentrating solar power
AU2007302549B2 (en) * 2006-09-27 2012-03-08 Airlight Energy Ip Sa Radiation collector
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