FR3138683A1 - DEVICE FOR PRODUCING ELECTRIC AND THERMAL ENERGY FROM SOLAR ENERGY - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de production d’énergie (1) électrique et thermique à partir de l’énergie solaire, comprenant un châssis fixe (2), un châssis rotatif (3), un panneau central (4), des panneaux latéraux (4a) et (4b), une boxe (5) reposant sur un chariot (6), ledit dispositif de production d’énergie (1) comprend également un mécanisme permettant au panneau central (4) de se déplacer horizontalement selon l’axe horizontal x permettant ainsi d’adapter l’angle d’incidence avec les rayons du soleil en fonction de la position du soleil selon l’élévation, ledit dispositif de production d’énergie comporte également un mécanisme permettant au panneau central (4) d’effectuer une rotation permettant ainsi de converger le flux solaire collecté sur la boxe (5) contenant un récepteur solaire, ledit dispositif de production d’énergie (1) comprend également un mécanisme permettant au châssis rotatif (3) de suivre le soleil selon l’axe horizontal. Figure de l’abrégé : Fig. 1The invention relates to a device for producing electrical and thermal energy (1) from solar energy, comprising a fixed frame (2), a rotating frame (3), a central panel (4), side panels (4a) and (4b), a box (5) resting on a carriage (6), said energy production device (1) also comprises a mechanism allowing the central panel (4) to move horizontally along the axis horizontal perform a rotation thus making it possible to converge the solar flux collected on the box (5) containing a solar receiver, said energy production device (1) also comprises a mechanism allowing the rotating frame (3) to follow the sun according to the horizontal axis. Abstract Figure: Fig. 1
Description
L’invention se rapporte au domaine des dispositifs et systèmes de production d’énergie électrique et thermique à partir de l’énergie solaire. Les dispositifs connus sont de type panneaux solaires photovoltaïques permettant de produire de l’énergie électrique, ou bien des dispositifs de type concentrateurs solaires permettant de produire à la fois de l’énergie électrique et de l’énergie thermique ou encore des dispositifs dit solaire thermique permettant de produire de l’énergie thermique, principalement pour le chauffage et pour la production d’eau chaude sanitaire. Ces dispositifs sont destinés à plusieurs applications, plus particulièrement aux applications pour lesquelles des besoins en énergie électrique et des besoins en énergie thermique sont nécessaires, comme dans les maisons, les appartements, les locaux, l’industrie, les centres aquatiques et d’autres applications. L’invention se rapporte en particulier à un dispositif stationnaire ou mobile permettant de produire de l’énergie électrique et de l’énergie thermique à partir de l’énergie solaire. Ce dispositif, ayant une conception modulaire, permettant d’adapter la production d’énergie électrique et thermique en fonction de l’application et du besoin energétique. Ce dispositif de production d’énergie possède également la particularité de suivre la position du soleil dans l’espace à tout instant, ce qui permet de maximiser l’énergie solaire captée et par conséquent l’énergie produite.The invention relates to the field of devices and systems for producing electrical and thermal energy from solar energy. The known devices are of the photovoltaic solar panel type making it possible to produce electrical energy, or else of the solar concentrator type devices making it possible to produce both electrical energy and thermal energy or even so-called solar thermal devices. allowing the production of thermal energy, mainly for heating and for the production of domestic hot water. These devices are intended for several applications, more particularly for applications where both electrical energy requirements and thermal energy requirements are required, such as in homes, apartments, premises, industry, aquatic centers and other applications. The invention relates in particular to a stationary or mobile device making it possible to produce electrical energy and thermal energy from solar energy. This device, having a modular design, makes it possible to adapt the production of electrical and thermal energy according to the application and energy need. This energy production device also has the particularity of following the position of the sun in space at all times, which makes it possible to maximize the solar energy captured and therefore the energy produced.
Afin de produire de l’énergie électrique et de l’énergie thermique à partir de l’énergie solaire, il est connu de l’art antérieur d’utiliser des dispositifs de type des panneaux solaires photovoltaïques, des dispositifs de type solaire thermique ou encore des dispositifs de type concentrateur solaire, lesdits concentrateurs solaires utilisent chacun une machine thermodynamique pour convertir de l’énergie thermique, produite à partir de la concentration d’énergie solaire, en énergie électrique et en énergie thermique. Ainsi, il est encore connu dans l’état de l’art antérieur de produire sa propre énergie électrique en utilisant les technologies de type panneaux solaires photovoltaïques. Ces panneaux solaires photovoltaïques sont souvent installés sur des structures fixes, inclinés à un angle fixe par rapport à l’horizontal et à une direction fixe aussi. Ainsi ces systèmes de panneaux solaires photovoltaïques captent l’énergie solaire d’une façon optimale à une certaine position verticale du soleil dans le ciel (élévation) et à une certaine position horizontale du soleil dans le ciel (azimut), lesdites, position verticale optimale et position horizontale optimale, correspondent à une inclinaison où le plan du panneaux solaire est perpendiculaire par rapport aux rayons du soleil, ce qui correspond à une surface de projection des rayons du soleil maximales sur ledit panneau solaire photovoltaïque. D’autres systèmes de panneaux photovoltaïques peuvent être installés sur une structure mobile sur 1 axe ou sur 2 axes, ce qui permet de suivre l’évolution de la position du soleil en continue durant la journée. Cela permet de maximiser la production d’énergie des panneaux solaires photovoltaïques en optimisant des angles d’incidences entre les rayons du soleil et les panneaux solaires photovoltaïques. Le premier inconvénient des dispositifs de types panneaux solaires photovoltaïques est que ces dispositifs ne produisent pas directement de l’énergie thermique, qui est dans certains cas un besoin energétique recherché. Ainsi, dans ce cas spécifique où un besoin d’énergie thermique est recherché, l’électricité produite par les panneaux photovoltaïques sera utilisée pour produire de la puissance thermique à travers des résistances électriques de chauffage ou bien des systèmes dites pompes à chaleur. Ainsi, uniquement une partie de l’énergie solaire est transformée en électricité (environ 20% de l’énergie disponible) du fait de la double conversion (solaire – électrique via les panneaux solaires photovoltaïques puis électrique – thermique). Egalement, il est encore connu dans l’état de l’art antérieur des dispositifs ou des systèmes dit à concentration solaire ou aussi sous l’expression ‘’concentrateurs solaires’’. Ces concentrateurs solaires contiennent un collecteur solaire, formé par un seul miroir de forme paraboloïde ou un ensemble de miroirs agencés pour former un profil paraboloïde. Ces miroirs ont pour rôle de réfléchir les rayons du soleil, l’énergie solaire, et de la diriger sur une autre surface dite surface de réception. L’ensemble des miroirs constitue le collecteur ou le collecteur solaire et l’énergie reçue par chaque miroir est convergée sur une seule surface. Le composant placé au niveau de cette surface de réception est connu sous le nom de récepteur solaire. Au niveau dudit récepteur solaire, l’énergie solaire est collectée ce qui résulte en une augmentation de la température de surface de la matière constituant le récepteur solaire. La température au niveau du récepteur dépend de plusieurs paramètres parmi eux, la surface collectée (surface effective des miroirs ou la surface du collecteur) qui définit l’énergie solaire collectée, et la surface de réception (surface du récepteur solaire où l’énergie solaire est concentrée). Ainsi le taux de concentration représente le ratio entre la surface totale collectée (surface effective des miroirs ou surface du collecteur) et la surface du récepteur solaire. Le choix de la forme des miroirs impacte également la conception de la structure, ainsi la distance entre les miroirs et le récepteur solaire est impactée par la courbure des miroirs (sa forme paraboloïde). Cette distance a un impact non négligeable sur la masse et la taille du concentrateur solaire. Dans ces dispositifs de type concentrateurs solaires, le rôle du récepteur solaire est de transférer l’énergie solaire sous forme de flux thermique et de température au fluide de travail d’une machine thermodynamique, cette machine thermodynamique étant le convertisseur d’énergie. Ce convertisseur d’énergie peut convertir l’énergie thermique en énergie mécanique puis en énergie électrique à travers une génératrice électrique ou bien convertir directement l’énergie thermique en énergie électrique comme le cas des générateurs thermoélectriques. Plusieurs convertisseurs d’énergie ou machines thermodynamiques peuvent être utilisées pour convertir l’énergie thermique en énergie mécanique puis en énergie électrique, parmi eux les plus connus sont les turbogénérateurs, connus également sous l’appellation « micro-turbine » ou « turbine à gaz », les machines de Stirling, les convertisseurs thermoacoustiques, les cycles à vapeur connus sous l’appellation « cycles de Rankine », les machines d’Ericsson et les machines de Joules. Ces machines thermodynamiques ont pour rôle de convertir l’énergie thermique en energie utile, énergie mécanique. L’énergie mécanique est à son tour convertie en énergie électrique à travers un générateur électrique. Le choix du fluide de travail dépend de la machine thermodynamique. L’eau, l’éthanol et les fluides organiques sont utilisés pour les cycles à vapeur, les gaz type Hélium, Argon, Hydrogen sont les plus utilisés dans les machines de Stirling, tandis que l’air ambiant est le principal fluide de travail des machines de types turbogénérateur ou les machines d’Ericsson ou les machines de Joules. Selon la conception du récepteur solaire, les fluides de travail des machines thermodynamiques peuvent circuler directement dans le récepteur solaire et récupérer l’énergie solaire, ou bien être chauffés à travers un circuit secondaire. Comme le cas de tous les systèmes thermodynamiques, une partie de l’énergie non transformée en travail est rejetée du cycle, ainsi cette énergie servira comme source de chaleur en cas de besoin. Les concentrateurs solaires sont connus donc pour produire à la fois de l’énergie électrique et de l’énergie thermique à partir de l’énergie solaire. D’autre part, ces dispositifs dits de « concentrateurs solaires » ont l’inconvénient d’être onéreux, complexes, nécessitant une structure imposante et lourde, et ont besoin d’un système de suivi du soleil nommé en anglais « solar tracking» ou tracking solaire. La conception des miroirs constituant le collecteur et la conception du récepteur solaire dépend du convertisseur d’énergie thermodynamique utilisé, et en particulier de la température de fonctionnement du fluide de travail dudit convertisseur d’énergie. Ainsi pour un convertisseur d’énergie donné, nous avons une conception de miroirs bien spécifique, une courbure du collecteur et par conséquent un paraboloïde donné, et une température surface au niveau du récepteur solaire. Cela limite l’utilisation d’un même concentrateur solaire à uniquement un type de machines thermodynamiques.In order to produce electrical energy and thermal energy from solar energy, it is known from the prior art to use devices such as photovoltaic solar panels, solar thermal type devices or even solar concentrator type devices, said solar concentrators each use a thermodynamic machine to convert thermal energy, produced from the concentration of solar energy, into electrical energy and thermal energy. Thus, it is still known in the state of the prior art to produce your own electrical energy using technologies such as photovoltaic solar panels. These photovoltaic solar panels are often installed on fixed structures, tilted at a fixed angle to the horizontal and in a fixed direction as well. Thus these photovoltaic solar panel systems capture solar energy optimally at a certain vertical position of the sun in the sky (elevation) and at a certain horizontal position of the sun in the sky (azimuth), said optimal vertical position and optimal horizontal position, correspond to an inclination where the plane of the solar panel is perpendicular to the sun's rays, which corresponds to a maximum projection surface of the sun's rays on said photovoltaic solar panel. Other photovoltaic panel systems can be installed on a mobile structure on 1 axis or on 2 axes, which makes it possible to follow the evolution of the position of the sun continuously during the day. This makes it possible to maximize the energy production of photovoltaic solar panels by optimizing the angles of incidence between the sun's rays and the photovoltaic solar panels. The first disadvantage of photovoltaic solar panel devices is that these devices do not directly produce thermal energy, which is in certain cases a sought-after energy requirement. Thus, in this specific case where a need for thermal energy is sought, the electricity produced by the photovoltaic panels will be used to produce thermal power through electrical heating resistors or so-called heat pump systems. Thus, only part of the solar energy is transformed into electricity (around 20% of the available energy) due to double conversion (solar – electric via photovoltaic solar panels then electric – thermal). Also, it is still known in the state of the prior art so-called solar concentration devices or systems or also under the expression “solar concentrators”. These solar concentrators contain a solar collector, formed by a single paraboloid-shaped mirror or a set of mirrors arranged to form a paraboloid profile. These mirrors have the role of reflecting the sun's rays, solar energy, and directing it onto another surface called the reception surface. All of the mirrors constitute the collector or solar collector and the energy received by each mirror is converged on a single surface. The component placed at this receiving surface is known as the solar receiver. At said solar receiver, solar energy is collected which results in an increase in the surface temperature of the material constituting the solar receiver. The temperature at the receiver depends on several parameters among them, the collected surface (effective surface of the mirrors or the surface of the collector) which defines the solar energy collected, and the reception surface (surface of the solar receiver where the solar energy is concentrated). Thus the concentration rate represents the ratio between the total surface collected (effective surface of the mirrors or surface of the collector) and the surface of the solar receiver. The choice of the shape of the mirrors also impacts the design of the structure, thus the distance between the mirrors and the solar receiver is impacted by the curvature of the mirrors (its paraboloid shape). This distance has a significant impact on the mass and size of the solar concentrator. In these solar concentrator type devices, the role of the solar receiver is to transfer solar energy in the form of heat flow and temperature to the working fluid of a thermodynamic machine, this thermodynamic machine being the energy converter. This energy converter can convert thermal energy into mechanical energy then into electrical energy through an electric generator or directly convert thermal energy into electrical energy as is the case with thermoelectric generators. Several energy converters or thermodynamic machines can be used to convert thermal energy into mechanical energy then into electrical energy, among them the best known are turbogenerators, also known as "micro-turbine" or "gas turbine », Stirling machines, thermoacoustic converters, steam cycles known as “Rankine cycles”, Ericsson machines and Joules machines. These thermodynamic machines have the role of converting thermal energy into useful energy, mechanical energy. Mechanical energy is in turn converted into electrical energy through an electric generator. The choice of working fluid depends on the thermodynamic machine. Water, ethanol and organic fluids are used for steam cycles, gases such as Helium, Argon, Hydrogen are the most used in Stirling machines, while ambient air is the main working fluid of the turbogenerator type machines or Ericsson machines or Joules machines. Depending on the design of the solar receiver, the working fluids of the thermodynamic machines can circulate directly in the solar receiver and recover solar energy, or be heated through a secondary circuit. As is the case with all thermodynamic systems, part of the energy not transformed into work is rejected from the cycle, so this energy will serve as a heat source when needed. Solar concentrators are therefore known to produce both electrical energy and thermal energy from solar energy. On the other hand, these so-called “solar concentrator” devices have the disadvantage of being expensive, complex, requiring an imposing and heavy structure, and need a sun tracking system called in English “solar tracking” or solar tracking. The design of the mirrors constituting the collector and the design of the solar receiver depends on the thermodynamic energy converter used, and in particular on the operating temperature of the working fluid of said energy converter. So for a given energy converter, we have a very specific mirror design, a curvature of the collector and therefore a given paraboloid, and a surface temperature at the solar receiver. This limits the use of the same solar concentrator to only one type of thermodynamic machines.
Il est également connu de l’état de la technique des dispositifs de production de chaleur à partir de l’énergie solaire uniquement pour le besoin de chauffage ou bien pour le besoin de l’eau chaude sanitaire, sans aucune production d’énergie électrique. Ces dispositifs connus sous le nom de solaire thermique, parce que l’énergie produite est uniquement thermique et non pas électrique, utilisent des tubes sous vides ou bien d’autres technologies qui permettent de capter l’énergie solaire et de chauffer un fluide caloporteur, souvent de l’eau. Ces systèmes sont souvent stationnaires et ne suivent pas le soleil au cours de la journée. L’énergie thermique permet de chauffer de l’eau et la température pourra atteindre plus de 70 degrés Celsius.It is also known from the state of the art of devices for producing heat from solar energy solely for the need for heating or for the need for domestic hot water, without any production of electrical energy. These devices, known as solar thermal, because the energy produced is only thermal and not electrical, use evacuated tubes or other technologies which make it possible to capture solar energy and heat a heat transfer fluid, often water. These systems are often stationary and do not follow the sun during the day. Thermal energy can heat water and the temperature can reach more than 70 degrees Celsius.
Pour augmenter le rendement de tous les dispositifs listés avant, le suivi du soleil ou ce qu’on appelle en anglais le « solar tracking » est nécessaire surtout pour les systèmes de concentrations solaires. En fait, comparé aux systèmes photovoltaïques, les systèmes de concentration solaire doivent avoir un suivi régulier et précis du soleil, pour maintenir une concentration solaire au niveau du récepteur solaire, ce qui permet d’augmenter la température du récepteur solaire et de transférer l’énergie thermique au fluide de travail de la machine thermodynamique. Ainsi, il faut adapter à tout instant la position du collecteur solaire selon la position du soleil, l’élévation et l’azimut, pour converger et concentrer l’énergie solaire au niveau du récepteur solaire. Ainsi un suivi régulier doit être fait en fonction de la position du soleil dans le ciel, son élévation, et en fonction de sa position horizontale, l’azimut. Les panneaux solaires photovoltaïques quant à leur part, ont aussi une performance améliorée avec un angle d’incidence optimisé, mais continuent à convertir l’énergie solaire en énergie électrique même si l’angle d’incidence n’est pas optimal. C’est pour cela qu’ils sont souvent installés sur des structures fixes et sans un système de suivi solaire.To increase the efficiency of all the devices listed above, tracking the sun or what we call in English “solar tracking” is necessary especially for solar concentration systems. In fact, compared to photovoltaic systems, solar concentration systems must have regular and precise monitoring of the sun, to maintain solar concentration at the solar receiver, which allows increasing the temperature of the solar receiver and transferring the thermal energy to the working fluid of the thermodynamic machine. Thus, it is necessary to adapt the position of the solar collector at any time according to the position of the sun, the elevation and the azimuth, to converge and concentrate the solar energy at the level of the solar receiver. So regular monitoring must be done according to the position of the sun in the sky, its elevation, and depending on its horizontal position, the azimuth. Photovoltaic solar panels, for their part, also have improved performance with an optimized angle of incidence, but continue to convert solar energy into electrical energy even if the angle of incidence is not optimal. This is why they are often installed on fixed structures and without a solar tracking system.
Il est également connu de l’art antérieur, des dispositifs permettant de suivre le soleil tout au long de la journée. Ces dispositifs sont munis principalement de deux moteurs électriques ou hydrauliques, un pour le suivi vertical (élévation) et le deuxième pour le suivi horizontal (Azimut).It is also known from the prior art, devices making it possible to follow the sun throughout the day. These devices are mainly equipped with two electric or hydraulic motors, one for vertical tracking (elevation) and the second for horizontal tracking (Azimuth).
Il est également connu de l’art antérieur, des dispositifs de panneaux solaires dits hybrides, qui permettent de produire à la fois de l’énergie électrique et de l’énergie thermique. Ces systèmes sont souvent positionnés dans une direction fixe sur une structure fixe. L’inconvénient principal de ces panneaux hybrides est que l’énergie thermique produite est dépendante de l’énergie électrique produite. Ainsi pour une puissance électrique produite, la même proportion d’énergie thermique est produite. Sachant que la demande energétique électrique et thermique d’un foyer ou d’une usine est souvent variable, cela rend ces solutions non optimales. Avec les panneaux solaires photovoltaïques, la production électrique peut être consommée directement par l’utilisateur, si la production energétique est inférieur ou égale à la demande energétique, ou bien elle peut être stockée dans un stockeur d’énergie de type accumulateur ou batterie, ou bien renvoyée sur le réseau électrique (vendue sur le réseau par exemple). Dans le cas où l’énergie est stockée dans une batterie, il est connu que ces systèmes de batteries ont l’inconvénient d’être onéreuses, d’avoir une durée de vie limitée, d’avoir un impact environnementale négatif avec des émissions de dioxyde de carbone lors de phase de fabrication et nécessitent d’utiliser des matériaux spécifiques pour leur fabrication (Lithium, Plomb, etc…)It is also known from the prior art, so-called hybrid solar panel devices, which make it possible to produce both electrical energy and thermal energy. These systems are often positioned in a fixed direction on a fixed structure. The main disadvantage of these hybrid panels is that the thermal energy produced is dependent on the electrical energy produced. Thus for an electrical power produced, the same proportion of thermal energy is produced. Knowing that the electrical and thermal energy demand of a home or factory is often variable, this makes these solutions non-optimal. With photovoltaic solar panels, the electrical production can be consumed directly by the user, if the energy production is less than or equal to the energy demand, or it can be stored in an energy store such as an accumulator or battery, or returned to the electricity network (sold on the network for example). In the case where the energy is stored in a battery, it is known that these battery systems have the disadvantage of being expensive, of having a limited lifespan, of having a negative environmental impact with emissions of carbon dioxide during the manufacturing phase and require the use of specific materials for their manufacture (Lithium, Lead, etc.)
L’état de l’art montrent ainsi que les dispositifs de production d’énergie à partir d’énergie solaire présentent des inconvénients : pas de production directe d’énergie thermique pour les dispositifs dits panneaux solaires photovoltaïques, des structures lourdes, complexes et onéreuses pour les dispositifs de type concentrateurs solaires, avec un design optique des miroirs dépendant du choix du convertisseur d’énergie, et finalement la non possibilité de produire de l’énergie électrique avec les systèmes dits solaire thermique. A noter que le stockage de l’énergie électrique dans des batteries est aussi un inconvénient majeur pour les panneaux solaires photovoltaïques du fait du prix des batteries, de leur durée de vie et de leur impact environnemental.The state of the art thus shows that devices for producing energy from solar energy have disadvantages: no direct production of thermal energy for devices called photovoltaic solar panels, heavy, complex and expensive structures for solar concentrator type devices, with an optical design of the mirrors depending on the choice of the energy converter, and finally the non-possibility of producing electrical energy with so-called solar thermal systems. Note that the storage of electrical energy in batteries is also a major disadvantage for photovoltaic solar panels due to the price of the batteries, their lifespan and their environmental impact.
Le but de l’invention est donc de pallier aux inconvénients de l’art antérieur en proposant un dispositif de production multi énergétique, à partir de l’énergie solaire, permettant de produire de l’énergie électrique et de l’énergie thermique, avec un structure moins lourde et une conception modulaire où les miroirs formant le collecteur solaire ainsi que la distance de convergence peuvent facilement s’adapter en fonction du convertisseur d’énergie utilisé. Dans la même optique, ce dispositif de production d’énergie proposé, permet également de s’affranchir de l’utilisation des batteries pour le stockage d’énergie électrique produite en ayant l’avantage de stocker l’énergie thermique dans un stockeur d’énergie et de la transformer en énergie électrique à travers une machine thermodynamique.The aim of the invention is therefore to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a multi-energy production device, from solar energy, making it possible to produce electrical energy and thermal energy, with a less heavy structure and a modular design where the mirrors forming the solar collector as well as the convergence distance can easily adapt depending on the energy converter used. From the same perspective, this proposed energy production device also makes it possible to avoid the use of batteries for the storage of electrical energy produced by having the advantage of storing thermal energy in a storage tank. energy and transform it into electrical energy through a thermodynamic machine.
Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un nouveau dispositif de production d’énergie électrique et thermique à partir de l’énergie solaire, comportant un châssis fixe, un châssis rotatif, un panneau central pouvant intégrer des miroirs formant un collecteur solaire ou des panneaux solaires photovoltaïques. Ledit châssis rotatif du dispositif de production d’énergie comprend également des poutres formant un système de rails. Ledit dispositif de production d’énergie comprend également un récepteur solaire solidaire d’une boxe comportant un convertisseur d’énergie thermique – mécanique ou un convertisseur d’énergie thermique – électrique ou un convertisseur d’énergie thermique - thermique, ladite boxe est mobile sur un chariot pouvant se déplacer sur le châssis rotatif. Le dispositif de production d’énergie comporte également un mécanisme de translation solidaire du panneau central et mobile en translation sur les poutres du châssis rotatif, Ledit dispositif de production d’énergie comprend également un mécanisme de rotation mobile en translation sur les poutres du châssis rotatif et permettant au panneau central d’effectuer un mouvement de rotation et de basculement autour d’un mécanisme de couplage situé sur le mécanisme de translation, ledit dispositif de production d’énergie comporte également un moteur de rotation permettant au châssis rotatif d’effectuer un mouvement de rotation pour suivre le soleil selon le plan horizontal.To do this, the invention thus relates, in its broadest acceptance, to a new device for producing electrical and thermal energy from solar energy, comprising a fixed frame, a rotating frame, a central panel capable of integrating mirrors forming a solar collector or photovoltaic solar panels. Said rotating chassis of the energy production device also includes beams forming a rail system. Said energy production device also comprises a solar receiver integral with a box comprising a thermal – mechanical energy converter or a thermal – electrical energy converter or a thermal – thermal energy converter, said box is movable on a carriage that can move on the rotating chassis. The energy production device also comprises a translation mechanism integral with the central panel and movable in translation on the beams of the rotating chassis. Said energy production device also comprises a rotation mechanism movable in translation on the beams of the rotating chassis. and allowing the central panel to perform a rotational and tilting movement around a coupling mechanism located on the translation mechanism, said energy production device also comprises a rotation motor allowing the rotating frame to perform a rotational movement to follow the sun along the horizontal plane.
Le panneau central repose ainsi d’un côté sur un mécanisme de translation mobile sur le châssis rotatif et de l’autre côté sur un mécanisme de rotation mobile sur un châssis vertical, ledit châssis vertical est couplé au châssis rotatif. Le panneau central est couplé de part et d’autre à des panneaux latéraux, ledit panneau central et lesdits panneaux latéraux sont conçus de manière à recevoir des miroirs ou bien des panneaux solaires photovoltaïques ou bien une combinaison de miroirs et des panneaux solaires photovoltaïques.The central panel thus rests on one side on a movable translation mechanism on the rotating frame and on the other side on a movable rotation mechanism on a vertical frame, said vertical frame is coupled to the rotating frame. The central panel is coupled on either side to side panels, said central panel and said side panels are designed to receive mirrors or photovoltaic solar panels or a combination of mirrors and photovoltaic solar panels.
Grâce au système selon l’invention, le dispositif de production d’énergie proposé, présentée en
Pour suivre la position du soleil selon le plan vertical, notamment la position du soleil selon l’élévation dans le ciel, Le châssis rotatif comporte des rails permettant au panneau central positionné sur une structure mobile de glisser pour effectuer un mouvement de translation au niveau du châssis rotatif.To follow the position of the sun according to the vertical plane, in particular the position of the sun according to the elevation in the sky, the rotating chassis includes rails allowing the central panel positioned on a mobile structure to slide to perform a translation movement at the level of the rotating chassis.
De préférence, le panneau central est couplé à un mécanisme de translation, ledit mécanisme de translation est entraîné par un moteur de translation à travers une tige lui permettant de se mouvoir selon l’axe x (
Pour concentrer les rayons du soleil sur le récepteur solaire dans le cas de production d’énergie thermique pour un besoin thermique direct ou bien pour faire fonctionner un convertisseur d’énergie thermodynamique, le panneau central pourra être couplé à un mécanisme de rotation situé sur le châssis rotatif au niveau d’un châssis vertical. Avantageusement, ledit châssis vertical comporte un système de rail avec un mécanisme de déplacement horizontal, ledit mécanisme permet de mouvoir le panneau central ce qui permet d’effectuer un mouvement de rotation autour de son point de fixation sur la structure mobile sur le châssis rotatif.To concentrate the sun's rays on the solar receiver in the case of thermal energy production for a direct thermal need or to operate a thermodynamic energy converter, the central panel can be coupled to a rotation mechanism located on the rotating frame at the level of a vertical frame. Advantageously, said vertical chassis comprises a rail system with a horizontal movement mechanism, said mechanism makes it possible to move the central panel which makes it possible to perform a rotational movement around its point of attachment on the movable structure on the rotating chassis.
De préférence, ledit dispositif de production d’énergie comporte un mécanisme de rotation mobile en translation sur des poutres du châssis vertical couplé au châssis mobile, ledit mécanisme de rotation comprend des rouleaux glissant entre les poutres du panneau central et permettant au panneau central d’effectuer un mouvement de rotation et de basculement autour d’un mécanisme de couplage situé sur le mécanisme de translation, ledit mécanisme de rotation permet ainsi de converger le flux solaire collecté par l’ensemble des miroirs sur le récepteur solaire, permettant ainsi de chauffer la surface du récepteur solaire et d’assurer l’énergie thermique nécessaire pour un besoin énergétique thermique ou pour le fonctionnement d’un convertisseur d’énergie intégré dans la boxe.Preferably, said energy production device comprises a rotation mechanism movable in translation on beams of the vertical frame coupled to the movable frame, said rotation mechanism comprises rollers sliding between the beams of the central panel and allowing the central panel to perform a rotation and tilting movement around a coupling mechanism located on the translation mechanism, said rotation mechanism thus makes it possible to converge the solar flux collected by all of the mirrors on the solar receiver, thus making it possible to heat the surface of the solar receiver and to ensure the thermal energy necessary for a thermal energy need or for the operation of an energy converter integrated in the box.
De préférence, ledit dispositif de production d’énergie comporte deux panneaux latéraux, un de chaque côté du panneau central. Ainsi le panneau central peut être couplé des deux côtés à deux panneaux latéraux à travers un système de charnières, lesdites charnières permettent au panneaux latéraux de basculer autour du panneau central permettant ainsi de fermer ou ouvrir ou adapter la position des panneaux latéraux ce qui permet d’adapter la largeur du dispositif de production d’énergie en cas de besoin pour une application stationnaire ou pour le transport pour une application mobile, lesdits panneaux latéraux, couplés de part et d’autre au panneau central, effectuent ainsi le même déplacement axial et la même rotation faite par le panneau central en agissant sur le mécanisme de translation et le mécanisme de rotation.Preferably, said energy production device comprises two side panels, one on each side of the central panel. Thus the central panel can be coupled on both sides to two side panels through a system of hinges, said hinges allow the side panels to swing around the central panel thus making it possible to close or open or adapt the position of the side panels which allows adapt the width of the energy production device if necessary for a stationary application or for transport for a mobile application, said side panels, coupled on either side to the central panel, thus carry out the same axial movement and the same rotation made by the central panel by acting on the translation mechanism and the rotation mechanism.
De préférence, ledit dispositif de production d’énergie est apte à intégrer sur le panneau central et sur les panneaux latéraux des miroirs ou des panneaux solaires photovoltaïques ou bien une combinaison de miroirs et des panneaux solaires photovoltaïques. Selon un aspect préféré, le panneau central et les panneaux latéraux comportent des poutrelles qui peuvent recevoir des systèmes de panneaux solaires photovoltaïques ou bien des mécanismes de fixation de miroirs permettant d’adapter la courbure du collecteur solaire, ledit panneau central et lesdits panneaux latéraux, sont compatibles avec des miroirs formant un collecteur ou des panneaux solaires photovoltaïques ou à la fois une combinaison de miroirs et des panneaux solaires photovoltaïques.Preferably, said energy production device is able to integrate on the central panel and on the side panels mirrors or photovoltaic solar panels or a combination of mirrors and photovoltaic solar panels. According to a preferred aspect, the central panel and the side panels comprise beams which can receive photovoltaic solar panel systems or mirror fixing mechanisms making it possible to adapt the curvature of the solar collector, said central panel and said side panels, are compatible with mirrors forming a collector or photovoltaic solar panels or both a combination of mirrors and photovoltaic solar panels.
Les rails du châssis rotatif permettent également à la boxe contenant le récepteur solaire et le convertisseur d’énergie de se mouvoir selon l’axe horizontal du châssis rotatif. Cela permet à tout moment d’adapter la position du récepteur solaire à la position du collecteur solaire. Le fait d’avoir une distance du récepteur solaire variable permet d’adapter la courbure des miroirs (courbure du collecteur formé par les miroirs positionnés sur le panneau central et les panneaux latéraux). Cette distance a un impact direct sur la surface de convergence au niveau du récepteur solaire et donc un impact sur la température du récepteur solaire, ainsi le dispositif de production d’énergie proposé dans cette invention est compatible avec plusieurs types de convertisseurs d’énergies et de machine thermodynamique, cela offre une solution modulaire et adaptable. Selon un aspect préféré le chariot est mobile selon l’axe horizontal x, permettant ainsi d’adapter la position du récepteur solaire situé sur la boxe à la position du collecteur solaire, ce qui permet d’adapter selon le besoin la surface de réception solaire au niveau du récepteur solaire et d’adapter par conséquence et selon le besoin la température de la surface du récepteur solaire, ce qui rend le dispositif compatible avec différents types de convertisseurs d’énergies.The rails of the rotating frame also allow the box containing the solar receiver and the energy converter to move along the horizontal axis of the rotating frame. This allows the position of the solar receiver to be adapted to the position of the solar collector at any time. Having a variable distance from the solar receiver makes it possible to adapt the curvature of the mirrors (curvature of the collector formed by the mirrors positioned on the central panel and the side panels). This distance has a direct impact on the convergence surface at the solar receiver and therefore an impact on the temperature of the solar receiver, thus the energy production device proposed in this invention is compatible with several types of energy converters and thermodynamic machine, this offers a modular and adaptable solution. According to a preferred aspect, the carriage is movable along the horizontal axis x, thus making it possible to adapt the position of the solar receiver located on the box to the position of the solar collector, which makes it possible to adapt the solar reception surface as needed at the level of the solar receiver and to adapt accordingly and as necessary the temperature of the surface of the solar receiver, which makes the device compatible with different types of energy converters.
De préférence, le panneau central et les panneaux latéraux comportent des poutrelles qui peuvent fixer des systèmes de panneaux solaires photovoltaïques ou bien des miroirs. Dans le cas des miroirs, ceux-ci sont fixés au panneau central et aux panneaux latéraux à travers un mécanisme permettant de les positionner selon les trois axes dans l’espace pour varier la courbure des miroirs et par conséquence la courbure du collecteur solaire (forme du paraboloïde). La distance entre chaque miroir dépendra de la dimension des miroirs choisis et de la surface de concentration recherchée au niveau du récepteur solaire.Preferably, the central panel and the side panels include beams which can attach photovoltaic solar panel systems or mirrors. In the case of mirrors, these are fixed to the central panel and to the side panels through a mechanism allowing them to be positioned along the three axes in space to vary the curvature of the mirrors and consequently the curvature of the solar collector (shape of the paraboloid). The distance between each mirror will depend on the size of the mirrors chosen and the concentration surface sought at the solar receiver.
Avantageusement, la courbure des miroirs formant le collecteur solaire est adaptable à travers le mécanisme de fixation des miroirs. Ainsi il est possible de modifier la courbure du collecteur solaire formé par les miroirs positionnés sur le panneau central et les panneaux latéraux. Selon un aspect préféré lesdits miroirs sont positionnés sur un mécanisme réglable et adaptable dans toutes les directions de l’espace et permettant d’adapter la courbure du collecteur solaire pour adapter la surface de réception solaire ce qui permet d’adapter également la température au niveau du récepteur solaire.Advantageously, the curvature of the mirrors forming the solar collector is adaptable through the mirror fixing mechanism. It is thus possible to modify the curvature of the solar collector formed by the mirrors positioned on the central panel and the side panels. According to a preferred aspect, said mirrors are positioned on an adjustable and adaptable mechanism in all directions of space and making it possible to adapt the curvature of the solar collector to adapt the solar reception surface which also makes it possible to adapt the temperature to the level of the solar receiver.
Selon un aspect préféré, ledit châssis fixe comprend des poutres fixes sur lesquelles est fixé un moteur de rotation couplé de l’autre côté à une structure mobile à travers d’autres poutres solidaires du châssis rotatif. Ce moteur de rotation peut être un moteur électrique ou un moteur hydraulique et permet à la structure mobile de tourner autour de la structure fixe selon l’azimut. Entre les deux poutres circulaires, des roulettes ou bien des roulements peuvent être intégrés, ou tout simplement un léger contact pourra se faire entre les surfaces des deux poutres circulaires étant donné que la structure mobile est soutenue par le moteur de rotation. Ainsi le châssis fixe comprend un moteur rotatif couplé d’un côté à des poutres fixes et solidaires d’autres poutres fixes reposant sur le sol ou sur une surface horizontale ou un châssis, ledit moteur rotatif est couplé de l’autre côté à d’autres poutres solidaires du châssis rotatif, ledit châssis fixe comprend un anneau circulaire fixe, lesdites poutres du châssis mobile sont solidaires d’un anneau circulaire mobile, ledit anneau circulaire fixe et ledit anneau circulaire mobile sont en contact à travers des roulettes ou en léger contact direct.According to a preferred aspect, said fixed chassis comprises fixed beams on which is fixed a rotation motor coupled on the other side to a movable structure through other beams secured to the rotating chassis. This rotation motor can be an electric motor or a hydraulic motor and allows the mobile structure to rotate around the fixed structure according to the azimuth. Between the two circular beams, casters or bearings can be integrated, or simply a slight contact can be made between the surfaces of the two circular beams given that the mobile structure is supported by the rotation motor. Thus the fixed frame comprises a rotary motor coupled on one side to fixed beams and secured to other fixed beams resting on the ground or on a horizontal surface or a frame, said rotary motor is coupled on the other side to other beams integral with the rotating chassis, said fixed chassis comprises a fixed circular ring, said beams of the movable chassis are integral with a movable circular ring, said fixed circular ring and said movable circular ring are in contact through rollers or in slight contact direct.
Les mouvements du mécanisme de translation, du mécanisme de rotation, du chariot et du moteur de rotation, se feront automatiquement et en temps réel à travers des moteurs qui peuvent être des moteurs hydrauliques ou des moteurs électriques ou une combinaison de moteurs électriques et de moteurs hydrauliques.The movements of the translation mechanism, the rotation mechanism, the carriage and the rotation motor, will take place automatically and in real time through motors which can be hydraulic motors or electric motors or a combination of electric motors and motors hydraulics.
De préférence, ledit dispositif de production d’énergie est compatible avec un réservoir comportant un fluide pour stocker l’énergie thermique (non visible sur la
De préférence, ladite boxe comportant le récepteur solaire, intègre un convertisseur d’énergie de type ORC (en anglais « Organic Rankine Cycle » ou cycle de Rankine organique), ou bien un turbogénérateur ou bien une machine de Stirling ou autre type de machine thermodynamiquePreferably, said box comprising the solar receiver integrates an ORC type energy converter (in English “Organic Rankine Cycle”), or a turbogenerator or a Stirling machine or other type of thermodynamic machine
Avantageusement, ce dispositif de production d’énergie pourra être fixé au sol ou bien intégré sur une application mobile, par exemple une remorque, un camion ou autre engin mobile. Ainsi, il est utilisé pour des applications stationnaires de production d’énergie électrique et thermique ou bien des applications mobiles de production d’énergie électrique et thermique.Advantageously, this energy production device can be fixed to the ground or integrated into a mobile application, for example a trailer, a truck or other mobile vehicle. Thus, it is used for stationary applications for the production of electrical and thermal energy or mobile applications for the production of electrical and thermal energy.
On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, plusieurs formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles :Several embodiments of the present invention will be described below, by way of non-limiting examples, with reference to the appended figures in which:
Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s’attachent plus particulièrement à une mise en œuvre du dispositif de production d’énergie à partir de l’énergie solaire pour une application stationnaire. Cependant, toute mise en œuvre dans un contexte différent, en particulier pour des applications mobiles, est également visée par la présente invention.In what follows, the embodiments described focus more particularly on an implementation of the device for producing energy from solar energy for a stationary application. However, any implementation in a different context, in particular for mobile applications, is also covered by the present invention.
Les éléments désignés par les mêmes références numériques sur les différentes figures sont identiques.The elements designated by the same numerical references in the different figures are identical.
En référence à la
- une direction avant-arrière x correspondant à une direction avant-arrière rectiligne et horizontale, la flèche représentant l’avant ;
- une direction latérale y perpendiculaire à la direction avant-arrière x, la flèche représentant la droite ;
- une direction verticale z perpendiculaire aux directions horizontale et latérale, la flèche représentant le haut ;
- a front-rear direction x corresponding to a rectilinear and horizontal front-rear direction, the arrow representing the front;
- a lateral direction y perpendicular to the front-rear direction x, the arrow representing the right;
- a vertical direction z perpendicular to the horizontal and lateral directions, the arrow representing the top;
En référence maintenant à la
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La
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Les modes de réalisations présentent un dispositif de production d’énergie à partir de l’énergie solaire dont l’architecture est modulaire et permettent d’adapter la courbure du collecteur solaire en agissant sur les mécanismes de fixations des miroirs, mais aussi d’adapter la température du récepteur solaire en adaptant la position du récepteur solaire en fonction du type de technologie de convertisseur d’énergie. Le dispositif est caractérisé par sa capacité à recevoir au niveau du panneau central et des panneaux latéraux, des panneaux solaires photovoltaïques ou bien des miroirs ou à la fois une combinaison de panneaux solaires photovoltaïques et des miroirs.The embodiments present a device for producing energy from solar energy whose architecture is modular and makes it possible to adapt the curvature of the solar collector by acting on the mirror fixing mechanisms, but also to adapt the temperature of the solar receiver by adapting the position of the solar receiver depending on the type of energy converter technology. The device is characterized by its ability to receive, at the level of the central panel and the side panels, photovoltaic solar panels or mirrors or both a combination of photovoltaic solar panels and mirrors.
Les dispositifs selon l’invention sont particulièrement destinés à la production d’énergie électrique et thermique à partir de l’énergie solaire. Les dispositifs selon l’invention sont également destinés au stockage de l’énergie thermique. Les dispositifs sont également destinés à des applications fixes comme des maisons, sur les toits des immeubles, des usines, mais aussi sur des applications mobiles comme des unités de production d’énergie sur des véhicules ou des remorques. Ces dispositifs sont réalisés par plusieurs procédés possible.The devices according to the invention are particularly intended for the production of electrical and thermal energy from solar energy. The devices according to the invention are also intended for the storage of thermal energy. The devices are also intended for fixed applications such as houses, on the roofs of buildings, factories, but also for mobile applications such as energy production units on vehicles or trailers. These devices are made by several possible processes.
De manière connue, les châssis des dispositifs présentés sont faits d’alliages métalliques de type fer ou aluminium ou acier. Les miroirs sont faits en verre et les panneaux solaires photovoltaïques sont faits avec des matériaux spécifiques. Le dispositif de production d’énergie est compatible avec les rayons du soleil et l’énergie solaire et les matériaux utilisés sont compatibles avec les rayons du soleil et l’énergie solaire aussi.In known manner, the frames of the devices presented are made of metal alloys of iron or aluminum or steel type. Mirrors are made of glass and photovoltaic solar panels are made with specific materials. The power generation device is compatible with the sun's rays and solar energy and the materials used are compatible with the sun's rays and solar energy too.
Le dispositif de production d’énergie possède des dimensions variables en fonction de l’application cible et en fonction des besoins de production d’énergie électrique et thermique. Ledit dispositif de production d’énergie est compatible avec plusieurs applications de production d’énergie électrique et thermique.The energy production device has variable dimensions depending on the target application and depending on the needs for electrical and thermal energy production. Said energy production device is compatible with several electrical and thermal energy production applications.
L’invention permet de proposer un dispositif de production d’énergie thermique et électrique à partir de l’énergie solaire. L’invention permet d’adapter la production de l’énergie électrique et la production de l’énergie thermique en fonction de l’application, en ayant une conception modulaire permettant de recevoir plusieurs types de convertisseurs d’énergie mais aussi des panneaux solaires photovoltaïques. Le dispositif proposé possède plusieurs degrés de liberté pour contrôler le flux solaire au niveau du récepteur solaire et cela en faisant varier la position du récepteur solaire, mais aussi la courbure du collecteur solaire avec le mécanisme permettant de positionner les miroirs formant le collecteur solaire.The invention makes it possible to propose a device for producing thermal and electrical energy from solar energy. The invention makes it possible to adapt the production of electrical energy and the production of thermal energy depending on the application, by having a modular design making it possible to accommodate several types of energy converters but also photovoltaic solar panels. . The proposed device has several degrees of freedom to control the solar flux at the solar receiver by varying the position of the solar receiver, but also the curvature of the solar collector with the mechanism for positioning the mirrors forming the solar collector.
Le dispositif de production d’énergie à partir de l’énergie solaire est particulièrement destiné à la production d’énergie électrique et la production d’énergie thermique.
The device for producing energy from solar energy is particularly intended for the production of electrical energy and the production of thermal energy.
Claims (10)
Use of an energy device 1 according to claim 1, characterized in that said device 1 is used for stationary applications for the production of electrical and thermal energy or mobile applications for the production of electrical and thermal energy.
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Family Applications (1)
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- 2022-08-08 FR FR2208167A patent/FR3138683A1/en active Pending
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