OA17524A

OA17524A - Photo / thermal parasol.

Info

Publication number: OA17524A
Application number: OA1201500280
Authority: OA
Inventors: Stanislas SANFO
Original assignee: Stanislas SANFO
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-02-10

Abstract

Le dispositif selon l'innovation est un parasol photo / thermique qui fournit trois services distincts : un abri ombragé pour le confort thermique, une production conséquente d'électricité et d'eau chaude sanitaire. En tant que technologie solaire photovoltaïque, il est autonome, uni-modulaire, automatisé et constitué d'un nombre réduit de plaques solaires. Une fois aligné avec le soleil, il fourni au récepteur une quantité d'énergie qui lui permet de produire une grande puissance électrique et de grandes quantités d'eau chaude de façon instantanée. Le dispositif selon l'innovation est particulièrement destiné à une installation dans les domiciles, les points de commerce, les services, les industries, les restaurants, les hôpitaux et toutes autres structures qui y trouvent un bénéfice. The device according to the innovation is a photo / thermal parasol which provides three distinct services: a shaded shelter for thermal comfort, a consequent production of electricity and domestic hot water. As a solar photovoltaic technology, it is autonomous, uni-modular, automated and made up of a reduced number of solar panels. Once aligned with the sun, it supplies the receiver with a quantity of energy which enables it to produce large amounts of electrical power and large quantities of hot water instantly. The device according to the innovation is particularly intended for installation in homes, points of commerce, services, industries, restaurants, hospitals and all other structures which benefit from it.

Description

La présente innovation concerne un parasol photovoltaïque qui est une technologie solaire à même de fournir de l'ombre, produire une grande quantité d'électricité et de l'eau chaude sanitaire.This innovation relates to a photovoltaic parasol which is a solar technology capable of providing shade, producing a large quantity of electricity and domestic hot water.

Habituellement, lors d'une journée ensoleillée, pour obtenir de 5 l'ombre à l'exception des arbres et autres abris, on utilise un parasol ou on construit un hangar. En plus, si l'on désire produire directement et de façon isolée une quantité substantielle d'électricité, on installe un champ de panneaux solaires ; et dans le but de produire de l'eau chaude sanitaire on s'équipe d'un chauffeîo eau solaire. La nécessité de posséder cet ensemble d'installations pose un problème d'aménagement (espace) et de coût (financement).Usually, on a sunny day, to obtain shade except from trees and other shelters, a parasol is used or a shed is constructed. In addition, if one wishes to produce a substantial quantity of electricity directly and in isolation, a field of solar panels is installed; and in order to produce sanitary hot water we equip ourselves with a solar water heater. The need to have this set of facilities poses a problem of layout (space) and cost (financing).

Il existe cependant, une technologie connue sous l'appellation Concentration Photôvoltaïque (noté CPV) qui permet d'améliorer lë is rendement de la conversion photo/thermique de l'énergie solaire. Un dispositif CPV sur le marché se présente sous forme d'une structure massive et mobile qui se compose de plusieurs petits modules. Les modules sont collés les uns aux autres pour former un ensemble dont les cellules solaires sont interconnectées. Aujourd'hui, plusieurs 20 configurations optiques de cette technologie existent¹.However, there is a technology known under the name Photovoltaic Concentration (denoted CPV) which makes it possible to improve the efficiency of the photo / thermal conversion of solar energy. A CPV device on the market comes in the form of a massive, mobile structure that consists of several small modules. The modules are glued to each other to form an assembly whose solar cells are interconnected. Today, several 20 optical configurations of this technology exist ¹ .

Le dispositif selon l'innovation permet de remédier aux inconvénients sus cités en fédérant les différents besoins. En effet, l'innovation comporte selon une première caractéristique un collecteur, un récepteur et un châssis. A la différence des technologies CPV sur le 25 marché, le dispositif que nous proposons se présente sous forme d'un module unique et autonome de grande taille. Le collecteur, pourvu de quatre réflecteurs, permet de démultiplier l'intensité des rayons solaires ; ces rayons sont interceptés par le récepteur composé d'un réservoir d'eau et d'une plaque photovoltaïque ;The device according to the innovation makes it possible to remedy the aforementioned drawbacks by bringing together the various needs. Indeed, the innovation comprises according to a first characteristic a collector, a receiver and a frame. Unlike the CPV technologies on the market, the device we offer is in the form of a single, stand-alone module of large size. The collector, provided with four reflectors, makes it possible to multiply the intensity of the solar rays; these rays are intercepted by the receiver made up of a water tank and a photovoltaic plate;

L'ensemble collecteur-récepteur est monté sur un même support ^XM. Khamooshi, H. Salati, F. Egelioglu, A. Hooshyar, Faghiri, J. Tarabishi, and S. Babadi. A Review ofSolar Photovoltaic Concentrators. International Journal of Photoenergy, 2014:1-17, 2014 articulé sur le châssis ; ce dernier est équipé d'un mécanisme qui lui permet d'entraîner le collecteur dans un mouvement de rotation afin de suivre la course du soleil. Ainsi, quand le collecteur est bien aligné, il intercepte efficacement les rayons du soleil, ce qui produit de 5 l'ombre, et renvoie les rayons sur le récepteur dont le rôle est de convertir l'énergie solaire pour produire à la fois une grande quantité d'électricité et de l'eau chaude. Selon les modes particuliers de réalisation :The collector-receiver assembly is mounted on the same support ^X M. Khamooshi, H. Salati, F. Egelioglu, A. Hooshyar, Faghiri, J. Tarabishi, and S. Babadi. A Review ofSolar Photovoltaic Concentrators. International Journal of Photoenergy, 2014: 1-17, 2014 articulated on the chassis; the latter is equipped with a mechanism which allows it to drive the collector in a rotational movement in order to follow the course of the sun. Thus, when the collector is properly aligned, it effectively intercepts the sun's rays, which produces shade, and reflects the rays back to the receiver whose role is to convert solar energy to produce both large amounts of energy. amount of electricity and hot water. According to the particular embodiments:

• Le collecteur peut être dimensionné à plusieurs tailles ;• The collector can be dimensioned in several sizes;

îo · Les réflecteurs du bas et ceux du haut peuvent avoir plusieurs proportions qui jouent sur le taux de démultiplication et sur la taille du récepteur ;îo · The reflectors at the bottom and those at the top can have several proportions which affect the gear ratio and the size of the receiver;

• L'angle d'ouverture, l'une des caractéristiques des réflecteurs peut être adoptés entre 40° et 70°, ce qui joue sur la hauteur du is collecteur et sur sa sensibilité à des erreurs d'alignement avec le soleil ;• The opening angle, one of the characteristics of reflectors can be adopted between 40 ° and 70 °, which affects the height of the collector and its sensitivity to misalignment with the sun;

• La production d'eau chaude sanitaire peut être optionnelle ; cela est permit au moyen d'un récepteur hermétique, ou d'un récepteur connecté à un réservoir d'eau ;• The production of domestic hot water can be optional; this is allowed by means of a sealed receiver, or a receiver connected to a water tank;

· Le châssis peut être construit de sorte à permettre la poursuite du soleil suivant deux axes ou suivant un seul axe ;· The frame can be constructed so as to allow the sun to be tracked along two axes or along a single axis;

• Pour augmenter l'ombrage et améliorer l'esthétique, une bâche peut être envisagée tout autour des bordures des réflecteurs du bas.• To increase shading and improve aesthetics, a tarpaulin can be considered all around the edges of the lower reflectors.

La figure 1 représente le dispositif en 3D selon l'innovation. En référence à ce dessin, le dispositif comporte un collecteur (1), un récepteur (2), un châssis (3) et un système de traque du soleil (4).Figure 1 shows the device in 3D according to the innovation. With reference to this drawing, the device comprises a collector (1), a receiver (2), a frame (3) and a sun tracking system (4).

La figure 2 représente la coupe transversale du collecteur d'après une innovation. Selon la présente réalisation, le collecteur comporte deux 30 demi réflecteurs de type cylindro-parabolique (5), dont les axes optiques sont distants l'un par rapport à l'autre. Ces deux réflecteurs constituent l'élément optique primaire. Le collecteur comporte également un élément optique secondaire, de type Concentrateur Parabolique Composé, formé par l'association de deux demi réflecteurs de type cylindro-parabolique (6), dont les axes optiques sont inclinés par rapport à la verticale. L'élément optique secondaire est spécifiquement déterminé par les paramètres géométriques adoptés pour la conception. II détermine la convergence des rayons.Figure 2 shows the cross section of the collector according to an innovation. According to the present embodiment, the collector comprises two semi-reflectors of the cylindro-parabolic type (5), the optical axes of which are distant from one another. These two reflectors constitute the primary optical element. The collector also comprises a secondary optical element, of the Compound Parabolic Concentrator type, formed by the association of two semi-reflectors of the cylindro-parabolic type (6), the optical axes of which are inclined relative to the vertical. The secondary optical element is specifically determined by the geometric parameters adopted for the design. It determines the convergence of the rays.

La figure 5 est le résultat d'une simulation effectuée sur Tonatiuh qui montre le profile de l'irradiation à la sortie d'un prototype de la configuration optique sus décrite. Le tableau 1 donne les paramètres géométriques entrés dans le logiciel. Ce résultat montre que dans toutes les deux directions d'une surface plane (7) disposée à la sortie du collecteur, on obtient une bonne uniformité de la distribution de l'irradiation avec un facteur de concentration avoisinant 15 soleils. Pour la simulation, le réflecteur primaire 1 et le réflecteur secondaire 1 forment le premier ensemble du collecteur. La simulation a été effectuer sur ces deux éléments avec un modèle Buie_sunshape pour le soleil et un nombre total de 500 000 000 rayons. La valeur xMax du réflecteur secondaire 1 a été exagérée pour couvrir tout le récepteur. Le résultat final qui considère l'ensemble du collecteur est obtenu en superposant le spot lumineux obtenu à son symétrique.FIG. 5 is the result of a simulation carried out on Tonatiuh which shows the profile of the irradiation at the exit of a prototype of the optical configuration described above. Table 1 gives the geometric parameters entered into the software. This result shows that in both directions of a flat surface (7) disposed at the outlet of the collector, good uniformity of the irradiation distribution is obtained with a concentration factor of around 15 suns. For the simulation, the primary reflector 1 and the secondary reflector 1 form the first assembly of the collector. The simulation was performed on these two elements with a Buie_sunshape model for the sun and a total number of 500,000,000 rays. The xMax value of sub-reflector 1 has been exaggerated to cover the entire receiver. The final result which considers the whole of the collector is obtained by superimposing the light spot obtained on its symmetrical.

La figure 2 donne un aperçu du processus d'assemblage d'un réflecteur en prenant exemple sur le réflecteur (5). Les pièces 8,12 & 13 qui composent le socle des réflecteurs sont usinées sur du bois. Des lattes (9) de fer ou d'aluminium (de préférence en aluminium) de 1 mm sont ensuite fixées sur les faces supérieures des pièces 8 & 12. Le rôle de ces lattes est d'éviter que d'éventuelles déformations du bois influent fortement sur les géométries.Figure 2 gives an overview of the assembly process of a reflector by taking the example of the reflector (5). The parts 8,12 & 13 which make up the base of the reflectors are machined on wood. Slats (9) of iron or aluminum (preferably aluminum) of 1 mm are then fixed on the upper faces of parts 8 & 12. The role of these slats is to prevent any deformation of the wood from influencing. strongly on geometries.

On procède ensuite au placage d'une feuille de contreplaqué (10) sur le socle au-dessus des lattes (9). Pour finir on procède au placage d'une feuille d'aluminium réfléchissante (11) sur le contreplaqué (10). Pour effectuer les différents collages on emploie une colle hybride, non corrosive et résistante à l'humidité. Afin de limiter le jeu entre l'élément optique primaire et l'élément optique secondaire, on utilise quatre câbles fins pour les ancrer l'un à l'autre.Next, a sheet of plywood (10) is placed on the base above the slats (9). Finally, a reflective aluminum foil (11) is placed on the plywood (10). To carry out the various bondings, a hybrid adhesive, non-corrosive and resistant to humidity is used. In order to limit the clearance between the primary optical element and the secondary optical element, four thin cables are used to anchor them to one another.

La figure 6 montre une coupe transversale du récepteur suivant différents modes de réalisation. Le récepteur comprend en général un panneau photovoltaïque (20) situé à la base, un verre transparent (18) situé au sommet, une parois latérale en aluminium inoxydable (21) et un fluide réfrigérant (19). Suivant le mode de réalisation, le panneau photovoltaïque peut être composé de 2 à 3 rangées de cellules solaires à hauts rendement faites à base de silicium. Les cellules sont connectées les unes aux autres de sorte à avoir le nombre de liaisons en série nécessaire à la production d'une tension suffisante et requise pour alimenter une batterie. Le fluide (19), de l'eau de préférence, est employé comme réfrigérant afin d'abaisser la température des cellules. Il peut être soustrait au moyen d'une petite pompe afin d'évacuer la chaleur en produisant d'autres services.Fig. 6 shows a cross section of the receiver according to different embodiments. The receiver typically includes a photovoltaic panel (20) located at the base, a transparent glass (18) located at the top, a stainless aluminum side wall (21) and a refrigerant (19). Depending on the embodiment, the photovoltaic panel can be composed of 2 to 3 rows of high efficiency solar cells made from silicon. The cells are connected to each other so as to have the number of series links necessary for the production of a sufficient voltage and required to supply a battery. The fluid (19), preferably water, is used as a coolant to lower the temperature of the cells. It can be subtracted by means of a small pump in order to remove the heat by producing other services.

L'ensemble des éléments énumérés est assemblé pour réaliser un ensemble qui sera articulé sur le châssis. La figure 4 est une vue en 3D des composantes possibles du châssis : pied fixe (14) & bras fixe (15) sur la Fig 4a ; pied fixe (14) & bras rotatif (17) sur la Fig 4b, pied telescopique (16) & bras rotatif (17) sur la Fig 4c. En adoptant un support de type pied fixe & bras fixe on obtient un système à un seul axe de rotation. En adoptant un support de type pied fixe & bras rotatif on obtient un système à deux axes de rotation. Avec le pied telescopique s'ajoute l'option d'augmenter ou de diminuer la hauteur du dispositif. D'autre part il est possible de combiné deux supports dans le but d'assurer une meilleure résistance de la structure au vent.All of the listed elements are assembled to make an assembly that will be articulated on the frame. Figure 4 is a 3D view of the possible components of the frame: fixed leg (14) & fixed arm (15) in Fig 4a; fixed foot (14) & rotating arm (17) in Fig 4b, telescopic foot (16) & rotating arm (17) in Fig 4c. By adopting a fixed foot & fixed arm type support, a system with a single axis of rotation is obtained. By adopting a fixed foot & rotating arm type support, a system with two rotation axes is obtained. With the telescopic leg is added the option of increasing or decreasing the height of the device. On the other hand, it is possible to combine two supports in order to ensure better resistance of the structure to the wind.

Une fois réalisé, le dispositif à l'apparence d'un parasol en bois déjà plafonné. Autant d'artifices de décoration peuvent lui être apporté pour dissimuler certains traits. Le bois du socle est traité avec de la peinture à huile pour résister aux intempéries. A titre d'exemple non limitatif, le dispositif aura des dimensions réelles de l'ordre de 1,25 m pour la largeur, 3 m pour la longueur et 2 à 3,5 m pour la hauteur.Once completed, the device has the appearance of a wooden parasol already capped. As many decorative artifices can be brought to it to hide certain features. The wood of the base is treated with oil paint to resist bad weather. By way of non-limiting example, the device will have actual dimensions of the order of 1.25 m for the width, 3 m for the length and 2 to 3.5 m for the height.

Claims

1) Device according to claim 1 characterized in that the photovoltaic concentration system obtained is uni-modular because it consists of a single collector (1) and a single receiver (2), the whole of which is articulated on a frame (3) and set in motion by means of an automatic tracking system (4).

2) Device according to claim 1 characterized in that the photovoltaic concentrator obtained fits into a house as a shed or parasol, given its structure and its lightness.

3) Device according to claim 1 characterized in that the system is machined on wood to fit with the architectural and decorative expectations.

4) Device according to claim 2 characterized in that the lightness of the collector associated with the receiver is obtained by means of low weight materials, which promotes the adoption of a light tracking system, discreet and low cost.

5) Device according to claim 2 characterized in that the photovoltaic parasol obtained brings together three services: better thermal comfort, photovoltaic energy and domestic hot water.

6) Device according to claim 3 characterized in that the collector, as shown in Figure 1, is a new optical configuration which makes possible this whole approach and which in addition is developed on the basis of simple geometric shapes.

7) Device according to claim 3 characterized in that the collector-receiver assembly as arranged, promotes the harmonization of the irradiation on the receiver; optimization of the concentration factor; and, for a given concentration factor, the guarantee of a lower sensitivity to optical errors.

8) Device according to claim 3 characterized in that all of the aforementioned improvements are obtained by associating a half parabola (5) with a specific secondary reflector (6) in the off-set configuration of the Gregorian type; then by superimposing the light spot provided by this first set on that of another set which is perfectly symmetrical to it.

s

9) Device according to claim 3 characterized in that the receiver is best placed at a height close to the focal point of the primary; and the axis of symmetry passes through its center.

10) Device according to claim 1, 2, and 3 characterized in that the photovoltaic concentrator obtained is autonomous because a single Io module alone supplies a 12V battery.