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Title:
DEVICE FOR POSITIONING A SOLAR ENERGY TRANSMISSION BEAM IN RELATION TO A CONCENTRATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/171533
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a device for positioning a solar energy transmission beam in relation to a single-focus parabolic solar concentrator allowing the sunlight to be focused and the filtered focused beams to be transmitted in the form of visible waves from the outside to the inside via an optical fiber bundle in order to bring natural light to dark or poorly oriented areas in a building. Said device mainly consists of a tube (1) for positioning the optical fiber bundle, a part (2) for attaching the tube to the parabolic concentrator, and a triple IR and UV radiation filtering system. The disclosed device solves the problem of aligning the optical fiber bundle in relation to the angle of incidence of the focused beams at the focal point, protecting the optical fibers by triple filtering of the focused beams, and providing uniform light inside the building by uniformly distributing the filtered beams across the input point of the optical fiber bundle.

Inventors:
SEDKI, Laila (N° 251, Hay Nahda 1 Idafi Rabat CP:, 10210, MA)
MAAROUFI, Mohamed
Application Number:
MA2017/000010
Publication Date:
October 05, 2017
Filing Date:
March 31, 2017
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSITÉ MOHAMMED V DE RABAT (Avenue des Nations Unies, Agdal Rabat, B.P:8007.N.U, MA)
International Classes:
F24S23/00; F21S11/00; F24S23/71
Foreign References:
US8184372B12012-05-22
US20120243836A12012-09-27
US20150048776A12015-02-19
US20120017888A12012-01-26
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
KARTIT, Zaid (Angle avenue Allal El Fassi et Mfadel Cherkaoui 8007 N.U, Rabat, MA)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Un dispositif de positionnement d'un faisceau transmetteur d'énergie solaire par rapport à un concentrateur d'un système d'éclairage nature! pour le transfert de lumière de l'extérieur vers des zones sombres, composé de :

- Une parabole à simple concentration.

- Un système de suivi solaire.

- Un faisceau de fibres optiques.

Le dit dispositif de positionnement est composé de :

Un tube de positionnement du faisceau de fibres optiques.

Une pièce de fixation sur la parabole.

Un système de triple filtrage des rayons IR et UV.

Caractérisé en ce que le dit dispositif de positionnement est relié au concentrateur au niveau focal (fîg.1 et 2) par une pièce plate de fixation réglable sur le bras de la parabole (2) (fig.3) , le dit dispositif est composé de trois niveaux de filtration de la chaleur pour palier au problème de détérioration des fibres surtout en plastique par l'effet chaleur lors d'une concentration significative :

Un premier niveau de filtrage des rayons IR et UV placé au niveau de la surface focal de la parabole composé d'un écrou de couvercle (5) et d'un filetage en métal (7) (fig.3) de diamètre au moins supérieur au diamètre de la surface focal du concentrateur constituant un compartiment logeant le premier filtre IR et UV.

Un deuxième niveau de filtrage des rayons IR et UV et d'isolation thermique, adjacent au premier niveau de filtrage, constitué d'un vide réglable assuré par au moins deux tiges réglables en métal (6) (fig.3) reliées au premier compartiment de filtration au niveau du filetage (5) (fig.3) ; Ce vide permet une aération naturelle des fibres optiques qui chauffent et se détériorent lors d'une concentration significative.

- Un troisième niveau de filtrage des rayons composé d'un écrou de couvercle (4) (fig.3) et d'un filetage en métal (3) (fig.3), relié aux tiges (6) (fig.3), dédié pour loger un deuxième filtre optique; Ce troisième compartiment de filtrage permet de diminuer amplement la chaleur à l'entrée du faisceau de fibre optique logé dans le tube de positionnement (1) (fig.3), il permet aussi d'assurer l' uniformité d'éclairage à l'intérieur en plaçant comme filtre une lentille divergente répartlssant ainsi les rayons concentrés uniformément sur le faisceau de fibres optiques . La partie avant du tube (1 ) est liée au troisième compartiment de filtrage au niveau du filetage (3) (fig.3) ; le dit tube est lié au bras de la parabole(2) (fig.3) par la pièce plate de fixation(2) (fig.3).

2. Le dispositif de positionnement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce plate de fixation (2) lié au tube ( 1) fixe le dit dispositif sur le bras de la parabole tout en respectant l'angle d'incidence convenable des rayons concentres (fig.2), la pièce plate comporte une fente de longueur adéquate qui permet une flexibilité pour le centrage du premier niveau de filtrage du dit dispositif au niveau du point focal. La pièce plate est dotée de vis de fixation (8) qui consolide le dit dispositif sur le bras de la parabole.

3. Le dispositif de positionnement selon l'une des revendications précédente caractérisé en ce que le dit tube en métal (1) (fig.3) est de diamètre et longueur adéquats à ceux du faisceau de fibre optique, ce tube contient des vis de sen-age (8) à Feutrée et à la sortie du faisceau pour assurer le maintien pérenne du faisceau de fibre optique de façons aligné avec les rayons concentrés dans la surface focale (fig.2).

4. Un système d éclairage naturel par fibre optique (fig.1 et 2) comprenant le dit dispositif de positionnement d'un faisceau transmetteur d'énergie solaire par rapport à un concentrateur selon les revendications 1 à 3, le dit système comprend :

Une parabole à simple concentration.

Un système de suivi solaire.

Un faisceau de fibres optiques.

- Un tube de positionnement du faisceau de fibres optiques.

Une pièce de fixation sur la parabole.

Un système de triple filtrage des rayons IR et UV.

Planche de dessins :

la figure 1 est une photo du système d'éclairage naturel par concentrateur solaire parabolique miroité doté du dispositif de positionnement du faisceau transmetteur selon l'invention.

La figure 2 est une photo du dispositif de positionnement d'un faisceau transmetteur d'énergie solaire par rapport à un concentrateur avec trois niveaux de filîration des rayons concentrés.

La figure 3 est une vue d'ensemble du support de positionnement d'un faisceau transmetteur d'énergie solaire par rapport à un concentrateur mobile avec les trois niveaux de filtration.

~ La figure 4 est un dessin industriel détaillé pour la fabrication d'un exempte du dispositif de positionnement d'un faisceau transmetteur d'énergie solaire adapté pour un faisceau de fibre optique de diamètre 0.03m par rapport à un concentrateur mobile de 0.9m de diamètre.

La figure 5 est une photographie d'expérience de la détérioration du faisceau de fibre optique par l'effet chaleur avec l'existence d'un seul filtre anti-IR et anti-UV dans un système d'éclairage naturel non doté du dit dispositif de positionnement objet de l'invention.

Description:
TITRE : DISPOSITIF DE POSITIONNEMENT D'UN FAISCEAU TRANSMETTEUR D'ENERGIE SOLAIRE PAR RAPPORT A UN CONCENTRATEUR

DESCRIPTION

La présente invention concerne un dispositif de positionnement d'un faisceau transmetteur d'énergie solaire par rapport à un concentrateur dans un système d'éclairage naturel et de transmission de lumière par faisceau de fibres optiques.

Le système d'éclairage naturel est composé de :

Une parabole à simple concentration.

Un système de suivi solaire.

Un faisceau de fibres optiques.

Un diffuseur de lumière intérieure.

Le dit dispositif de positionnement est composé de :

Un tube de positionnement du faisceau de fibres optiques.

Une pièce de fixation sur la parabole.

Un système de triple fittration des rayons ÏR et UV.

Cette invention concerne un dispositif de positionnement d'un faisceau transmetteur d'énergie solaire sous forme de lumière par rapport à un concentrateur. Le concentrateur est de préférence une parabole à simple concentration miroitée ou chromée. Cette parabole - largement industrialisée- a déjà fait ses preuves en matière de .réflectivité et de concentration solaire avec un facteur prix qui est relati vement faible. (Dans les fours solaires par exemple).

Le concept fondamental du système d'éclairage solaire est d'amener la lumière du soleil dans les pièces sombres sans fenêtres, aux sous-sols, dans les bâtiments mal orientés ou en complément des ouvertures traditionnelles en utilisant les concentrateurs solaires paraboliques a simple concentration et les fibres optiques. Cependant pour ces types de concentrateur, le faisceau de fibres optiques est situé au niveau focal et est endommagé par la chaleur concentrée causée par les rayons 1R et UV, D'après l'expérience effectuée F utilisation d'un simple filtre anti-lR et .anti-UV ne protège pas la fibre optique à long terme surtout avec des degrés de concentration élevée (fig.5).

Actuellement, ils existent différents systèmes d'exploitation directs du soleil pour Γ éclairage du jour. Les nouvelles technologies vont au-delà des fenêtres et d'autres solutions architecturales traditionnelles mais ils ne sont toujours pas populaires et non encore massivement industrialisables.

Des solutions techniques- ont été développées afin de faire parvenir la lumière extérieure dans les pièces sombres. Parmi ces technologies, les puits de lumière, le HELIOBUS, le HIMÀWARl et les systèmes avec lentilles de Fresneî. L'un des inconvénients de ces systèmes est leur faible ROI (Return Of ïnvestment). D'autres systèmes simples proposent des concentrateurs paraboliques à faible coût, par contre ils souffrent d'une conception primitive surtout au niveau du moyen de fixation du faisceau de fibre optique au point focal et d ' une filtra.ti.on calamiteuse des rayons UV et IR (surtout pour l'utilisation des fibres optiques en plastique ou en polymétaehrylate de méthyle (PMMA) avec un niveau élevé de concentration). ' Hors si la lumière collectée n'est pas correctement concentrée à l'entrée de l'organe transmetteur de lumière et si les caractéristiques du faisceau transmetteur se détériorent par la chaleur le rendement diminue significativement, ce qui constitue le nerf de guerre d'un système de concentration pour l'éclairage naturel â fibres optiques.

Le but de la présente invention est donc de pallier aux inconvénients précités. Pour cela le dit dispositif de positionnement (fig.2) permet, tout d'abord par son design de porter et situer le faisceau transmetteur de lumière correctement sur le niveau focal d'un concentrateur parabolique préfabriqué (fig.1 ). il permet aussi de garder le faisceau de fibre optique fixe au niveau focal, lors de la poursuite solaire * pour un rendement maximal. Le dispositif comporte une pièce plate de fixation sur le bras de la parabole qui permet sa fixation tout en respectant l'angle d'incidence convenable des rayons concentrés par rapport à l'angle d'acceptante des libres optiques. La pièce plate comporte une fente de longueur adéquate qui permet une flexibilité pour le centrage du faisceau. Le dit dispositif permet aussi de protéger l'entrée de la fibre optique d'une éventuelle fusion due à l'exposition prolongée â ia chaleur. Il est composé de trois niveaux différents de filtration de la chaleur pour palier au problème de détérioration des fibres surtout en plastique ou PMMA. par l'effet chaleur lors d'une concentration significative :

le premier niveau de filtrage des rayons IR et UV placé au niveau de la surface focal de la parabole composé d'un écrou de couvercle et d'un filetage en métal (fig.3) de diamètre au moins supérieur au diamètre de la surface focal du concentrateur constituant un compartiment logeant le premier filtre IR et UV.

Le deuxième niveau de filtrage des rayons ÏR et UV et d'isolation thermique, adjacent au premier niveau de filtrage, constitué d'un vide assuré par au moins deux tiges en métal réglables (6) (fig.3) .Ce vide réglable permet une aération naturelle des fibres optiques qui chauffent et se détériorent lors d'une concentration significative. le troisième niveau de titrage des rayons composé d'un écrou de couvercle (4) (fig.3) et d ' un filetage en métal (3) (fig.3),, dédié pour loger un deuxième filtre optique; Ce troisième compartiment de filtrage permet de diminuer amplement la chaleur à l'entrée du faisceau, de fibre optique logé dans le tube de positionnement (!) (fig.3), il permet aussi d'assurer l'uniformité d'éclairage à l'intérieur en plaçant un filtre avec lentille divergente. L'utilisation de la lentille divergente permet de diminuer 1a chaleur au centre du faisceau de fibre optique et de répartir les rayons concentrés d'une manière uniforme sur les fibres optiques (l ' expérience a montré que les fibres au centre recevaient plus de lumière concentrée que les fibres du contour et se détérioraient les premiers).

Le dispositif de positionnement du faisceau transmetteur d'énergie solaire par rapport au concentrateur mobile proposé permet donc d'assurer le maintien de façon pérenne du faisceau de fibre optique dans la surface focal. de respecter l'angle d'incidence des rayons , de supporter le poids du faisceau de libre et de filtrer à trois niveaux les rayons concentrés.

Le dispositif de positionnement est de préférence une pièce mécanique en métal comportant de droite à gauche (fig.3):

Un tube (1 ) de diamètre adéquat à celui du faisceau de fibre optique et de longueur proportionnelle au poids du faisceau. Le tube (I ) contient des vis de serrage (8) à l'entrée et à la sortie. La partie avant du tube est de diamètre supérieur au diamètre du point focal avec un filetage (3) qui va recevoir l'écrou de couvercle (4) destiner â loger le filtre optique avec une lentille divergente en cas de besoin assurant le troisième niveau de filtration des rayons IR et UV.

Une pièce plate (2) sous le tube fixe le dispositif sur le bras de la parabole tout en gardant l'angle d'incidence convenable. La pièce plate comporte une fente de longueur adéquate qui donne plus de flexibilité dans le réglage de l'entrée du support, au niveau du point focal. La pièce plate comporte des vis de fixation (8) Cjui consolide le dispositif sur le bras de la parabole.

Des tiges réglables (6) sont liées à l'écrou de couvercle (4) laissant un vide entre les deux filtres agissant comme deuxième niveau de filtration des rayons ÏR et UV. Ces tiges permettent aussi de maintenir un deuxième filetage (S) avec écrou de couvercle (?) pour loger un filtre anti-IR anii-UV constituant le premier niveau de filtration des rayons IR et UV au niveau de la surface focal.