Capteur solaire

DOMAINE DE L'INVENTION

[0001] La présente invention est relative à un système de concentration de l'énergie solaire pour générer de la chaleur et/ou de la puissance. Plus particulièrement, la présente invention concerne un système d'unités solaires modulaires.

OBJET DE L'INVENTION

[0002] Un objet de l'invention présente est un assemblage d'unités constituées de miroirs assemblés selon au moins un arc de parabole, chaque miroir comportant deux rebords latéraux opposés et des rebords longitudinaux interne et externe opposés, chacun des deux miroirs étant longitudinalement solidarisé avec l'autre miroir le long de leurs rebords longitudinaux internes respectifs par au moins un dispositif de solidarisation positionné au centre de l'arc de parabole; et solidarisé à chaque rebord latéral à des supports de roue.

[0003] D'autres objets, avantages et fonctions de la présente invention deviendront plus apparentes lors de la description suivante de modes de réalisations possibles, donnés à titres d'exemples seulement, en relation aux figures suivantes.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0004] FIG. 1 est une vue de dessus d'un assemblage selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0005] FIG. 2A est une vue en perspective de l'assemblage de la FIG. 1 ; [0006] FIG. 2B une vue explosée de l'assemblage de la FIG. 1 ;

[0007] FIG. 3A est une vue schématique explosée de la structure interne d'un miroir selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0008] FIG. 3B un détail de la FIG. 3A;

[0009] FIG. 4A est une vue de dessous d'une section d'un miroir selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0010] FIG. 4B est une vue de côté d'un miroir selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0011] FIG. 5A est une vue explosée d'une roue, avec travers, renforts et trous de fixation de miroir, selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0012] FIG. 5B est une vue perspective d'une roue selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0013] FIG. 6 est une vue de côté d'un travers de roue des FIGs. 5;

[0014] FIG. 7 est une vue explosée d'un support de roue selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0015] FIG. 8A une vue de dessus du support de roue de la FIG. 7

[0016] FIG. 8B est une vue perspective du support de roue de la FIG. 7;

[0017] FIG. 8C est une vue de côté du support de roue de la FIG. 7;

[0018] FIG. 8D est une vue de bout du support de roue de la FIG. 7;

[0019] FIG. 9A est une vue perspective d'un support de roue permettant l'ancrage d'un assemblage selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0020] FIG. 9B une vue de côté du support de roue de la FIG. 9A;

[0021] FIG. 10A est une vue perspective d'un support de roue avec module de rotation motorisé selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0022] FIG. 10B est une vue explosée du support de roue de la FIG. 10A;

[0023] FIG. 11 illustre schématiquement une unité à deux sections de miroirs, à l'aide d'une pièce centrale continue, selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0024] FIG. 12 est une vue de côté de l'unité de la FIG. 11 ;

[0025] FIG. 13 illustre schématiquement une unité à deux sections de miroirs, avec des pièces de raccord au centre, selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention;

[0026] FIG. 14 illustre un dispositif de solidarisation entre deux sections de miroirs selon un autre mode de réalisation d'un aspect de la présente invention; et

[0027] FIG. 15A - FIG. 15E sont des vues de côtés d'un assemblage selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention, dans différentes orientations.

DESCRIPTION DE MODES DE RÉALISATION

[0028] La FIG. 1 illustre un capteur selon un mode de réalisation d'un aspect de la présente invention. Le capteur illustré consiste en une rangée structurelle d'unités comprenant chacune deux sections de miroirs 6a, 6b positionnées de façon symétrique par rapport à une ligne de captation 5 qui s'étend au centre des deux sections de miroirs 6a, 6b, et qui contient un fluide caloporteur, selon un arc de parabole (voir FIGs. 14 par exemple), et des roues 4 de plus petite taille que les deux sections 6a, 6b de miroirs 6 assemblées, i.e. le rayon D/2 des roues 4 est plus petit que la largeur d de chaque section 6a, 6b (D < 2d). L'assemblage des deux sections de miroirs 6a, 6b peut pivoter complètement d'une position où la surface concave du capteur, formée par les deux sections de miroirs 6a, 6b, est orientée vers le haut (voir FIG. 15d) vers une position où la surface convexe du capteur, formée par les deux sections de miroirs 6a, 6b, est orientée vers le haut (voir FIG. 15A).

[0029] Chaque miroir 6a, 6b comporte deux rebords latéraux 25, 27 opposée et deux rebords longitudinaux, externe 21 , et interne 23, opposés, chacun des deux miroirs étant longitudinalement solidarisé avec l'autre miroir, i) le long de leurs rebords longitudinaux internes 23 respectifs par au moins un dispositif de solidarisation positionné au centre de l'arc de la parabole qu'ils forment et discuté plus bas en relation aux FIGs. 11-14 par exemple; et ii) à chaque rebord latéral 25, 27 par un support de roue 31 en au moins deux points d'appui distincts 39, 33 (voir FIGs. 2).

[0030] La FIG. 2B montre l'assemblage entre des sections de miroirs 6a, 6b, des roues 4, et la ligne de captation 5. Des bras supports, ou caloarms, 13 supportent la ligne de captation 5 entre les roues 4, au centre de l'arc de la parabole. De tels bras support 13, situés seulement au centre de l'arc de la parabole, et non à ses extrémités, permet de solidariser l'assemblage sur autant de points et d'ainsi répartir les charges de manières uniformes.

[0031] La FIG. 3A est une vue schématique explosée de la composition sandwich d'une section de miroir. Chaque section de miroir est structurante. Différentes couches forment une structure interne non uniforme dans la masse. Sont illustrés également des détails d'éléments de renforts entre miroirs et roues. Des éléments structurants, comprenant par exemple une tôle miroir 12, une tôle arrière 14, une extrusion interne 9, i.e. le long du rebord longitudinal interne 23, une extrusion externe 10, i.e. le long du rebord longitudinal externe 21 , et un renfort longitudinal intermédiaire 2, forment une enveloppe et permettent la répartition de la charge sur une grande surface et ainsi de limiter les risques de déchirement ou de bris du miroir. Des tiges d'ancrage miroir 130 permettent le lien mécanique entre les roues et les sections de miroir. Un arceau inférieur 1 permet de rigidifier la structure aux niveaux des ancrages miroir 130. La structure interne du miroir comprend ainsi au moins deux couches internes, à savoir une couche supérieure 15 à base d'une fibre de verre triaxiale ou de la fibre carbone par exemple, dont l'épaisseur constitue de préférence au plus 5% de l'épaisseur du miroir, et une couche inférieure 16 à base d'une mousse rigide par exemple de polystyrène. Parmi les deux couches externes, format l'enveloppe, soit la tôle miroir 12 et la tôle arrière 14, en aluminium par exemple, une a été traitée, soit la tôle miroir 12, pour obtenir un pouvoir réfléchissant. Le collage des couches est réalisé avec une colle de type epoxy par exemple. [0032] La FIG. 4B est une vue de côté du miroir montrant les tiges d'ancrage miroir 130 Telle qu'illustrée en FIG. 4A, la couche inférieure 16 peut être composée de 3 panneaux, 16a, 16b, 16c. Les rebords latéraux 25, 27 des sections de miroirs ont deux largeurs s et S, avec s moins large que S, permettant une ouverture suffisante au dégagement des supports de roue (voir FIG. 1 par exemple). Cette forme des rebords latéraux 25, 27 des sections de miroirs permet l'utilisation de roues 4 toutes de même diamètre, plus petites que les sections de miroir assemblées (s <S), afin de permettre la rotation des miroirs assemblés jusqu'à 275° sans entrer en contact avec les supports de roue. Du fait du positionnement des tiges d'ancrage miroir 130 par rapport à chaque section de miroir, la section de miroir, localement, c'est-à-dire là où il y a les tiges d'ancrage miroir 130, doit être renforcée afin d'assurer la répartition des contraintes mécaniques, comme illustré à la FIG. 3B: l'extrusion externe 10, la tôle miroir 12, l'extrusion interne 9, et la tôle arrière miroir 14 permettent ce renfort, en formant une enveloppe, i.e. une structure de miroir fermée, de type cellule, illustrée à la FIG. 4B.

[0033] Chaque miroir possède une inertie de section au centre de gravité d'au moins : lx=1 ,34E+008 et ly = 2,11 E+009. Cette inertie de section par rapport à un axe « x » et un par rapport à un axe « y » assure une rigidité structurelle de l'assemblage. Cette rigidité structurelle se traduit par une résistance à la torsion ainsi qu'à la flexion, sur de grandes sections de miroirs.

[0034] Les roues 4, comme illustrées aux FIGs. 5, 9 ou 10 par exemple, peuvent être formées par exemple à partir d'un tube carré. Leur fonction est de transmettre un mouvement de rotation contrôlé aux miroirs et de servir d'élément de solidarisation entre des sections de miroirs longitudinalement adjacents s1 , s2, s3, s4 (voir par exemple FIGs. 1 et 2).

[0035] Les FIGs. 5 montrent l'assemblage d'une roue 4 avec des travers 2 et des renforts 300 permettant le support et le positionnement des miroirs. Les travers 2 de roue permettent la fixation du rebord latéral 25, 27 des miroirs aux roues 4. Des trous 7 de fixation des miroirs reçoivent les tiges d'ancrage miroir 130 des miroirs (voir FIG. 3b), de façon à positionner précisément les miroirs et obtenir l'arc de parabole précis désiré, assurant ainsi la précision optique au foyer de la parabole, et un temps de montage réduit. Ces travers de roue 2 sont découpés au laser de façon très précise avec positionnement de trous de fixation 7 préétabli. Ces travers 2 sont ensuite fixés aux roues 4 à l'aide de boulons et munis de renforts structuraux 300 afin de donner de la force mécanique entre chacun des travers 2. De fait, les sections de miroirs peuvent subir des forces latérales dues à une variété de sources. La simple dilatation thermique d'une rangée de miroirs de 30 mètres de long fait bouger l'assemblage considérablement en hiver comparativement à l'été par exemple. Les renforts 300 de travers 2 empêchent les travers 2 de plier sous l'effet de telles forces par exemple.

[0036] La FIG. 6 est une vue de côté d'un travers de roue 2. On y voit la position précise des trous 7 de positionnement, aussi bien les trous de fixation 41 entre les travers 2 et la roue 4 que les trous 7 de fixation des miroirs 6 aux travers 2.

[0037] La FIG. 7 est une vue explosée d'un support de roue 31 , comprenant des arceaux latéraux 30 et des supports radiaux 10. Des tiges d'ajustement 20 relient le support de roue 31 , via les supports radiaux 10, à une tête d'ancrage 42 supportée par un pieux d'ancrage 100 (voir FIGs. 10, 14), permettant l'ajustement des supports radiaux 10 selon deux axes, ce qui permet l'ajustement optique du capteur. Des roulettes 50 permettent le roulement des roues sur supports radiaux 10 tout en limitant la friction. La largeur des supports radiaux 10 permet de reprendre la dilatation thermique d'une rangée de capteur assemblé. Les arceaux latéraux 30 sont identiques, ce qui simplifie la gestion de pièces.

[0038] Les FIGs. 8 sont des vues du support de roue 31 de la FIG. 7, assemblé. Une largeur d'environ 200 mm entre les arceaux latéraux 30 pour un assemblage type de 100' de longueur par exemple, permet absorber des fluctuations de positionnement des roues dues à la dilatation des matériaux, par exemple sous l'effet de variations de température entre l'hiver et l'été. Comme discuté plus haut, le support de roue 31 , fixé par les tiges d'ajustement 20 dans des trous oblongs des têtes d'ancrages 42 par exemple, aux têtes d'ancrages 42, est ajustable en translation et en rotation afin d'absorber les tolérances d'installation d'éléments d'ancrage au sol, tels que les pieux 100 d'ancrage au sol (FIG. 15), permettant une précision nécessaire à l'alignement et au balancement d'une rangée assemblée telle qu'Illustrées par exemple en FIGs. 1 et 2. Les FIGs. 9 représentent un support de roue 110, typiquement en bout de rangée d'un assemblage d'unités selon la présente invention, qui sert essentiellement à fixer la rangée verticalement à des têtes d'ancrage 42, ou des poutres par exemple (voir FIGs. 2). En effet, lors de bourrasques de vent, la forme parabolique du capteur entraine des charges de portance et de traînée. Ces forces ont tendance à propulser le capteur verticalement, vers le ciel ou vers le sol. Selon l'inclinaison des miroirs et la trajectoire du vent, la force résultante sur le capteur peut être très variable. Des supports 101 permettent donc de maintenir les miroirs en place dans l'axe vertical tout en limitant les forces de friction à la rotation sur les roues. Le support 101 permet la rotation du système, la dilatation des rangées, et le maintien de la rangée sur les têtes d'ancrage 42. Un élément externe 90, constitué généralement d'une plaque métallique, ou d'un câble par exemple, est fixé cintrant la roue 4, pour retenir la roue sur son support.

[0040] Pour les autres supports de roue dans la rangée, la FIG. 10A est une vue assemblée et la FIG. 10B est une vue éclatée d'un support de roue 50, du type illustré aux FIGs. 7 et 8, pourvu en plus d'un module de rotation motorisé. Afin de permettre la rotation d'un ou plusieurs unités de capteurs, le module mécanisé est disposé au centre de l'assemblage par exemple (voir FIG. 2B), ou à une extrémité, afin d'être apte à faire pivoter l'assemblage complètement sur des supports de roue 31 pour le placer en mode « fermé » ou dit de « protection » (FIG. 15A) par exemple. Le support de roue motorisé 50, illustré en FIGs. 10, est simple d'assemblage et compact. En plus de posséder les mêmes fonctions que des roues intermédiaires, une roue ainsi motorisée assure l'entraînement mécanique de la rangée, grâce à un système de crémaillère et roue dentée par exemple.

[0041] Le module mécanisé permet l'entraînement de la roue avec une courroie d'entraînement par exemple, ou une chaîne, qui joue aussi le rôle de dispositif de retenu 9, un moteur capable de fonctionner dans deux sens et à vitesse variable, actionnant la rotation de la rangée, et résistant aux intempéries, des engrenages et des roulements, et permet conséquemment l'entraînement de l'assemblage complet afin d'assurer la poursuite précise du soleil. Il permet également de pivoter l'assemblage dans différentes positions entre 0, correspondant au mode « fermé » ou dit de « protection » du capteur, jusqu'à environ 275°, comme schématisé aux FIGs. 14.

[0042] Au niveau des supports 50, au moins un dispositif de retenu 9 est configuré pour empêcher la désolidarisation de la roue du support de la structure d'appui sur laquelle est positionné le support roue tout en l'entraînant Pour les autres roues, non motorisées, un cerceau de solidarisation peut être utilisé, configuré de façon ne pas entraver la rotation du système.

[0043] La FIG. 11 est une illustration d'un mode de réalisation, selon un aspect de la présente invention, d'une unité à deux sections de miroir 6a, 6b. Le dispositif de solidarisation entre les deux sections de miroir 6a, 6b est une pièce longitudinale continue 110 ayant une section en Z, positionnée entre les deux sections de miroir 6a, 6b. La pièce 110 comprend une première surface 111 reliée à une seconde surface 113 par un corps 115 formant la barre centrale du Z, la première surface 111 étant fixée le long du rebord longitudinal interne 23a de la première section de miroir 6A et la seconde surface 113 étant fixée le long du rebord longitudinal interne 23b de la seconde section de miroir 6b, formant une unité 1000. L'unité 1000 ainsi formée a une section en Z, et comprend deux miroirs décalés 6a et 6b, soit sur deux arcs de parabole décalés, l'un de l'autre par le corps 115 de la pièce longitudinale continue 110, d'où une bifocale. De fait, le positionnement décalé des deux arcs de paraboles permet d'obtenir deux zones de concentration solaire au foyer, ou deux lignes focales distinctes (voir FIG. 13). Un tel assemblage des deux miroirs à l'aide de la pièce centrale continue 110 en Z permet une unité 1000 rigide en flexion, tout en permettant de réduire l'épaisseur des miroirs 6a et 6b et ainsi réduire le coût total par mètre carré de miroir. De plus, une telle unité 1000 rigide permet d'utiliser des miroirs 6a et 6b de grande taille.

[0044] La FIG. 12 est une vue de côté du dispositif d'assemblage de la FIG. 11 par exemple. La vue de côté permet d'apprécier le profil de la pièce centrale 110 permettant de rigidifier l'assemblage. A l'instar des poutres en « I » dans l'acier par exemple, la section de cette pièce 110 en « Z » permet de rigidifier grandement l'assemblage dans l'axe focal de la parabole virtuelle.

[0045] La FIG. 13 est une illustration d'un autre mode de réalisation d'une unité selon un aspect de la présente invention, à l'aide de pièces de raccord 210 comme dispositif de solidarisation. Par exemple, deux pièces de raccord 210 sont positionnées entre les deux sections de miroir 6a, 6b. Chaque pièce de raccord 210 a une section en Z, avec une première surface 211 reliée à une seconde surface 213 par un corps 215 formant la barre centrale du Z, la première surface 211 étant fixée le long du rebord longitudinal interne 23a de la première section de miroir 6A et la seconde surface 213 étant fixée le long du rebord longitudinal interne 23b de la seconde section de miroir 6b, formant une unité 200. L'unité 200 ainsi formée a une section en Z, et comprend deux miroirs 6a et 6b selon deux arcs de parabole décalés l'un de l'autre par le corps 215 des pièces de raccord 210, d'où une bifocale Par rapport à la pièce centrale continue 110 (FIG. 11), l'utilisation de pièces de raccord 210 discontinues permet un écoulement d'air ou de fluide entre les sections de miroirs 6a et 6b, c'est-à-dire dans les espaces libres entre les pièces de raccord 210.

[0046] Comme schématisé à la FIG. 12, dans le cas où le dispositif de solidarisation de deux sections de miroirs 6a, 6b permet un décalage de deux arcs de paraboles amenant à deux zones focales distinctes, comme discuté en relation aux FIGs. 11 et 13 par exemple, une utilisation hybride peut être envisagée. En utilisant une ligne de captation comprenant deux zones de circonférences distinctes A et B telles que schématisées sur la FIG. 12 par exemple, la section de miroir 6a peut être utilisée pour chauffer le fluide dans la ligne de captation en dirigeant le rayonnement solaire sur la zone 1 , pour faire de la thermoconversion, tandis que les rayons réfléchis par le miroir 6b sont focalisés sur des cellules photovoltaïques disposés sur la zone B par exemple afin de faire une conversion photoélectrique.

[0047] La FIG. 14 illustre un dispositif de solidarisation entre les deux sections de miroir 6A et 6B, pour un assemblage symétrique, c'est à dire selon un seul arc de parabole, sans décalage. Dans ce cas, le dispositif de solidarisation entre les deux sections de miroir 6A et 6B comprend des appliques 35 supportées à l'extrémité des bras support 13 opposée à une extrémité des bras support 13 supportant des pinces 37 qui viennent supporter la ligne de captation 5, et rigidifier l'ensemble des composantes qui forment la parabole. Les appliques 35 viennent se fixer aux extrusions internes 23a et 23b respectives des sections de miroirs comme illustré à la FIG. 14.

[0048] Les dispositifs de solidarisation 110, 210 peuvent servir de point d'appui aux bras supports 13 qui supportent la ligne de captation 5 (voir FIG. 13).

[0049] Dans tous les cas, au moins un des deux miroirs comprend deux rebords latéraux 25, 27 pour appui sur une roue support et deux rebords longitudinaux interne 23 et externe 21 , le rebord longitudinal interne 23 étant solidarisé par le dispositif de solidarisation avec l'autre miroir, son rebord longitudinal externe 21 étant libre (voir FIGs. 2). Le rebord longitudinal interne 23, avec l'extrusion interne 9, assure la force structurelle nécessaire pour supporter le bras support 13. Le bras support 13 supporte la ligne de captation 5, par exemple en serrage avec des pinces 37 à une première de ses extrémités (voir FIG. 14 par exemple). L'étanchéité au niveau du rebord longitudinal externe 21 est assurée par l'extrusion externe 10 du miroir, qui renforce également la cohésion des éléments constitutifs du miroir discutés en relation avec la FIG. 3A par exemple. Les rebords latéraux 25, 27 absorbent des charges auxquelles sont soumis les miroirs et transmettent ces charges aux supports de roue.

[0050] Le dispositif de solidarisation de deux sections de miroirs 6a, 6b peut ainsi être configuré de façon à optimiser au moins une des propriétés suivantes : la résistance en flexion; l'écoulement des surpressions dans les ouvertures existante entre deux dispositifs de solidarisation adjacents (exemple FIGs. 13, 14).

[0051] La conception simplifiée et la combinaison de la fonction de support à la fonction de positionnement optique permet une réduction importante du nombre de pièces nécessaires à l'assemblage, d'où des économies de temps et de pièces d'assemblage de l'ordre de 50% comparativement à des systèmes ayant une structure de support accouplée à un élément réflectif. De plus, les miroirs selon la présente invention permettent de les ranger et les transporter dans des endroits très restreints tel un container typique de façon optimisée.

[0052] La structure en cellule fermée des miroirs, telle que détaillée en relation aux FIGs. 3 par exemple, c'est à dire comprenant des éléments tout le tour du périmètre du miroir qui agissent ensemble pour rendre la structure très rigide, présente une très grande résistance en torsion ainsi qu'en flexion. Une telle structure permet des épaisseurs de tôle 12 et 14 (voir FIGs. 3), d'aluminium par exemple, réduite, par exemple de 0,020". Cette résistance importante en torsion et en flexion permet une grande résistance face aux forces environnementales (pluie, grêle, neige, grand vents etc .), tout en maintenant la forme optique nécessaire aux principes de concentration des faisceaux lumineux.

[0053] Les revendications ne doivent pas être limitées dans leur portée par les réalisations préférentielles illustrées dans les exemples, mais doivent recevoir l'interprétation la plus large qui soit conforme à la description dans son ensemble.