NORMAL

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR

La présente demande concerne le domaine des centrales solaires dotées de moyens de mesure de la ressource solaire disponible.

Une méthode pour déterminer une ressource solaire est d'effectuer une mesure d'irradiation directe normale encore appelée ensoleillement direct normal (DNI pour « Direct Normal Irradiance »).

L'ensoleillement direct normal est défini dans le document « Direct normal irradiance related définitions and applications » de Blanc et al. Solar Energy 110 (2014) 561-577 comme l'irradiance directe reçue sur un plan normal au soleil.

Différents dispositifs peuvent permettre de réaliser une mesure de DNI.

Une telle mesure peut être mise en œuvre par exemple à l'aide de plusieurs pyranomètres, un premier mesurant le rayonnement global et un autre pyranomètre effectuant une mesure de rayonnement diffus par l'utilisation d'un masque associé à un dispositif de suivi solaire spécifique.

En variante, il est connu d'effectuer une mesure de DNI à l'aide d'un pyrhéliomètre c'est à dire un appareil qui vise en permanence le soleil au moyen d'un dispositif de suivi solaire spécifique associé au capteur photosensible.

Le document IN201127410 présente un autre exemple de dispositif de mesure de DNI dont le principe de mesure est semblable à celui d'un pyrhéliomètre.

Pour certaines installations solaires telles que les centrales solaires, la mesure de DNI peut s'avérer particulièrement importante car elle est représentative de la ressource solaire susceptible d'être utilisée et parce que les variations de ressource solaire, en particulier liées à des périodes de couvertures nuageuses, affectent la fiabilité de la production d'énergie des centrales. Pour obtenir une mesure de ressource solaire disponible dans une centrale solaire à concentration, le document : « Validation of spatially resolved ail sky imager derived DNI nowcasts » de Kuhn et al., AIP conférence Proceedings 2017 présente par exemple un dispositif de mesure de DNI comportant plusieurs pyranomètres ainsi que plusieurs pyrhéliomètres et un dispositif d'acquisition d'images de l'installation prises depuis un point haut afin d'évaluer les effets d'ombrage sur la centrale causée par des nuages. Un tel dispositif s'applique donc principalement à la mise en œuvre de mesure sur des centrales solaires avec une tour servant de point haut.

Il se pose le problème de trouver un nouveau type de dispositif de mesure de DNI pour centrale solaire, qui puisse en particulier s'adapter à une centrale solaire à concentration et permette de réaliser une mesure précise.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Un mode de réalisation de la présente invention prévoit d'intégrer dans une installation solaire un dispositif de mesure d'ensoleillement direct normal (DNI) comprenant :

- au moins un premier miroir apte à réfléchir un rayonnement solaire direct et disposé sur un premier support mobile,

- au moins un premier capteur photosensible agencé par rapport au premier miroir de sorte à détecter le rayonnement solaire réfléchi par le premier miroir,

- au moins un traqueur solaire adapté pour orienter le premier miroir vers le soleil, le premier traqueur solaire étant doté de premiers moyens d'actionnement du premier support aptes à déplacer le premier miroir.

Avec un tel dispositif, un traqueur solaire spécifique pour déplacer le capteur n'est pas nécessaire puisqu'on opère plutôt un déplacement du ou des miroirs par rapport à la voûte céleste. On peut donc utiliser un dispositif d'actionnement de miroir d'une installation solaire déjà munie de traqueurs solaires pour réaliser un tel dispositif de mesure, ce qui représente un avantage, notamment en termes de coût.

En comparaison d'un dispositif avec un capteur positionné horizontalement au sol et qui reçoit tout le rayonnement diffus de la voûte céleste, un dispositif de mesure tel que défini plus haut seul permet de détecter essentiellement un rayonnement direct provenant d'une portion limitée de la voûte céleste.

Le capteur photosensible est avantageusement prévu fixe ou est disposé sur un élément de support déplaçable indépendamment du premier support.

Selon un mode de réalisation avantageux, le capteur photosensible est fixe et le traqueur solaire est adapté pour déplacer le premier miroir selon deux axes, le dispositif de mesure comprenant en outre un moyen tel qu'un tube pour limiter à un angle solide prédéterminé un flux lumineux incident sur ledit premier capteur photosensible.

Un dispositif de mesure tel que défini plus haut peut être utilisé pour évaluer l'état du premier miroir en particulier son degré de salissure ou l'état de sa surface réfléchissante. La présence de salissure ou un état défectueux peuvent se traduire par une baisse de DNI par rapport à une valeur de référence.

Selon un aspect, la présente invention concerne une centrale solaire, en particulier à concentration, dotée d'un dispositif de mesure d'ensoleillement direct normal (DNI) tel que décrit précédemment.

Un avantage d'un dispositif de mesure de DNI est qu'il peut être déployé à moindre coût sur une installation solaire à concentration. En effet, on peut se servir de traqueurs solaires et miroirs pré-éxistants dans la centrale solaire pour le réaliser. Ainsi, un système mobile à bande d'ombre ou un dispositif de suivi solaire spécifique n'est pas nécessaire.

En particulier, un mode de réalisation prévoit une installation de type centrale solaire dotée d'au moins un dispositif de mesure d'ensoleillement direct normal (DNI) tel que défini plus haut et dans laquelle ledit premier capteur photosensible est agencé entre ledit premier miroir et un premier récepteur. Ce premier récepteur comporte alors au moins un premier conduit dans lequel un fluide caloporteur est apte à circuler, le premier récepteur étant agencé de sorte à recevoir un rayonnement solaire réfléchi par ledit premier miroir.

Le premier capteur photosensible est de préférence agencé à une distance non-nulle du premier récepteur. Par le biais d'une mesure de DNI obtenue à l'aide d'un tel dispositif, on peut obtenir une évaluation de la ressource solaire disponible pour le récepteur de la centrale, sans avoir à placer un capteur en contact du récepteur et ainsi éviter au capteur de subir des contraintes dues aux forts flux atteignant le récepteur.

Selon une possibilité de mise en œuvre, la centrale solaire à concentration comprend au moins un deuxième récepteur doté d'au moins un deuxième conduit dans lequel un fluide est destiné à circuler, le deuxième récepteur étant agencé de sorte à recevoir un flux solaire réfléchi par au moins un autre miroir et à destination d'un autre capteur photosensible agencé entre ledit autre miroir et ledit deuxième récepteur.

Ainsi, lorsque la centrale comporte plusieurs récepteurs, le dispositif de mesure peut être configuré pour permettre de réaliser au moins une mesure de DNI par récepteur.

Avec un maillage dense de capteurs on peut évaluer la distribution d'une ressource solaire sur toute la surface d'un champ solaire.

Pour permettre de contrôler la température en sortie de ses récepteurs, la centrale solaire à concentration est typiquement dotée d'un système de contrôle commande configuré pour commander des premiers moyens de régulation de débit de fluide dans le premier conduit et des deuxièmes moyens de régulation adaptés pour réguler un débit de fluide dans le deuxième conduit indépendamment du débit de fluide dans le premier conduit.

Avantageusement, le système de contrôle commande est configuré pour commander lesdits deuxièmes moyens de régulation de débit de sorte à modifier le débit de fluide dans le deuxième conduit consécutivement à une détection d'une variation de DNI établie à partir de données de mesures issues dudit autre capteur photosensible. On peut ainsi prévoir de réaliser une mesure de DNI spécifique pour chaque récepteur et d'adapter le débit de fluide dans chaque récepteur indépendamment en fonction de cette mesure de DNI.

Avantageusement, le dispositif de mesure d'ensoleillement direct normal (DNI) comprend au moins un deuxième capteur photosensible disposé entre un deuxième miroir et une deuxième zone du premier récepteur de sorte à détecter un rayonnement solaire réfléchi par le deuxième miroir et à destination de ladite deuxième zone du premier récepteur. On peut ainsi établir des mesures de DNI différentes pour évaluer la ressource solaire disponible sur différentes zones élémentaires d'un même récepteur.

Avantageusement, le système de contrôle-commande est également apte à commander un déplacement d'au moins un miroir de ladite pluralité de miroirs consécutivement à une détection d'une variation de DNI établie à partir de données de mesures issues dudit deuxième capteur photosensible. Ainsi, plutôt que de modifier le débit de fluide lorsqu'on détecte une variation de DNI pour une zone élémentaire d'un récepteur, on peut prévoir de modifier le taux de focalisation des miroirs sur cette zone.

Cela est particulièrement utile lorsque la zone élémentaire en question est une zone d'extrémité du récepteur située vers la sortie de fluide caloporteur.

Le dispositif de mesure de DNI peut être ainsi doté d'une pluralité de capteurs photosensibles répartis à différents endroits de la centrale à concentration.

Avantageusement, la centrale peut comprendre en outre: une unité de traitement informatique dotée d'un module de prédiction de couverture nuageuse utilisant un modèle d'évaluation de trajectoire de nuage mise en œuvre à partir d'au moins une première série de mesures de DNI issues desdits capteurs photosensibles à un instant donné et à partir d'au moins une deuxième série de mesures de DNI issues desdits capteurs photosensibles à un autre instant, précédent ledit instant donné.

Un dispositif de mesure de DNI intégré à une centrale solaire peut être également utilisé pour vérifier l'état dans lequel les miroirs d'une centrale solaire à concentration se trouvent et permettre de détecter si une étape de nettoyage ou de maintenance des miroirs est nécessaire.

Ainsi, selon une possibilité de mise en œuvre, la centrale solaire à concentration peut comprendre en outre : au moins un moyen de mesure d'ensoleillement direct normal de référence, en particulier au moins un pyrhéliomètre de référence apte à produire une mesure de référence d'ensoleillement direct normal d'un flux solaire à destination dudit premier capteur photosensible. Ce moyen de mesure de DNI vient alors en complément du dispositif de mesure de DNI défini plus haut. Une comparaison de mesures entre le moyen de mesure de référence et le dispositif de DNI défini plus haut peut permettre de renseigner sur l'état du premier miroir. Les mesures effectuées pour déterminer l'état d'un miroir sont effectuées de préférence par temps clair. Ainsi, un moyen d'acquisition d'image de la voûte céleste au-dessus de la centrale peut être également prévu afin de détecter une absence de nuage au-dessus de la centrale.

La comparaison de mesures de DNI provenant du moyen de mesure de référence et du dispositif de DNI défini plus haut peut être effectuée au moyen d'une unité de traitement informatique, par exemple appartenant au système de contrôle commande de la centrale solaire.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 sert à illustrer un dispositif de mesure d'ensoleillement direct normal selon un mode de réalisation de la présente invention ;

- la figure 2A sert à illustrer un traqueur solaire mono-axe associé à un miroir tel que prévu dans un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure de DNI selon l'invention ;

- la figure 2B sert à illustrer un traqueur solaire bi-axes tel que prévu dans un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure de DNI selon l'invention ;

- la figure 3 sert à illustrer des sections de chauffe d'une centrale solaire à concentration susceptible d'intégrer un dispositif de mesure de DNI tel que mis en œuvre suivant l'invention ;

- la figure 4 sert à illustrer un schéma de principe d'une centrale solaire munie d'un dispositif de mesure de DNI suivant un mode de réalisation de la présente invention ;

- les figures 5A-5B servent à illustrer un schéma de principe d'une centrale solaire à concentration avec un système de mesure de DNI doté d'une pluralité de capteurs photosensibles associés respectivement à une pluralité de zones élémentaires de récepteur(s) prévus pour acheminer un fluide caloporteur ; - la figure 6 sert à illustrer un procédé de commande de centrale solaire mis en œuvre à l'aide de mesures effectuées au moyen d'au moins un dispositif de mesure de DNI ;

Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.

Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

On se réfère à présent à la figure 1 qui illustre de manière schématique un dispositif pour réaliser une mesure d'ensoleillement direct normal (DNI) tel que mis en œuvre suivant un mode de réalisation de la présente invention.

Le dispositif est muni d'au moins un capteur photosensible 2 qui peut être du type de ceux utilisés dans un pyrhéliomètre, par exemple sous forme d'une thermopile, autrement dit un moyen qui convertit un gradient thermique en signal électrique, ou bien un capteur pyroélectrique dans lequel un changement de température entraîne une variation de polarisation électrique. En variante, un capteur photovoltaïque peut être utilisé.

Le capteur 2, et en particulier sa zone sensible 2a, est agencé(e) de sorte à recevoir un rayonnement solaire réfléchi par un miroir 4. On prévoit l'agencement du capteur photosensible 2 par rapport à la voûte céleste et au miroir 4 de sorte à privilégier une détection de rayonnement solaire direct R. De préférence, la zone sensible 2a du capteur est disposée orthogonalement au rayonnement réfléchi par le miroir 4 et incident sur le capteur photosensible 2.

Afin de limiter la détection de rayonnement solaire diffus R', un moyen 3 pour limiter le flux lumineux incident sur le capteur 2 à un angle solide prédéterminé, autrement dit pour limiter le cône d'acceptante du capteur 2 peut être prévu. Dans l'exemple illustré, ce moyen 3 comporte un tube 31 dit « d'acceptance ». En variante, on peut prévoir d'associer le capteur 2 à un collimateur, par exemple formé à l'aide de lames. En éliminant le rayonnement diffus qui peut représenter de l'ordre de 10% d'un rayonnement solaire direct par temps clair et une proportion beaucoup plus importante par temps nuageux, on gagne en précision de mesure de la DNI.

Dans l'exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 1, le miroir 4 est un miroir plan également appelé réflecteur linéaire. Dans le présent dispositif de mesure de DNI, ce n'est pas le capteur photosensible 2 qui suit la course du soleil S mais le miroir 4, qui est mobile en rotation et est déplacé en fonction de la position du soleil S de sorte à suivre la course du soleil S. Un mode de réalisation particulier du dispositif de mesure prévoit même un capteur 2 photosensible qui reste fixe, seul le miroir 4 étant mobile. Le capteur photosensible 2 et le miroir 4 sont disposés sur des supports ou éléments distincts. On peut prévoir un agencement dans lequel le support de miroir est une partie fixée au sol servant de support au capteur, le miroir étant mobile et placé sur un élément distinct du capteur photosensible.

Les tailles respectives du miroir 4 et du capteur 2 et/ou leurs positionnements relatifs l'un par rapport à l'autre sont prévu(e)s de sorte que le capteur 2 photosensible ne reçoive un rayonnement n'émanant que d'une portion de la voûte céleste. Par rapport à un dispositif de mesure doté d'un capteur positionné horizontalement et en visée directe de la voûte céleste, le dispositif de mesure de DNI permet de limiter la captation de rayonnement diffus.

Un dispositif de mesure de DNI tel que mis en œuvre suivant l'invention ne nécessite pas un traqueur solaire spécifique associé au capteur 2 photosensible mais utilise plutôt un traqueur solaire associé au miroir 4. Ainsi le dispositif de mesure de DNI peut être intégré à une installation solaire, par exemple une centrale solaire à concentration, déjà munie de miroirs et de traqueurs associés à ces miroirs. Cela présente pour avantage de permettre d'intégrer à moindre coût le système de mesure de DNI à l'installation solaire.

Le traqueur solaire utilisé est doté typiquement d'une structure portante 6 du miroir 4, encore appelée châssis, et de moyens actionneurs 8 permettant de déplacer le miroir 4 et qui sont par exemple pourvus d'un ou plusieurs moteurs et/ou d'un système à vérin. Le traqueur solaire peut être prévu pour réaliser une adaptation de la position du miroir 4 par rapport au soleil S typiquement suivant un seul axe ou bien suivant deux axes.

Selon une possibilité de mise en œuvre, un traqueur solaire du type de celui décrit dans le document « A mirror Tracking Mechanism » de Dehelean, ResearchGate Octobre 2012 peut être employé.

Un exemple particulier de traqueur solaire mono-axe qui peut être associé au miroir 4 est illustré sur la figure 2A. L'orientation du miroir 4 varie dans cet exemple selon un seul axe Al qui est ici un axe transversal sensiblement parallèle au sol autrement dit à un plan [O ;x ;y] d'un repère orthogonal [O ;x ;y ;z] donné sur la figure 2A. Lorsqu'un traqueur solaire mono-axe est employé, on utilise de préférence un collimateur à lames comme moyen pour limiter le cône d'acceptance du capteur 3.

Dans le cas où l'on utilise un traqueur solaire mono-axe, on peut prévoir de disposer le capteur photosensible 2 sur un élément de support mobile. Dans ce cas l'élément de support du capteur 2 est déplaçable indépendamment du miroir 4. En particulier, si le traqueur prévoit un déplacement du miroir 4 selon la composante de hauteur, le capteur 2 peut être déplacé suivant l'azimut tandis que lorsque le traqueur est adapté pour réaliser un déplacement du miroir 4 selon la composante d'azimut, le capteur 2 peut être déplacé suivant la composante de hauteur.

En variante, pour éviter d'avoir un déplacement du capteur photosensible 2, on prévoit les dimensions de la zone réfléchissante du miroir suffisamment importantes pour permettre de maximiser la durée pendant laquelle la zone photosensible 2a est susceptible de recevoir un rayonnement solaire. Lorsqu'on intègre le dispositif de mesure de DNI dans une centrale solaire à concentration on dispose avantageusement de miroirs de taille importante et dont la longueur peut être de l'ordre de plusieurs mètres ou dizaines de mètres, ce qui peut permettre d'éviter de déplacer un capteur photosensible 2 doté d'une zone photosensible de dimension de l'ordre de plusieurs centimètres.

Un autre exemple de traqueur solaire, cette fois selon deux axes, est illustré sur la figure 2B et peut être associé au miroir 4 du dispositif de mesure de DNI. L'orientation du miroir 4 est ici modifiable selon deux degrés de liberté. Un déplacement peut être opéré suivant un premier axe AΊ qui, dans cet exemple est sensiblement parallèle au sol et selon un autre axe A'2 qui, dans cet exemple, est sensiblement orthogonal au sol. Le traqueur peut être pourvu de deux moteurs (non représentés) et permet de combiner un mouvement de rotation d'azimut et un mouvement de rotation d'élévation. Lorsqu'un traqueur solaire à deux axes est employé, on préfère alors utiliser un tube comme moyen pour limiter le cône d'acceptante du capteur 3.

Le traqueur solaire est également typiquement doté d'une unité de commande 10 des moyens actionneurs, l'unité de commande 10 pouvant être configurée pour utiliser des données de trajectoire relatives à une poursuite du soleil et pour fournir au moins un signal de commande aux moyens actionneurs en fonction de ces données de trajectoire.

L'unité de commande 10 peut être adaptée pour réaliser une commande dite en « boucle ouverte » pour lesquelles les données de trajectoire sont utilisées pour actionner le miroir 4 sans employer des données de mesure visant à établir la position du soleil. Les données de trajectoire peuvent être alors établies à partir de l'heure de la journée et de coordonnées GPS du support de miroir 4 et à l'aide de calculs utilisant des données astronomiques de la position du soleil.

L'unité de commande 10 peut être en variante adaptée pour mettre en œuvre une commande en « boucle fermée » c'est-à-dire produire des données de trajectoire se basant sur des données astronomiques de la position du soleil et sur une mesure issue d'un autre capteur 17 qui peut être par exemple celle d'un pyrhéliomètre de référence.

Dans un dispositif de mesure de DNI tel que décrit plus haut, le signal de mesure issu du capteur peut être traité informatiquement afin d'améliorer la précision de mesure et/ou d'effectuer une correction prenant en compte un effet de déformation optique du miroir, en particulier si celui-ci n'est pas un miroir plan.

Dans le cas d'un miroir courbe, on peut avoir recours à un logiciel ou procédé de traitement comportant une technique de calcul de type « lancer de rayon ». Dans le cas d'un dispositif dans lequel le moyen 3 pour limiter le cône d'acceptance du capteur 2 est un collimateur de type lame, on n'a pas nécessairement une incidence du flux normale sur la zone sensible du capteur 2. Dans ce cas, une correction d'effet « cosinus » peut être opérée.

Un ou plusieurs capteurs de référence de type pyrhéliomètre peuvent être également prévus dans le dispositif pour permettre de fournir une mesure de DNI complémentaire et améliorer la précision de mesure.

Un dispositif tel que décrit précédemment peut être par exemple utilisé dans une installation solaire telle qu'un four solaire voire dans une station météorologique.

Le dispositif de mesure d'ensoleillement direct normal (DNI) est particulièrement adapté pour être intégré dans une centrale C solaire à concentration, en particulier de type Fresnel, qui possède déjà des miroirs avec leurs propres traqueurs solaires associés.

Une centrale solaire à concentration C comporte typiquement au moins une structure appelée « section de chauffe » et qui est dotée d'au moins un récepteur, c'est-à-dire une structure comportant un ou plusieurs conduits amenés à transporter un fluide caloporteur.

Sur l'exemple de la figure 3, on peut voir un schéma de principe simplifié d'une partie de la centrale solaire avec plusieurs sections de chauffe en parallèle, la centrale étant ainsi dotée de plusieurs récepteurs 30a, 30b, 30c, 30d connectés en entrée à une alimentation en fluide à l'état liquide. Chaque section de chauffe autonome peut avoir une longueur de l'ordre de plusieurs centaines de mètres de long.

Chaque récepteur 30a, 30b, 30c, 30d est muni d'un ou plusieurs conduits dans lequel circule un fluide caloporteur. Les miroirs 4.1, 4.2 de la centrale solaire sont agencés de sorte à réfléchir les rayons lumineux sur les récepteurs ce qui a pour effet d'échauffer le fluide. Le fluide caloporteur est par exemple une huile thermique, un sel fondu, de l'air, de l'eau. Selon un exemple de réalisation particulier, le fluide caloporteur entre à une température comprise entre 150°C et 300°C et ressort à une température comprise entre 400°C et 500°C. A l'entrée d'un récepteur 30a, le fluide est généralement sous forme liquide et est ensuite susceptible de se vaporiser en circulant dans le ou les conduits et sortir d'un récepteur sous forme de vapeur surchauffée ou saturée.

Le débit dans chaque section de chauffe et donc chaque récepteur 30a, 30b, 30c, 30d peut être ajusté pour maintenir une température de consigne en sortie. Ainsi, chaque récepteur et son ou ses conduits peut être associé à des moyens de régulation de débit adaptés pour réguler un débit de fluide dans ce ou ces conduits. Le réglage de débit peut être réalisé indépendamment d'un récepteur à l'autre. Les moyens de régulation de débit peuvent être dotés de vannes de régulation en particulier couplées à une régulation en pression sur une pompe d'alimentation principale.

Une centrale solaire à concentration de type Fresnel peut être associée à des moyens de conversion thermodynamique qui sont par exemple sous forme d'au moins une turbine T à vapeur en sortie de la section de chauffe. Afin de protéger la turbine de variations incontrôlées de température, il est important de pouvoir détecter des variations de ressource solaire pour un récepteur.

Cette détection est ici assurée à l'aide de mesures de DNI établies à l'aide d'un dispositif tel qu'illustré sur la figure 4 et dans lequel on place un capteur 2 photosensible entre un miroir 4.1 de la centrale C et un récepteur 30a. La centrale C est généralement dotée d'une pluralité de miroirs 4.1, 4.2 chacun monté mobile sur un châssis et associé à un traqueur solaire pour déplacer le miroir et lui permettre de suivre le déplacement du soleil au cours de la journée. On dispose un capteur photosensible 2 de préférence de sorte à recevoir un rayonnement réfléchi en provenance d'un seul miroir, tandis que le récepteur 30a est susceptible de recevoir un rayonnement réfléchi en provenance de plusieurs miroirs. Ainsi, le capteur 2 photosensible est disposé à une distance non-nulle prédéterminée du récepteur 30a afin que ce capteur 2 photosensible ne reçoive pas un rayonnement réfléchi d'un autre miroir que celui qui lui est dédié.

La mesure de DNI effectuée par le biais d'un capteur photosensible 2 renseigne sur le flux solaire amené à irradier une zone du récepteur 30a.

La mesure de DNI permet de détecter l'apparition de voiles nuageux ou de nuages plus épais. On peut également faire la distinction entre un voile nuageux traduit par exemple par une baisse de DNI mesurée et un nuage plus épais traduit par exemple par un DNI nul ou inférieur à un seuil prédéterminé. La mesure de DNI peut donc être utilisée pour évaluer l'opacité réelle d'un nuage au-dessus d'un champ solaire.

En fonction de la mesure de DNI et d'une estimation de la ressource solaire disponible que l'on peut déduire de cette mesure, on peut agir sur certains paramètres de contrôle de la centrale de manière à limiter les variations de la température de sortie d'une section de chauffe. Les paramètres de contrôle sur lesquels on peut agir sont typiquement le taux de focalisation des miroirs et le débit de fluide caloporteur dans un récepteur.

Pour cela, la centrale C est typiquement dotée d'un système de contrôle- commande 50 comprenant une interface homme-machine et d'un ou plusieurs processeurs et/ou d'une ou plusieurs cartes électroniques formées de circuits intégrés et/ou ASIC et/ou circuits logiques et programmables (par exemple de type FPGA, microprocesseur, microcontrôleur). Le système de contrôle commande 50 utilise typiquement un logiciel ou programme de pilotage des miroirs, ainsi qu'un logiciel ou programme de pilotage de circuit fluidique, et en particulier de moyens de régulation de débit associés aux récepteurs des sections de chauffe.

Dans l'exemple de réalisation illustré, une mesure de DNI est transmise (flèche Fl) au système numérique de contrôle commande 50 de la centrale solaire qui, en fonction de la valeur mesurée est apte à modifier (flèche F2) le taux de focalisation des miroirs 4.1, 4.2 afin de moduler le flux solaire réfléchi sur un récepteur 30a. Le système numérique de contrôle commande 50 de la centrale solaire est également susceptible de contrôler le débit (flèche F3) de fluide caloporteur dans le ou les conduits du récepteur 30a.

Ainsi, afin de limiter l'impact d'une baisse ou d'une hausse de ressource solaire incidente sur au moins un récepteur 30a, le système de contrôle-commande est configuré pour modifier le taux de focalisation de miroirs sur ce récepteur 30a et/ou pour modifier le débit de fluide dans le ou les conduits du récepteur 30a. Le débit de fluide ou le taux de focalisation peut être ajusté de manière indépendante pour chaque récepteur sans modifier celui des autres récepteurs. Le contrôle-commande 50 est également configuré pour, dans certains cas critiques, déclencher un arrêt de l'installation, ce qui se traduit notamment par un agencement dans lequel les miroirs ne renvoient plus de rayonnement solaire au récepteur 30a.

Lorsqu'un nuage passe sur une installation telle que décrite précédemment, il est susceptible d'impacter plusieurs sections de chauffe au cours du temps. Il s'avère donc utile de pouvoir contrôler la ressource solaire de chaque récepteur.

En effectuant une discrétisation spatiale du dispositif de mesure de la ressource solaire incidente, on a une meilleure connaissance de la ressource solaire disponible. Pour réaliser cette discrétisation, on peut prévoir que chaque récepteur est associé à au moins un capteur photosensible afin de permettre de réaliser au moins une mesure de DNI par récepteur. De préférence, on prévoit plusieurs capteurs photosensibles par récepteur afin de pouvoir effectuer des mesures de DNI sur plusieurs éléments de surface d'un même récepteur.

Un exemple de réalisation d'installation solaire dans laquelle on prévoit un dispositif de mesure de DNI avec plusieurs capteurs photosensibles 2.1,..., 2.20 et en particulier plusieurs capteurs photosensibles par section de chauffe est illustrée sur les figures 5A-5B.

Les capteurs photosensibles 2.1,..., 2.20 sont configurés pour effectuer des mesures de DNI traduisant des variations d'énergie solaire respectivement sur des zones élémentaires C1,...,C20 de plusieurs récepteurs 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, chaque capteur 2.1,..., 2.20 étant associé à une zone ou surface élémentaire Ci (avec i un entier compris entre 1 et 20) de récepteur irradiée par un miroir réfléchissant une ressource solaire incidente.

Les capteurs photosensibles 2.1,..., 2.20 peuvent être répartis sur le champ solaire afin d'être capables de caractériser une ressource solaire incidente avec un pas de discrétisation par exemple de l'ordre de 10 m.

Avec un tel dispositif, on peut connaître l'énergie solaire incidente sur des zones ou portions de section de chauffe, ce qui permet de réaliser un ajustement plus fin des paramètres de contrôle de la température de consigne en sortie des récepteurs.

Le contrôle commande de l'installation peut être prévu pour à différents instants enregistrer simultanément la mesure des capteurs photosensibles 2.1, ...,2.20, et pour ajuster les paramètres de contrôle de la température en sortie de l'installation en conséquence soit en modifiant le débit dans un ou plusieurs récepteurs, soit en déclenchant une focalisation ou défocalisation de miroirs.

Lorsque, comme illustré sur la figure 5A, un nuage N passe au-dessus d'une zone donnée Cl située à proximité de l'entrée d'un récepteur 30a, alors l'énergie effectivement collectée diminue. Par « entrée », on entend une zone située à proximité de l'arrivée de fluide caloporteur dans le récepteur 30a. Une mesure de DNI par le biais d'un capteur photosensible 2.1 recevant le rayonnement solaire réfléchi d'un miroir (non représenté) focalisé sur cette zone Cl permet de connaître l'effet de cet ombrage sur la zone Cl, sans avoir à utiliser de capteur température fixé directement sur cette zone qui peut être soumise à des contraintes de dilatations.

Si le nuage N stagne sur la zone donnée Cl du récepteur 30a, la valeur de DNI mesurée par le biais du capteur 2.1 est amenée à baisser. On peut alors ajuster le débit de fluide dans le récepteur 30a, et en particulier le diminuer pour assurer le maintien de la température de sortie des sections de chauffe.

Dans le cas illustré sur la figure 5B, le nuage N apparaît cette fois en sortie du champ solaire au-dessus d'une zone C4 située à proximité de la sortie du récepteur 30a.

Dans ce cas, la connaissance d'une ressource solaire par le biais de mesures de DNI à un instant t peut être insuffisante.

En revanche, en connaissant la cartographie de la ressource incidente sur le champ solaire à un instant t et à un instant t-1, on peut prédire par le biais d'algorithmes de suivi de trajectoire de nuages, la ressource solaire disponible à un instant t+1.

Une instrumentation avec une pluralité de capteurs Cl, ..., C20 photosensibles pour effectuer des mesures de DNI peut donc permettre d'effectuer une prédiction de ressource solaire disponible pour la centrale.

Avec un agencement matriciel de capteurs, on peut détecter à un premier instant t par exemple que seul un capteur photosensible 2.4 est à l'ombre tandis qu'à un deuxième instant t+x, suivant le premier instant, seul un autre capteur photosensible 2.7 est à l'ombre et en déduire une vitesse, une direction, ainsi qu'un sens de déplacement d'un nuage. Cela peut permettre d'aboutir à une prévision du positionnement du nuage à un troisième instant à t+x+y suivant le deuxième instant.

Ainsi, une analyse de l'historique de données de mesure de DNI permet de réaliser une estimation du déplacement de perturbations nuageuses et d'anticiper l'arrivée de perturbations nuageuses.

La figure 5B illustre une autre problématique lorsque par exemple un nuage N se stabilise plusieurs minutes sur une zone C4 en sortie d'une section de chauffe.

Pour assurer une régulation de la température de sortie et compenser les pertes thermiques sur la fin de la section de chauffe créées par le nuage N, on privilégie alors d'agir sur les miroirs en modifiant leur focalisation plutôt que d'agir sur le débit de fluide dans le récepteur 30a. En effet, si l'on agit sur le débit alors que le nuage N quitte la zone C4, la température atteinte en sortie est susceptible de continuer à augmenter.

Par ailleurs, avec un dispositif de mesure de DNI tel que décrit précédemment on peut également établir une distinction entre un simple voile nuageux détecté par exemple par une baisse de DNI et un nuage correspondant par exemple à un DNI mesuré nul.

Pour établir une prédiction de couverture nuageuse et donc de ressource solaire disponible, une unité de traitement informatique dotée d'un module de prédiction utilisant un modèle d'évaluation de trajectoire de nuage établi à partir de mesures de DNI issues des capteurs photosensibles et prises à différents instants peut être prévu. Une telle unité de traitement informatique peut être formée à partir d'un ou plusieurs ordinateurs ou processeurs et/ou faire par exemple partie du système de contrôle commande de la centrale solaire.

Un exemple de procédé de commande d'une centrale utilisant des mesures de DNI d'une pluralité de capteurs photosensibles 2.1,..., 2.20 telle que décrite précédemment est illustré sur la figure 6 par le biais d'un organigramme.

On fait tout d'abord l'acquisition d'une mesure de DNI notée m_i_DNI(t) à un instant t issue d'un capteur photosensible 2.i donné (étape E0).

A l'aide de cette mesure, on met à jour un modèle de calcul d'énergie solaire disponible pour un récepteur que le rayonnement solaire capté par le capteur photosensible 2.i est amené à irradier (étape Eli). Pour cela, on effectue par exemple un calcul de : m_i_DNI(t)*Si* rendement_optique*rendement_thermique, avec Si une zone élémentaire ou un élément de surface élémentaire du récepteur que le capteur photosensible 2.i est amené à irradier. Le rendement optique est le rapport entre la puissance solaire qui impacte le récepteur par rapport à la puissance solaire incidente (m_i_DNI(t)*Si). Le rendement thermique est le ratio entre la puissance thermique collectée par le fluide et la puissance qui impacte le récepteur.

On déduit du modèle d'énergie établi si un ajustement du débit de fluide caloporteur doit être effectué (étape E12).

On peut également associer la mesure m_i_DNI(t) effectuée par le capteur photosensible 2.i à l'instant t à un élément de surface Si d'un récepteur (étape Eli) que le rayonnement solaire capté par le capteur photosensible 2.i est amené à irradier.

On associe également à cette mesure m_i_DNI(t) à une mesure antécédente m_i_DNI(t-dt) effectuée précédemment par le capteur photosensible 2.i. (étape E31), puis on utilise ces données pour calculer un vecteur de déplacement de couverture nuageuse. On déduit alors une estimation de ressource solaire vu par l'élément de surface Si à un instant t+dt (étape E32).

L'agencement matriciel de capteurs peut permettre de reconstituer des contours de nuages sur l'ensemble du champ solaire. Des masses nuageuses seront ainsi identifiées puis suivies. Le traitement effectué peut être global et impliquer l'ensemble des capteurs, ou bien se restreindre à un nombre limité de capteurs parmi l'ensemble de capteurs répartis sur le champ solaire.

On utilise cette estimation et la mesure associée à un élément de surface Si pour mettre à jour un modèle dynamique prédictif susceptible d'être utilisé par le système de contrôle-commande de la centrale (étape E51).

A l'aide de ce modèle dynamique le système de contrôle commande est susceptible d'agir (étape E52) sur un ou plusieurs paramètres de contrôle en déclenchant par exemple une modification de débit de fluide caloporteur, une focalisation ou défocalisation de miroirs, voire un arrêt, ce afin de maintenir une consigne en température en sortie des sections de chauffe ou d'assurer un maintien près d'une valeur de consigne d'un autre paramètre opératoire de la centrale. On peut prévoir par exemple d'assurer un débit minimal de fluide caloporteur ou se limiter à une température locale maximale que l'on souhaite de préférence ne pas dépasser.

Un dispositif de mesure de DNI tel que décrit précédemment peut être également utilisé afin de contrôler l'état et notamment le degré de salissure des miroirs d'une installation solaire. Pour vérifier l'état des miroirs par exemple d'une centrale solaire à concentration, on peut prévoir, outre le dispositif de mesure de DNI décrit précédemment, d'effectuer une mesure complémentaire de DNI servant de référence au moyen par exemple d'un ou plusieurs pyrhéliomètres de référence.

On effectue ce type de mesure de préférence par temps clair afin que la présence de nuage ne perturbe pas la mesure. Un jour de temps clair, autrement dit une absence de nuage, peut être détecté(e) par exemple par le biais d'un dispositif de capture d'image de la voûte céleste tel qu'une caméra très grand angle.

Lorsque l'on compare une mesure m_DNI(t) de DNI effectuée à l'aide d'un dispositif de mesure de DNI tel que décrit précédemment par exemple en lien avec la figure 1 et celle ref_DNI(t) obtenue à l'aide d'un moyen de mesure de référence par exemple de type pyrhéliomètre, plusieurs cas de figures peuvent se présenter.

Si m_DNI(t) est égal ou sensiblement égal à ref_DNI(t) alors on peut déduire que la zone réfléchissante du miroir est propre.

Lorsque m_DNI(t) < ref_DNI(t), la zone réfléchissante du miroir est susceptible de comporter des salissures, ce qui se traduit sur la valeur de la mesure m_DNI(t) ou bien le miroir peut avoir une zone réfléchissante comportant une dégradation irréversible. Une distinction entre un état « sale » et un état « dégradé » du miroir peut être réalisée par exemple si une opération récente de nettoyage a été effectuée récemment sur le miroir. La comparaison des mesures réalisées par le dispositif de mesure de DNI à miroir pivotable et le moyen de mesure de DNI de référence peut être effectuée à l'aide d'une unité de traitement informatique, par exemple appartenant à un système de contrôle commande tel qu'évoqué précédemment, et qui peut être éventuellement la même que celle permettant de réaliser la prédiction de couverture de nuage. 19

Le dispositif de mesure de DNI suivant l'invention peut donc permettre de suivre l'évolution de la réflectivité de miroirs d'une installation solaire ou d'une centrale solaire et être à l'origine du déclenchement d'interventions de nettoyage voire de remplacement de miroirs lorsqu'il s'agit d'une dégradation irréversible par exemple due à une oxydation de la couche réfléchissante.

Dans l'une ou l'autre des installations décrites précédemment, il est possible de prévoir des capteurs photosensibles autonomes en termes d'alimentation et qui produisent eux même l'énergie nécessaire à l'envoi de signaux de mesure de DNI au poste de pilotage de l'installation. De tels signaux de mesure peuvent être d'ailleurs transmis par exemple par onde radio.

Un dispositif de mesure de DNI tel que décrit précédemment peut s'appliquer à d'autres types d'installations que les centrales solaires à concentration de type Fresnel. Un tel dispositif peut être intégré en particulier dans une installation avec des miroirs non-planaires, et par exemple de forme cylindro-parabolique, voire à une centrale à tour munie d'héliostats. Dans le cas d'une centrale à tour, la connaissance de la ressource solaire établie par le biais d'un dispositif de mesure de DNI peut également permettre d'optimiser la stratégie de pointage des héliostats vers la tour. A l'aide de modèles optiques, on peut recalculer, en fonction de la ressource solaire reçue par chaque héliostat, la stratégie de pointage optimale sur le récepteur.