La présente invention se rapporte aux concentrateurs solaires et plus particulièrement à ceux qui utilisent des héliostats pour concentrer le rayonnement solaire sur une cible fixe, cette dernière pouvant être par exemple un capteur thermique pour la production d'énergie calorifique et/ou un capteur photovoltaïque pour la production d'énergie électrique et/ou encore un capteur à réactions chimiques pour la production d'hydrogène. ETAT DE LA TECHNIQUE

La plupart des capteurs solaires à héliostats utilisent des miroirs qui pivotent autour de deux axes de rotation en fonction de la position changeante du soleil afin de rediriger le rayonnement solaire en permanence vers une cible fixe. Le cumul de tous les rayons solaires issus des héliostats vers une cible unique provoque une concentration de l'énergie solaire sur cette cible. La cible étant très souvent en hauteur on parle de tour solaire. Cette concentration solaire est utilisée pour différentes applications comme par exemple le fait d'élever la température d'un liquide et éventuellement provoquer son ébullition afin de produire de l'eau distillée ou bien actionner un moteur thermique, un moteur à air comprimé, un moteur de type Stirling, un générateur thermodynamique, ou encore illuminer un panneau solaire photovoltaïque pour générer de la puissance électrique.

Le coût d'installation d'une tour solaire est souvent proportionnel au coût des héliostats car ceux-ci sont nombreux, de quelques dizaines à plusieurs centaines, voir plusieurs milliers, et ces héliostats contiennent par nécessité deux moteurs pour le pivotement du miroir pour suivre la course du soleil suivant deux axes de rotation, l'un pour suivre son mouvement diurne et l'autre pour suivre son mouvement saisonnier.

Un champ solaire contenant N héliostats nécessitera alors 2 x N moteurs. Pour réduire le coût d'un champ d'héliostats il est en théorie intéressant de réduire le nombre de moteurs en positionnant ces héliostats les uns par rapport aux autres de manière à ce que leurs axes de rotation respectifs soient tous parallèles et que leurs vitesses de rotations soient toutes identiques. Deux moteurs, un pour chaque axe de rotation, seront alors suffisants pour mettre en rotation tous les héliostats.

Mais la solution technique à ce problème de réduction du nombre de moteurs n'a jamais été trouvée d'une manière complète. Seules quelques tentatives ont permis de réduire le nombre de moteurs d'un champs d'héliostats, comme le brevet US20050034752A1 qui décrit le couplage des réflecteurs selon leur axe vertical pour diviser par deux le nombre de moteurs, ou encore le brevet US20060060188A1 qui décrit un réseau de réflecteurs qui peuvent s'orienter vers une cible grâce à une plaque dont le déplacement met en rotation un axe solidaire des miroirs. Mais ce dernier dispositif nécessite un dimensionnement et un positionnement particulier de tous les composants, notamment selon une surface de révolution de type Conchoïde de Nicomède difficile à réaliser.

Le brevet US4261335A1 utilise des groupes d'héliostats commandés par un seul moteur, mais les miroirs sont concaves avec une courbure spécifique difficile à réaliser.

On connaît aussi un dispositif particulier décrit dans US5787878A1 qui permet de mettre en mouvement, avec un seul moteur, une pluralité d'héliostats, ce qui réduit le nombre de moteurs et donc le coût global d'une installation. Mais la partie mécanique associée à ces héliostats reste encore complexe et la puissance du moteur qui est nécessaire doit être importante.

BUT DE L'INVENTION

L'invention a pour but principal de remédier aux inconvénients des dispositifs connus, et de décrire un héliostat qui utilise les propriétés particulières des axes de rotation qui sont parallèles à l'axe de rotation de la Terre, ce qui va permettre notamment de les coupler entre eux à l'aide d'un dispositif mécanique simplifié et donc de réduire le coût global de l'installation par rapport aux concentrateurs solaires connus dans l'état de la technique.

Un autre but de l'invention est de permettre, grâce à cet héliostat innovant, d'utiliser en même temps plusieurs types de concentration solaire, ce qui permettra de répondre d'une manière simple à des besoins différents. RESUME DE L'INVENTION

La présente invention décrit un positionnement et un mouvement particuliers des héliostats par rapport à la cible, avec cette particularité que seulement un ou deux moteurs seront suffisants pour orienter convenablement toute une rangée d'héliostats et concentrer les rayonnements solaires réfléchis par chacun d'eux vers la cible.

Cette réduction du nombre de moteurs va alors entraîner la réduction du coût des héliostats, proportionnellement à leur nombre, et donc entraîner par voie de conséquence une réduction du coût global du concentrateur solaire.

Pour arriver à ce résultat innovant, la présente invention résout un problème mécanique et optique encore non résolu jusqu'à ce jour et qui trouve une solution dans une configuration où tous les axes respectifs de rotation des héliostats sont parallèles entre eux. La mise en rotation de tous ces axes peut alors s'effectuer globalement par une commande mécanique simplifiée.

L'invention a donc pour objet un héliostat comprenant un premier axe de rotation, un premier miroir et un deuxième miroir, un deuxième axe de rotation et un troisième axe de rotation, caractérisé en ce que le premier axe de rotation est parallèle à l'axe de rotation de la Terre, que le premier miroir pivote autour du deuxième axe de rotation qui est solidaire et perpendiculaire au premier axe de rotation, que le second miroir pivote autour du troisième axe de rotation qui est solidaire et perpendiculaire au premier axe de rotation, que les deuxième et troisième axes de rotation sont parallèles entre eux, et que les deux miroirs sont orientés autour des trois axes de rotation de sorte que les rayonnements solaires incidents qui se réfléchissent sur les deux miroirs s'orientent suivant le premier axe de rotation d'une part vers le Sud et d'autre part vers le Nord.

Avantageusement, une lentille de Fresnel ou un miroir secondaire est positionné sur le trajet des rayons réfléchis par le premier miroir et/ou par le deuxième miroir, ce qui permet de concentrer le rayonnement réfléchi par les deux miroirs vers une ou plusieurs cibles. Ces cibles peuvent être constituées par un pour plusieurs éléments pris dans l'ensemble comprenant un panneau photovoltaïque composé par exemple de silicium cristallin et/ou amorphe ou de multicouches photosensibles, un moteur de Stirling, un capteur thermique avec ou sans circuit d'un liquide caloporteur, un réacteur chimique, un catalyseur d'hydrogène, un évaporateur d'eau de mer, et un cuiseur solaire.

L'utilisation d'une lentille de Fresnel permet de concentrer la lumière d'une manière ponctuelle ou /ectiligne, c'est-à-dire que- la focale de la lentille constitue un point ou une ligne. Le miroir secondaire fixe peut être plan ou concave.

Selon l'invention, le premier axe de rotation de l'héliostat est composé de deux tubes creux l'un et l'autre disposés dans le même prolongement, chaque tube creux étant pourvu d'une ouverture en forme de fente longiligne pratiquée le long de son axe, et chacun de ces tubes creux étant solidaire à une de ses extrémités d'un deuxième axe de rotation respectif, et étant solidaire à l'autre de ses extrémités respectivement d'une première et d'une deuxième roue dentée perpendiculaire à l'axe des deux tubes creux.

L'intérieur des deux tubes creux est traversé par une tige filetée coaxiale avec les deux tubes creux et qui comprend en son centre une troisième roue dentée perpendiculaire à la tige filetée et de part et d'autre de laquelle sont positionnés deux écrous aptes à se déplacer le long de la tige filetée, lesdits écrous étant pourvus chacun d'un flasque qui se prolonge au travers de l'ouverture pratiquée dans les tubes creux de manière à interdire la rotation des l'écrous et à provoquer leur déplacement le long de la tige filetée lorsque cette dernière est en rotation par rapport aux tubes creux, lesdits flasques étant reliés chacun au dos d'un des deux miroirs par une biellette rigide de sorte que le déplacement des écrous le long de la tige filetée provoque le pivotement des miroirs autour de leur second axe de rotation.

Selon une variante de réalisation de l'actionnement en rotation des tubes creux, les deux roues dentées solidaires des tubes creux sont reliées par un dispositif de couplage qui permet leur mise en rotation à l'identique grâce à une première vis sans fin, et la roue dentée qui est solidaire de la tige filetée est elle-même mise en rotation grâce à une deuxième vis sans fin. La première et la deuxième vis sans fin sont mises en rotation par un engrenage sélectif qui est constitué d'une roue dentée principale motrice actionnée par un moteur et de deux roues dentées secondaires menées dont chacune est solidaire d'une des deux vis sans fin. La roue dentée principale motrice est apte à se déplacer soit pour se coupler à la première vis sans fin, soit se coupler à la deuxième vis sans fin, soit se coupler au deux vis sans fin en même temps. La roue dentée principale de l'engrenage sélectif permet la rotation de la première et/ou de la seconde roue dentée secondaire de manière à ce que la différence du nombre de tours de rotation d'une roue secondaire par rapport à l'autre roue secondaire provoque soit l'avance soit le recul soit l'immobilité des écrous sur la tige filetée. Bien entendu, la roue dentée principale de l'engrenage sélectif est mise en rotation par un moteur accouplé à l'engrenage sélectif. Ce moteur peut être de différents types, par exemple un moteur électrique à courant continu ou alternatif ou un moteur pas à pas, ou un moteur utilisant l'énergie potentielle, gravitationnelle ou mécanique.

Dans une autre variante de réalisation, les vis sans fin ne sont pas couplées à un engrenage sélectif, mais sont commandées chacune par un moteur indépendant.

Dans une autre variante de réalisation de l'actionnement des miroirs autour de leur axe secondaire, les deuxième et troisième axes de rotation solidaires en rotation de leur miroir respectif sont mis en rotation grâce à un moteur ou un électro-aimant positionné directement au niveau des biellettes de manière à allonger ou à raccourcir leurs longueurs, ledit moteur ou électro-aimant étant alimenté par une batterie ou par un super condensateur chargé électriquement grâce à une cellule photovoltaïque, et les consignes de mise en marche du moteur ou des électro- aimants étant transmises par des télécommandes distantes qui utilisent des ondes hertziennes.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'héliostat selon l'invention, et indépendamment de la variante retenue pour l'entraînement des miroirs autour de leurs deux axes de rotation, l'héliostat comporte un capteur optique bidirectionnel apte à mesurer d'une part la quantité de lumière reçue en provenance du soleil et d'autre part la quantité de lumière réfléchie vers une cible et une logique de commande apte à agir sur le positionnement de chaque miroir autour de chaque axe de rotation afin d'optimiser d'une part la quantité de lumière reçue du soleil par le capteur optique bidirectionnel et d'autre part la quantité de lumière réfléchie par le miroir en direction de la cible. Un tel capteur bidirectionnel peut être fixé sur l'équipage mobile d'un des miroirs.

Selon l'invention, le capteur optique bidirectionnel comporte :

- une première cellule photovoltaïque plane, active sur ses deux faces, et positionnée sur l'héliostat de sorte que le plan qui inclut ladite première cellule inclut également le premier axe de rotation;

- une seconde cellule photovoltaïque plane, active sur ses deux faces, et positionnée sur l'héliostat de sorte que le plan qui inclut ladite seconde cellule est à la fois parallèle au premier axe de rotation et perpendiculaire au plan de ladite première cellule.

Idéalement, les deux cellules photovoltaïques sont agencées sur le capteur optique bidirectionnel de manière que la première cellule photovoltaïque ne puisse recevoir que la lumière réfléchie par un miroir et non la lumière directe du soleil, et de manière que la seconde cellule photovoltaïque ne puisse recevoir que la lumière directe du soleil et non la lumière réfléchie par un miroir.

Les première et seconde cellules photovoltaïques du capteur optique bidirectionnel sont solidaires du premier axe de rotation du miroir équipé, la position de la première cellule étant réglée pour que la luminosité sur chacune de ses deux faces soit identique lorsque le miroir portant le capteur optique bidirectionnel est positionné de façon que son axe perpendiculaire au plan du miroir soit aligné avec soleil, et la position de la seconde cellule étant réglée pour que la luminosité sur chacune de ses deux faces soit identique lorsque le miroir portant le capteur optique bidirectionnel est positionné autour de son deuxième axe de rotation de façon que les rayons réfléchis par le miroir soient parallèles au premier axe de rotation et dirigés vers la cible.

Le réglage de la position de la première cellule et de la seconde cellule photovoltaïques du capteur optique bidirectionnel est effectué par ladite logique de commande asservissant le mouvement des moteurs actionnant les miroirs autour de leurs premier et second axes de rotation. Le capteur optique bidirectionnel est branché électriquement à un circuit électronique comparateur qui compare la luminosité reçue sur chacune des deux faces des deux cellules et qui transmet le résultat de la comparaison au circuit logique de commande connecté aux moteurs actionnant les miroirs.

Les deux miroirs sont entraînés autour de leur premier axe de rotation commun d'Est en Ouest, cet entraînement se faisant à la vitesse sensiblement constante d'un tour par jour en fonctionnement normal, et à une vitesse légèrement supérieure ou légèrement inférieure à cette vitesse pendant un laps de temps de réglage, sous le contrôle de ladite logique de commande. _*

Pour optimiser le positionnement des miroirs en fonction du rayonnement reçu du soleil et du rayonnement réfléchi vers la cible, la logique de commande est configurée pour accélérer ou ralentir la rotation des miroirs autour de chaque axe de rotation pendant un laps de temps de réglage, jusqu'à ce que le positionnement du capteur optique bidirectionnel, et donc le positionnement des miroirs qui lui sont solidairement liés, soit optimisé.

Dans un mode de réalisation avantageux, cette logique de commande est configurée pour exécuter un programme comportant des étapes consistant à :

- régler sensiblement la position du miroir portant le capteur optique bidirectionnel suivant ses deux axes de rotation pour que le rayonnement solaire reçu par ledit miroir soit réfléchi dans le prolongement du premier axe de rotation et en direction de la cible;

- à l'aide du capteur optique bidirectionnel, mesurer la luminosité du soleil et réitérer cette mesure jusqu'à ce que la luminosité mesurée soit supérieure à un seuil prédéterminé de luminosité minimale;

- lorsque la luminosité mesurée est supérieure au seuil de luminosité minimale, tester l'orientation dudit miroir en fonction du signal délivré par le capteur optique bidirectionnel;

- si le signal délivré par le capteur optique bidirectionnel indique une erreur de positionnement dudit miroir suivant le premier axe de rotation ou le second axe de rotation, modifier temporairement la vitesse de rotation dudit miroir autour dudit axe de rotation, puis réitérer le test d'orientation dudit miroir jusqu'à ce que le test d'orientation du miroir indique l'absence d'une erreur de positionnement du miroir autour de chacun de ses axes de rotation. L'invention prévoit que ce programme peut n'être exécuté, mais pas nécessairement, qu'après un test de stabilité de l'éclairement solaire, indiquant que la luminosité reçue par le miroir est supérieure au seuil de luminosité minimale pendant un laps de temps supérieur à une temporisation prédéterminée.

1 L'invention a également pour objet un dispositif ou un champ d'héliostats, comprenant une pluralité d'héliostats tels que décrits plus haut, et caractérisé en ce que lesdits héliostats sont alignés suivant un axe Est/Ouest et que les trois axes de rotation des différents héliostats sont respectivement parallèles entre eux et en ce qu'au moins une connexion mécanique relie les axes respectifs entre eux de manière à ce que toutes les rotations des miroirs se fassent à l'identique et en même temps.

Afin d'exploiter l'invention pour des applications en concentration solaire, au moins quatre dispositifs particuliers sont décrits ci-après :

1 - l'héliostat à double sens suivant l'invention redirige le rayonnement solaire vers une lentille de Fresnel disposée dans le prolongement du premier axe de rotation, soit du côté Sud, soit du côté Nord, soit une lentille de Fresnel disposée de chaque côté, et de manière à concentrer l'énergie solaire sur une ou deux cibles.

2 - l'héliostat à double sens suivant l'invention redirige le rayonnement solaire vers un miroir secondaire fixe disposé dans le prolongement du premier axe de rotation, soit du côté Sud, soit du côté Nord, soit un miroir secondaire disposé de chaque côté, et de manière à ce que ce ou ces miroirs secondaires redirigent le rayonnement solaire reçu de l'héliostat vers une ou deux cibles.

3 - l'héliostat à double sens suivant l'invention redirige le rayonnement solaire, d'un côté vers une lentille de Fresnel et de l'autre côté vers un miroir secondaire fixe.

4 - Afin de créer sur une cible un effet de concentration solaire avec des miroirs secondaires fixes, une pluralité d'héliostats sont alignés, de préférence suivant un axe Est/Ouest, et de sorte que tous les axes de rotation correspondants des différents héliostats sont respectivement parallèles entre eux.

Tous les premiers axes ou axes principaux sont reliés ensemble par un premier dispositif mécanique d'entraînement collectif qui permet leurs mises en rotation simultanées et à l'identique.

Tous les deuxièmes et troisièmes axes sont aussi munis d'un deuxième dispositif mécanique d'entraînement collectif qui permet leurs mises en rotation simultanées et à l'identique.

L'effet de concentration est obtenu par la superposition sur la cible de tous les rayonnements solaires réfléchis par les miroirs secondaires.

Grâce à la caractéristique de l'héliostat de pouvoir orienter le rayonnement solaire suivant deux sens, la pluralité d'heliostats peut utiliser en même temps des miroirs secondaires et des lentilles * de Fresnel ₄ afin de .répondre à deux applications différentes, par exemple de la haute concentration solaire' sur des petites surfaces pour des applications photovoltaïques multi jonctions, et de la moyenne concentration solaire sur des grandes surfaces pour du chauffage dans l'habitat.

Dans un mode particulier de réalisation les miroirs secondaires sont concaves ce qui permet une pré focalisation des faisceaux de lumière qui se dirigent vers la cible.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

L'invention est maintenant décrite plus en détail à l'aide de la description des figures 1 à 8 indexées.

- La figure 1 est un schéma de principe en élévation et en coupe d'un héliostat suivant l'invention.

- La figure 2A illustre une application particulière de l'héliostat de la figure 1, avec un miroir secondaire et une lentille de Fresnel.

- La figure 2B illustre une variante de l'héliostat de la figure 1, associée à deux lentilles de Fresnel et à une cible.

- La figure 3 illustre un champ solaire comprenant une rangée d'héliostats selon les figures 1 et 2 et commandés par un seul moteur.

- La figure 4 est un schéma en élévation et en coupe de la partie mécanique de mise en rotation des deux miroirs de l'héliostat de la figure 1.

- Les figures 5A, 5B et 5C illustrent les trois positions possibles du sélecteur d'embrayage de la partie mécanique représentée en figure 4.

- La figure 6 est un schéma en élévation et en coupe d'un héliostat à deux miroirs selon la figure 1, auquel a été ajouté un détecteur optique de position solaire.

- La figure 7 est un schéma en perspective du détecteur de position solaire utilisé sur l'héliostat de la figure 6.

- La figure 8 représente un organigramme d'un algorithme mis en œuvre par la logique de commande de réglage de position de l'héliostat de la figure 6.

On se réfère à la figure 1 qui représente un héliostat qui redirige le rayonnement solaire 4A et 4B suivant l'axe de rotation de la Terre 7 grâce à deux miroirs plans 1A et 1B et grâce à trois axes de rotations 6, 2A et 2B.

Le premier axe de rotation 6 est orienté Nord/Sud et incliné d'un angle h par rapport à l'horizontale. Cet angle h équivaut à la latitude du lieu géographique de l'installation. Plus précisément cet axe de rotation 6 est parallèle à l'axe de rotation de la Terre 7 et est donc dirigé sensiblement vers l'étoile polaire 10.

Le deuxième axe de rotation 2A et le troisième axe de rotation 2B sont perpendiculaires au premier axe de rotation 6, et solidaires à ce dernier. Ces deuxième et troisième axes de rotations 2A, 2B sont de préférence parallèles entre eux et disposés à chacune des extrémités du premier axe de rotation 6. Ces deuxième et troisième axes de rotation permettent de faire pivoter chacun un miroir plan respectif noté 1A et 1B, avec une rotation de plus ou moins 12 degrés d'angle. Le premier axe de rotation 6, lui, permet de faire pivoter ces deux miroirs 1A et 1B suivant un tour complet, soit 360 degrés.

Le premier miroir 1A et le deuxième miroir 1B sont réglés de manière à ce que les rayons solaires incidents 4A et 4B soient réfléchis dans la même direction que le premier axe de rotation 6. Le premier miroir 1A redirige le rayonnement solaire 4A dans le sens opposé à celui de l'étoile polaire 10, donc vers le Sud, alors que le deuxième miroir 1B redirige le rayonnement solaire 4B vers l'étoile polaire 10 donc vers le Nord. On peut alors montrer que les faisceaux solaires réfléchis 5A, 5B conservent leur orientation 7 pendant le déplacement journalier du soleil simplement en faisant tourner le premier axe de rotation 6 avec une vitesse constante d'un tour par jour, ce qui correspond à la vitesse de rotation apparente du soleil autour de la Terre.

Pour corriger le déplacement saisonnier du soleil, qui est de 47° par an, c'est-à-dire de plus ou moins 23,5 ° au dessus et en dessous de sa position aux équinoxes, le deuxième et le troisième axe de rotation doivent faire pivoter le premier et le deuxième miroir d'un angle de plus ou moins 11,75° (la moitié de 23,5 °) autour d'une position initiale qui a été réglée pour les équinoxes. La rotation est de 11,75° au lieu de 23,5 ⁰ car en effet la déviation totale d'un rayon par réflexion sur un miroir est le double de son angle d'incidence mesuré par rapport à la perpendiculaire du miroir. La vitesse de rotation des deuxième et troisième axes n'est pas constante, elle suit une progression sinusoïdale qui est connue ^; de l'homme de métier.

Les trois axes de rotation 6, 2A, 2B sont mis en rotation pour suivre le soleil grâce à un dispositif d'entrainement comprenant des roues dentées 8A,8B,9 et des vis sans fin, des poulies ou des tiges filetées, ainsi qu'un ou deux moteurs à commande filaire ou télécommandés. Une description détaillée de ce dispositif d'entrainement est donnée en liaison avec la figure 4.

Selon un mode particulier de réalisation de l'invention correspondant à la figure 2A, l'héliostat suivant l'invention redirige le rayonnement solaire 4A vers une lentille de Fresnel 11A positionnée dans le prolongement 7 du premier axe de rotation 6, soit du côté Sud, soit du côté Nord, soit une lentille de Fresnel disposée de chaque côté (non illustrée), soit encore vers une ou plusieurs lentilles de Fresnel disposées entre les deux miroirs (variante représenté en figure 2B), et de manière à concentrer l'énergie solaire sur une cible 12, 12A.

Selon un autre mode de réalisation particulier, l'héliostat suivant l'invention redirige le rayonnement solaire 4B vers un miroir secondaire 11B fixe disposé dans le prolongement 7 du premier axe de rotation 6, soit du côté Sud, soit du côté Nord, soit un miroir secondaire fixe disposé de chaque côté (non illustré) et de manière à ce que ce ou ces miroirs secondaires 11B redirigent le rayonnement solaire 5B reçu de l'héliostat vers une cible 12B.

Selon un autre mode de réalisation particulier, l'héliostat suivant l'invention redirige le rayonnement solaire, d'un côté vers une lentille de Fresnel 11A et de l'autre côté vers un miroir secondaire fixe 11B.

Comme représenté en figure 3, afin de créer sur une cible 12B un effet de concentration solaire avec des miroirs secondaires fixes HBx, une pluralité héliostats Hl, H2, H3...H6 sont alignés, de préférence suivant un axe Est/Ouest, et de sorte que tous les axes de rotation respectifs des miroirs sont parallèles entre eux. Ainsi, tous les premiers axes 6 sont reliés ensemble par un dispositif mécanique d'entraînement collectif 15 qui permet leurs mises en rotation simultanées et à l'identique. Tous les deuxièmes et troisièmes axes sont aussi munis d'un dispositif mécanique d'entraînement collectif 14 qui permet leurs mises en rotation simultanées et à l'identique. L'effet de concentration est obtenu par la superposition sur la cible 12B de tous les rayonnements solaires réfléchis 13x par les miroirs secondaires HBx. Grâce à la caractéristique de l'héliostat de pouvoir orienter le rayonnement solaire suivant les deux sens (Nord et Sud), là pluralité d'héliostats peut utiliser en même temps des miroirs secondaires HBx et des lentilles de Fresnel HAx afin de répondre à deux besoins différents; par exemple de la haute concentration solaire sur des petites surfaces 12A pour du photovoltaïque multi jonctions et de la moyenne concentration solaire sur des grandes surfaces 12B pour du chauffage dans l'habitat.

Dans un autre mode particulier de réalisation les miroirs secondaires HBx sont concaves ce qui permet une pré focalisation des faisceaux de lumière 13x qui se dirigent vers la cible 12B.

On va maintenant décrire plus en détail en relation à la figure 4, un dispositif d'entraînement des miroirs autour de leurs différents axes de rotation, en particulier les axes secondaires 2A, 2B.

Le premier axe de rotation 6 ou axe principal est constitué de deux tubes creux 6A 6B, l'un et l'autre disposés dans le même prolongement de l'axe Terre - Etoile polaire 7, et chacun d'entre eux 6A,6B présente une ouverture 16A,16B en forme de fente longitudinale 16A,16B pratiquée le long de son axe, et chacun de ces tubes 6A,6B est respectivement solidaire à une de ses extrémités avec un deuxième axe de rotation 2A et un troisième axe de rotation 2B, et à l'autre de ses extrémités avec une première roue dentée 8A et une deuxième 8B roue dentée perpendiculaires à leur axe 7.

L'intérieur des deux tubes 6A, 6B est traversé par une tige filetée unique 19 qui comprend en son centre une troisième roue dentée 9 perpendiculaire et de part et d'autre de laquelle est vissé, sur la tige filetée 19, un écrou 17A, 17B dont une partie 18A, 18B, de préférence plate, se prolonge sous forme de flasque au travers de l'ouverture 16A, 16B pratiquée dans le tube creux 6A, 6B. Ceci permet d'interdire la rotation de l'écrou 17A, 17B par rapport au tube creux 6A, 6B correspondant, et de provoquer le déplacement de chaque écrou le long de la tige filetée 19 lorsque cette dernière est en rotation par rapport aux tubes creux.

Le flasque 18A, 18B de l'écrou 17A, 17B est relié au dos du miroir correspondant 1A, 1B par une biellette rigide 3A, 3B de sorte que le déplacement de l'écrou 17A 17B coulissant le long de la fente 16A, 16B provoque le pivotement du miroir 1A, 1B autour de son axe de rotation 2A, 2B.

Les deux roues dentées 8A,8B = solidaires des tubes creux 6A,6B sont reliées par un dispositif de couplage 20 qui permet leurs mises en rotation à l'identique grâce à une première vis sans fin 15: La roue dentée du milieu 9 qui "est solidaire de la tige filetée 19 est elle même mise en rotation grâce à une deuxième vis sans fin 14.

Les deux roues dentées 8A,8B solidaires des tubes creux 6A,6B et la troisième roue dentée 9 solidaire de la tige filetée 19 ont leurs axes de rotation concentriques et coïncidant avec l'axe 7, ce qui fait que lorsque leurs vitesses de rotation sont identiques les écrous 17A,17B restent fixes et les miroirs ΙΑ,ΙΒ tournent seulement autour de leur premier axe de rotation 6 qui est celui qui est parallèle à l'axe de rotation de la Terre 7 et qui correspond au mouvement horaire du soleil.

Lorsque la troisième roue dentée 9 tourne plus vite ou moins vite que les deux autres roues dentées 8A, 8B, les écrous 17A, 17B se déplacent respectivement dans un sens ou dans l'autre et provoquent le pivotement des miroirs 1A, 1B dans un sens ou dans l'autre suivant respectivement leur deuxième 2A et leur troisième axe de rotation 2B, ceci afin de suivre le mouvement du soleil dans son mouvement en hauteur, c'est-à-dire son mouvement saisonnier.

La première roue dentée 8A et la deuxième roue dentée 8B d'une part, et la troisième roue dentée 9 d'autre part, sont mises en rotation indépendamment grâce à la première vis sans fin 15 et à la deuxième vis sans fin 14.

Ces deux vis sans fin 14 15 sont mises en rotation par exemple par un engrenage sélectif 21 (figures 5A, 5B, 5C). Cet engrenage sélectif 21 est constitué d'une roue dentée principale 22 actionnée par un moteur (non représenté) et de deux roues dentées RI R2, chacune d'entre elles étant solidaire d'une des deux vis sans fin 14,15 de sorte que ladite roue principale 22 peut se déplacer soit pour se coupler à la première vis sans fin 15, soit se coupler à la deuxième vis sans fin 14, soit se coupler au deux vis sans fin 14 15 en même temps.

La roue dentée principale motrice 22 ainsi que les deux autres roues dentées menées R1,R2 de l'engrenage tournent toujours dans le même sens mais une logique de commande ordonne la mise en couplage et donc la rotation d'une roue RI et/ou de l'autre roue R2 de manière à ce que le premier axe de rotation 6 suive bien le déplacement continu du soleil au cours de la journée, et de manière à ce que la différence du nombre de tours de rotation d'une roue RI par rapport à l'autre R2 provoque bien soit l'avance soit le recul des écrous 17A,17B et donc le suivi du soleil dans sa hauteur.

La différence du nombre de tours parcourus entre les deux roues R1,R2 est soit positive soit négative, c'est-à-dire qu'une des deux roues peut prendre de l'avance sur l'autre ce qui entraine alors l'avance ou le recul des écrous 17A,17B sur la tige filetée 19. Les écrous 17A 17B peuvent aussi être maintenus immobiles simplement en imposant aux deux roues RI, R2 de tourner à la même vitesse.

Le moteur utilisé pour actionner la roue dentée principale 22 de l'engrenage sélectif 21 est un moteur électrique, à courant continu ou alternatif ou un moteur pas à pas, ou un moteur utilisant l'énergie potentielle, gravitationnelle ou mécanique.

Dans la configuration particulière représentée en figure 3 comprenant une pluralité d'héliostats alignés, une seule première vis sans fin 15 et une seule deuxième vis sans fin 14 de grande longueur sont nécessaires, et elles relient tous les héliostats Hl, H2...H6 de manière à mettre en rotation tous les miroirs ΙΑχ, lBx par la commande unique de l'engrenage sélectif 21. Donc un seul moteur permet la mise en rotation simultanée et d'une manière identique de tous les héliostats. Les héliostats redirigent donc le rayonnement solaire suivant l'axe de rotation de la Terre 7, dans les deux sens (Nord et Sud) avec une vitesse de rotation constante égale à un tour par jour, soit un tour en 23h56mn alors que les deuxièmes et troisièmes axes de rotation 2A, 2B servent à suivre le soleil dans son mouvement saisonnier, soit 12 degrés au dessus et 12 degrés au dessous de l'équateur céleste, ce qui correspond à une rotation moyenne de 4 degrés par mois.

Ainsi l'engrenage sélectif 21 fonctionne la plupart du temps avec des vitesses de rotation égales pour les deux roues RI, R2 (figure 5C) et seulement pendant de très courtes périodes de réglage avec des vitesses différentes (figures 5A et 5B). Cette caractéristique permet de réduire de façon importante les changements de mode de fonctionnement de l'engrenage sélectif 21 et ainsi de réduire d'autant l'usure et l'énergie dépensée pour cette opération.

Une variante (non illustrée) de mode de réalisation est d'actionner les deuxième et troisième axes de rotation 2A, 2B de chaque héliostat localement, sans transmission mécanique distante donc sans deuxième vis sans fin 14 et sans roue

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dëntée centrale 9, mais en positionnant un moteur ou un* électro-aimant directement ¹ au niveau des biellettes 3A,3B de manière à allonger ou à raccourcir leur longueur, ce qui provoquera le basculement voulu des miroirs ΙΑ,ΙΒ autour des deuxième et troisième axes de rotation 2A,2B. Cela est rendu possible par exemple en stockant l'électricité fournie par une cellule photovoltaïque dans une batterie ou un super condensateur attaché à chaque héliostat, puis en utilisant cette énergie électrique pour actionner le moteur d'un vérin couplé à chaque biellette 3A,3B. Comme la nécessité de provoquer ce mouvement est très ponctuel (1 degré par semaine), le moteur pourra être aussi constitué de deux électro-aimants qui, sous l'effet de quelques impulsions électriques, mettront en mouvement le vérin soit dans un sens, soit dans l'autre sens. Les consignes de mise en marche du moteur ou des électro- aimants pourront se faire de préférence par des télécommandes distantes qui utiliseront par exemples des ondes hertziennes.

Dans un autre mode particulier de réalisation, l'engrenage sélectif 21 est remplacé par deux moteurs, chacun d'eux étant couplé à l'une des deux vis sans fin 14,15 et les vitesses de rotation sont adaptées pour permettre le suivi de la course du soleil.

La figure 6 montre l'emplacement du détecteur optique de position solaire 23 qui permet d'orienter avec précision l'héliostat selon l'invention sans la nécessité d'un calculateur ni d'une électronique qui contiendrait ou qui mémoriserait des positions solaires. Ce détecteur optique de position solaire 23 est fixé sur le premier axe de rotation 6 et est placé sur le trajet des rayons réfléchis, par exemple sur le trajet 5A côté Sud.

La figure 7 montre en détail un mode de réalisation du détecteur de position solaire 23. Il s'agit d'un capteur optique bidirectionnel comportant une première cellule photovoltaïque plane Cl, active sur ses deux faces, et positionnée de sorte que le plan qui inclut la cellule Cl inclut également le premier axe de rotation 6, et comportant une seconde cellule photovoltaïque C2, active sur ses deux faces, et positionnée de sorte que le plan qui inclut la cellule C2 est à la fois parallèle au premier axe de rotation 6 et perpendiculaire au plan de la cellule Cl.

Les cellules Cl et C2 mesurent la luminosité ou quantité de lumière qui est reçue sur chacune de leurs deux faces. Les cellules Cl et C2 étant solidaires du premier axe de rotation 6 ^: elles tournent avec ce dernier erï suivant le soleil dans son mouvement horaire d'Est en Ouest. La cellule Cl est réglée pour que la luminosité sur chacune de ses deux faces soit identique lorsque le miroir 1A est positionné correctement autour de son premier axe de rotation 6 et est face au soleil. La cellule C2 est réglée pour que la luminosité sur chacune de ses deux faces soit identique lorsque le miroir 1A est positionné correctement autour de son deuxième axe de rotation 6 et que les rayons réfléchis du soleil 5A sont bien parallèles au premier axe de rotation 6.

Le capteur optique bidirectionnel 23 est branché électriquement à un circuit électronique (non illustré) qu'il alimente avec le courant photovoltaïque généré par les deux cellules et qui compare en permanence la luminosité sur chacune des deux faces CIA, C1B et C2A, C2B des deux cellules C1,C2. Une variation de luminosité d'une face par rapport à sa face opposée renseigne alors sur la nature du décalage qui s'est produit par rapport à la position idéale du miroir 1A, cette information est alors transmise à un circuit logique qui va corriger ce décalage par une commande sur la vitesse de rotation du premier axe 6 et/ou par une commande sur l'inclinaison du miroir 1A par rapport à son deuxième axe de rotation 2A. Les corrections apportées au positionnement du premier miroir 1A sont répercutées automatiquement au deuxième miroir 1B par le jeu de transmissions mécaniques décrites en relation avec la figure 5.

La logique qui est utilisée pour décider des corrections de position à apporter à l'héliostat est schématisée dans l'organigramme de l'algorithme de la figure 8. Après que les miroirs 1A, 1B aient été réglés suivant leurs trois axes de rotation 6,2A, 2B pour que le rayonnement solaire soit bien réfléchi dans le prolongement 7 du premier axe de rotation 6, on impose au premier axe 6 une rotation d'Est en Ouest d'un tour en 23H56mn afin de suivre le soleil dans son mouvement horaire. Puis on mesure la luminosité L du soleil. Si cette luminosité est inférieure à un seuil minimum LS alors on réitère la mesure jusqu'à ce que la luminosité du soleil dépasse cette valeur LS. Cette valeur LS est donnée par exemple par une cellule photovoltaïque ou bien par un pyranomètre. Cette valeur LS peut être exprimée en Lux, ou en nombre de milliampères produits par _t une cellule photovoltaïque. Dès que la luminosité L du soleil est supérieure ou égale à LS alors une "horloge T se 'déclenche tout en continuant les mesures de L. Si ^; un laps de temps TS, par exemple de 2 minutes, s'écoule avec une luminosité L > LS, cela signifie que la luminosité du soleil est suffisamment stable pour permettre des mesures comparatives sur chacune des faces des deux cellules Cl et C2. Si la luminosité est différente entre chaque face de la cellule Cl (CIA et C1B) cela signifie qu'il y a eu une dérive dans le suivi du soleil dans son mouvement horaire, donc une consigne est donnée par le circuit logique soit pour augmenter la vitesse de rotation du premier axe de rotation 6 si CIA est supérieure à C1B, soit pour diminuer la vitesse de rotation du premier axe de rotation 6 si CIA est inférieur à C1B. Une réitération de la mesure comparative est lancée jusqu'à ce que les valeurs de CIA et C1B soient égales. Puis est lancée de façon similaire une mesure de la luminosité des deux faces de la cellule C2 (C2A et C2B). Si la luminosité est différente entre C2A et C2B cela signifie qu'il y a eu une dérive dans le suivi du soleil dans son mouvement saisonnier, donc une consigne est donnée par le circuit logique soit pour augmenter l'inclinaison du miroir 1A suivant son deuxième axe de rotation 2A si la luminosité sur C2A est supérieure à celle sur C2B, soit pour diminuer l'inclinaison du miroir 1A suivant son deuxième axe de rotation 2A si la luminosité sur C2A est inférieure à celle sur C2B. Dès que les valeurs de luminosité sur C2A et C2B sont égales, l'horloge T est remise à zéro (T=0) et une nouvelle boucle de mesures est lancée sur la luminosité L.

Cette logique de base peut être complétée par des tests complémentaires afin de sécuriser davantage ce protocole de correction, comme par exemple un test sur le nombre de corrections effectuées par minute. Si ce nombre est trop important cela signifie qu'il y a une instabilité anormale du système, alors une alarme pourra être générée. La correction qui est faite sur le premier miroir 1A grâce au détecteur de position solaire 23 pourrait être faite de la même manière pour le deuxième miroir 1B, ce qui nécessiterait un deuxième détecteur de position solaire placé sur le côté Nord du premier axe de rotation 6. Mais on peut montrer qu'une correction angulaire sur le premier miroir 1A nécessite la même correction angulaire sur le deuxième miroir 1B pour des raisons de symétrie. Ainsi le long de la tige filetée 19, le déplacement du premier écrou 17A dans un sens nécessitera le déplacement du deuxième écrou 17B également dans le même sens. Ce qui est déjà prévu dans le dispositif d'entraînement 21*décrit précédemment.

On décrit maintenant un exemple concret de réalisation.

Un concentrateur solaire situé à la latitude 35°N est constitué d'une rangée de dix héliostats alignés suivant une direction Est / Ouest. Chaque héliostat est composé de deux miroirs plans Al, A2 rectangulaires de 1 x 1,50 m fixé chacun à l'extrémité d'un premier axe de rotation 6 orienté Nord/Sud et incliné de 35° par rapport à l'horizon Nord, cet axe 6 est solidaire à ses extrémités d'un deuxième axe de rotation 2A et d'un troisième axe de rotation 2B qui lui sont perpendiculaires.

Le premier axe de rotation 6 est fixé au sol à une hauteur suffisante pour que les miroirs Al, A2 puissent faire un tour complet sans rencontrer d'obstacle ni toucher le sol. Le deuxième axe de rotation 2A et le troisième axe de rotation 2B peuvent faire pivoter les deux miroirs 1A, 1B de plus ou moins 12°. Un miroir plan secondaire 11B , rectangulaire de 1 x 1,20 m est fixé à l'extrémité d'un mât vertical de sorte que son centre soit sur le prolongement du premier axe de rotation 6. Ce miroir secondaire 11B est orienté définitivement de sorte que le rayonnement solaire 5B qu'il reçoit du deuxième miroir 1B soit dirigé vers une cible 12B. La cible 12B est un panneau solaire photovoltaïque carré de 1 x 1 m constitué de cellules en silicium cristallin. La cible 12B est positionnée au Sud des héliostats et à une hauteur d'environ 3 m de manière à minimiser les angles de réflexion du rayonnement solaire réfléchi 13 et ainsi minimiser la taille desdits miroirs 11B. L'autre miroir 1A réoriente le rayonnement solaire 4A vers une lentille de Fresnel carrée de 1 mètre de côtés placée sur le prolongement du premier axe 6. Cette lentille de Fresnel permet la concentration solaire sur une petite cellule photovoltaïque multi couche minces de 3 cm de côtés qui reçoit donc un rayonnement solaire concentré par un facteur 500.

Le premier axe de rotation 6 fait 30 mm de diamètre et contient une tige filetée 19 et deux écrous 17A, 17B qui se déplacent le long de la tige 19 pour faire pivoter les deux miroirs suivant leur deuxième 2A et troisième 2B axes de rotation. Un mécanisme contient 3 roues dentées de 100 dents solidaires des trois axes de rotation. Deux vis sans fin ^* 14,15 couplées à un engrenage sélectif 21 permettent la mise en rotation de chacun des axes afin de suivre le soleil dans son mouvement diurne et son déplacement saisonnier. Un seul moteur électrique rotatif de 10 Watts de puissance est suffisant pour commander les deux miroirs 1A, 1B de l'héliostat. La logique de commande reçoit l'information d'un capteur optique bidirectionnel 23 qui renseigne sur la position relative exacte du soleil dès que la luminosité correspond à un ciel dégagé et que cette luminosité est stable au moins durant 2 minutes.

Si nécessaire une correction de position est faite en faisant tourner les vis sans fin 14 et 15 avec des vitesses différentes.

Cet héliostat est dupliqué 30 fois et les 30 héliostats sont alignés suivant un axe Est/Ouest de sorte que tous les axes de rotation respectifs soient parallèles entre eux. Le moteur est un moteur de 300 Watts. Trente petites cellules photovoltaïques 12A sous concentration d'un facteur 500 produiront environ 200 Watts Crète chacune, soit un total de 6 kWc. Tous les trente miroirs secondaires redirigeront la lumière sur le panneau photovoltaïque d'un mètre carré qui produira environs 3 kWc crête de puissance. Ce générateur électrique solaire d'une puissance d'environs 9 kWc ne sera en définitive commandé que par une mécanique simple et un seul moteur. AVANTAGES DE L'INVENTION

En définitive l'invention permet bien de commander une pluralité d'héliostats avec un seul moteur et une mécanique simplifiée. Cette invention est donc particulièrement adaptée pour produire de la concentration solaire à moindre coût.