L'invention se rapporte à l'énergie solaire et plus particulièrement aux dispositifs comprenant un ensemble incliné de panneaux solaires plans (photovoltaïques ou éventuellement thermiques) .

De tels panneaux offrent une grande prise au vent, ce qui limite, en fait, leur utilisation à des installations lourdes solidement ancrées au sol. On a bien tenté de monter des panneaux plans sur un support orienteur azimutal mais ces installations sont de faibles dimensions , onéreuses , et , surtout, supportent mal les effets du vent.

Pour remédier à ces inconvénients, l'inventeur a mis au point un dispositif résistant bien au vent comprenant un ensemble incliné de panneaux solaires présentant la forme d'une surface rectangulaire allongée dans le sens horizontal, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend aussi une carène de forme comparable à l'ensemble des panneaux et fixée derrière eux de façon à déterminer un dièdre évoquant un toit , avec un ou plusieurs orifices de ventilation (évents ou fentes) à la partie supérieure, les extrémités du dièdre- étant obturées par des panneaux triangulaires , et le tout étant fixé à une distance au-dessus du sol faible mais suffisante pour tolérer l'entrée de l'air frais à l'intérieur du dièdre , et permettre une circulation d'air au dos des panneaux. L'orifice (fente) prévu à la partie supérieure du dièdre s'étend sur toute la longueur de l'arête et est suffisamment large pour permettre l'évacuation facile de l'air.

Le dispositif selon l'invention est orientable autour d'un axe vertical permettant ainsi une poursuite en azimut et à cet effet la base du dièdre est assujettie directement ou indirectement à un che- min de roulement circulaire.

Le dispositif, tout en permettant la ventilation naturelle de la face arrière des panneaux solaires , par effet thermique ou sous l'action du vent , présente surtout l'important avantage de n'offrir que peu de prise au vent qui aura tendance à plaquer le système sur la plate-forme.

Conformément à la présente invention, la carène peut affecter toute forme différente d'un rectangle plan, par exemple une forme

galbée, à condition que l'aération de la partie arrière des panneaux puisse se faire dans de bonnes conditions.

Le bâti est animé du mouvement de poursuite en azimut du soleil à l'aide d'un moteur à double sens de marche. Durant la journée, le moteur intervient pour faire tourner le bâti, soit de façon continue, sa vitesse étant ajustée en fonction de la vitesse apparente, en azimut, du soleil, soit de façon discontinue en sorte que l'angle dièdre D du plan vertical perpendiculaire aux panneaux avec le plan vertical contenant le soleil soit inférieur à une certaine valeur, Dm, choisie d'avance par l'utilisateur.

Dans le cas où l'on utilise un mouvement de poursuite discontinu, ce qui constitue le cas d'utilisation le plus général, la valeur du Dm dépend de l'utilisation ou non du dispositif de concentration en auge. - Sans concentration, Dm est choisi en sorte que la perte de rendement due à l'erreur périodique de visée demeure acceptable. Entre deux mises en marche du moteur, on peut admettre que la vitesse angulaire 'du soleil est sensiblement constante. Le moteur est mis en marche lorsque l'angle dièdre D a la valeur -Dm et s'arrête lorsqu'il prend la valeur +Dm. On démontre que la perte de rendement a pour valeur le facteur

_ sin Dm ,-_ ,. r = (Dm en radians)

Dm ce qui correspond par exemple , pour Dm = 10° à r = 0 ,995 , pour Dm = 20° à r = 0 ,980 , pour Dm = 30° à r = 955. On voit ainsi qu'une tolérance de 20° sur l'angle D n'entraîne une perte que de 2% par rapport à une poursuite en azimut parfaite. - En revanche, si on met en oeuvre la concentration en auge, c'est un autre phénomène qui limite Dm, particulièrement si on utilise des panneaux photovoltaîques. En effet, il est nécessaire, pour le bon fonctionnement des panneaux photovol¬ taîques , que toute leur surface active soit uniformément éclai- rée ; il convient donc que la lumière réfléchie par les miroirs couvre bien cette surface dans tous les cas , en particulier pour la valeur Dm de l'écart angulaire, ce qui conduit à élargir

d'autant plus les miroirs que Dm est grand.

Dans la pratique, Dm ne doit guère dépasser un ou deux degrés.

Si pour des vents ne présentant pas de tourbillons à axe verti- cal, le dispositif décrit est très stable ; en revanche dans ce dernier cas, seul le dispositif de mise en rotation peut s'opposer au couple à axe vertical provoqué par le vent , ce qui risque de le détériorer.

Aussi la présente invention comprend-elle un dispositif complémentaire de blocage en rotation du bâti lorsque celui-ci est immobile, ce dispositif étant mis hors service lorsque le mouvement de rotation est commandé. Un système de sécurité met automatiquement en oeuvre le dispositif de blocage si le couple de rotation dépasse la valeur admissible pour le dispositif d'entraînement de la rotation. Le déblocage peut se faire manuellement lorsque le vent est tombé , ou automatiquement au bout d'un certain temps , quitte à être immédiatement remis en oeuvre si le couple excessif réapparaît.

La description qui va suivre , en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux compren- dre les différents éléments constituant la présente invention.

Fig. 1 représente schématiquement une perspective du dispositif de base conforme à la présente invention,

Fig. 2 représente schématiquement en plan un dispositif de rotation et d'entraînement conforme à la présente invention , Fig. 3 représente une coupe schématique , dénommée B sur la

Fig. 2 , des dispositifs de roulement et de blocage qui . permettent la rotation, tout en assurant la résistance au vent du dispositif mobile , Fig. 4 représente une coupe schématique du châssis mobile , Fig. 5 représente une perspective schématique de principe du dispositif de concentration par miroirs en auge,

Fig. 6 représente une perspective axono étrique du châssis mobile muni de panneaux et du dispositif de miroirs de concentration ,

Fig. 7 représente un schéma sous forme de blocs qui montre les différents éléments de commande et de contrôle du dispositif conforme à la présente invention.

Sur la Fig. 1, 1 représente les panneaux solaires associés dans un même plan et fixés sur un châssis non représenté , 2 représente la carène symétrique du plan des panneaux, 3 représente une embase rectangulaire composée de deux longerons 4 et 5 et de deux traver- ses 6 et 7 , les autres traverses ne sont pas figurées, 8 représente l'évent par lequel l'air situé sous le châssis et la carène peut s'échapper, A, A' représentent l'axe de rotation du système mobile, 9 représente une bande de roulement, 12 représente le socle sur lequel repose le système. La Fig. 1 représente, à titre d'exemple, une association de trente panneaux solaires sous forme de deux rangées de quinze éléments , la carène 7 a une forme rectangulaire identique à celle de l'ensemble des panneaux et est symétrique de cet ensemble par rapport à l'axe A, A' . Pour des raisons d'aérodynanisme ou même d'esthétique on peut, sans sortir de la présente invention, donner à cette carène une forme différente, par exemple plus large, ce qui augmente la distance du longeron 4 à l'axe A, A' , ou bien galbée , ceci à condition que l'évent 7 demeure sous la forme représentée sur la Fig. 1 et que la partie basse 10 de la carène se trouve à la même distance du plan supérieur du socle 12 que la partie basse 11 de l'ensemble des panneaux, cette distance étant du même ordre que la largeur de l'évent 8.

L'élément- de liaison entre l'embase rectangulaire 3 et la bande de roulement 9 n'est pas représenté sur la Fig. 1 mais sur la Fig. 2. Sur la Fig. 2 est représentée l'embase rectangulaire 3 avec ses deux longerons 4 et 5 et ses deux entretoises 6 et 7 et en pointillé la superstructure composée de l'ensemble des panneaux solaires et de la carène. L'embase rectangulaire repose sur une structure cruciforme 13 qui l'éloigné du socle 12. Cette structure 13 comporte en son milieu une pièce cylindrique 14 traversée en son centre par un axe 15 fixé sur le socle 12 , en sorte qu'elle puisse tourner librement autour de cet axe et assurer ainsi le centrage de la partie mobile sans en supporter le poids. De cette pièce cylindrique partent quatre bras 16 , 17 , 18 , 19 qui supportent les longerons 4 et 5 et sont terminés par des éléments de roulement et de blocage 20 , 21, 22 , 23 dont la structure est représentée (coupe B) sur la Fig. 3. Une entretoise 24 porte un moteur 25 qui entraîne une roulette 26

fixée sur un arbre 27 , lequel est relié au rotor du moteur par une boîte de réduction de vitesse non figurée. La roulette 26 repose sur la bande de roulement 9 et assure , par friction ou par l'intermédiaire d'une crémaillère, la rotation de la partie mobile. 5 Un capteur d'angle, non figuré , relié d'une part à la pièce cylindrique 14 et , d'autre part, à l'axe 15 , traduit sous la forme d'un signal électrique , analogique ou numérique , l'angle que fait la partie mobile avec une direction azimutale choisie pour origine (pour l'hémisphère Nord, ce sera de préférence la direction Nord, pour 10 l'hémisphère Sud, la direction Sud) , ce type de capteur est bien connu de l'homme de l'art et il en existe une grande variété.

Un capteur de couple , non figuré , peut être avantageusement interposé entre le moteur 25 et l' entretoise 24 , en sorte que , si une force horizontale perpendiculaire à l'axe 27 trop grande est appliquée

15. à la roulette 26 , le capteur de couple déclenche un signal électrique qui assure le blocage de la partie mobile.

La Fig. 3 représente une coupe schématique , selon B , des éléments de roulement et de blocage 20 , 2_T, 22 , 23. Le bras 18 porte en son extrémité une pièce mécanique 27 consolidée par une entre- 20 toise 28. Cette pièce 27 comprend dans un premier logement deux roulettes libres 29 et 30 , mobiles autour des axes 31 et 32 , ces roulettes enserrent une couronne métallique 33 suffisamment épaisse pour supporter les efforts que lui appliquent les roulettes 29 et 30. La couronne 33 est fixée à un support circulaire 34 , lequel est fixé 25 sur le socle 12 , le support circulaire 34 et le socle 12 étant avantageusement réalisés en béton armé. La couronne 33 constitue , avec le support circulaire 34 auquel elle est solidement fixée , la bande de roulement 9. Un dispositif électro-mécanique 35 met en oeuvre un patin de frein 36 , soit pour supprimer le contact entre le 30 patin de frein 36 et la couronne 33 , soit pour appliquer le patin 36 sur la couronne 33 avec une force suffisante pour empêcher tout mouvement de rotation de l'ensemble mobile autour de l'axe 15 , réalisant ainsi le dispositif de blocage. Les roulettes 29 et 30 roulent librement sur la couronne 33 , les quatre roulettes supérieures 29 35 supportent le poids de la partie mobile, les quatre roulettes inférieures 30 interviennent pour le cas où, par l'effet du vent , un ou deux des éléments de roulement 20 , 21 , 22 et 23 auraient

tendance à se soulever. De plus, elles exercent la contreforce nécessaire à la pression du patin 36.

Bien d'autres dispositifs équivalents à celui de la Fig. 3 peuvent être mis en oeuvre par l'homme de l'art, sans sortir du do- maine de la présente invention.

Sur la Fig. 4, on a représenté une coupe schématique de la superstructure de la partie mobile, on y reconnaît les longerons 4 et 5 appartenant à l'embase rectangulaire 3 (Fig. 1 et 2) . Le châssis est constitué sensiblement comme une charpente de toiture comportant des arbalétriers 45 et 45' soutenus par des jambes de force 46 et 46' et réunis au sommet par un entrait 37 dégageant l'évent 44. Des pannes 38 , 39 , 40 , 41, 42 , 43 soutiennent les panneaux solaires 1 et la carène 2. Les flèches FI , F2 sur la partie gauche de la figure correspondent à la direction de la lumière incidente, les flèches verticales F3 , F4 au sommet du châssis indiquent le sens de la circulation de l'air.

La Fig. 5 est une vue en perspective d'un fragment de l'ensemble des panneaux solaires munis de miroirs de concentration. On a représenté deux panneaux 47 , 48 , les miroirs rectangulaires 49 , 50 concernent le panneau 48. Les côtés inférieurs 53 , 54 de ces miroirs s'appuient sur le panneau 48 , à la limite de la partie active du panneau. En effet, les panneaux solaires photovoltaîques ou thermiques ont toujours, pour des raisons de construction, des marges 55 ne contribuant pas à leur fonction , ces marges occupent environ 15% de leur largeur, il est donc inutile de les éclairer, et la structure conforme à la présente invention permet un gain de surface appréciable pour l'ensemble des panneaux.

Les miroirs 49 et 50 réfléchissent la lumière du soleil en sorte que le faisceau réfléchi couvre la totalité de la surface active du panneau 48 , lorsque l'angle D , défini plus haut, est inférieur à une valeur choisie par le constructeur. Sur la Fig. 5 on a supposé que D était nul, en sorte qu'un rayon 51 , frappant le miroir 50 sur son côté supérieur, ait un réfléchi 52 qui frappe la partie utile du panneau 48 à sa limite 53 - Il est évident que si l'on veut introduire une certaine tolérance sur D (Dm_^ 0) , il convient d'élargir les miroirs , ce qui a pour effet d'augmenter la surface occupée par l'ensemble des panneaux et des miroirs. Un bon compromis

correspond à une valeur de Dm de un ou deux degrés.

Les miroirs 49 et 50 peuvent être réalisés avec des matériaux très divers. Cependant , pour l'usage photovoltaïque qui est l'application principale de la présente invention , ils seront de pré- 5 férence constitués par des feuilles de plastique aluminisées qui garantissent une réflectivité d'au moins 80% et qui, en cas de détérioration , peuvent être remplacées facilement. Pour cela, chaque alignement de miroirs reposera sur un support, non représenté sur la Fig. 5 , construit selon les règles de l'art , en sorte qu'il soit 10 facile de fixer les miroirs et de les remplacer.

On peut montrer que , compte tenu d'une réflectivité de 80% des miroirs et de la réflectivité des panneaux pour une incidence oblique du rayon réfléchi, le gain en surface obtenue , en tenant compte des marges 55 , compense sensiblement les pertes par réflectivité dues à 15 l'utilisation des miroirs , en sorte que, pour une même aire de panneaux jointifs ou de panneaux avec miroirs disposés selon la Fig. 5 , la puissance exploitable soit la même en lumière directe , l'économie sur les panneaux avoisinant 30%.

La ^" Fig. 6 montre l'aspect général du châssis supérieur muni de 20 panneaux 48 et de miroirs 49. La carène qui se trouve en arrière du châssis n'est pas représentée ; en revanche , on voit à l'extrémité droite du châssis le panneau d'obturation 56 qui empêche la pénétration du vent à l'extrémité du dièdre formé par l'ensemble des panneaux et la carène. 25 Sur la Fig. 7 , 57 représente le capteur d'angle , 58 le détecteur de couple, 59 un organe de commande du moteur 61 , 60 un organe de traitement des informations angulaires , 62 un organe déclenchant en cas de couple excessif le blocage de la rotation à l'aide du dispositif de blocage 63 , 64 un senseur de direction du soleil. 30 On peut envisager deux types de poursuite du soleil en azimut , soit exploiter les données astronomiques qui permettent de calculer à chaque instant l'azimut du soleil, soit mettre en oeuvre un procédé direct de visée du soleil en azimut par un senseur conçu à cet effet. La solution, consistant à calculer à chaque instant l'azimut du 35 soleil, nécessite une horloge et un calculateur dans lequel on introduit les données géographiques du lieu et les constantes astronomiques . Dans ce cas , le senseur 64 n'est pas utilisé , l'organe

60 comporte l'horloge et le calculateur d'azimut ; cet azimut est comparé par l'organe de comparaison 59 à l'azimut, réel donné par le capteur d'angle 57 et, selon le signe de la différence entre ces deux valeurs, le moteur 61 est mis en marche dans un sens ou dans l'au- tre jusqu'à ce que les deux valeurs fournies par 57 et 60 soient égales entre elles, avec une tolérance déterminée à l'avance. Un tel dispositif est bien connu et l'homme de l'art peut y apporter un certain nombre de perfectionnements ou de variantes.

Une autre solution consiste à disposer d'un senseur 64. Bien connu de l'homme de l'art, ce senseur, de préférence du type "à ombre portée" est , dans le domaine de la présente invention, limité à la seule poursuite en azimut. Le senseur 64 envoie alors deux signaux analogiques à l'organe 60 , signaux dont la différence dépend de l'écart en azimut entre le soleil et le senseur, et dont la somme permet de savoir si le soleil brille ou non. Si le soleil brille, l'organe 60 se contente de transmettre à l'organe 59 , après mise en forme, le sens de la rotation que l'organe 59 doit transmettre au moteur 61 , tant que la différence entre les signaux analogiques est inférieure à une certaine valeur dépendant de la tolérance désirée pour l'erreur sur l'angle de visée. L'organe de traitement des informations angulaires 60 , dans le cas de l'utilisation d'un senseur de direction du soleil, comporte toujours une horloge et possède en mémoire un certain nombre, deux par exemple, de valeurs d'azimut qui sont des positions d'attente pour les panneaux et par conséquent le senseur 64 , ces positions étant telles, en l'absence de soleil direct, que si le soleil brille à nouveau, le senseur 64 puisse fournir un signal correct pour commander l'orientation des panneaux. Lorsque le soleil est voilé ou lorsqu'il fait nuit, la somme des signaux analogiques fournis par le senseur 64 devient inférieure à un certain seuil, l'or- gane de traitement 60 envoie alors à l'organe de comparaison 59 un signal indiquant la valeur de l'azimut prévu pour l'heure à laquelle s'effectue l'opération et, comme dans le cas précédent, l'organe de comparaison actionne le moteur 61, en sorte que le capteur d'angle 57 affiche la même valeur de l'azimut introduit. Pendant la nuit, l'azimut de visée des panneaux correspond à la position d'attente prévue pour le lever du soleil suivant.

Les dispositifs que l'on vient de décrire sont connus de l'homme

OMPI

de l'art. Conformément à la présente invention, à ces dispositifs est ajouté un dispositif de blocage en cas de vent , tourbillonnant ou irrégulier, produisant sur la partie mobile un couple à axe vertical. Lorsque ce couple dépasse une certaine valeur déterminée par des conditions de sécurité, le détecteur de couple 58 envoie un signal à l'organe de déclenchement de blocage 62. Cet organe , d'une part , actionne le dispositif de blocage 63 , d'autre part, inhibe l'organe 59 qui arrête le moteur 61 ou empêche sa mise en marche. La partie mobile reste ainsi bloquée jusqu'à ce qu'une intervention nouvelle réactive l'organe 62. Dans une variante , l'organe 62 comporte une horloge qui assure automatiquement cette réactivation au bout d'un certain délai, quitte à ce qu'au bout d'un temps éventuellement très bref, le processus de blocage intervienne à nouveau.

Bien que la présente invention puisse apporter des avantages intéressants dans l'utilisation de panneaux solaires thermiques plans , l'invention concerne essentiellement les panneaux solaires plans photovoltaîques , quelle que soit la technologie utilisée dans ces derniers . ^

Le dispositif selon l'invention permet l'utilisation d'un dièdre résistant bien au vent et formé à partir d'une charpente légère. Le dispositif peut atteindre ainsi une grande longueur dépassant de beaucoup la structure cruciforme porteuse comme le montre la Fig. 2. Ainsi, il est possible d'obtenir de plus grandes surfaces de captage d'énergie qu'avec les dispositifs en usage actuellement.

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