Héliostat orientation un axe et demi

[remyb]

Avec un embiellage bien conçue je pense qu'on peut suivre le soleil selon les deux axes avec un seul moteur, au moins pendant les heures autours de midi.

Mon objectif n'est pas de concentrer le soleil mais plutôt de le renvoyer vers une fenêtre ou vers un espace trop sombre dans mon jardin. (en ville, cela permettrait d'amener du soleil dans les bas étages en utilisant les parties non vitrées des batiments les plus hauts)
La précision n'est pas capitale pour cette utilisation, par contre, il faut quelque chose de simple, pas cher, robuste et, si possible autonome...

Diverses position des points A, B, C et R

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La biellette B C avec les deux rotules fait varier la pente des platines latérales en fonction de la rotation du carrée (l’asservissement en rotation de ce carré doit être prévu par ailleurs).

La difficulté vient du fait qu'il faut trouver la meilleure géométrie pour s'approcher du diagramme solaire le plus longtemps possibles.

Une erreur de 5° engendre un déplacement de 44cm à a 5 mètres de distance (c'est encore OK pou rune fenétre).
Une erreur de 7° engendre un déplacementy d'un métre à 8 mètres (c'est encore OK pour un massif de fleurs.)

Il faut un réglage saisonnier. Il doit pouvoir se faire entre les positions relatives de C et de R (éventuellement négatif ? Ou un second renvois ?).
J'ai fait quelques tentatives avec des points A, B, C et R différents.

Embiellage (l'axe de suivie journaliér "R" n'est pas représenté)

HeliostatMono.jpg (51.94 Kio) Consulté 21819 fois

Et les courbe correspondantes

Courbes pentes selon l'angle de rotation

HeliostatCourbe.jpg (73.61 Kio) Consulté 21819 fois

Dans la journée, le point B décrit un cercle dont l'axe passe par A et C.
Cela se traduit par un déplacement par elliptique du récepteur que l'on peut essayer de cadrer "au mieux" avec le déplacement du soleil pour les heure que l'on souhaites exploitées.

Mais il faudrait une peut de R&D pour trouver le bon réglage.
Qui serait intéréssé par un tel système.

[remyb]

Au lieu d'un embiellage (toujours difficile à mettre en place), il variante serait d'utiliser un cable, avec, pour assurer sa tension, un resort (ou élastique).

DESCRIPTION
Au niveau design, il doit être possible de déguiser l'héliostat en volet "persienne".

Vue d'un Volet battant Heliostat.

VoletHeliostat.jpg (58.18 Kio) Consulté 21790 fois

Une motorisation du volet assurerait assurerait le positionnement précis de l'héliostat (volet non ouvert en plein) selon l'axe vertical. Pour l'autre orientation, un principe 1D\frac12 assurerer une orientation approximative.

De plus, un réglage saisonnier serait effectuer. De toute façon, la cible d'hivers (une fenêtre voisine), et la cible d'été (par exemple un massif de fleurs) n'est pas la même.

COMPOSITION :
Pour la partie menuiserie :

• un cadre en bois (épaisseur 60 à 70mm) avec les gonds
• Une face en contre-plaqué marine (8mm) pour la solidité des volet fermé
• Un isolant performant (10mm de polyisoréthane)
• Une second face en contre-plaque marine de 3mm pour protéger l'isolant
• Éventuellement, un renfort entre les facettes réflecissante (profilé en Té.)

Pour la partie optique

• Des facettes de 200mm orientable
• Un renvoois interfacette par parraléllogramme déformable

Pour le suivie du soleil

• La motorisation des volets battants
• Un système de suivie du soleil (par losange déformable ?)
• Le système de renvois 1D\frac12
• Un petit panneau photovoltaique en façage pour assurer l'alimentation en électricité du systéme

UTILISATION
Cas d'usage :

• Partage Est-Ouest entre voisin : "Echange matin contre soir" à partir des volets battants.
• Instalation en trompe l'oeil (fenêtre painte, mais vrai volet) en haut d'un pignon aveugle "bien exposé"
• Entre immeuble; renvois non réciproque d'une façade Sud vers des fenêtres Nord d'étage inférieur d'un immeuble voisin.

Attention, à l'accéssibilité pour le réglage saisonier (ou utilisation de cable et renvois)

Évaluation de performance énergétique pour l’hiver :
1m² reçoit environ 1kW.h par heure d'ensoleillement.
Si l'on tient compte des problème d'angle, de l'ensoleillement et des pertes diverses, on peut tabler sur une base de 2kWh par journée d'hivers. Soit environ 600kWh par an.
Pour comparer avec du gaz (0.05 €kWh), cela correspond à une économie de 30€ par an et par m² installé.
Au dela de l'économie financiére et écologique sur le chauffage, Il faut ajouter la luminosité des appartements qui joue sur le moral des accupants. De plus, cela créer du lien entre voisins. Enfin celà rend plus crédible un chauffage bois buches. En effet, la période de chauffe étant fortement réduite (les inter saison disposent, en général, d'un bon ensoleillement.

[remyb]

Pour avoir unidée du resultat, j'ai installé un réfléchissant sur un volet :

Film réfléchissant sur le volet gauche : "lumiére dans le jardin"

HeliostatSimple_1.jpg (166.21 Kio) Consulté 21785 fois

Le film est mal collé, d'ou une réflexion diffuse. Mais ce n'est pas genant pour le jardin (les plantes en profite quand même !)

Film réfléchissant sur le volet gauche : vue de la rue

HeliostatSimple_2.jpg (124.79 Kio) Consulté 21785 fois

La façade voisine est au soleil lorsque ma maison est à l'ombre. Ça serait un bon endroit pour installer un trompe l’œil :

Exemple de façade sur laquelle une fenêtre en trompe l'oeil + vrai volet reflechissant pourrait être installé

HeliostatTrompeLOeil.jpg (169.7 Kio) Consulté 21785 fois

[remyb]

Une variante moins discrète serait d'installer un héliostat en façade. J'ai fait une maquette en carton pour donner une idée du systéme :

Heliostat en façade

HeliostatFacade_1.jpg (242.8 Kio) Consulté 21785 fois

Le mat de l’héliostat doit pivoter de +45° jusqu' -45°. Cette rotation est motorisé (alimentée par un petit panneau photovoltaïque). Le système un "axe et demi" engendre l'inclinaison des panneaux réfléchissants.Il serait installé sur une façade sud (entre sud-est et sud-ouest) est permettrait d'éclairer les fenêtres nord du bâtiment voisin :

HeliostatFacade_2.jpg (214.43 Kio) Consulté 21785 fois

Chaque panneau est orienté vers une fenêtre différentes. Les panneaux pourraient avoir une taille de 50cm par 1 metre de haut (légèrement incurvé). La "tache" lumineuse étant bien inférieure à la taille d'une fenêtre, la précision du système n'a pas besoin d'être trés importante. Dans une telle configuration, il faudrait prévoir un système pour le réglage saisonier (par exemple en été éclairer la cours au lieu des fenêtres).
Un système de biellette transmet l'inclinaison des panneaux réfléchissants.

HeliostatFacade_3.jpg (180.54 Kio) Consulté 21785 fois

[Cywil]

Salut Rémy,

Quelle comparaison peut-on faire entre le système que tu présentes et celui-ci http://www.reflectsun-reflecteur-solaire.com/ ?

Merci !

[remyb]

Quelle comparaison peut-on faire entre le système que tu présentes et celui-ci http://www.reflectsun-reflecteur-solaire.com/ ?

Leur réflecteur est mono plan. Cela implique :

• L'ensemble des efforts doit être supporté par une articulation unique
• La prise au vent est importante (d'ou l'obligation d'avoir une position "vent")
• Pas d'effet de concentration possible (zone éclairée au moins aussi grande que le miroir)
• Encombrement importante (équivalent à la taille du miroir, d’où une instalation en façade impossible)
• Zone éclairée est continue (impossible d'éclairer plusieurs fenêtres)

La disposition "Fresnel" plan auquel je pense a un point "faible" : l'obligation de transmettre le mouvement à tous les miroirs. Mais avec le principe des parallélogrammes déformables de l'alpha sol ont arrive à le faire assez facilement et précisément.

Autre grosse différence, ils font un suivie selon 2 axes motorisés. Avec la complexité technique et les coûts que cela représente...
Pour une réalisation DIY, avoir une seul motorisation est un gros avantage. Même si cela oblige à un réglage périodique. En tenant compte que la focalisation autorisant une marge d'erreur dans le suivie un peu plus importante, il faudrait valider que cela fonctionnement...

Autre chose, la prix du miroir augmente plus vite que sa taille (alors qu'il est possible de récupérer des "petits" miroirs, par exemple en retaillant dans des miroirs cassés. Pour d'OpenWaste (qui commence ce soir), je réfléchie à encapsuler des miroirs verre de recup dans du granulat de caoutchouc. Ce qui permettrait de faire un héliostat avec beaucoup de récup, de la low-tech et du DIY... J'espére que el concept plaira aux autres participants.

[Cywil]

Super Rémy, merci pour cette réponse.

Est-ce que tu serais partant pour "aiguiller" la conception et fabrication de l'héliostat de mes amis ? Quelles informations faudrait-il ? Un plan du terrain et positionnement des fenêtres ? autre ?

[remyb]

Le commercial (c'est à dire moi) était trop mauvais. Du coup pas l'héliostat lors d'Open Waste... (Ah si seulement il y avait eu un Cyril pour faire le Pitch).

Mais pas de problème pour aider tes amis.
Conditions d'implémentations :

1. Il faut de(s) fenêtre(s) mal orientée(s) : entre Nord-Est et Nord-Ouest.
2. Il faut disposer d'un point "d'ancrage" bien visible depuis ce(s) fenêtre(s) : entre +45 et -45°
3. Dans l'idéal, le point d'ancrage doit être plus haut que les fenêtres : la moitié de la distance, c'est top.
4. Et, bien sur, le point d'ancrage doit être au soleil même en hivers (surtout en hivers).

Comme tu vois, pas facile de réunir toutes les conditions (hormis la première).
En zone urbaine, l'idéal serait de s'accrocher à une autre bâtiment... Mais il faut que le voisin en question soit d'accord (et la mairie ?).
En zone rurale, l’idéal serai d'avoir un poteau assez haut pouvant servir de support. Ou un arbre si on peut faire un l’élagué "stratégique".

Au niveau puissance (et donc surface de miroir), dans ton lien, il y a des photo avec/sans (la pièce avec le canapé rouge), mais :
- la pièce profite d'une double exposition (de mon point de vue, ce n'est pas une pièce mal exposé, et seul un héliostat monstrueux peut faire une vrai différence dans la pièce !)
- le rendu d'un photo avec/sans dépende grandement des paramétrés de la photo (temps de pause, diaphragme, ).
Donc difficile d'en tire des données utiles...

Dans une pièce avec seulement une fenêtre nord, il me semble qu'un héliostat apporte très vitre de la lumière. Pour comparer "à vue de nez" :
Une ampoule de 100W, ne restitue que 5W de lumière (au mieux !). Mais si le luminaire est bien conçu et disposé, une bonne partie est directement utile.
Je dirais qu'un miroir de 1/4 m², réfléchie environ 120W de lumière visible. Disons que, plus ou moins, la moitié traverse la fenêtre. Sur les 60W restant, il faut tenir compte de la répartition de la lumière dans la pièce car l'orientation des rayons ne sera sans doute pas optimum (en première approche, disons qu'1/4 seulement est "exploitables").
Il reste encore l'équivalent de 3 ampoules... Les jours de soleil (non voilé).
L'idéal sera de faire un test chez tes amis avec des "bouts de miroir" plus ou moins disposer au point d'ancrage prévu, pour déterminer :
- à partir de quel surface on peut se passer d'allumer l'éclairage.
- à partir de quel surface, la pièce devient "lumineuse".

[remyb]

Je suis en train de fair eun proto (entre autre pour la Maker Faire Paris).
La rotation du mat vertical est assuré par une pedale de vélo. Il y aura 6 paire de miroir en verre (récupéré et découpé en rectangle de taille allant de 150x200mm, à 150x300mm)
Seul 2 mirois sont installés sur la photo (ils pointent vers un vieux jouet rouge qui traite dans ma cave...).

Prorotype d'hliostat 1 axe 1/2 vue de face

ProtoFace.png (504.22 Kio) Consulté 15458 fois

Comme pour l'alpha sol, la transmission entre les mirois se fait par des parallélogrammes déformables. L'entrainement en rotation se faire par un systéme Ecroi/vis.

Prorotype d'hliostat 1 axe 1/2 vue de profil

ProtoProfil.png (521.02 Kio) Consulté 15458 fois

Il me reste la partie "calculateur". Je compte faire une "came soalire" qui permet de "calculer" la hauteur du soleil en fonctionde l'azimute selon le jour de l'année (voir post suivant).

[remyb]

A partir d'un diagramme solaire clacique (cf post au dessus), j'ai fait une corrections d'angle pour rapprocher les courbes (ce qui veut dire faire un réglage périodiquement).
J'obtiens les courbes suivantes:

Inclinaison du mirroir en tenant compte de réglage angulaire saisonnier (fait pour rapprocher les courbes)

DS_Corrige.png (88.97 Kio) Consulté 15457 fois

A partir de ce diagramme, et en fonction de la géométrie du proto
* déport de l'axe : 140mm
* distance ace/roulette : variant de 220 à 260mm (en fonction de l'angle de réglage)
J'ai tracé la forme que devrait prendre la came en fonction de la date.

Forme de la came en fonction de la date.

CameSolaire.png (117.13 Kio) Consulté 15457 fois

Ces courbes sont assez proche (+/- 10mm), mais sont loin de se superposées ! Dons :
* Soit il faut changer de came selon la date (mais c'est lourdingue)
* Soit il faut jouer sur le hauteur.de al came
En effet, le systéme de réglége change aussi la hauteur de la roulette. Autrement dit, selon la date, la roulette touche la came plus ou moins haut. Il est donc possible de moduler la forme de la came en fontion de la date.
A priori, le systém doit pouvoir fonctionner correctement en milieux de journée. Pour le matin et le soir, j'ai peur que la variation de la came soit trop importante. Et donc que le roulette se bloque. A tester donc...
(Ces explication ne sont pas trés claires, quand j'aurai installé le systéme de "calcul", je ferai un post plus explicite...)[code][/code]