Cet ouvrage fait suite à deux précédents :

1. 1.un en 2013, sur le bilan éco-énergétique de notre maison face aux réglementations thermiques  RT2012-2020 :                maison passive, un sophisme pour rester Zen ?
   

2. 2.un second en 2021, sur un projet de cogénération appliqué à l’habitat autonome, recensant au passages 10 ans de mesures de terrain :       cogénération, objectif exergie
   

Ces parutions démontrent que le photovoltaïque des toitures se contente généralement d’un rendement énergétique d’en moyenne 15 %, alors qu’avec la même surface le chauffage solaire est de l’ordre de 75 %.

Cela signifie que du point de vue énergétique,

il serait au minimum 4 fois plus rentable (400 %) de faire du chauffage plutôt que de l’électricité. Ce qui amène à considérer que les besoins énergétiques réels de la population sous nos latitudes et au-dessus, sont massivement thermiques, non pas électriques.

Pourquoi alors subventionner le photovoltaïque ?

Le photovoltaïque n’est venu que par la suite, il était

opérationnel en 2012 en manuel avec télécommande seulement, puis automatisé en 2022.

Les différents types de poursuites

Elles se présentent mécaniquement selon diverses montures et plusieurs modes de pilotages possibles.

Le premier qui vient à l’esprit est un système optique qui suit le soleil, à l’aide de moteur et vérin apte à pointer vers la luminosité la plus élevée. Tout d’abord, on devra tenir compte de la nuit avec une position d’attente optimum à déterminer et de jour la présence plus ou moins intense de l’ensoleillement. Cette dernière à un comportement logarithmique, c’est-à-dire des variations très importantes et non linéaires. On devra donc déterminer un seuil en dessous duquel on abandonne la poursuite, pour éviter des effets nuisibles, par exemple un bord de nuage générant des mouvements moteurs inutiles. On notera également une complication en été, lorsque le soleil se couche au nord-ouest et se lève pas très loin au sud-est, situation équivoque, s’aggravant lorsque le lieu d’installation se rapproche des pôles où le jour dure 24 heures.

Cela nécessite déjà une logique jour/nuit. Pour faire simple, on optera pour un pilotage horaire par horloge. Pour l’élévation, la solution consiste à anticiper la poursuite, être déjà grossièrement face au soleil avant même qu’il n’apparaisse derrière le dernier nuage. On aura besoin, selon le type de monture, d’une logique simple ou d’une suite de calculs en fonction de la latitude du lieu, de l’heure et de la saison.

On y est, pour ce faire nous avons les systèmes à un seul axe, ensuite à 2 axes de type azimutal ou équatorial, ce dernier pouvant se décliner en 3 axes, rotation sans fin …. D’autre part, un Tourneseul devra pouvoir être installé n’importe où entre un pôle et l’équateur.

En conséquence, nous allons devoir définir ce qui distingue une monture équatoriale d’une azimutale, car en théorie tout est possible. Or, selon le choix du type de monture et la latitude de l’installation, il apparait des difficultés difficiles à surmonter, car contre nature.

1. ✴L’azimutale a son axe horaire toujours perpendiculaire au sol. Elle est donc particulièrement adaptée dans les régions polaires, simplement parce que son axe de rotation est parallèlement très proche de celui de l’axe de rotation terrestre, alors qu’entre l’équateur et les tropiques leurs axes deviennent perpendiculaires entre eux, donc contre nature. Dans la pratique, chaque changement de position horaire entraine systématiquement un repositionnement en élévation déterminé par un calcul ardu, d’où la complexité du pilotage de l’engin et la pertinence d’une assistance optique en élévation.
   

2. ✴L’équatoriale a son axe horaire toujours parallèle à l’axe de rotation terrestre. Elle est naturellement adaptée aux régions situées entre l’équateur et les tropiques, d’où son nom, du fait que l’axe horaire est sensiblement horizontal, presque parallèle à la surface du sol puisque parallèle à l’axe terrestre.
   Par contre en se rapprochant des pôles, ce système devient naturellement azimutal au-delà du cercle polaire. Cette monture équatoriale est donc universelle, car en plus dans une version simplifiée, elle ne nécessite aucun calcul. Ici le positionnement en élévation ne dépend que de la saison, il peut être réalisé soit manuellement une fois par mois ou moins, soit automatiquement en fonction du numéro de jour de l’année. L’assistance optique est moins pertinente, cependant elle le devient si l’on souhaite se passer de la précision d’une horloge temps réel pour le mouvement horaire.
   

Mécaniquement, les éléments automobiles simplifient la construction. Par exemple un demi-train avant conjugue les deux mouvements, avec la rotation de la roue pour l’horaire et la direction pour l’élévation. Cependant là encore on devra tenir compte du type de monture. Si équatoriale, l’élévation se limite à ± 23°, par contre si azimutale, elle peut évoluer dans de grandes proportions : sur l’équateur de 0 à 113°, sur le cercle polaire de 0 à 23°, sur le 45ème parallèle, de 0 à 67°. La taille du véhicule sera bien sûr fonction de la surface de captage désirée, mais attention aux excès du vent, anémomètre et éventuellement girouette obligent.

En résumé, au nord comme au sud, tout va bien entre le tropique et le cercle polaire, au-delà, le moins difficile à mettre en œuvre sera souhaitable. Au lecteur de voir.

Les 16 montages possibles en 3 familles

Celles-ci se décomposent en 1, 2 et 3 axes. Voici les types de pilotage étudiés selon la monture :

1. 1. 1.Un seul axe en élévation, orientation si possible plein sud. Le pilotage n’est pas nécessaire, le réglage de hauteur peut rester manuel. On pourrait envisager un pilotage optique ou par horloge temps réel.
      C’est certainement la version la plus minimaliste à bas coût de revient, tout en étant efficace car privilégie la période hivernale la plus critique, tout en favorisant d’un point de vue mécanique l’usage d’un champ de capteur de grande dimension aussi bien thermique que photovoltaïque.
      

   2. 2.Un seul axe en horaire, on privilégiera à la construction un angle d’élévation proche de la plus grande hauteur hivernale. Le pilotage sera par horloge temps réel. Cette version semble un peu démesurée, croissant proportionnellement avec la dimension, pour un résultat mitigé. Cependant un modèle opérationnel est testé depuis plusieurs années et demanderait une étude plus poussée.
      

   3. 3.Deux axes, entièrement optique, horaire et élévation, en tel cas peu importe le type de monture, mais aléas possibles en été qu’il est possible de compenser par une horloge. Il existe plusieurs réalisations consultables sur la Toile. Bien que le pilotage optique horaire soit mis en œuvre dans le “Tourneseul“ cette approche n’a pas été explorée dans son ensemble.
      

   4. 4.Deux axes, sur monture équatoriale, pilotage optique horaire prioritaire et paramétrique, comme le Tourneseul décrit en première partie, avec en option une horloge temps réel.
      

   5. 5.Deux axes, préférentiellement équatoriale, optique horaire prioritaire, zéro calcul par table de valeurs précalculées puis mémorisées dans le microcontrôleur, avec en option horloge temps réel et accélérométrie. L’azimutale est possible mais plus complexe.
      

   6. 6.Deux axes, sur monture équatoriale, horloge prioritaire, option très minimaliste, zéro calcul via 2 tables de valeurs, voire éventuellement 3, pas d’assistance optique, afficheur et accélérométrie en option, cf. fonction horloge seule. L’azimutale est possible, non testée.
      

   7. 7.Deux axes, équatoriale seule, mémorisation quotidienne de l’heure de la position horizon, donc sans tables de valeurs, zéro calcul ni paramètrage. L’unique asservissement est la position horaire avec en option horloge temps réel et/ou pilotage optique. Ce procédé était déjà envisagé en 1980 dans le brevet avec un détecteur d’horizon.
      

   8. 8.Deux axes, les deux types de montures semblent pouvoir coexister, avec rotation sans fin, plus spécifiquement pour les régions polaires du fait d’une géométrie très proche, sachant que le jour peut approcher les 24 heures. La monture équatoriale sera privilégiée avec zéro calcul, avec en option horloge temps réel et/ou assistance optique. Cela est réalisable avec une conception et un matériel adaptés. Voir monture à axe horaire sans fin. Non testé.
      

   9. 9.Deux axes, monture azimutale, sans calculateur trigonométrique, optique prioritaire seule en élévation, horloge prioritaire via 1 table de valeurs.
      

   10. 10.Deux axes, monture azimutale, entièrement par tables, horloge prioritaire, version via 9 tables de valeurs, pas d’assistance optique.
       

   11. 11.Deux axes, monture azimutale, par tables et optique prioritaire en élévation, horloge prioritaire via 4 tables de valeurs, non testé.
       

   12. 12.Deux axes, monture azimutale, entièrement par calculateur trigonométrique, horloge prioritaire, version minimaliste via 4 tables de valeurs, pas d’assistance optique.
       

   13. 13.Deux axes, monture azimutale, hybride calculateur+optique en élévation, horloge prioritaire recommandée, via 4 tables de valeurs.
       

   14. 14.Deux axes, monture azimutale, héliostat, par calculateur, non testé.
       

   15. 15.Trois axes, monture équatoriale pendulaire, par paramètrage. Deux asservissements : horaire et horizon, horloge temps réel recommandée, avec en option pilotage optique et accélérométrie.
       

   16. 16.Trois axes, monture équatoriale pendulaire, avec mémorisation quotidienne de l’heure de la position horizon, donc zéro calcul ni paramètrage. Trois asservissements : horaire élévation et la correction de roulis sur horizon par accéléromètre, horloge temps réel recommandée avec en option l’assistance optique.
       

2. En bref, les versions les plus minimalistes sont la 1, la 4 du Tourneseul, la 6, 7, 8 et 9, éventuellement les 11 et 16, voir le tableau comparatif en page 30 du livre.
   

Hormis la monture azimutale, dans tous les cas de figure, l’élévation est soit réglée manuellement, environ une fois par mois, soit par l’horloge temps réel, ce qui est une option supplémentaire. En effet on peut commander le vérin élévation (les saisons) automatiquement grâce à un calcul ou une table de valeur basée sur le numéro du jour de 0 à 365, et bien entendu la latitude du lieu d’installation.

Prospectives

Nous n’avons pas la prétention d’être exhaustifs, juste approcher les solutions les plus pragmatiques. Le Tourneseul dans sa version actuelle (équatoriale paramétrique à droite sur la photo) combine deux options complémentaires horloge + optique.

C’est pourquoi la troisième partie du livre passe en revue d’autres procédés, dont certains sont installés sur site depuis plusieurs années ou testés sur des réalisations opérationnelles ou maquettes de petite production (azimutale à gauche sur la photo).