Brevet FR2361613A1 — publié le 19780310

La présente invention concerne un capteur d'énergie solaire comportant un absorbeur à plaque, une plaque de base et des plaques de recouvrement intérieure et extérieure, perméables à la lumière du soleil. De tels capteurs d'énergie solaire servent à capter le rayonnement solaire et à le transmettre, pur l'intermédiaire de surfaces d'échange, à un fluide caloporteur, dans le cas le plus simple de l'air ou de l'eau, de sorte que le fluide chauffé puisse immédiatement servir pour une utilisation ultérieure de l'énergie ou pour une accumulation intermédiaire. On connaît divers collecteurs ou capteurs d'énergie solaire du type cité en préambule dans la notion principale de la présente demande. Ainsi, la demande de brevet RFA N" 25 27 742 décrit-elle un élément mural destiné à transformer l'énergie solaire en chaleur pour le chauffage des liquides. Cet élément mural se compose d'un dispositif destiné à former une conduite collectrice pour l'eau, d'une première plaque de recouvrement intérieure, qui ferme la face avant de la conduite et qui est perméable aux rayons du soleil qu'elle laisse pénétrer dans ladite conduite, d'un absorbeur d'énergie solaire, en contact avec l'eau, qui constitue le fond de la conduite, et d'une plaque de recouvrement extérieure. Bien que le principe devra récupération de la chaleur à partir du rayonnement solaire, à l'aide de collecteurs à plaques, soit connu depuis très longtemps, toutes les tentatives visant à transformer l'énergie solaire selon un mode économiquement rentable, et de ce fait, compétitif, ont toujours échoué jusqu'à présent, le rapport coût-profit étant défavorable si on établit une comparaison avec les systèmes de chauffage ou de production de chaleur de types classiques, utilisant des combustibles fossiles de toute nature. On ne peut~parvenir à une utilisation rationnelle des collec± teurs ou capteurs d'énergie solaire, de façon rentable sur le plan économique, qu'en observant avec une extreme rigueur les quatre critères énumérés ci-aprèso Le coefficient d'absorption du spectre solaire existant à la surface de la terre doit être aussi grand que possible. Des solutions proposées pour ce problème prévoient, soit de teinter l'absorbeur en noir, du point de vue optique, soit d'utiliser comme fluide caloporteur des liquides noirs, par exemple du fuel-oil lourd, etc Il est généralement préférable de noircir la surface de l'absorbeur, car l'emploi de liquides noirs impose évidemment, entre autees, l'utilisation de circuits fermés, ce qui entraîne une limitation des possibilités d'application. Il faut réduire à un minimum les pertes de chaleur par conduction. Dé telles pertes se produisent du fait que l'absorbeur doit être suspendu ou fixé par un moyen quelconque dans le collecteur. On a essayé de résoudre ce problème en isolant le collecteur dans son ensemble, par exemple en le revêtant d'une matière mousse, ou par d'autres dispositions similaires. Il faut éviter les pertes de chaleur par convection. A cet effet, il est connu depuis longtemps de recouvrir le dessus du collecteur d'une plaque de recouvrement en un matériau perméable à la lumière du soleil, ce qui permet de réduire tout phénomène de convection Il faut enfin éviter les pertes de chaleur par rayonnement, qui se produisent à la quatrième puissance de la température. A cet effet on prend, entre autres, des dispositions comprenant l'insertion d'une seconde plaque de recouvrement à distance déterminée entre l'absorbeur et la première plaque de recouvrement, ainsi que la pose d'un revêtement, constitué par des feuilles de protection contre le rayonnement, et qui est prévu sur la face arrière de l'absorbeur. La présente invention a pour objet de réaliser un collecteur ou capteur d'énergie solaire, du type cité en préambule, de telle manière qu'il réponde de façon optimale aux quatre critères précédemment mentionnés, le choix de matériaux appropriés et la nature de l'installation permettant une production de série et les facteurs d'augmentation du coût se trouvant évités, et le collecteur ou capteur présentant en outre une résistance suffisante pour pouvoir être utilisé comme dément de construction intégré, par exemple en tant que revêtement de toiture pour la couverture des maisons, etc. A partir d'un collecteur ou capteur d'énergie solaire du type cité en préambule, la présente invention permet de résoudre ce problème par le fait qu'un cadre profilé asymétrique, réalisé en forme d'étrier de serrage ou de pression, sert à recevoir la plaque de base, l'absorbeur à plaque, la plaque de recouvrement intérieure, et la plaque de recouvrement extérieure, réalisés en tant que modules, que la plaque de recouvrement extérieure est intégrée dans une anse extérieure du cadre profilé, que la plaque de recouvrement intérieure et la plaque de base sont fixées, de façon à etre exemptes de précontraintes, dans le cadre profilé, à l'aide d'un assemblage claveté constitué par une entretoise, qui est au moins en.alignement avec la surface supérieure de na plaque de recouvrement intérieur, et par des coins, que l'absorbeur à plaque est suspendu librement sur des baguettes immobilisées par l'assemblage claveté, et ceci par insertion dudit absorbeur à plaque, qui délimite des volumes séparés avec la plaque-de recouvrement intérieure, d'unet, et la plaque de base, d'autre part, dans des fentes taillées dans les baguettes. Selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, l'assemblage claveté est verrouillé par une goupille. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la profondeur des fentes est supérieure, de quelques millimetres, à celle que nécessite l'insertion de l'absorbeur à plaque. Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'absorbeur à plaque est suspendu, à peu près au milieu, entre la plaque de recouvrement intérieure et la plaque de base. Selon une autre caractéristique de la présente invention, une feuille de protection contre le rayonnement est posée entre l'absorbeur à plaque et la plaque de base, et cette feuille de protection contre le rayonnement est fixée sur la plaque de base. Selon une autre caractaristique de la présente invention, la baguette est en mousse de polymethacrylimide (mousse de PMI). Le collecteur ou capteur d'énergie solaire selon la présente invention présente une série d'avantages. Ainsi, son mode de construction permet l'emploi de matières plastiques cellulaires, ce qui garantit une bonne isolation, mais aussi une résistance suffisante aux sollicitations mécaniques de toute nature, de sorte que le collecteur d'énergie solaire peut, sans difficultés, être aussi utilisé comme composant intégré. Le mode de construction simple et compact, par enfichage, c'est-à-dire l'introduction des composants standard , par en haut, dans le cadre profilé asymétrique, permet meme un montage sur le lieu d'utilisation par une main-d'oeuyre non spécialisée. Toutes les pièces sont préfabriquées et parfaitement interchangeables, ce qui permet une production en série à un prix particulièrement avantageux.Le type de construction modulaire du collecteur ou capteur d'énergie solaire permet, par exemple, l'installation de composants de quqlitéssupérieure, par exemple de plaques de recouvrement à action sélective ou d'absorbeurs destinés à produire des températures de fonctionnement plus élevées, lorsqu'ils sont parcourue par un écoulement, par simple échange des pièces concernées, sans qu'il soit nécessaire de modifier la construction, le mode de construction ou les autres matériaux. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est tune vue en plan d'un collecteur ou capteur d'énergie solaire selon la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe A-A du collecteur ou capteur d'énergie solaire selon la figure 1. Comme l'indiquent les figures 1 et 2, un collecteur ou capteur d'énergie- solaire se compose d'un cadre profilé 5, d'une plaque de recouvrement intérieure transparente 3, d'une plaque de recouvrement extérieure transparente 4, d'un absorbeur à plaque 2 et d'une plaque de base 1, ces éléments constituant les composants principaux. Les composants principaw du collecteur ou capteur d'énergie solaire sont réunis entre eux par une combinaison simple du mode de construction par enfichage et dQun assemblage claveté. A cet effet, le cadre profilé 5 est réalisé en orme d'étrier de serrage ou de pression asymétrique, de telle-sorte que tous les autres composants puissent y être introduits par en haut La plaque de recouvrement transparente 4 est insérée ou emboîtée dans une anse extérieure 6 du cadre profilé 5, et ce par collage, par exemple à l'aide d'une colle au silicone ou d'autres colles appropriées résistant aux intempéries et aux sollicitations thermiques.On peut aussi, sans difficulté, assembler la plaque de recouvrement 4 avec le collecteur ou capteur d'énergie solaire, par serrage ou coinçage ou tout autre mode de fixation mécanique. Grâce à l'assemblage de la plaque de recouvrement 4 et du cadre profilé 5, on obtient à la fois, de façon simple, une jonction suffisamment solide et un joint d'étanchéité offrant toute sécurité contre la pénétration de l'eau de pluie, des eaux sales, etc. Sous sa forme la plus simple, la plaque de recouvrement 4 peut être une vitre en verre. L'épaisseur de la plaque de recouvrement 4 doit être choisie de manière que cette dernière supporte non seulement les contraintes résultant de son propre poids, mais aussi, les sollicitations de toute sorte dues aux intempéries. Avec un collecteur d'énergie solaire dont les dimensions sont, par exemple, d'environ 1800 x 700 mm, il est suffisant, à cet égard, que l'épaisseur de paroi soit de 4 mm, de sorte que l'absorption du rayonnement solaire par le-verre reste toujours négligeable. La plaque de recouvrement intérieure transparente 3 supplémentaire, dont llépaisseur n'est plus déterminée que par les contraintes résultant de son propre poids, fait suite à la plaque de recouvrement extérieure 46 La plaque de recouvrement 3 sert, de façon connue, à réduire à un minimum les pertes de chaleur par rayonnement et par convection. La plaque de recouvrement 3 repose sur des baguettes 7 en mousse de polyméthacrylimide (mousse de PMI). Les baguettes 7 déterminent l'écart entre la plaque de recouvrement 3 et la plaque de base 1. Une fente 8 est taillée dans chaque baguette 7, fente dans laquelle on insère l'absorbeur à plaque 2. La profondeur de la fente 8 peut être de quelques millimètres plus grande que ne le nécessiterait l'insertion de l'absorbeur à plaque, pour permettre l'absorption des dilatations thermiques. Les composants 1, 2, 3 et 4 sont fixés dans le cadre profilé par un assemblage claveté, à l'aide des coins 9 et 10 et d'une entretoi lies entretoises se lî4dioivent au moins être en alignement avec la surface supérieure ou le dessus de la plaque de recouvrement 3.Les composants précédemment mentionnés sont solidement coincés dans le cadre profilé 5, par simple insertion des coins 9 et 10. Lesdits coins 9, 10 et l'entretoise 11 sont en matière plastique cellulaire légère, par exemple en polyuré- thane.Pour protéger le dispositif contre un desserrage dO à des secousses ou incidentséquivalents, une goupille 12 est insérée, de la façon représentée sur la figure 2, pour bloquer les pièces 9, 10, ll.-Du fait que l'absorbeur à plaque 2 est suspendu dans les fentes 8, il se forme deux espaces complétement séparés l'un de l'autre, entre l'absorbeur et la plaque de recouvrement 3 et entre l'absorbeur et la plaque de base 1, ce qui a pour effet de réduire la température de surface sur le côté intérieur de la plaque de base et d'entraver la circulation due à des facteurs thermiques entre les espaces précités. En outre, grâce à cette disposition avec suspension, les contraintes thermiques ne peuvent pas avoir un effet négatif sur le collecteur.Enfin, avec ce mode de construction, la surface de contact entre le composant chaud, c 'est-à-dire l'absorbeur à plaque, et le collecteur est réduite à un minimum, de sorte qu'une grande résistance est assurée, même en cas de marche à vide, lorsque l'absorbeur à plaque est vide, c'est-à-dire en l'absence de fluide caloporteur et en présence de rayonnement solaire. A ses extrémités inférieure et supérieure, la plaque de base 1 présente des passages 13, que traversent les conduites d'admission et de sortie 14, 15 du fluide caloporteur qui doit entre chauffé dans l'absorbeur. Des manchons 16 servent au guidage et à l'isolation des conduites correspondantes. En outre, la plaque de base 1 porte une feuille de protection contre le rayonnement 17, par exemple en aluminium, qui est simplement posée sur elle et assujettie contre tout déplacement ou glissement par des pinces ou agrafes 18. De par le fait que la feuille d'aluminium est simplement posée, on obtient une nette augmentation de la résistance à la tronsmission de la chaleur; par rapport au collage ou procédé équivalent. REVENDICATIONS 1. Capteur d'énergie solaire comportant un absorbeur á plaque, une plaque de base et des plaques de recouvrement intérieure et exté- rieure, perméables à la lumière du soleil, caractérisé en ce qu'un cadre profilé asymétrique (5), réalisé en forme d'étrier de serrage ou de pression, sert à recevoir la plaque de base (t), l'absorbeur à plaque (2)J la plaque de recouvrement intérieure (3), et la plaque de recouvrement extérieure (4), réalisés sous la forme de modules, que la plaque de recouvrement extérieure (4) est intégrée dans une anse extérieure (6) du cadre profilé (5), que la plaque de recouvrement intérieure (3) et la plaque de base (1) sont fixées, de façon à etre exemptes de précontraintes, dans le cadre profilé (5), à l'aide d'un assemblage claveté constitué par une entretoise (11), qui est au moins en alignement avec la surface supérieure de la plaque de recouvrement intérieure (3), et par des coins (9, 10), que l'absorbeur à plaque (2) est suspendu librement sur des baguettes (7) immobilisées par l'assem binage claveté (9, 10, 11), et ceci par insertion dudit absorbeur à plaque, qui délimite des espaces séparés avec la plaque de recouvrement intérieure (3), d'une part, et la plaque de base (1), d'autre part, dans des fentes (8) taillées dans les baguettes (7). 2. Capteur d'énergie solaire selon la revendicotion 1, caracté- risé en ce que l'assemblage claveté (9, 10, 11) est verrouillé par une goupille (12). 3. Capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des reven-' dications 1 et 2, caractérisé en ce que la profondeur des fentes (8) est supérieure, de quelques millimètres, à celle que nécessite lwinser- tion de l'absorbeur à plaque (2). 4. Capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revens dicotions 1 à 3, caractérisé en ce que l'absorbeur à plaque (2) est suspendu, à peu près au milieu, entre la plaque de recouvrement inté- rieure (3) et la plaque de base (1). 5. Captesrdd'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractêrisé en ce qu'une feuille de protection contre le rayonnement (17) est posée entre l'absorbeur à plaque (2) et la plaque de base (1), et que cette feuille de protection contre le rayonnement (17) est fixée sur la plaque de base (1). 60 Capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la baguette (7) est en mousse de polyméthacrylimide (mousse de PMI).