Brevet FR2394765A1 — publié le 19790112

la présente invention est relative à un système de récupération optimale et automatique de la totalité de l'énergie solaire quotidienne produite sous forme d'eau chaude. L'application principale de ce procédé permet l'amélioration du rendement des installa tions de chauffage solaire actuelles, dans leurs versions les plus simples et avec un minimum de modifications. Un circuit de chauffage solaire pour une habitation est constitué, entre autre, de capteurs solaires thermiques quelconques. L'eau ainsi réchauffée, peut être envoyée directecent ou au travers d'un échangeur dans tous systèmes de chauffage central ou bien être stockée. Par principe, la surface des capteurs permet, aux heures les plus ensoleillées, une captation d'énergie bien supérieure aux déperditions d'une habitation. Cette particularité implique la nécessité d'un stockage pour accumuler puis différer la restitution des calories. On sait par ailleurs, que le rendement d'un capteur thermique quelqu'il soit, est inversement proportionnel à la température de l'eau qu'il fournit. Ces considérations conduisent à effectuer le stockage, en principe au voisinage du midi solaire, car pour maintenir un rendement capteur satisfaisant, il faut arrêter le stockage lorsque l'énergie captée commence à décroitre et utiliser directement les calories solaires à basse température qui peuvent cependant être encore captées.. Au moyen d'un appareillage électronique, spécialement conçu, l'invention permet d'effectuer une régulation adaptée au phénomène sommairement décrit ci-eÊsus, en agissant sur des électrovannes lorsque les températures correspondent à certains critères qui incluent par ailleurs toutes les conditions de fonctionnement qui peuvent être recontrées pendant 24 heures. La description de cette régulation néceÊsite un rappel du circuit de chauffage solaire direct sans échangeur pour lequel elle a été conçue et essayée. La figure 1 représente le schéma général de l'installation. La figure 2 représente les variations des différentes températures de l'eau qui sont obtenues par une journée d'hiver bien ensoleillée. Sur la figure 1, on voit que les panneaux solaires 1 peuvent alimenter directement au moyen de la pompe 2, le dispositif de chauffage par radiateurs3, un chauffe eau à échangeur 4 pour l'eau sanitaire ou une citerne de stockage 5 placée en dérivation de msme qu'un classique réservoir d'expansion 6. L'appoint électrique est représenté sous 2 formes: ther-olon- geur 7 dans la citerne ou chaudière électrique 8 de circulation dans le circuit. les informations proviennent d'une thermosonde 9 (tp) placée en haut d'un des panneaux et une autre 10 (tc) placée en haut de la citerne de stockage. les organes qui éxécutent les opérations sont les électrovannes 11, 12, 13. L'automatisation du procédé est assurée par un ensemble électronique t4 à transistors et circuits intégrés logiques et linéaires. 2 paramètres variables sont affichés: ts : température seuil minimum de fonctionnement solaire. at : écart de température affiché, ajouté à tc. les informations tp et tc sont mises en forme par un circuit d'entrée puis comparéee entre elles et avec les 2 paramètres affichés. Les circuits logiques traitent les résultats de ces comparai- sons afin de réaliser les 4 fonctions chauffage direct -- chauffage plus stockage restitution -- antigel. Des relais commandent lee différentes électrovannes et accessoirement les 2 cannes chauffantes d'appoint électrique. Des potentiomètres de mise au point permettent Y outre d'adapter le système électronique aux caractéristiques propres è chaaue installation. La bonne compréhension du fonctionnement sera facilitée par ltétude chronologique des phénomènes. Sur la figure 2 l'on trouve la variation de température réelle ( tp) qui a été obtenue en hiver en fonction de l'heure légale B. Au début de la journée, rappelons que la pompe 2(figure 1) fonctionne déjà et que la vanne 13 (gel) est normalement fermée et le cir cuit est sur restitution. Très peu de temps après le début d'insolation la température de l'eau des panneaux atteint rapidement la valeur tpts qui commande la fonction chauffage en direct 15(figure 2), le passage des électrovannes Il et 12 étant fléché D. la température continue de s'élever et déclenche pour tp=tc+At la fonction stockage 16, l'électrovanne Il passe par S. le chauffage est en série avec la citerne et peut être régulé par des robinets thermostatiques qui en cas de fermeture reporteront ainsi les calories sur le stock 5 et sur le chauffe eau sanitaire 4. Lorsque le soleil a dépassé le zénith, la température de la captation commence à décroitre et à partir de tp Stc + tt point 17, le chauffage est effectué en direct comme le matin jusqu'au point 18 fixé par le seuil mini exploitable ts. Lorsque ce seuil est atteint, l'électrovanne 11 qui passe sur S et l'électrovanne 12 sur R définissent la fonction restitution qui redistribue les calories qui ont été stockées dans la citerne. le chauffage sous cette forme peut être obtenu soit par les calories d'origine solaire soit par les appoints électriques. En cas de gel, le circuit étant sur restitution, la détection d'une température de panneaux voisine de 0 se fait par la sonde 9 et la fonction consiste à ouvrir judicieusement la vanne 13 qui as- surera dans les panneaux un faible débit d'eau réchauffée. Compte tenu de ce qui précède, il faut remarquer que les réglages prévus (ta et dt) permettent une grande souplesse d'adaptation à tous les systèmes de chauffage solaire existants ou nouveaux. le At affiché permet des variations de stockage adaptées aux possibilités saisonnières, car un fort At ne définira qu'un faible stockage en plein hiver et un meilleur chauffage diurne alors qu'un faible At définira un stockage plus important qui peut etre souhaité pour la restitution le soir en cas d'absence dans la journée. De la mtme manière la température minimale ts pourra être fixée à 230 en cas de chauffage par le sol mais devra titre vers 400 Si l'on veut distribuer les calories avec des radiateurs normaux. Un compromis radiateurs de grande surface ou ventilo-convecteurs permet de descendre ce seuil vers 320 pour obtenir un meilleur rendement des panneaux solaires. Ces valeurs, compatibles avec les panneaux plans classiques sont à élever pour l'utilisation de panneaux à concentration optique. 3n dehors des périodes de chauffage, la surface des panneaux étant en éxcès pour les besoins d'eau sanitaire, le stockage 5 est mis en série avec l'échangeur du chauffe eau. Ce dernier comporte une thermosonde non représentée sur le schéma et le boitier électronique 14, par des commandes automatiques appropriées, maintient le stock et le chauffe eau à température élevée. Ce stock sera restitué sur le chauffe eau les jours sans soleil. Grâce à ce procédé l'apport électrique pour l'eau sanitaire est nul pendant 6 mois de l'année et le temps de fonctionnement de la pompe peut être limité aux heures où l'échangeur agit très rapidement. La canne chauffante électrique 7 permet d'effectuer une accumulation des calories entre 22 heures et 6 heures au tarif de nuit de l'électricité. la chaudière électrique 8 dans le circuit permet un apport de chauffage instantané Si nécessaire. Dans ce cas le boitier central commandera la vanne 11 sur D et la vanne 12 sur R Si tpts entre 6 heures et 22 heures. Guette ispoeition particulière sera la plus économique dans le cas d'appoint électrique. Tous les systèmes de chauffage d'appoint sont cependant applicables: conveoteur6 électriques indépendants, chaudières à fuel, air pulsé, chaudières à gaz etc... qu'ils soient existants ou nouveaux. La mise en oeuvre de cette régulation qui ne comporte que 3 électrovannes et un système électronique compact avec ses 2 sondes est adaptable très facilement aux installations solaires existantes et permet une très nette amélioration du rendement de la captation solaire. Le gain d'énergie, ainsi obtenu, a été mesuré sur l'installation prototype à plus de 30; par rapport à une régulation basée sur tp b tc. RVENDlCAT iONS 1) Dispositif de régulation caractérisé par un système électronique qui optimise plusieurs fonctions pendant la captation énergie solaire utilisée eous forme d'eau chaud. en circuit direct. Le dispositif électronique utilise les informations de 2 sondes de températures, agit sur des vannes qui sélectionnent les circuits optimum de l'eau chaude en effectuant le chauffage direct, le stockage des calories ou leur restitution, et la circulation contrôlée antigel. 2) Dispositif suivant la revendication 1 mais adapté e un chauffage solaire muni d'un échangeur sur le circuit primaire des panneaux. Le dispositif électronique est caractérisé par une sonde supplémen- taire et, éventuellement, des relais temporisateurs pour effectuer l'optimisation des circuits, soit sur un chauffe-eau sanitaire, soit sur une citerne de stockage munie d'un échangeur, en tenant compte des inerties thermiques,