Brevet FR2399631A1 — publié le 19790302

Le capteur d'énergie solaire, objet de la présente invention, se compose d'un elément modulaire ; il peut, de ce fait, être assemblé avec d'autres, de différentes façons, et utilisé pour répondre à un double objectif : faire fonction de tuile de couverture et de protection des toits et de capteur d'énergie solaire ; c'est-à- dire absorber la radiation émise par le soleil et la transformer en énergie thermique sous forme de fluide réchauffé. Un capteur d'énergie solaire à usage domestique, pour le chauffage direct d'eau ou de locaux comprend normalement une surface absorbante plus ou moins sélective, constituée par une plaque métallique lisse ou rugueuses faisant fonction d'échangeur de chaleur et d'un fluide circulant dans des canalisations situées sous la surface mdtal- lique ou incorporées dans celle-ci.Afin de réduire les déperditions de chaleur, la partie inférieure est isolée de différentes manières avec des calorifuges thermiques, tandis que la partie exposée au rayonnement solaire est protégée contre la dispersion de chaleur par convection à l'aide d'une ou plusieurs plaques de verre, disposées à une certaine distance de la surface absorbante et avec un espace entre chacune elles, de façon à créer un effet de serre et à réduire les déperditions par convection et par réflexion dans le spectre infrarouge, Le problème de l'étanchéité parfaite de la plaque de verre dans le capteur se pose et c'est pourquoi l'effet de pompage, dfl aux variations de température, entratne également une absorption d'humidité et de poussiere et une réduction correspondante du rendement du capteur. On pourrait y remédier en faisant le vide dans l'interstice délimite entre la surface absorbante et le verre, mais cette opération est souvent complexe en raison de la forme et des dimensions du capteur. En outre, il s'avère difficile dtinstaller des capteurs d'énergie solaire classiques dans les nouvelles constructions, et plus encore dans les anciennes, sans en altérer l'aspect esthétique. De toute façon, le cott de l'installation est toujours élevé et vient stajouter à celui des structures normales. Il existe des capteurs d'énergie solaire, en général de forme allongiez à placer sur les toits entre deux rangées adjacentes de tuiles de type tediterranFen, à la place de rangées de tuiles renversées ou de tuiles-canal inférieur (voir brevet français nO 2 304 875). Mais le rendement n'est pas très élevé, 10 à 25% environ, et, en outre, se pose la difficulté de maintenir toujours propre la surface réceptrice, car cette surface est partiellement recouverte par les tuiles supérieures adjacentes. L'invention remédie a ces inconvénients et a pour objet un nouveau type de capteur d'énergie solaire modulaire, dont la plaque de protection, l'échangeur et l'isolation sont constitués en un même matériau. Selon une caractéristique essentielle, cet élément modulaire en verre, pour capteur d'énergie solaire destiné à la récupération de l'énergie radiante par chauffage direct d'eau ou d'un autre fluide, et constituant une tuile permettant la couverture et la protection de maisons ou d'édifices, se compose d'un corps parallélépipédique creux, translucide, de section rectangulaire de préférence.A l'intérieur de ce parallélépipède, trois chambres superposées sont ménagées, la première et la troisieme communiqpant entre elles et isolant thermiquement, par le vide, la chambre centrale dans laquelle circule le fluide à réchauffer Cette chambre centrale est, également, constituée par un corps parallélé- pipddque, est transparente et comporte des orifices pour l'entrée et la sortie du fluide à réchauffer ; la partie inférieure de cet élément modulaire est recouverte d'une couche d'isolation thermique et optique. Selon une autre caractéristique de 1 'élément, le plan inférieur de la chambre isolante sous vide, se trouvant sous la chambre centrale d'éeoulenient du fluide à réchauffer, est recouvert d'une couche réfléchissant la lumière incidente Selon une autre caractéristique, les orifices de chaque module, pour l'entrée du fluide à réchauffer, sont munis de raccords étanches qui s'embottent sur la partie supérieure du module précédent. Les objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un élément ou module selon l'invention, indiquant ses différentes parties ; et - la figure 2 est une vue en élévation latérale d'une série de modules reliés entre eux et donnant un exemple dlutilisation. Comme l'indique la figure 1, le capteur d'énergie solaire h est constitué par un corps unique en verre, à basse absorbance, dans lequel trois chambres superposées sont ménagées, Les chambres extérieures 1, communiquant et pouvant être irises sous vide, isolent thermi quement la chambre centrale 2 dans laquelle s'écoule le fluide absorbant thermique Ce fluide est constitué par un liquide à point d'ébullition élevé, dans lequel des produits inorganiques et organiques à haute capacité d'absorption sont introduits sous forme d'émulsion, de solution ou de suspension. Il est également possible d'introduire des éléments colorants qui donnent au liquide une couleur déterminée à volonté, afin d'absorber le plus possible l'énergie radiante etde satisfaire en outre à des exigences esthétiques. Un avantage des nouveaux capteurs modulaires réside dans le fait qu'ils peuvent être assemblés ou démontés treks facilement et très rapidement. Comme l'indique la figure 2, le liquide à réchauffer arrive par le conduit ou collecteur d'admission 3, dans le cas de modules montés en série-parallèlea ce conduit 3 alimente le premier modèle de toutes les séries disposées en parallèle Le liquide traverse la chambre 2 et pénètre, à travers des raccords appropriés et étanches 4, dans le module supérieur dont il traverse la chambre 2, et ainsi de suite pour la série des autres capteurs, jusqu'au conduit ou collecteur de décharge 5. Le liquide s'écoule donc depuis le conduit inférieur 3, à travers la série des capteurs, jusqu'au conduit supérieur 5, sans solution de continuité, ce qui représente un avantage car le liquide est réchauffé en série, avec un gradient thermique toujours plus élevé. Les raccords étanches 4, tant entre les différents modules qutentre les modules et les conduits d'admission 3 et de décharge 5 sont réalisés selon un système à encastrement dont l'étanchéité est assurée par des joints préfabriqués en Elastomères, ou par des colles de silicone résistantes aux agents atmospheriques, aux rayons ultraviolets et à la température. L'élasticité de ces joints facilite le montage et permet de petits mouvements de tassement et de dilatation. Les conduits d'admission 3 et de décharge 5 (figure 2) peuvent être placés sur la couverture imperméable du toit 10, comme le conduit 3, ou sous la couverture même, comme le conduit 5, ou encore l'un au-dessus et l'autre au-dessous, comme représenté. On peut obtenir ainsi un système de circulation naturelle, qui déverse le liquide dans un réservoir normal ou dans un accumulateur thermique. L'isolation thermique de la partie inférieure du module peut être réalisée soit par un revêtement réfléchissant 6 de la paroi interne inférieure de la chambre sous vide 1 ou de la paroi externe inférieure 7 du module mime, soit au moyen d'une feuille d'aluminium anodisé 8, placée de façon à mamtenir une couche d'air 9 sous la partie inférieure du module. En cas d'utilisation d'eau comme liquide échangeur de chaleur, la paroi interne inférieure de la chambre 2 est rendue opaque et antiréfléchissante. Cela permet l'utilisation directe de l'eau chaude pour des usages domestiques et évite le recours à un accumulateur thermique à double circuit. Une autre variante consiste à réaliser directement la partie inférieure de la chambre 1, et donc du module, en verre noir et opaque. Le capteur modulaire en verre de l'invention présente les nombreux avantages indiqués ci-après : il est facile à installer, puisqu'il suffit de remplacer les tuiles normales par les éléments modulaires du capteur sur les structures portantes existantes et, dans le cas d'édifices et de maisons neuves, il permet de réaliser une économie importante, puisque les modules peuvent remplacer totalement, ou partiellement, selon les besoins, les tuiles traditionnelles. En cas d'avarie, le module peut aisément être placé grace aux raccords à encastrement, il présente, en outre, une étanchéité efficace aux agents atmosphériques, sa forme et son poids étant conçus pour résister au vent, à la grêle, à la neige ; par ailleurs, le module, étant en verre, ne se corrode pas. Les insterstices ou chambres 1 sous vide représentent un avantage de calorifugeage et empêchent les poussières et I1humidité de pénétrer entre le verre et la partie absorbante 6. La métallisation dé la chambre inférieure, sous vide, permet de réduire considérablement, non seulement les pertes par convection, mais aussi les pertes par radiation, et apporte d'importantes économies par rapport aux matériaux classiques d'isolation. L'aspect esthétique du toit reste pratiquement inchangé puisque le module s'insère parfaitement, sans altérations sensibles des profils et sans modifications chromatiques importantes, l'élément absorbant étant constitue par un liquide qui possède un point d'ébullition élevé et qui peut être coloré en fonction des diverses exigences, tant esthétiques que fonctionnelles. En-outres l'élément absorbant, étant liquide, peut être évacué facilement et même automatiquement, en cas d'avaries ou d'arrêts prolongés, ce qui permet d'éviter des surpressions ou températures excessives. REVENDICATIONS 1. Elément modulaire en verre pour capteur d'énergie solaire, destiné à la récupération de l'énergie radiante par réchauffé fage direct d'eau ou autre fluide, constituant une tuile pour couverture et protection de maisons ou d'édifices, et caractérisé en ce qu'il est composé par un corps parallélépipédique creux, translucide, ayant de préférence une section rectangulaire, et à l'intérieur duquel trois chambres superposées sont ménagers, dont les première et troisième communiquent entre elles et isolent thermiquement par le vide, la deuxième, dans laquelle circule le fluide à réchauffer, étant agencée selon un autre volume parallélépîpédique transparent et comportant des orifices d'admission et d'évacuation dudit fluide, et en ce que la partie inférieure de l'élément modulaire est recouverte d'une couche d'isolation thermique et optique. 2. Elément selon la revendication 1, dans lequel le plan inférieur de la chambre isolante sous vide, située sous la chambre centrale d'ecoulement dudit fluide, est recouvert d'une couche réfléchissant la lumière incidente. 3, Elément selon la revendication 1, dans lequel le plan externe inférieur est recouvert d'une couche d'aluminium anodisé qui réfléchit la lumière incidente. 4. Elément selon la revendication 1, dans lequel le plan inférieur de la chambre dlecoulement dudit fluide est recouvert d'une couche imperméable à la lumière incidente. 5. Elément selon l'une quelconque des revendications precé- dentes, dans lequel les orifices d'admission et d'évacuation dudit fluide communiquent avec les orifices opposés d'elements adjacents. 6. Elément selon la revendication 5, dans lequel l'orifice d'admission dudit fluide à réchauffer est muni d'un raccord étanche qui s'emboite sur la partie supérieure de l'élément précédent.