Brevet FR2459431A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne des dispositifs pour la transformation de l'énergie solaire en d'autres formes d'énergie, et a notamment pour objet une installation énergétique solaire destinée par exemple a approvisionner en énegie électrique des consommateurs d'énergie disposés sur la surface terrestre, surtout dans des régions difficilement accessibles. On connaît une installation énergétique solaire comprenant un concentrateur d'énergie solaire réalisé sous forme d'un réflecteur à miroir composé de facettes, et un récepteur d'énergie solaire réalisé sous forme d'une surface absorbant la chaleur disposée au foyer du concentrateur et tournée vers le flux de rayonnement réfléchi par le concentrateur. L'installation connue se caractérise par une faible sécurité de fonctionnement et une courte durée de service, étant donné que ses éléments sont exposés aux effets du milieu ambiant. On connaît une autre installation énergétique solaire, qui comprend un concentrateur d'énergie solaire en miroir parabolocylindrique composé de facettes, et un transformateur d'énergie solaire en énergie électrique dont les piles solaires sont disposées dans le plan focal du concentrateur. Les piles solaires sont collées sur des radiateurs de refroidissement à air et dotées d'un revêtement de protection en verre collé à leur surface active avec de la colle optique. Bien que les piles solaires de cette installation soient dotées d'un revêtement protecteur, elle nécessite des dépenses d'entretien importantes du fait qu'on est obligé d'éliminer périodiquement les poussières et les saletés de la surface des miroirs du concentrateur et des piles solaires. Compte tenu des considérations qui précèdent, on s'est proposé de perfectionner l'installation énergétique solaire de manière à la doter d'un moyen de protection des miroirs du concentrateur et des piles solaires contre les effets du milieu ambiant, qui assurerait une bonne protection sans entraîner des dépenses d'entretien,ce qui est particulièrement important quand les installations solaires sont utilisées dans des régions difficilement accessibles. Ce but est atteint du fait que l'installation énergétique solaire du type comprenant un concentrateur d'énergie solaire réalisé sous forme d'un réflecteur à miroir composé de facettes, et un récepteur d'énergie solaire dont la surface sensible au rayonnement solaire est disposée sur le trajet du flux de rayonnement réfléchi par le concentrateur, est caractérisée, suivant l'invention, en ce que chaque facette du concentrateur est renfermée dans une enveloppe étanche convexe transparente au rayonnement et remplie d'un milieu réducteur. Il est avantageux de réaliser les enveloppes sous forme de cylindres à rayon de courbure de 20 à 200 mm. Chaque enveloppe peut également être réalisée sous forme de deux calottes sphériques identiques. L'installation énergétique solaire réalisée conformément à l'invention se caractérise par une longue durée de service du fait de la bonne protection de ses éléments principaux contre les effets du milieu ambiant, par une haute sécurité de fonctionnement et par de faibles dépenses d'entretien. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente l'installation énergétique-solaire conforme à l'invention, comprenant un concentrateur réalisé sous forme d'un focline - la figure 2 représente l'installation énergétique solaire conforme à l'invention, doté d'un concentrateur comprenant deux facettes planes - la figure 3 représente l'installation énergétique solaire conforme à l'invention, dans laquelle les enveloppes sont en forme de calottes sphériques - la figure 4 représente l'installation énergétique solaire conforme à l'invention, dans laquelle le concentrateur est réalisé sous forme d'un réflecteur plan ; - la figure 5 représente l'installation énergétique solaire conforme à l'invention, équipée d'un concentrateur sous forme d'un miroir de Fresnel ; - la figure 6 représente l'installation énergétique solaire conforme à l'invention dans laquelle le concentrateur est réalisé sous forme d'un miroir de Fresnel à coma nulle. Telle qu'elle est représentée sur la figure 1, l'installation énergétique solaire comprend un concentrateur 1 d'énergie solaire, réalisé sous forme d'un réflecteur à miroir composé de facettes 2 et ayant la configuration d'un féline. Au foyer du concentrateur i se trouve le récepteur d'énergie solaire, qui est un convertisseur photo-électrique 3 dont la surface 5 sensible au rayonnement solaire 4 est tournée vers le flux de rayonnement réfléchi par le concentrateur 1. Chaque facette 2 du concentrateur 1, ainsi que le convertisseur photo-électrique 3, sont renfermés dans une enveloppe étanche transparente 6 de forme cylindrique. Sur une extrémité de l'enveloppe 6 du convertisseur photo-électrique 3 est monté un culot métallique 7, à travers lequel passent les bornes de connexion 8 du convertisseur photo-électrique 3, sans toutefois altérer l'étanchéité de l'enveloppe 6. Les bornes 8 sont reliées aux bornes d'une charge 9. Les enveloppes 6 ont un rayon de courbure de 20 à 200 mm et sont remplies d'un fluide réducteur (hydrogène). Telle qu'elle est représentée sur la figure 2, l'installation énergétique solaire comprend plusieurs convertisseurs photo-électriques 3 dont chacun est disposé entre deux facettes de miroir planes 2 inclinées sous un certain angle par rapport à la surface 5 du convertisseur photo-électrique, et formant un concentrateur à facettes. Les deux facettes 2 des convertisseurs photo-électriques voisins 3 sont inclinées l'une par rapport à l'autre et renfermées dans une même enveloppe étanche 6. Chacun des convertisseurs 3 est lui aussi renfermé dans une enveloppe étanche cylindrique 6. La figure 3 représente un mode de réalisation de l'installation énergétique solaire, dans lequel le concentrateur 10 est réalisé sous forme d'un réflecteur à miroir en paraboloide composé des facettes planes 2. Chaque facette 2 est renfermée dans une enveloppe étanche transparente il formée par deux calottes sphériques identiques et remplies d'un mélange hydrogène-argon. Le diamètre de chaque calotte sphérique est choisi entre 0,2 et 0,4 mm. Au foyer du concentrateur 10 est disposé un récepteur d'énergie solaire qui est formé par une surface sensible à la chaleur 12, placée dans un récipient étanche transparent 13 rempli d'un agent caloporteur 14 et doté de canaux 15 assurant la circulation de l'agent caloporteur 14 à travers la canalisation réceptrice (non représentée sur les dessins). La figure 4 représente encore un autre mode de réalisation de l'installation énergétique solaire, dans lequel le concentrateur 16 est réalisé sous forme d'un réflecteur à miroir plan composé de facettes planes 2 dont chacune est renfermée dans une enveloppe étanche 6. Les convertisseurs photo-électriques 3, qui ont chacun deux surfaces 5 et 5' sensibles au rayonnement solaire, sont eux aussi renfermés dans les enveloppes étanches cylindriques 6. Les convertisseurs photo-électriques 3 sont disposés au-dessus (par rapport au rayonnement solaire 4) de la surface du concentrateur i6 et perpendiculairement aux facettes 2, et sont séparés l'un de l'autre par une distance sensiblement égale audiamètre de l'enveloppe 6 pour laisser passer le rayonnement 4 vers les surfaces réfléchissantes des facettes 2. La figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation de l'installation énergétique solaire, dans lequel le concentrateur 17 est réalisé sous forme d'un miroir de Fresnel composé de facettes planes séparées 2. Chaque facette 2 et le convertisseur photo-électrique 3 recevant le rayonnement réfléchi par le concentrateur 17 sont renfermés dans les enveloppes étanches transparentes 6. Le convertisseur photo-électrique 3 se trouve au foyer du concentrateur 17. La figure 6 représente schématiquement encore un autre mode de réalisation de l'installation énergétique solaire, dans lequel le concentrateur 18 est réalisé sous forme d'un miroir de Fresnel à coma nulle, composé de facettes planes 2. Chaque facette 2 et le convertisseur photo-électrique 3 disposé au foyer du concentrateur 18 sont renfermés dans leur propre enveloppe étanche transparente 6. Le fonctionnement de l'installation énergétique solaire conforme à l'invention est le suivant. Le rayonnement solaire 4 (figures 1, 2) est réfléchi par les facettes miroirs 2 et dirigé vers la surface 5 du convertisseur photo-électrique 3. L'énergi solaire reçue par la surface 5 est transformée en courant électrique et transmise à la charge 9 par l'intermédiaire des bornes 8. Il est à noter que, dans l'installation selon la figure 2, on obtient une plus haute densité de rayonnement à la surface sensible 5, aussi bien grâce à la réflexion par les facettes planes 2 que grâce à la réflexion par la surface des enveloppes cylindriques de verre 6. Dans l'installation énergétique solaire selon la figure 3, le rayonnement solaire 4 est réfléchi par les facettes miroirs 2 et concentré sur la surface sensible à la chaleur 12, dont il provoque l'échauffement. En se réchauffant, la surface sensible à la chaleur 12 transmet sa chaleur à l'agent caloporteur 14 qui la transmet à son tour, par une canalisation, au consommateur de chaleur. Dans l'installation énergétique solaire représentée sur la figure 4, le rayonnement solaire 4 tombe sur la surface 5 du convertisseur photo-électrique 3 qui est tournée vers le soleil. En outre, le rayonnement solaire 4 passe par les intervalles entre les convertisseurs photo-électriques 3, est réfléchi par les facettes miroirs 2 et tombe sur les surfaces 5' des convertisseurs photo-électriques 3 tournées vers le concentrateur 16. L'énergie solaire reçue par les surfaces 5 et 5' des convertisseurs photo-électriques 3 est transformée en courant électrique et transmise à une charge (non représentée sur la figure 4). Les installations énergétiques solaires réalisées selon les modes représentés sur les figures 5 et 6 fonctionnent de la même manière que celle représentée sur la figure 1. Il est cependant à noter que dans les installations selon les figures 5 et 6 on obtient une illumination plus régulière de la surface sensible 5 du convertisseur photo-électrique 3. L'installation selon la figure 6 présente à cet égard un avantage sur celle réalisée selon la figure 5. Grâce à son faible rayon de courbure (20 à 200 mm), la surface cylindrique ou sphérique des enveloppes 6 et ii en verre permet d'en enlever facilement les poussières et les impuretés et de conserver les paramètres électriques de l'installation énergétique solaire au cours de son utilisation. Elle ne nécessite de ce fait aucun entretien technique, ce qui diminue notablement les dépenses d'utilisation et est particulièrement avantageux pour l'alimentation en énergie des consommateurs autonomes dans les régions difficilement accessibles. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cantre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Installation énergétique solaire du type comprenant un concentrateur d'énergie solaire réalisé sous forme d'unréflecteurà miroir et composé de facettes, et un récepteur d'énergie solaire dont la surface sensible au rayonnement solaire est disposée sur le trajet du flux de rayonnement réfléchi par le concentrateur, caractérisée en ce que chaque facette du concentrateur est renfermée dans une enveloppe étanche convexe transparente au rayonnement et remplie d'un fluide réducteur. 2. Installation énergétique solaire selon la revendication 1, caractérisée en que les enveloppes sont réalisées sous forme de cylindres dont le rayon de courbure est de 20 à 200 mm. 3. Installation énergétique solaire selon la revendication i, caractérisée en ce que chaque enveloppe est formée par deux calottes sphériques identiques.