Brevet FR2458771A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne des systèmes à énergie solaire d'une façon générale, et plus particulière- ment, un dispositif perfectionné à lentille de concentration destiné à être utilisé dans des systèmes à énergie solaire. Divers systèmes à énergie solaire ont été mis au point. Les systèmes particulièrement intéressants sont ceux des types décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Améri- que NO 4 134 393 et dans les demandes de brevets des Etats- Unis d'Amérique NO 866 067 du 30 décembre 1977, NI 866 068 du 30 décembre 1977, NO 806 291 du 15 juin 1977, NO 845 862 du 31 octobre 1977, NO 807 513 du 20 juin 1977, NI 915 001 du 13 juin 1978, NO 920 288 du 29 juin 1978 et NI 1 175 du 5 janvier 1979. Un certain nombre de ces systèmes utilisent des lentilles à échelons de Fresnel qui sont en verre quasi transparent dans les plus grandes dimensions disponibles dans le monde entier. Par exemple, elles ont une largeur et une longueur allant jusqu'à 86 cm et 240 cm respectivement. Le brevet et les demandes de brevets précités concernent diverses applications auxquelles l'énergie solaire collectée peut être destinée. Par exemple, elle peut être utilisée à des fins de chauffage, de réfrigération, de distillation de l'eau salée, de génération d'électricité à un grand rendement en utilisant des cellules photovoltaïques et de production d'élec- tricité ou d'autres opérations par l'utilisation d'énergie thermique. Dans un système d'un type particulier décrit dans le brevet et les demandes de brevets précités, une len- tille de Fresnel est supportée au-dessus d'un système de conduits qui comprend au moins un conduit interne et un con- duit externe. Le foyer de la lentille de Fresnel est dirigé sur le système de conduits ou au-dessous de celui-ci de façon à y concentrer l'énergie solaire. Le système de conduits res- te normalement fixe, la lentille de Fresnel, son bâti et 35. un contrepoids approprié étant supportés pour tourner autour de l'axe du conduit interne du système de façon à suivre le mouvement du soleil d'est en ouest pendant la journée. En particulier, tout le système est-incliné en fonction de l'alti- tude de sa position. Il est possible de faire varier son inclinaison pendant l'année pour tenir compte de la variation de l'angle d'inclinaison du soleil. Bien que les lentilles de Fresnel se soient avérées les plus utiles et les plus économiques, on a décou- vert que les lentilles de Fresnel couramment disponibles présentent un plus grand pouvoir de concentration dans leur région centrale que dans leurs régions marginales. Il est donc nécessaire d'améliorer la transmission d'une lentille de Fresnel utilisée pour concentrer l'énergie solaire. La présente invention a pour objet un dispositif perfectionné à lentille de concentration destiné à être utili- sé dans un système à énergie solaire. Selon ses caractéristiques essentielles, l'in- vention propose de n'utiliser que la partie centrale d'une lentille longitudinale de Fresnel, o on obtient le plus grand pouvoir de transmission. Par exemple, on n'utilise dans la partie centrale que 60 cm d'une lentille qui serait norma- lement d'une largeur de 86 cm, ce qui correspond à un rende- ment d'environ 85 D. Afin d'obtenir encore une grande ouver- ture pour assurer une plus grande concentration de l'énergie solaire, on dispose à proximité de la lentille de Fresnel, de chaque côté de cette dernière, un jeu de lamelles réfléchis- santes qui sont montées dans un bâti et supportées de façon à réfléchir les rayons solaires incidents sur le même foyer que celui de la lentille de Fresnel. Afin que toutes les lamelles réfléchissent l'énergie sur le même foyer, elles sont orientées suivant des angles différents selon la distance qui les sépare du centre de la lentille et elles sont espacées les unes des autres de manière à ne pas masquer une lamelle adjacente qui est inclinée suivant un angle légèrement différent. Les la- melles peuvent avoir des largeurs différentes allant jusqu'à cm environ. Les lamelles peuvent présenter un orifice par exemple de 50 à 90 cm et ont la même longueur que la lentille de Fresnel, c'est-à-dire dans l'exemple donné, environ 240 cm. Si l'on suppose une concentration de l'énergie sur une cible d'environ 4 cm et si l'on suppose également l'utilisation d'une lentille de Fresnel d'une largeur de 60 cm avec des en- sembles de lamelles d'une largeur de 60 cm de chaque côté, la concentration est de 180 cm à 4 cm ou de 45 fois. L'invention sera décrite plus en détail en re- gard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une vue illustrant un dispositif à lentille de concentration selon l'invention; et la figure 2 est une vue plus détaillée d'un ensemble de lamelles selon la présente invention. Comme le montre la figure 1, une lentille à échelons de Fresnel 11, par exemple d'une largeur de 60 cm et d'une longueur de 240 cm, est rendue solidaire de groupes de lamelles 15 et 17 dont un est situé de chaque côté de la lentille. Chacun des groupes de lamelles peut être recouvert d'une feuille protectrice 19 en une matière transparente telle que du verre ou une matière plastique. L'ensemble com- prenant la lentille de Fresnel 11 et les groupes de lamelles et 17 est supporté pour tourner par un support central 21. Il est possible de prévoir des supports supplémentaires. La rotation s'effectue autour de l'axe A d'un système à tubes concentriques désigné d'une façon générale par 23. Le support 21 est prolongé pour former un support 21a à l'extrémité du- quel se trouve un contrepoids 25 qui équilibre la masse du dispositif à lentille. Des transmissions motorisées et sys- tomes capteurs appropriés du type décrit dans le brevet et les demandes de brevets précités sont utilisés pour faire tourner l'ensemble autour d'un axe A afin de suivre le dépla- cement du soleil pendant une journée. L'ensemble peut être également incliné par rapport à l'horizon selon la latitude de sa position et éventuellement la période de l'année. Pour le système 23 de tubes concentriques, il est possible d'utiliser l'un quelconque des systèmes de con- duits décrits dans le brevet et les demandes de brevets pré- cités. Le système illustré est du type à trois tubes compre- nant un tube interne 27,, un tube intermédiaire 29 et un tube externe 31. A titre d'exemple, le diamètre externe du tube interne peut être par exemple de 4 cm et dans ce cas, si l'on suppose l'utilisation d'une lentille de Fresnel d'une largeur de 60 cm et de groupes de lamelles 15 et 17 d'une largeur identique, on obtient une concentration d'environ 45 fois. Un miroir 33 est disposé au-dessous du système de tubes en supposant que les tubes externe et intermédiaire au moins soient en une matière transparente. On a également représenté des miroirs 35 et 37 de chaque côté du système de tubes 23 pour finalement favoriser encore la concentration d'énergie. Eventuellement, il est possible de disposer des cellules solaires à l'intérieur-du tube interne comme dé- crit dans les demandes de brevets précitées. La forte con- centration qui est obtenue est particulièrement avantageuse pour engendrer de l'électricité en utilisant des cellules solaires, c'est-à- dire des cellules photovoltaïques, étant donné que la production d'électricité à partir des rayons lumineux (0,4 à 0,75 micron) augmente à peu près proportion- nellement à la concentration. Comme décrit dans les demandes de brevets précitées, des fluides se trouvent dans les espa- ces annulaires compris entre les tubes. Le fluide situé entre le tube intermédiaire ou-interne et le tube externe en particulier absorbe les rayons infrarouges pour empêcher un surchauffage des cellules solaires. De plus, la chaleur dégagée par le fluide contenu dans le tube interne est transmise au fluide contenu dans le tube externe, ce qui se traduit par une accumulation et une transmission efficace de la chaleur comme l'expliquent en détail les demandes de brevets précitées. L'absorption du rayonnement infrarouge par le fluide, dans le cas de l'utilisation de cellules photovoltaïques, évite une diminution de la production d'électricité qui est associée à un chauffage de la cellule. En cas d'utilisation pour le chauffage de fluides, il est possible, grâce à la concentration que-peut assurer ce système, de chauffer les fluides circulant dans les tubes internes à de hautes températures allant jusqu'à 3000C, ce qui permet de produire de l'énergie au moyen de machines thermiques telles que des turbines ou moteurs. Les groupes 15 et 17 de lamelles réfléchissantes qui sont essentiellement identiques, comprennent chacun, ainsi que le montre plus en détail la figure 2, plusieurs lamelles l9a et 19b de dimensions différentes qui sont logées dans des encoches appropriées, un bâti 18 orienté suivant un angle prédéterminé, c'est-à-dire un angle qui assure la réflexion de l'énergie solaire incidente vers un foyer situé soit sur l'axe A du collecteur, soit au-dessous de ce dernier. Les lamelles réfléchissantes peuvent être en aluminium poli ou anodisé ou en acier, en verre ou en matière plastique, aluminé ou argenté. Les lamelles réfléchissantes peuvent être réalisées individuellement et assemblées dans le bâti de cette manière. En variante, le groupe entier peut être moulé en matière plastique ou autre matériau et les lamelles peuvent être ensuite convenablement revêtues d'une matière réfléchissante. Les lamelles peuvent être de largeurs dif- férentes, comme l'illustrent les lamelles l9a et l9b de la figure 2 et leur écartement peut être tel que l'une d'elles ne masque pas l'autre. Les groupes de lamelles 15 et 17 peuvent être installés dans un bâti commun 13 avec la lentil- le de Fresnel 11. En variante, comme le montre la figure 2, il est possible d'utiliser un bâti séparé 18 pour les lamelles l9a et l9b qui s'accroche sur un bâti 13 fixé à la lentille 11. Lorsque le système est utilisé dans l'hémisphère nord, le dis-positif est incliné d'un angle de 300,par exemple à une latitude de 350. Cet angle peut être fixe ou il peut varier éventuellement au cours de l'année pour tenir compte de l'élévation du soleil. Bien que les figures n'illustrent qu'un seul dispositif, il est possible d'utiliser plusieurs dispositifs montés en série et/ou en parallèle de la manière décrite dans les demandes de brevets précitées. Dans ce cas, les tubes 23 des dispositifs individuels sont reliés ensemble soit en série, soit en parallèle selon les besoins du système particulier. De plus, comme indiqué plus haut, les groupes de lamelles 15 et 17 peuvent avoir une largeur allant jus- qu'à 90 cm. Naturellement, la quantité d'énergie collectée dépend de la largeur choisie et il en est de même de la concentration d'énergie. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de concentration destiné à capter et à focaliser l'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend une lentille longitudinale de Fresnel (11) ayant une largeur limitée de façon que son pouvoir de transmission ne baisse pas au-dessous de 85 'O environ près de ses bords; des premier et second groupes (15, 17) de lamelles disposés à proximité des deux bords longitudinaux de la lentil- le de Fresnel (11), chaque groupe comprenant plusieurs lamelles (19a, l9b) présentant une surface réfléchissanteinclinées suivant un angle leur permettant de réfléchir l'énergie so- laire incidente vers le même foyer que celui de la lentille de Fresnel; et un ou des bâtis (13, 18) pour maintenir ensemble la lentille de Fresnel (11) et les groupes (15, 17) de la- melles. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la lentille de Fresnel (11) a une largeur d'en- viron 60 cm et une longueur d'environ 240 cm et en ce que les groupes (15, 17) de lamelles ont une longueur correspon- dante et une largeur allant jusqu'à 90 cm environ. 3. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les lamelles (19a, l9b) des groupes (15, 17) sont en une matière choisie dans le groupe comprenant l'alu- minium poli ou anodisé, l'acier aluminé, le verre aluminé, une matière plastique aluminé, l'acier argenté, le verre ar- genté et une matière plastique argentée. 4. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdites lamelles (19a, l9b) de chaque groupe (15, 17) constituent un ensemble moulé d'un seul tenant dont les lamelles sont revêtues d'une couche réfléchissante. 5. Dispositif selon la revendication 1, combiné avec un système de tubes pour capter l'énergie solaire et caractérisé en ce qu'il comporte (a) un élément (21) destiné à supporter le dispositif sur le système de tubes (23) de façon qu'il tourne autour de son axe (A); et (b) un contrepoids (25) destiné à équilibrer la masse du dispositif de façon que ce dernier puisse tourner autour de l'axe du système de tubes (23) afin de suivre le déplacement du soleil d'est en ouest. 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre une surface réfléchissante ou miroir (33) situé au-dessous du système de tubes (23). 7. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre des premier et second miroirs longitudinaux (35, 37) qui sont inclinés à proximité des côtés opposés du système de tubes (23) pour réfléchir une quantité supplémentaire de rayonnement sur ce dernier. -8. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le système de tubes (23) comprend des tubes concentriques transparents etde plus, un réseau de cellules photovoltaiques logé à l'intérieur du tube interne (27) du système et au moins un fluide circulant entre le conduit le plus interne (27 ou 29) et un conduit externe (31), de façon que le fluide absorbe le rayonnement infrarouge tout en laissant passer un rayonnement à une longueur d'onde qui active les cellules photovoltaiques pour produire de l'élec- tricité. 9. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte une feuille protectrice transparente (19) recouvrant chacun des groupes de lamelles.