Brevet FR2433162A1 — publié le 19800307

L'invention concerne un dispositif formant collecteur solaire à concentration, et plus particulièrement un collecteur solaire à basse-température. On connait dans la technique antérieure, des collecteurs qui comprennent des surfaces de réflexion sphériques cylindriques ou paraboliques cylindriques, sur la ligne focale desquelles se trouve un tube absorbeur rempli d'un milieu de transport de la chaleur, ce tube étant généralement entouré d'un tube de verre. Le tube absorbeur est de couleur noire dans certains cas, en étant pourvu d'un revêtement sélectif, et le tube de verre peut également être sélectivement pourvu d'un revêtement à l'intérieur, de sorte que la radiation de chaleur de l'absorbeur est réfléchi.Ce type de collecteur solaire présente l'inconvénient qu'il concentre uniquement la radiation solaire directe quand la radiation solaire ssécarte d'une direction choisie La radiation solaire diffuse qui représente une grande partie de la radiation solaire complète, ntest ainsi pratiquement pas utilisée. L'inconvénient de cet assujetissement à une direction unique ne peut être que partiellement évitér au moyen de mécanismes chers et sujets à des pannes, qui amènent le collecteur à suivre la position correspondante du soleil. L'invention a donc pour but de proposer un collecteur solaire qui n'a pas besoin de suivre la position du soleil et qui ne comprend donc pas de dispositif coûteux de pivotement, etqui appartient à la catégorie "Système collecteur à concentration". Le collecteur doit avoir un poids spécifique très faible, de sorte qu'il peut être monté à n'importe quel endroit, même sur des constructions à toit léger. Il doit être constitué d'éléments simples et bon marché, qui peuvent être assemblés sans problèmes. Il doit pouvoir être ajustable dans toutes les gammes de température que l'on trouve normalement dans une maison, pour atteindre une efficacité aussi importante que possible. L'invention propose donc un collecteur solaire- qui comprend au moins deux réflecteurs cylindriques agencés parallèlement l'un à l'autre, et dans les lignes focales desquels sont agencés les tubes absorbeurs. La chambre de l'élément de support dans laquelle se trouvent les réflecteurs concaves et les tubes absorbeurs, est séparée de l'environne- ment par au moins un film de recouvrement, qui laisse passer directement la lumière solaire, mais qui empêche ou qui limite l'émission de la chaleur vers l'environnement depuis la chambre interne du collecteur. L'élément de support est généralement constitué de plastique, en particulier de plastique dur aéré. Il est de préférence conformé comme un élément individuel unique. Les réflecteurs cylindriques sont ajustés dans l'élément de support de telle sorte qu'ils forment une série, en étant agencés l'un sur l'autre. Le nombre de réflecteurs peut aller de 2 à 32, plus particulièrement de 4 à 16, et est de préférence égal à 8. En raison du couplage simplifié des éléments collecteurs individuels les uns avec les autres, le nombre de réflecteurs est de 2n, où n est un nombre entier comprisentre I à 5, et de préférence entre 2 et 4. Il s'est révélé avantageux d'insérer le réflecteur sous forme d'un élément préfabriqué dans lequel le réflecteur parabolique ou le réflecteur sphérique sont profonds.Un matériau que l'on peut utiliser est par exemple un polystyrol résistant aux chocs, qui est revêtu, par exemple par déposition de vapeur sur un côté, d'aluminium ou d'argent ou qui est pourvu d'une bande métallisée et réfléchissante. La distance de convergence, ou distance focale, peut aller de 10 à 60 mm, plus particulièrement de 20 à 40 mm, et est de préférence de 25 mm. Un élément de support porte de préférence deux éléments de réflecteur, qui sont séparés l'un de l'autre par une barre transversale. Un support supplémentaire pour les tubes absorbeurs est formé par la barre transversale et l'élément réflecteur large étant partagé en deux petits éléments réflecteurs manuels. La barre transversale et les deux barres d'extrémité à l'avant font partie de l'élément de support et servent également de support pour les tubes absorbeurs. Des découpes sont agencées dans les-barres de façon à correspondre aux dimensions de l'absorbeur, et maintiennent les tubes absorbeurs au niveau des lignes focales des réflecteurs cylindriques. La section transversale des tubes absorbeurspeut être circulaire, elliptique, ovale ou triangulaire. Il peut être avantageux d'agrandir la surface des tubes absorbeurs par application de surfaces supplémentaires, qui se trouvent généralement verticales sur le tube absorbeur en direction longitudinale. Les tubes absorbeurs sont généralement en métal, la surface extérieure des tubes étant colorée en noir mat ou étant pourvue d'un revêtement sélectif, par exemple un revêtement double de nickel noir. Ainsi, on peut atteindre des valeurs d /-allant jusqu'à 10, Les tubes absorbeurs sur l'élément collecteur doivent avoir une longueur d'environ 80 à 250 cm, et de préférence de 100 à 200 cm. Les éléments de collecteur sont construits de telle sorte que les éléments individuels de collecteur peuvent être réunis ensemble sur leur côté avant, et les tubes absorbeurs individuels (reliés en parallèle ou l'un derrière l'autre) sont reliés seulement aux deux c8tés avant extérieurs des bandes de collecteur. Généralement, ces liaisons d'extrémité d'absorbeur qui se trouvent au-delà des éléments collecteurs eux-mêmes, sont recouvertes d'une matière en mousse, de façon à maintenir les pertes par radiation aussi faibles que possible. Le-volume des tubes absorbeurs de la longueur préférée d'un élément collecteur individuel varie, avec les dimensions recommandées de l'absorbeur, entre 2 et 8 litres (s'il y a 8 tubes absorbeurs en parallèle). L'élément de support dans lequel le réflecteur et les tubes absorbeurs sont insérés, est recouvert d'au moins un revêtement mince translucide. il est avantageux d'utiliser deux revêtements dans ce but, avec-un jeu faible entre les deux revêtements, allantde 4à 20mm plus particulièrement de 8 à 15 mm, et de préférence de 9 à Il mm. Les films de recouvrement sont par exemple en matériau vendu sous la marque "Teflon" (polytétrafluoroéthylène plastique), en plexiglas stable léger, en verre ou en matériau analogue, qui permettent le passage direct de la lumière solaire et qui réfléchissent très peu de lumière sur la surface d'admission et qui absorbent très peu de lumière ou de radiation de chaleur.La sortie de l'énergie réfléchie à travers le film de recouvrement vers l'extérieur peut être presque totalement éliminée par application d'un revêtement sélectif sur la face intérieure du film de recouvrement, qui réfléchit presque entièrement les radiations infrarouges. Le film de recouvrement diminue l'échange de chineur entre la chambre interne du collecteur et l'environnement. La chambre interne d'air sert ainsi d'isolation pour les tubes absorbeurs. Les huiles résistant à la chaleur, ou de l'eau comprenant les additifs habituels de stabilisation à la chaleur, par exemple, sont utilisées comme milieux de transport de chaleur. De l'eau pure peut toutefois être utiiisée, et peut être amenée directement dans le système d'eau chaude d'un chauffage central, d'un chauffage de plinthes, d'un système de chauffage d'eau d'une piscine et/ou d'unsystème de stockage d'eau chaude. Pour liaison avec les systèmes habituels d'eau chaude, on prévoit des éléments connus de régulation, qui réglent le débit volumique, par exemple par des thermostats, et qui déchargent automatiquement l'absorbeur quand il y a un risque de gel. Le facteur de concentration ou de focalisation du collecteur solaire selon l'invention va environ de 2 à 4. Un collecteur plat ordinaire a d'autre part un facteur de concentration ou de focalisation de 1, et un collecteur parabolique individuel à un facteur de concentration ou de focalisation supérieur à 10. Pour obtention de meilleurs résultats, les absorbeurs sont posés dans la direction est-ouest. Ainsi, pendant le jour, les collecteurs n'ont pas besoin de suivre le soleil, ce qui abaisse également les prix de fabrication. Avec cet agencement, les radiations solaires peuvent être utilisées efficacement uniquement entre 9 heures et 15 heures environ, ce qui se traduit par une réception un peu plus faible d'énergie par jour. Avec des dimensions appropriées des éléments réflecteurs cylindriques de focalisation et des tubes absorbeurs, qui admettent une déviation de l'angle de radiation solaire de + 230 sur les spécifications standards apex, le collecteur est dirigé, dans l'hémisphère nord, dans la direction du sud. L'angle d'élévation entre le collecteur et l'horizontale est ainsi de 900 moins la lattitude géographique du site de montage. Dans lthémisphère sud, le collecteur est dirigé dans la direction du nord. Dans le cas où les éléments i collecteur doivent être montés horizontalement ou verticalement pour une raison quelconque, il est possible de construire les éléments déflecteurs de façon asymétrique, de sorte que l'angle optimal de l'incidence des rayons n'est pas supérieur à 900 sur la surface de collecteur. Dans le cas où les dimensions d'élément de collecteur admettent seulement des déviations inférieures à + 230, le collecteur doit être réajusté de nombreuses fois pendant l'année. Par exemple, pour des variations admissibles de direction d'incidence de + 150, un réglage est nécessaire deux fois par an (été/hiver) , et avec des variations de t 100, un réglage est nécessaire quatre fois par an (hiver/ printemps/été/automne). Dans des conditions climatiques optimales (énergie d'ensoleillement de 800 watts par m2) la charge est d'environ 560 watts par m2. Pour la moyenne annuelle, cela signifie, pour l'Europe moyenne, qu'environ 15 à 20 1 d'eau peuvent être chauffés à une température de 150C à 750C par jour et par mètre carré de surface - de collecteur. Le collecteur solaire selon l'invention présente l'avantage qu'il peut être construit à partir d'éléments individuels préfabriqués. Aucune expérience technique n'est nécessaire pour la construction et l'installation. Le collecteur solaire ne nécessite sensiblement aucune mathenzte. Les films de revêtement en "Téflon" sont résistants à la poussière. Quand il pleut, la face extérieure du film de revêtement est nettoyée par l'eau de pluie. Les prix d'installation et des matériaux utilisés pour le collecteur solaire selon l'invention sont beaucoup plus faibles que ceux des collecteurs plats connus. Le degré d'efficacité ou de rendement du dispositif, quand le milieu de transport de la chaleur est à 900C, est d'environ 70% ou est supérieur, et se trouve ainsi avoir un rendement égal ou supérieur à celui des collecteurs plats de haut rendement .Le collecteur solaire selon l'invention est, en fonction de l'agencement des tubes absorbeurs en parallèle ou l'un derrière l'autre, et en fonction de son type de revêtement absorbeur et du nombre de revêtements, susceptible d'être relié à tous les systèmes auxiliaires d'eau chaude, étant donné qu'avec un tel collecteur, les températures d'eau chaude désirées dans une maison normale, comprises entre 250C et 9O0C environJpeuvent être produites de façon efficace. Le collecteur solaire selon l'invention est plus particulièrement destiné à utiliser de l'eau comme milieu de transport de lalchaleur, pour liaison directe avec les systèmes auxiliaires, en supprimant ainsi le traditionnel échangeur de chaleur. L'invention a donc pour objet un collecteur solaire à focalisation ou à concentration, comprenant au moins deux réflecteurs incurvés en matériau plastique stable à la chaleur, les réflecteurs étant agencés longitudinalement l'un à côté de l'autre et ayant une distance de convergence ou focalisation de 10 à 60 mm. Au moins un tube absorbeur est placé sur la ligne focale des réflecteurs, avec un diamètre extérieur compris entre 10 et 40 mm. Au moins un film de revêtement translucide est prévu pour recouvrir les réflecteurs et les tubes absorbeurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en plan d'un élément individuel de collecteur solaire selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un élément de collecteur solaire. En figure 1, on voit l'élément de support avec les bordures longitudinales 1, les tubes absorbeurs 3 et les éléments réflecteurs cylindriques 4. Les barres d'extrémité 2 et la barre transversale 2M comprennent des découpes 5 de maintien des tubes absorbeurs 3. La figure 2 représente une coupe transversale du collecteur selon la ligne A-B de la figure 1. La construction de l'élément de support 1 et la configuration des bares 2 ou 2M sont représentées, et garantissent la fixation des tubes absorbeurs 3 sur les lignes focales correspondantes des éléments réflecteurs. L'élément de support est ici recouvert d'uniquement un film de revêtement 6. 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 cadre des revendications qui suivent. REVENDICATION S 1. Collecteur solaire à concentration ou focalisation, comprenant des tubes absorbeurs placés sur la ligne focale, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux réflecteurs sphériques ou paraboliques, placés longitudinalement l'un en dessous de l'autre, réalises en matériau plastique stable à la chaleur, avec une distance focale d'environ 10 à 60 mm, et sur la ligné focale desquels des tubes absorbeurs ayant un diamètre extérieur d'environ 10 à 40 mm sont disposés, 'les réflecteurs et les tubes absorbeurs étant recouverts d'au moins une feuille de recouvrement transparente. 2. Collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les réflecteurs sont réalisés en polystyrol résistant aux chocs, qui est recouvert sur une face d'une feuille d'aluminium ou d'argent, ou dont cette face est recouverte- d'aluminium ou d'argent par vaporisation. 3. Collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de 2 à 32, en particulier de 4 à 16 et par exemple 8, réflecteurs disposés l'un en dessous de l'autre. 4. Collecteur solaire l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la distance focale des réflecteurs est de 20 à 40 z, en particulier de 25 mm. 5. Collecteur solaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les réflecteurs sont asymétriques de sorte que les angles d'incidence optimale des rayons solaires s'écartent de la normale au collecteur. 6. Collecteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes absorbeurs sont réalisés en cuivre ou en matériau plastique stable à la chaleur, comportant une surface noire d'absorption de chaleur. 7-. Collecteur solaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface des tubes absorbeurs est recouverte-de sulfure de nickei. 8. Collecteur solaire selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les tubes absorbeurs sont reliés en série ou en parallèle, et ont un diamètre extérieur d'environ 18 à 25 mm. 9. Collecteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les réflecteurs et les tubes absorbeurs sont recouverts par deux feuilles de revêtement transparentes, séparées d'une distance d'environ 4 à 20 mm. 10. Collecteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les feuilles de revêtement sont en polytétrafluoroéthylène, la face interne de la ou des feuilles présentant une couche de matière qui réfléchit les radiations infrarouges dirigées de l'intérieur vers l'extérieur.