Brevet FR2445937A1 — publié le 19800801

La présente invention a pour objet de nouveaux capteurs solaires fixes. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des capteurs solaires fixes ou insolateurs plans. Les capteurs solaires fixes comportent généralement un boîtier plan dont la face avant est obturée par une paroi qui est transparente au rayonnement solaire visible et qui arrête certaines radiations infrarouges, de sorte qu'elle produit un effet de serre. Les capteurs fixes comportent, en outre, des absorbeurs qui sont placés à l'intérieur du boîtier et dans lesquels circule un fluide caloporteur. On a déjà construit des capteurs fixes dont la face avant n'est pas une simple lame plane à faces parallèles. On connaît des capteurs fixes dont la paroi transparente est formée d'une juxtaposition de mamelons. Les documents D.T.O. 2.554.243 et FR.811.015 décrivent de tels capteurs. On connaît également des capteurs plans qui comportent des bandes juxtaposées formant des loupes qui concentrent les rayons solaires sur des absorbeurs. Le brevet français 74.18325 décrit un tel capteur comportant à la fois une couverture transparente et une paroi composée de bandes juxtaposées qui sont des loupes. On sait que pour obtenir la meilleure efficacité d'un capteur solaire plan, celui-ci doit être orienté vers le Sud et incliné par rapport au plan horizontal d'un angle o qui dépend de la latitude du lieu et de la saison, de telle sorte qutà midi les rayons solaires soient sensiblement perpendiculaires à la couverture transparente. Si cette couverture est plane, il faut incliner la totalité du panneau capteur de l'angle a. Un objectif de la presente invention est de réduire la valeur de l'angle d'inclinaison sans diminuer l'efficacité du capteur. Dans les capteurs plans traditionnels, il n'y a aucun effet de concentration de l'énergie lumineuse. Celle-ci est répartie sur des surfaces d'absorption qui sont généralement des tubes à ailettes qui occupent toute la surface du panneau capteur. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des capteurs solaires fixes qui focalisent l'énergie lumineuse sur des tubes absorbeurs, ce qui permet de construire économiquement des absorbeurs tubulaires et d'obtenir des températures plus élevées que dans les capteurs plans traditionnels. Un capteur solaire selon l'invention comporte, de façon connue, un bottier fixe, de forme aplatie, dont une face est fermée par une couverture transparente au rayonnement solaire et des conduits absorbeurs, dans lesquels circule un fluide caloporteur, qui sont disposés à l'intérieur de ce boîtier. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un capteur dans lequel la couverture transparente est composée d'une pluralité de paires de facettes juxtaposées, chaque paire comportant deux bandes qui divergent à partir d'une arête commune et l'une des deux bandes de chaque paire, qui est tournée vers le soleil, est plus épaisse au centre que le long de ses deux bords longitudinaux et fait fonction de lentille convergente. Les conduits absorbeurs d'un capteur selon l'invention sont des tubes qui sont placés sensiblement le long de la ligne focale desdites bandes faisant fonction de lentille convergente. Ces tubes sont, de préférence, des tuyaux en matière plastique noire. Selon un mode de réalisation préférentiel, le fond du boîtier comporte des paires de languettes flexibles en relief et lesdits tubes sont engagés entre lesdites languettes. La couverture à facettes d'un capteur selon l'invention est réalisée, de préférence, en une matière plastique transparente moulée, ayant des propriétés optiques voisines de celles du verre, par exemple en polycarbonate ou en polyméthacrylate de méthyle. L'invention a pour résultat un nouveau produit industriel. Un capteur solaire selon l'invention présente les avantages suivants. On peut disposer les facettes qui font fonction de lentilles convergentes de telle sorte que les rayons solaires à midi soient sensiblement perpendiculaires à ces facettes, sans avoir à incliner beaucoup le boîtier du capteur puisque ces facettes sont inclinées par rapport au plan de base du capteur. Les facettes qui font fonction de lentilles focalisent les rayons solaires sur les tubes absorbeurs, ce qui permet d'atteindre des températures plus élevées et de construire très économiquement les absorbeurs, par exemple en utilisant comme absorbeurs des tuyaux en matière plastique noire qui sont simplement pincés entre des languettes faisant partie du fond du capteur. Un autre avantage des couvertures ondulées selon l'invention réside dans le fait qu'elles peuvent se dilater dans trois dimensions sans subir de déformation permanente tandis que les couvertures planes en matières plastiques transparentes qui ont un coefficient de dilatation élevé et qui se dilatent dans le plan de la couverture conduisent à des déformations et à des boursouflures lorsqu'elles sont exposées au soleil. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de réalisation et d'utilisation de capteurs selon l'invention. La figure 1 est une vue en coupe transversale et en perspective d'un capteur selon l'invention posé sur une surface sensiblement horizontale. La figure 2 est une vue en coupe d'un'capteur selon l'invention posé contre un mur vertical. La figure 3 est une vue de dessus d'un élément de capteur selon l'invention avec arrachement partiel de la couverture. Les figures 1, 2 et 3 représentent un élément de capteur plan qui comporte un boîtier 1, de forme aplatie et rectangulaire; une couverture transparente 2 qui obture la face avant du boîtier, ctest-à-dire la face exposée au rayonnement solaire et des tubes absorbeurs 3 dans lesquels circule un fluide caloporteur,par exemple de liteau. La couverture transparente 2 comporte une pluralité de paires de facettes parallèles à l'axe longitudinal x xl du boîtier. Chaque paire de facettes comporte deux bandes parallèles 4 et 5, ayant des orientations différentes, qui divergent à partir d'une arête commune 6 en formant un dièdre comme deux pans de toiture qui divergent à partir d'une ligne de faîte. Les bandes 5 sont orientées sensiblement vers le Sud lorsque le capteur est placé sur une surface sensiblement horizontale comme le représente la figure 1. Un capteur selon l'invention peut également être placé contre une façade verticale orientée vers le Sud et, dans ce cas, les bandes 5 sont orientées vers le haut comme le représente la figure 2. Les bandes 5, qui sont orientées vers le soleil, sont plus épaisses au centre que le long des deux bords longitudinaux. En section transversale, ces bandes ont la forme d'un fuseau. Il en résulte que lorsque les rayons lumineux sont parallèles au plan P de symétrie longitudinale de ces bandes, celles-ci font fonction de lentilles convergentes et focalisent les rayons solaires le long d'une ligne focale F comme le montre la figure 1. Lorsque la direction des rayons lumineux s'écarte légèrement du plan P, il n'y a plus une véritable focalisation sur une ligne, mais il y a une concentration autour de la ligne F.Le plan de symétrie P', perpendiculaire au plan P, de chaque lentille, forme avec le plan de la base du capteur un angle a On sait que pour obtenir la meilleure efficacité d'un capteur plan posé sur un support horizontal, on doit incliner le plan du capteur de telle sorte qutil soit sensiblement perpendiculaire aux rayons solaires dont l'inclinaison varie avec la latitude X du lieu, la saison et l'heure de la journée. Habituellement, on incline le- capteur de telle sorte que le plan soit perpendiculaire aux rayons solaires en hiver, c'est-à-dire lorsque le plan de I'écliptique forme avec le plan de. l'équateur un angle d'environ - 10" (maximum - 23"7 au solstice d'hiver). Pour un capteur installé en un lieu de latitude X, on doit donc incliner les capteurs plans traditionnels, de telle sorte que le plan du capteur forme avec le plan horizontal un angle a = x + 10 . Dans le cas d'un capteur selon l'invention, il suffit d'incliner le plan du capteur d'un angle a - a' pour arriver au même résultat. Selon la latitude du lieu, on peut incliner les faces 5 par rapport au plan de base du boîtier d'un angle a' = a = X + 100, de telle sorte que le boîtier peut être placé directement sur un plan horizontal comme le montre la figure 1. Ceci simplifie la fixation du capteur qui peut être posé à plat sur un toit en terrasse par exemple. Un autre avantage des capteurs selon l'invention réside en ce qu'ils modifient peu l'aspect architectural des bâtiments car ils sont invisibles du sol lorsqu'ils sont posés sur une toiture. Dans le cas où un capteur selon l'invention est posé contre un mur vertical, comme le représente la figure 2, les facettes 5 sont tournées vers le haut. Dans ce cas, l'angle qu'elles forment avec le plan horizontal est égal à 2 - a'. Si l'on se trouve par exemple sous une latitude de 2 l'ordre de 400, on choisira un angle a' = 50". Dans ce cas le boîtier pourra être posé à plat sur un support horizontal. S'il est posé contre un mur vertical, les facettes 5 sont inclinées sur le plan horizontal d'un angle égal à 400 et elles se -trouvent donc perpendiculaires aux rayons solaires lors des équinoxes. Les absorbeurs d'un capteur selon l'invention sont constitués par des tubes 3 dont l'axe est sensiblement confondu avec la ligne focale F de chaque facette 5. De préférence, ces tubes sont des tuyaux en matière plastique souple et noire, par exemple en chlorure de polyvinyle ou en polyéthylène. Le fond du boîtier 1 comporte des paires de languettes en relief 7a et 7b qui sont flexibles et les tubes 3 sont engagés de force entre ces languettes. Les languettes 7a et 7b ont une hauteur legèrement supérieure au rayon des tubes 3 et elles comportent, de préférence, un bossage ou une nervure 8 à leur extrémité afin de mieux retenir les tubes. Les bouts de tubes rectilignes 3 sont reliés entre eux deux à deux à leurs extrémités par des coudes cintrés 9, comme le montre la figure 3, afin de constituer un circuit. Bien entendu, chaque élément de capteur comporte aux deux extrémités du circuit, deux raccords 10 qui sortent du boîtier et qui permettent de connecter chaque élément sur un élément voisin ou sur un collecteur. Selon un mode de réalisation préférentiel, la couverture 2 est fabriquée d'une seule pièce, par moulage, en une résine synthétique transparente ayant des propriétés optiques telles qu'elle produise un effet de serre, par exemple en polyméthacrylate de méthyle ou en polycarbonate. Dans ce cas les facettes 4 sont des lames minces à faces parallèles. L'utilisation de tubes souples comme absorbeurs en combinaison avec des facettes 5 qui font fonction de lentilles convergentes comporte plusieurs avantages. Les lentilles 5 concentrent l'énergie solaire sur un faible volume et on obtient des températures du fluide caloporteur plus élevées. Les absorbeurs composés de tuyaux souples sont économiques à la fois en matière et en coût de fabrication. De plus, étant formés par un tuyau souple, ils résistent au gel. On a représenté sur la figure 1, un capteur qui comporte plusieurs panneaux élémentaires juxtaposés, ce qui permet une construction modulaire. Chaque panneau élémentaire a par exemple une longueur de 1 m et une largeur de 0,25 m et il comporte plusieurs paires de facettes. Le fond du boîtier ou caisson 1 de chaque élément comporte sur sa face arrière des crochets en relief 11. On a représenté sur la figure 1 un profilé 12 comportant des glissières dans lesquelles s'engagent les crochets 11 de deux éléments juxtaposés ce qui permet d'assembler ces deux éléments. Les figures 1 et 2 représentent également des profilés 13 et 14 qui sont fixés sur une surface horizontale ou sur un mur vertical. La tête des crochets 11 est engagée dans ces profiles, ce qui permet de fixer facilement les capteurs selon l'invention sur leur support sans faire appel à des outillages spéciaux ni à du personnel très qualifié. On a représenté à titre d'exemple sur la figure 1 un profilé 13 qui est fixé sur une toiture par des crochets 15 comportant un tendeur 16. Ces crochets sont engagés par exemple sous le bord des tuiles 17 ou sont fixés sur une terrasse. Ils comportent une tête 18 qui est engagée dans la glissière du profilé 13. Des cales 19 en un matériau souple permettent de caler les profilés sur la toiture ou sur un support qui n'est pas parfaitement plan. Les profilés 12, 13, 14 sont par exemple des profilés extrudés en matière plastique. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers constituants des capteurs qui viennent d'être décrits à titre d'exemple pourront être remplacés par des constituants équivalents remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Capteur solaire comportant un boîtier fixe de forme aplatie dont une face est fermée par une couverture transparente au rayonnement solaire et des conduits absorbeurs, dans lesquels circule un fluide caloporteur, qui sont disposés à l'intérieur dudit boîtier, caractérisé en ce que la dite couverture transparente est composée d'une pluralité de paires de facettes juxtaposées, chaque paire comportant deux bandes qui divergent vers le fond du boîtier à partir d'une arête commune et l'une des deux bandes de chaque paire, qui est tournée vers le soleil,est plus épaisse au centre que le long de ses deux bords longitudinaux et fait fonction de lentille convergente. 2 - Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits conduits absorbeurs sont des tubes qui sont placés sensiblement le long de la ligne focale desdites bandes faisant fonction de lentille conver gente. 3 - Capteur solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits tubes sont des tuyaux souples en matière plastique noire. 4 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le fond dudit boîtier comporte des paires de languettes, flexi bles en relief et lesdits tubes sont engagés entre lesdites languettes. 5 - Dispositif pour capter l'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il est composé d'une part de capteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dont les boîtiers comportent sur leur face arrière des crochets en relief et, d'autre part, des profilé à glissières dans lesquelles s'engagent lesdits crochets, lesquels profilés servent à assembler plu sieurs panneaux élémentaires juxtaposés pour constituer un panneau complet et à fixer lesdits panneaux sur un support. 6 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couvertu re est moulée d'une seule pièce en une matière plastique transparente.