Brevet FR2485704A1 — publié le 19811231

La présente invention est relative au captage et au stockage de l'énergie solaire, et plus particulierement à une structure assurant simultanément la captation de l'énergie solaire par un absorbeur placé sous vide dans des tubes de verre, l'isolation thermique d'un stockage placée immédiatement dessous, l'etan- chéité et la protection aux intempéries. Le dispositif objet de la présente invention, est destiné à toutes les utilisations thermiques de l'énergie solaire à basse et moyenne température, et plus particulièrement à la réalisation d'ensemble homogène intégrant les Fonctions de captage et de stockage à haut rendement de l'énergie. On connait l'intérêt de la mise en oeuvre du vide et des surFaces sélectives pour l'obtention de hauts rendements de conversion thermique de l'énergie solaire. Oe nombreux matériels existent, notamment les tubes "Pirex" sous vide contenant des absorbeurs constitués de tuyaux à ailettes à revêtement sélectif. Ces matériels sont généralement groupés en module de 1100 m2 de surface captante environ et interconnectés. Généralement ils viennent en superstructure de toiture de batiment ou montés sur charpente au sol. L'invention a pour objet le perfectionnement de la mise en oeuvre de ces tubes, notamment en utilisant leur haut pouvoir d'isolation thermique, en les protégeant des intempéries et des chocs, tout en augmentant leur rendement thermique. Pour obtenir ces effets, on dispose dans un cadre support rigide les modules élémentaires constitués de quelques tubes. Ces tubes sont juxtaposés avec un espacement pouvant aller de 1 mm à quelques cms, et réunis mécaniquement par des jonctions transparentes qui délimitent un espace d'air supérieur et un espace d'air inférieur non communiquant. Selon une caractéristique de l'invention, l'ensemble ainsi constitué est recouvert d'un panneau rigide ou d'une membrane transparent et incassable formant "effet de serre" et enfermant l'espace d'air supérieur. Selon une autre caractéristique de l'invention, une membrane inférieure à haut pouvoir réfléchissant sur ses deux faces de type par exemple "rexotherm" est tendue sur le cadre et vient clore hermétiquement l'espace d'air inférieur. Les absorbeurs placés sous vide peuvent avantageusement être réalisés soit en aluminium ou en cuivre par circuit intégré à partir des procédés "Roll-Bond" ou en acier inoxydable à revêtement sélectif dans la masse sur sa face avant et conservant les propriétés de faible émissivité du métal poli sur sa face arrière. Ces absorbeurs peuvent également avantageusement être soit placé dans le même plan, ou être tous inclinés à un angle déterminé par rapport aux caractéristiques de chaque projet. Selon une autre caractéristique de l'invention, les panneaux ainsi constitués peuvent avantageusement recouvrir un stockage thermique par exemple de type enterré ou excavé en lui servant de toiture étanche, d'isolation thermique, et constituer avec lui une centrale solaire thermique à haute performance, modulaire et multipliable, dont les caractéristiques dimensionnelles seront Fonction des besoins thermiques à couvrir. L'invention apparaitra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnant uniquement à titre d'exemple quelques modes de mise en oeuvre. La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une installation selon l'invention. La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'une installation selon l'invention. La figure 3 représente une vue schématique d'un absorbeur à circuit hydraulique intégré. La figure 4 représente une vue de deux éléments sous vide liés par un joint "mastic". La figure 5 représente une vue de deux éléments sous vide liés par un joint armé d'une âme métallique. La figure 6 représente un détail de liaison entre deux éléments sous vide par un joint extrudé. Sur les Figures 1 et 2 qui sont deux vues en coupe de l'installation, apparaissent les tubes 1 à absorbeur Z sous vide. Ces tubes sont juxtaposés et liés mécaniquement et de manière étanche à l'air par un joint 5. Une membrane 4 à haut pouvoir réfléchissant sur ses deux faces réfléchit - le rayonnement thermique en provenance du stockage 10 placé sous elle et ménage un volume d'air 8 clos entre elle-même et la paroi supérieure 9 du container de stockage - les déperditions thermiques en provenance des absor beurs 2 placés dans les tubes 1, et ménage également un vide d'air clos 7 entre elle-même et la sous-face des tubes 1 liés par les joints 5 - le rayonnement solaire non intercepté par les absorbeurs 2 vers la sous-face des dits absorbeurs. Sur la figure 3 est représenté à titre d'exemple un absorbeur 2 métallique à circuits hydrauliques intégrés 23 délimités par des cordons de soudure à la molette 13 et reliés au réseau général 18 par des tubes d'alimentation 11 et d'évacuation 12. Sur les figures 4, 5 et 6, sont représentés non limitativement des exemples de joints Sa-b-c-d entre les tubes 1. Tous ces joints sont en matière transparente au rayonnement solaire et assurent la non communication des airs entre les volumes 6 et 7. Le joint 5a est extrudé, à simple paroi, et épouse parfaitement la courbure des tubes 1. Le joint 5b est un joint dit "à la pompe" du type mastic silicone. Le joint 5c est placé uniquement en partie inférieure des tubes 1 et une âme métallique permet de le clipser sur les dits tubes 1. Le joint 5d est du type extrudé mais à double paroi en ménageant un vide d'air intérieur qui assure une meilleure isolation thermique. Une couverture générale 3 de l'ensemble, transparente au rayonnement solaire assure une protection aux intempéries en même temps que l'étanchéité à la pluie. L'isolation thermique des stockages 10 se trouve ainsi réalisée par la superposition des strates suivantes : volume d'air 8, film réflectif 4, volume d'air 7, tubes sous wide 1 plus liaison étanche 5, volume d'air 6, couverture translucide 3. Oea échangeurs de chaleur 20 peuvent être placés dans le stockage 10 qui peut avoir tout fluide comme calo-stockeur mais également des sels 21 à changement de phase à la température de stockage désirée. Oea briquettes 19 de verre cellulaire, par exemple de "Foamglass" ou de tout matériau isolant imputrascible,inattaquable aux rongeurs et n'absorbant pas l'eau, peuvent être placées au contact de la terre 22 de manière à assurer l'isolation thermique des faces arrières du stockage 10. Un boitier isolant 14 est placé dans le chassis 15 périphérique et assure l'isolation thermique du réseau hydraulique 18. Sa face supérieure peut être noircie de manière à s'échauffer au raynonnement solaire et de diminuer ses déperditions. Un joint d'étanchéité 16 est placé entre le chassis 15 et la couverture 3. Un chéneau 17 récupère les eaux de pluie et les évacue vers l'extérieur tout en permettant l'accès pour le nettoyage des couvertures transparentes si de tels ensembles étaient juxtaposés. REVENOICATIONS 1. Oispositif formant capteur de l'énergie solaire, isolant thermique et étanchéité du type utilisant des tubes en verre "Pyrex" munis d'absorbeurs à revêtement sélectif sous vide qui assurent la production d'énergie thermique, caractérisé en ce que ce dispositif est constitué - d'un chassis rectangulaire porteur - d'une membrane de sous face réfléchissant sur ses deux faces les rayonnements lumineux et infra-rouges - d'un espace d air inférieur clos - de tubes en verre à absorbeur sélectif sous vide, reliés mécaniquement entre eux par des liaisons transparentes et étanches à l'air - d'un espace d'air supérieur clos - d'une couverture permettant l'effet de serre et assurant l'étanchéité aux intempéries de l'ensemble, le dit dispositif étant autoporteur et servant de toiture d'un stockage thermique qui peut être excavé ou enterré et lui assurant l'étan-. chéité, l'isolation thermique et la fourniture d'énergie thermique d'origine solaire, l'ensemble ainsi constitué formant un élément d'une centrale solaire de production de chaleur à haut rendement, caractérisée en ce qu'elle peut stocker la dite chaleur durant de longues périodes. 2. Oispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les absorbeurs contenus dans les tubes sous vide sont en aluminium ou en cuivre et de type "Roll-Bond", ou en acier inoxydable à revêtement sélectif sur la face sensiblement dirigée vers le haut dans la masse, et de type à circuit hydraulique intégré et en ce que la face dirigée sensiblement vers le bas est en métal poli réflé- chissant et peu émissif 3. Oispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stockage thermique excavé ou enterré est de section sensiblement trapézoidale et isolé sur sa périphérie au contact de la terre par des dalettes de verre cellulaire expansé d'une épaisseur de quelques centimètres. 4. Oispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane réfléchissante placée en partie inférieure de l'ensemble réfléchit les déperditions thermiques d'un stockage placé sous elle à Faible distance, délimite un volume d'air clos immédiatement supérieur, réFléchit les déperditions thermiques des absorbeurs, et réfléchit également le rayonnement solaire non intercepté par les dits absorbeurs. 5. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les absorbeurs ont recu un revêtement sélectif sur leurs deux Faces. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est protégé par une surFace transparente au rayonnement solaire, résistante, et assurant l'étanchéité aux intem- péries, la protection mécanique, tout en ménageant un volume-d'air clos entre elle-même et les tubes de verre. 7. Oispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tubes de verre sont placés à faible distance l'un de l'autre et liés mécaniquement par un cordon d'étanchéité transparent de type silicone ou par un joint extrudé transparent épousant les dits tubes de verre sur une portion de leur diamètre et assurant l'étanchéité à l'air entre les volumes inFérieurs et supérieurs. 8. Oispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les pièces de jonction comportent au moins un vide d:air interne obtenu par extrusion et ménagé entre le volume immédiatement inférieur et le volume immédiatement supérieur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une isolation thermique supplémentaire placée sous le panneau mais non en contact avec lui vivent en augmenter les caractéristiques isolantes. 10. Dispositif selon l'une quelconque les revendications précédentes, caractérisé en ce que les panneaux sont intégrés à une toiture ou une terrasse d'un bâtiment par l'intermédiaire d'un joint pressé placé entre le cadre extérieur et la surFace supérieure de la toiture ou de la terrasse. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les volumes de stockages sont composées de masse de sel à changement de phase contenu dans des containers immergés dans le volume général de stockage afin d'en accroitre la capacité thermique. 12. Oispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des volumes de cailloux sans containers particuliers sont immergés dans le volume général de stockage afin de diminuer le volume nécessaire de fluide calostockeur. 13. Procédé de mise en oeuvre d'un dispositiF selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réalisation de 1m2 de capteur correspond sensiblement à lm3 de volume de stockage.