Brevet FR2495291A1 — publié le 19820604

DESCRIPTIO TITRE: Générateur thermique solaire coupi avec un générateur photovoltaSque. La présente invention concerne les systèmes Fournissant des calories pour des usages aussi bien domestiques (eau chaude sanitaire, chauffage maison ou piscines), qu'industriels ou agricoles, Les dispositifs actuelleinent connus ont l'inconvénient de présenter des aspects inesthétiques dus, d'une part, à leur inclinaison ainsi qu'à leur surface noire importante offerte à la vue, d'autre part, au fait que l'oeil est attiré par une noueauté dans son environnement.On peut également trouver un inconvénient au fait que les systèmes actuels fonctionnent en "tout ou rien" (à l'exception des systèmes utilisant le principe du thermosiphon).Ce qui n'assure pas un maximum de fonctionnement aux moments les plus favorables. Les systèmes objets de l'invention sont situés, pour leur partie active, soit au sol soit sur toiture terrasse à plat. Leur surface visible est donc faible avec un certain recul. Ils sont intégrés dans des dispositifs actuellement utilisés pour remplir d'autres fonctions. A ce titre, ils sont doublement rentables. Leur esthétique est coutumière. Ils sont autonomes énergiquement et par conséquent peuvent fonctionner dans des locaux innocupés ou dont l'énergie a été coupée. nfin, ils sont susceptibles, par leur fonction de générateurs, de se coupler à d'autres systèmes (partie thermique vers une pompe à chaleur, par exemple, et partie photovoltaîque vers une alarme). Pour parvenir à ce résultat, on fait appel à des matériaux connus, bitume ou asphalte, dont l'effet thermo-solaire est profondément implanté dans le subconscient au public: observation de goudron fondu sur les routes en été, ainsi que des phénomènes optiques d3 surface qui l'accompagnent On utilise comme surface de captation solaire, soit l'étanchéité bitumeuse d'une toiture terrasse, soit la couche de roulement d'une route, soi; encore la couche de finition d'un trottoir. On isole thermiquement la couche de surface de captation en roduit noir du reste de l'assise, en la plaçant sur une couche intermédiaire posédant des qualités isolantes: mousses en plaques, granulats légers, béton de produits expansés ou même textiles du genre BIDIM. On crée, à l'intérieur même de la couche de captation, un réseau de refroidissement, constitué par un ou plusieurs circuits de tuyaux véhiculants un fluide caloporteur; - ces seront tuyaux de constitution métallique ou en plastique armé (polypropylène armé, silicone armé, etc...). La solution utilisant des tuyaux en plastique arme présente l'avantage de suivre les mouvements de la couche, mais le désavantage, sur les tuyaux métalliques, de posséder une conductivité thermique inférieure; - ce réseau sera ligaturé à un grillage métallique qui servira, de fixation au moment de l'épandage de produit noir, et de collecteur calorifique aprés; - le fluide caloporteur sera constitué par de l'huile ou de l'eau. Dans ce dernier cas, il sera nécessaire de prévoir l'addition d'un antigel du type Glycol, par exemple. On peut, le cas échéant, recouvrir le produit noir d'un matériau transparent mais isolant pour diminuer les pertes par convexion et augmenter encore les performances du système. L'ensemble ainsi composé constitue un capteur solaire thermi -que à base de goudron, bitume ou asphalte, et son aspect extérieur sera celui d'une route, d'une voie privée, d'un trottoir ou encore d'une étanchéité ae toiture terrasse. On pourra augmenter les performances du capteur ainsi crée en augmentant la réflexion par les parois voisines: par exemple, pour un capteur solaire se présentant sous la forme d'une voie d'accés à un garage, en mettant en place une porte de garage en aluminium anodise ou en tôle d'acier noc. On peut utiliser les capteurs du type trottoir ou chaussée en pente, en bénéficiant de leSr implantation plus basse que le lieu d'utilisation, pour chauffer une réserve d'eau ou même pour alimenter un système de chauffa ge par le sol directement par effet de thermosiphon. Un capteur thermique tel que défini plus haut, nous oblige à résoudre un problème technique, à savoir le réglage de la vitesse d'extraction des calories produites; si elle est trop forte, on obtiendra une température du fluide caloporteur de eu d'intéret; si elle est trop faible, on risque de voir la couche de produit noir subir des déformations par fluaae ou même par fusion du liant. I1 est donc essentiel que l'on ajuste, à sa valeur optimum, le débit du fluide caloporteur en fonction de la quantité de calories produites par le capteur. L'originalité de l'invention, outre la constitution à double emploi de ses capteurs thermo-solaires, réside dans la solution de ce problème. Pour cela, on utilise les propriétés physiques différentes des rayonnements solaires pour réaliser un auto-asser -vissement. En l'occurence, on fournit l'énergie électrique nécessaire à la pompe par un générateur pnotovoltaique, dont les cellule s photosensibles seront placées dans le même plan que le capteur précédent, ou dans un plan parallèle. Une augmentation, par l'angle d'incidence ou par l'amplitude, des rayonnements solaires sur le capteur précédent, dont la pompe de circulation sera alimentée comme ci-dessus, donnera proportionnellement une augmentation de l'énergie électrique débitée par le générateur photovoltaîque.Cela entrainera une augmentation du débit de la pdmpe et par conséquent du transfert calorifique par le fluide en circulation vers le lieu d'utilisation ou vers le réservoir de stockage. Une diminution de l'énergie solaire sur le capteur conduira de même à des effets proportionnels de diminution du transfert des calories. Ainsi, en période diurne, le générateur thermo-électro solaire ci-dessus fournira son énergie à température relativement constante. Une centrale de commande électrique ou électronique branchée sur les photopiles permettra d'effectuer le réglage de cette température, en adaptant, par exemple, par un montage potentiométrique 1 puissance du générateur photovoltaîque à celle du capteur.La centrale pourra comporter en outre un asservissement de la température du réservoir ou du lieu d'utilisant -tion à celle donnée par le capteur, k l'aide de sondes thermocou- ples. Elle pourra, enfin, temporiser pour tenir compte de l'iner -tie thermique du capteur solaire période nocturne ou en l'absence d'énergie solaire captable, le générateur photovoltaîque ne débitera pas et par conséquent, il C'est pour ces périodes que l'on aura intérêt à introduire un antigel au sein du fluide caloporteur. Le système décrit ci-dessus peut servir fournir aussi bien de l'eau chaude sanitaire que du chauffage domestique. Dans ce dernier câs, il sera branché directement sur un dispositif de chauffage par le sol en basse température possédant une énergie d'appoint. Ou bien, il servira de source chaufe primaire une chaudière ou à une pompe à chaleur du type sau-air ou eau-eau. Le système objet de i 'invention peut aussi servir a réchauffer l'eau d'une piscine pour augmenter sa période d'exploitation. Il peut encore réchauffer l'eau d'arrosage ou assurer le chauffage par le sol des serres. Is peut enfin fournir de l'énergie à basse température à tous les systèmes industriels qui en ont l'utilité: évaporation de solutions chimiques, distillation basse température, etc... Légende de la planche uniaue: - repère 1: générateur photovoltaîque disposé parallèlement à la voie - repére 2: bordure de route - repère 3: sous-couche en matériau isolant - repère 4: grillage métallique - repère 5: circuit aller du fluide caloporteur - repère 6: circuit retour du fluide calonorteur - repère 7: revêtement bitumineux REVENDICATIONS I - Dispositif permettant de fournir des calories a partir de l'énergie des rayonnements solaires, caractérisé par le fait que la surface d'absorption d'énergie solaire est constituée -car un revêtement noir à base de produit bivumineux. II - Dispositif selon la revendication I, caractérisé par le fait que le revetement bitumineux comporte dans son épaisseur un ou plusieurs circuits de tuyauteries véhiculant un fluide à usage de caloporteur. III - Dispositif selon la revendication II, caractérisé par le fait que ce ou ces circuits de tuyauteries sont ligaturés à un grillage métallique enrobé dans le revetement et servant au maintien en position lors de l'étalement du produit bitumeux, puis ensuite de collecteur calorifique pour le réseau de tuyauteries. IV - Dispositif selon la revendication III, caractérisé par le fait que le revêtement bitumineu; est placé au dessus d'une couche de matériaux aux propriétés isolantes du point de vue thermique. V - Dispositif selon la revendication IV, caractérisé par le fait que le ou les circuits de tuyauteries véhiculant le fluide calopor- -teur sont branchés sur une qu des pompes de circulation. VI - Dispositif selon la revendication V, caractérisé par le fait que cette ov ces pompes sont alimentées en@energie électrique par une armoire de commande et de contrôle. VII - Dispositif selon la revendication VI, caractérisé par le fait que cette armoire de commande est, ellememe, alimentée en énergie électrique par une batterie de cellules photovoltaîques disposées sur un plan parallèle à celui du capteur. VIII - Dispositif selon la revendication VII, caractérisé par le fait que le rev-ttement bitumineux servant d'absorbeur solaire présente extérieurement l'aspect d'une chaussée routière. IX - Dispositif selon la revendication VII, caractérisé par le fait que le revêtement bitumineux servant d'absorbeur solaire présente extérieurement l'aspect d'un trottoir. r - Dispositif selon la revendication VII, caractérisé oar le fait ue le revêtement bitumineux servent d'absorbeur solaire ressente extérieurement l'aspect d'une étanchéité de toiture terrasse