Brevet FR2506436A1 — publié le 19821126

Panneau absorbant sélectif pour capteur solaire L'invention concerne un panneau absorbant sélectif pour capteur solaire. On sait qu'un capteur solaire comporte classiquement - un vitrage laissant passer la lumière solaire et formant une couche d'air stagnant Jouant le rôle d'isolant thermique, - et un panneau absorbant qui s'échauffe en recevant la lumière sous le vitrage, et qui transmet sa chaleur à un fluide caloporteur (généralement air ou eau) circulant à son contact. Un tel capteur peut être appelé "direct" lorsqu'il ne comporte pas de dispositif optique pour concentrer la lumière. La température d'équilibre du panneau absorbant est alors plus basse que si la lumière solaire est concentrée par exemple par un miroir. Il est connu de munir le panneau absorbant d'un revêtement sélectif. Le rôle de ce revêtement, qui est doué d'une sélectivité spectrale, est à la fois d'assurer une forte absorption de rayons solaires par la surface du panneau de façon qu'elle puisse utiliser le plus possible d'énergie solaire, et de maintenir aussi faible que possible l'émission de rayons infra-rouges de façon que sa température puisse s'élever. On connait des panneaux absorbants sélectifs qui comportent une tôle de support propre à etre émaillée - une couche d'émail absorbant la lumière dans le domaine spectral du soleil (entre 0,35 et 2,5 microns de longueur d'onde environ) et déposée sur cette tôle de support, - et une couche semi-conductrice déposée sur la couche d'émail et propre à réfléchir la lumière infrarouge au moins au-dessus de 2,5 microns de longueur d'onde. La couche semi-conductrice peut être constituée d'un oxyde métallique tel que l'oxyde d'indium, ou l'oxyde d'étain dopé à l'an- timoine. Quant à la couche d'émail absorbant sa teinte est très sombre, par exemple noire ou bleue-nuit. Sur le plan technique ceci apparait nécessaire puisque cette couche doit absorber une forte proportion de la lumière solaire, mais, sur le plan esthétique il en résulte un aspect peu agréable du panneau, empêchant dans certains cas son utilisation en façade de locaux d > habitation. Un tel panneau est décrit par exemple dans le brevet français nO 2 307 0511, "Nederlandse....) et le brevet américain correspondant nO 4 105 822 (De Jong). La couche semi-conductrice mentionnée dans ce brevet est constituée à titre principal par de oxyde d'indium. Elle est recouverte d'une fine couche de silice. Le coefficient d'absorptivité global ainsi obtenu pour le spectre solaire est d'environ 0,9,- le coefficient d'émissivité en infrarouge étant de 0,16. Un autre panneau est décrit dans l'article de F.Simonis et autres wPhysics of doped tin dioxide films..." n paru dans la revue "Solar energy materials" nO 1, (1979) page 221, 231. Ce panneau comporte une couche d'émail sombre revêtue d'une couche semi-conductrice à base d'oxyde d'étain dopé à l'antimoine. La présente invention a pour but la réalisation d'un panneau absorbant sélectif pour capteur solaire pressentant un aspect fortement amélioré tout en conservant une bonne efficacité. Elle a pour objet un panneau absorbant sélectif pour capteur solaire, ce panneau comportant - une tôle de support propre à être émaillée, - une couche d?émail absorbant la lumière dans le domaine spectral du soleil entre 0,35 et 2,5 microns de longueur d'onde et déposée sur cette tôle de support, - et une couche semi-conductrice déposée sur la couche d'émail et propre à réfléchir la lumière infrarouge au moins au-dessus de 2,5 microns de longueur d'onde, cette couche étant constituée par le dioxyde d'étain Sn02 et comportant une impureté de dopage constituée par de l'antimoine, - ce panneau étant caractérisé par le fait que la couche d'émail est de teinte claire, - la proportion d'antimoine dans la couche semi-conductrice étant comprise entre 1% et 15% en poids par rapport à l'étain. La présente invention est basée sur la découverte d'un fait inattendu, qui se manifeste lorsque l'on part d'au moins certaines couches absorbantes de couleur claire à efficacité d'absorption propre médiocre. L'adjonction d'une couche semi-conductrice particulière déjà connue en elle même permet alors non seulement de diminuer ltémissivité infrarouge comme prévu, mais aussi d'augmenter l'absorptivité du panneau dans un rapport si grand que l'efficacité globale du panneau rejoint presque celle des meilleurs panneaux connues de teinte sombre, munis d'une couche semi-conductrice, et cela sans altérer sensiblement la couleur claire de la couche absorbante. Cette efficacité globale est par ailleurs au moins aussi bonne que celles des panneaux sombres dépourvus de couche semi-conductrice. On entend ici par teinte claire de 11 émail absorbant le fait que sa "blancheur L définie en coordonnées CIE/Lab 1976 (Commission Internationale de l'Lclairage) est supérieure à 30 alors que celle de l'émail absorbant des panneaux connu est touJours inférieure à 20-25. Cette teinte claire de l'émail est choisie de préférence parmi les teintes froides c'est-à-dire à dominante bleue ou verte, mais des teintes plus chaudes telle que la teinte Jaune et même orangée ou rouge peuvent être choisie dans certains cas. Il semble. cependant difficile d'obtenir alors une aussi bonne absorptivité qu'avec les teintes froides. L'invention a également pour obJet un procédé de préparation d'un panneau absorbant sélectif pour capteur solaire, ce procédé comportant les étapes suivantes : - dépôt d'une barbotine sur une tôle de support, - puis séchage de cette barbotine, - puis chauffage de la tôle à une température supérieure à 700C pour obtenir une couche d'émail propre à absorber la lumière solaire, - puis dépôt d'une couche semi-conductrice propre à réfléchir la lumière infrarouge, - ce procédé étant caractérisé par la fait que la couche semiconductrice est formée par pulvérisation dans l'air d'un composé d'étain dopé sur l'émail lorsque celui-ci est à une température comprise entre 500 et 650C. A l'aide de la figure schématique unique ci-Jointe, on va décrire ci-après, à titre non limitatif un mode de mise en oeuvre de l'invention. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. La figure représente une vue en coupe d'un panneau selon l'invention. Pour fabriquer ce panneau selon l'invention on peut procéder de la manière suivante - On prend une tôle d'acier (1) spécial pour émaillage. - On pulvérise sur la tôle au pistolet pneumatique une solution aqueuse appelée barbotine : cette solution contient de la silice des oxydes métalliques et des fondants à base de carbonate et phosphates. - La tôle revêtue est séchée à 150C pour éliminer l'eau de- la barbotine. - La tôle revêtue de barbotine est ensuite chauffée 2 à 3 minutes à 800C pour obtenir la vitrification de l'émail et l'élimination des fondants. - En sortie de four, au cours du refroidissement de l'émail, lorsque la température est comprise entre 500 et 650C et de préférence entre 550 et 600C, on effectue un traitement de formation de la couche semi-conductrice. Pour cela on pulvérise sur l'émail chaud une solution de chlorure d'étain et d'antimoine hydroalcoolique. (Des essais réalisés avec des composés organiques d'étain ont donné de mauvais résultats). On laisse ensuite refroidir rapidement à l'air. La couche d'émail (2) a environ 100 microns d'épaisseur et la couche semi-conductrice (3) entre 0,11 et 0,7 micron et contient entre 2 et 3%, par exemple 2,5% d'antimoine (en poids). La composition de la barbotine est indiquée ci-après dans divers exemples EXEMPLE NO 1 Email vert clair Composition : Grenaille d'émail riche en silice 65% Argile 2,5S Aluminate de sodium 0,15% Carbonate de sodium 0,15% Acide oxalique 0,02j Pigment à base d'oxyde de chrome 1,91 Pigment à base d'oxydes de Titane - Vanadium et Antimoine 0,6% Pigment à base d'oxydes de Cobalt et Chrome 0,3% Dioxyde de titane 0,5% Eau 29S Avant traitement, l'absorptivité est de 0,61 et l'émissivité à 40C de 0,80. Après traitement avec une solution de chlorures d'étain et d'antimoine, l'absorptivité est égale à 0,81 et l'émissivité à 40C est égale à 0,3. EXEMPLE NO 2 Email bleu clair Composition : Grenaille d'émail riche en silice 63% Argile 2,5% Aluminate de sodium 0,06% Carbonate de sodium 0,25% Nitrate de sodium 0,06S Pigment à base d'oxydes de chrome cobalt aluminium et zinc 2,6S Pigment à base d'oxyde d'antimoine de plomb et d'étain 1,9% Oxyde d'étain 1,2S Eau 28S Avant traitement, l'absorptivité est de 0,72 et l'émissivité à 40C de 0,80, la blancheur étant de 110. Après traitement avec une solution de chlorures d'étain et d'antimoine, l'absorptivité est de 0,84 et l'émissivité à 40C est de 0,25, la blancheur étant de 35. EXEMPLE NO 3 Email Jaune Composition : Grenaille d'émail riche en silice 65% Argile 2,6% Aluminate de sodium 0,1% Acide oxalique 0,04% Fluoborate de sodium 0,4% Pigment à base d'oxyde de cadmium 2,6% Eau 29S Avant traitement 1'absorptivité est de 0,43 et l'émissivité à 40C de 0,8, la blancheur étant de 77. Après traitement l'absorptivité est de 0,77 et l'émissivité à 40C de 0,36, la blancheur étant de 61. Dans tous ces exemples la composition de la solution hydroalcoolique peut être la suivante SnCl4, 5H20 15% SbCl5 o,31 eau 25% éthanol 60% Selon la présente invention la couche semi-conductrice permet d'obtenir une bonne absorption du rayonnement solaire, en majeure partie sur émail, comme connu, mais un peu aussi sur sa propre épaisseur. Elle permet surtout, grâce à cette absorption complémentaire de rayonnement, de choisir pour l'émail des couleurs plus variées que précédemment, ceci sans compromettre sensiblement l'absorption sur le panneau. REVENDICATIONS 1/ Panneau absorbant sélectif pour capteur solaire, ce panneau comportant - une tôle de support (1) propre à être émaillée, - une couche d'émail (2) absorbant partiellement la lumière dans le domaine spectral du soleil, entre 0,35 et 2,5 microns de longueur d'onde, et déposée sur cette tôle de support, - et une couche semi-conductrice (3) déposée sur la couche d'émail et propre à réfléchir la lumière infrarouge au moins au-dessus de 2,5 microns de longueur d'onde, cette couche étant consitutée par le dioxyde d'étain SnO2 et comportant une impureté de dopage constituée par de l'antimoine, - ce panneau étant caractérisé par le fait que la couche d'émail (2) est de teinte claire, la proportion d'antimoine dans la couche semiconductrice étant comprise entre 1J et 15% en poids par rapport à l'étain. 2/ Panneau selon la revendication 1, caractérisé par le- fait que la proportion d'antimoine par rapport à l'étain est choisie entre 2% et 3%, et l'épaisseur de la couche semi-conductrice (3) est choisie entre 0,4 et 0,7 micromètres. 3/ Procédé de préparation d'un panneau absorbant sélectif pour capteur solaire selon la revendication 1, ce procédé comportant les étapes suivantes dépôt d'une barbotine sur une tôle de support (1), - puis séchage de cette barbotine, - puis chauffage de la tôle à une température supérieure à 700C pour obtenir une couche d'émail (2) propre à absorber la lumière solaire, - puis dépôt d'une couche semi-conductrice (3) propre à réfléchir la lumière infrarouge, - ce procédé étant caractérisé par le fait que la couche semiconductrice (3) est formée par pulvérisation dans l'air d'un composé d'étain dopé sur l'émail (2) lorsque celui-ci est à une température comprise entre 500 et 650C. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite pulvérisation est faite lorsque l'émail (2) est à une température comprise entre 550 et 6000 C. 5/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la pulvérisation est effectuée pendant le refroidissement de l'émail (2) consécutif à sa formation par chauffage. 6/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le composé d'étain pulvérisé est un chlorure d'étain.