Brevet FR2619421A1 — publié le 19890217

La présente invention est relative aux ventilateurs solaires photovoltaiques mûs par des moteurs électriques à aimants permanents et alimentés par des capteurs photovoltaiques. Les ventilateurs destinés à l'aération et au séchage semblent plus efficaces lorsqu'ils sont placés en position très haute, notamment au sommet d'un toit, à condition toutefois qu'une arrivée d'air froid et sec soit prévue en position basse. Il existe plusieurs types de ventilateurs adaptables sur les toits, notamment des ventilateurs à convercles ou à lames couvrantes, mais il semble que les ventilateurs solaires photovoltaiques aient dans ce domaine un grand avenir, car ils sont d'autant plus efficaces que le temps est plus ensoleillé et que la ventilation est plus nécessaire. De plus, le captage photovoltaique est généralement plus facile sur les toits. Mais les prix de revient des cellules photovoltaiques est encore assez élevé et il est souhaitable d'en obtenir le meilleur rendement pour réduire leur surface et leur encombrement, ce qui en améliore aussi l'aspect. La présente invention a pour but: 1 ) de rendre les ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur des toits ou sur d'autres paroi. Poue cela, ils doivent, même au repos, protéger complètement de lapluie et du Soleil les ouvertures à travers lesquelles il faut qu'ils puisssent ventiler un flux d'air presqu'uniforme, du moins sur la majeure partie de l'ouverture. Pour obtenir ce résultat on peut doter ces ventilateurs d'hélices spéciales à une ou plusieurs pales couvrantes, même au repos, et aérodynami ques. J'indiquerai après la présentation des dessins un moyen d'obtenir des formes convenables pour ces hélices spéciales (page 3, lignes 31 à 38 page 4, lignes 2 à 11) 2 ) d'utiliser dans les meilleurs conditions, l'énergie captée par les cellules photovoltaiques qui alimentent ces ventilateurs. Le principal moyen pour obtenir ce résultat consiste à animer ces ventilateurs par des moteurs appropriés pour être alimentés par l'énergie captée par des cellules photovoltaiques même lorsqu'elles sont faiblement éclairées. Les moteurs qui semblent êre actuellement les mieux appropriés à l'utilisation de l'énergie photovoltaique sont des moteurs à aimants permanents, notamment les moteurs MARTIRE; objet du brevet européen n 83 103 349 3, car ils ont un bon rendement même lorsque le capteur photovoltaique est faiblement éclairé. 3 )d'améliorer le rendement des cellules photovoltaiques qui alimentent ces ventilateurs en les orientant convenablement et en les refroidissant. L'un des moyens qui permet de refroidir ces cellules photovoltaiques consiste à les ventiler en les plaçant à proximité du ventilateur qu'elles alimentent, et de préférence au dessus. On peut fixer le capteur photovoltaique sur la partie tournante du ventilateur pour activer son refroidissement. On peut en outre recouvrir la face arrière du capteur par une peinture conductrice thermique noire et mate pour que le capteur se refroidisse mieux par rayonnement. Dans le cas où le capteur est fixé directement sur le moteur (cas de l'exemple choisi sur les dessins ci-annexés), on peut relier directement le moteur au capteur photovoltaique par des fils électriques conducteurs gros et très courts pour réduire considérablement les pertes d'énergie par effet Joule. Pour orienter convenablement le capteur photovoltaique, on peut tenir compte de la latitude du lieu où il se trove et de la saison, mais il est souvent nécessaire de placer le ventilateur solaire photovoltaique sur une ouverture percée sur la pente d'un toit convenablement orienté, surtout dans le cas où le capteur photovoltaique tourne avec le ventilateur. On peut en outre rendre partiellemnt orientable l'arbre autour duquel tourne le ventilateur, par exemple à l'aide d'un dispositif à rotule et à friction analogue à ceux qui permettent d'orienter les rétroviseurs des automobiles. 4 ) de télécommander ces ventilateurs photovoltaiques pour les ralentir, les arrêter ou même inverser leur sens de rotation. Leur télécommande semble en effet utile dans le cas où le capteur photovoltaique tourne avec le ventilateur. 5 ) de créer des produits industriels nouveaux utiles non seulement dans les pays chauds pour se protéger du Soleil et de la chaleur (parasols, tentes, et tous autres abris), mais aussi pour chasser l'humidité, les fumées, les poussières de locaux divers, de hangars agricoles ou industriels ou commerciaux. Par exemple, on peut construire des parasols solaire photovoltaiques obtenus à partir d'hélices spéciales de grand rayon dont les différentes pales sont reliées entre elles sur leur périphérie afin d'assurer la robustesse de l'ensemble. Mais le plus souvent, il semble préférable, pour normaliser la production des ventilateurs solaires photovoltaiques, de les doter d'hélices spéciales de rayon plus petit, et de placer ces ventilateurs au dessus d'une ouverture percée au sommet du toit du parasol ou de tentes ou d'autres abris. A titre d'exemple non limitatif et pour faciliter l'intelligence de la présente description, j'ai représenté sur les deux planches de dessins ci-annexées, un ventilateur solaire photovoltaique doté d'une hélice spéciale bipale qui recouvre même au repos, l'ouverture percée au sommet du toit (5) d'une tente ou d'un parasol. Figure 1: Vue latérale qui indique les différents niveaux a, b, c et d. Figure 2: Vue de dessus qui indique la section A - A Figure 3: Section A - A de l'hélice spéciale bipale dont les pales identiques ont été désignées par (3) et (3') pour une meilleure intelligence Figure 4: Vue de dessus d'une pale (3) sur laquelle sont tracées ses lignes de niveaux (a), (b), (c) et (d) pour représenter la forme spéciale. Selon l'invention, et selon l'un de ses modes de réalisation auxquels il semble qu'il ait lieu de donner la préférence, le capteur photovoltaique (1) est fixé au dessus du moteur solaire (2) qu'il alimente par des fils électriques gros et courts pour limiter l'effet Joule. Les pales identiques (3) et (3') sont fixées sur le moteur (2). Ainsi, l'ensemble du capteur (1), du moteur (2) et de l'hélice spéciale (3), (3') peut être entraîne solidairement en rotation autour de l'arbre fixe (4) qui peut en outre supporter le toit (5) de la tente ou du parasol. On peut même adjoindre sur l'arbre fixe (4) et à proximité du ventilateur, une rotule à friction représentée qui permet d'orienter le ventilateur pour que le capteur (1) soit mieux éclairé par les rayons solaires selon les différentes heures de la journée.L'ensemble du capteur (1), du moteur (2) et de l'hélice bipale (3), (3') protège l'ouverture circulaire de rayon R percée, soit dans la partie supérieure du toit (5), soit dans une partie convenablement inclinée et orientée du toit (5) pour mieux capter l'énergie solaire. Le capteur photovoltaique (1) refroidi par le courant d'air ascendant produit par le ventilateur dont le sens préférentiel de rotation est indiqué sur la figure 2, et refroidi aussi par son mouvement de rotation, peut en outre rayonner une partie de sa chaleur par sa face inférieure recouverte de préférence d'une peinture conductrice noire et mate. Le rendement du capteur (1) peut donc être excellent. On peut ainsi donner des dimensions relativement réduites au capteur (1). La figure 4 permet de mieux comprendre le choix de la forme de la pale (3) grâce aux tracés des lignes de niveaux (a), (b), (c) et (d) correspondants aux niveaux a, b, c, d, indiqués sur le côté droit de la figure 1. Les hélices spéciales de ces ventilateurs sont non seulement couvrantes, même au repos, mais aussi très aérodynamiques de façon à utiliser dans les meilleures conditions l'énergie fournie par le capteur (1) et transmise par le moteur (2). En outre, leur forme est choisi pour que l'eau ne puisse pas s'y accumuler même au repos. Le rendement de ces ventilateurs est donc excellent, même et surtout pour des faibles vitesses de rotation qui correspondent à un faible éclairement du cap teur photovoltaique (1). Pour expliquer avec plus de précision les formes spéciales des hélices, j'ai représenté sur la figure 3 de la section A - A de l'hélice spéciale bipale, d'une part, la distance verticale h du point M du bord de fuite de la pale (3') ao point N de la pale (3) situé sur la même verticale que M, et d'autre part, le rayon r de la trajectoire du point M lors de la rotation de l'hélice. La distance h varie en fonction du rayon r, mais il semble souhaitable de choisir les différentes valeurs de h en fonction de r de façon á ce que le produit r.h soit à peu constant dans le plan de la section A - A, au moins pour les valeurs de r comprises entre R et R. 2 Ainsi, la majeure partie de l'ouverture circulaire de rayon R pourra être ventilée à peu près uniformément. Le débit de ce ventilateur bipale peut être calculé approximativement à l'aide de l'intégrale définie: R 2.N.# 2.#.r.h.dr R0 dans laquelle N est le nombre de tours par seconde du ventilateur R0 est la valeur minimale de r R est le rayon de l'ouverture circulaire ventilée ## 3,14 Evidemment, h est fonction de r, et la valeur à peu près constante du produit r.h doit être choisie en fonction de la puissance dde crête du capteur photovoltaique (1) et du rayon R de l'ouverture percée dans le toit (5). Dans certains cas, on peut adjoindre au ventilateur solaire photovoltaique une petite batterie tampon. La nature des matériaux utilisés pour les hèlices spéciales peut être variée (aluminium, matière plastique, toile tendue par des baleines en acier ou en matière plastique). Les applications industrielles sont variées et nombreuses. Outre les parasols solaires formés seulement par l'ensemble des éléments: {(1), (2), (3), (3'), (4)} avec ou sans le reste du toit (5), on peut prévoir et fabriquer de nombreux types de ventilateurs solaires photovoltaiques avec ou sans batteries tampon et adaptables non seulement sur les toits mais sur d'autres parois pour permettre d'aérer, de ventiler, de sécher, d'évacuer les fumées et les poussières des locaux d'habitation, des locaux industriels ou comerciaux, des hangars agricoles, des véhicules terrestres ou maritimes. R E V E N D I C A T I O N S 1) Ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur les toits, caractérisés par les formes de leurs hélicesspéciales à une ou plusieurs pales (3) couvrantes, même au repos, et aérodynamiques, qui permettent de ventiler à peu près uniformément à travers l'ouverture pratiquée dans la paroi qu'elles recouvrent. 2) Ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur les toits selon le revendication 1, caractérisés par leurs moteurs (2) appropriés pour être alimentés par l'énergie captée par des cellules photovoltaiques même faiblement éclairées; ces moteurs à aimants permanents, notamment ceux objets du bervet européen n 83 103 349 3 ont un bon rendement quel que soit l'éclairement des cellules photovoltaiques qui les alimentent. 3) Ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur les toits selon la revendication 1 ou selon la revendication 2, caractérisé par le mode de refroidissement des cellules photovoltaiques (1) obtenu par la ventilation assuré par le ventilateur qu'elles alimentent et à proximité duquel elles sont placées, de préférence au dessus. 4) Ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur les toits selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisés par la fixation des cellules photovoltaiques (1) sur la partie tournante du ventilateur. 5) Ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur les toits selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisés par la faible distance du capteur photovoltaique (1) au moteur (2), qui permet de relier (1) et (2) par des fils électriques gros et courts. 6)Ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur les toits selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisés par l'adjonction sur l'arbre (4), à proximité du ventilateur, d'une rotule à friction qui permet de l'orienter pour que le capteur (1) soit mieux éclairé par les rayons solaires selon les différentes heures de la journée. 7) Ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur les toits selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisés par la télécommande qui permet de les ralentir, de les arrêter, ou d'inverser le sens de rotation du ventilateur. 8)Ventilateurs solaires photovoltaiques adaptables sur les toits selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisés par l'adjonction d'une batterie tampon. 9) Parasols et abris solaires photovoltaiques avec ou sans le reste du toit (5), caractérisés par leurs ventilateurs solaires photovoltaiques selon l'une quelconque des revendications précédentes.