Brevet FR2921466A3 — publié le 20090327

FR 2921466 A3 20090327 FR 0706620 A 20070921 La présente invention concerne un dispositif permettant d'amplifier le rayonnement solaire et de le propager sans perte dans un tube de verre plein. Généralement, les dispositifs de concentration d'énergie solaire à miroirs paraboliques fonctionnant par réflexion s'abîment rapidement , surtout dans le désert avec les vents de sable, où pourtant le rayonnement solaire est maximum. Ils sont fragiles car les miroirs sont peu épais. Ils sont coûteux et délicats à fabriquer car il faut apposer sur le carreau de verre une couche métallique réfléchissante. Ils nécessitent de longs réglages optiques. Le dispositif selon l'invention n'a pas ces inconvénients car il fonctionne non pas par réflexion mais par réfraction donc on peut facilement le protéger des vents de sable à l'aide de volets. Il n'a pas besoin de couche métallique réfléchissante et ne nécessite pas un ponçage parfait donc le prix de fabrication obtenue par fonte et ponçage est beaucoup plus modique. Il est plus solide que des miroirs car il se compose d'un seul tenant. Il ne requiert aucun réglage optique. Le dispositif selon l'invention en verre d'indice compris entre 1.463 et 1.658, à symétrie de révolution, se compose d'un demi ellipsoïde de révolution (1) de grand diamètre D et de petit diamètre d, dont les points de normale 86° par rapport à l'axe de révolution font un angle de 45° avec l'axe de révolution et dont les points de normale 15° par rapport à l'axe de révolution font un angle de 5° avec l'axe de révolution, accolé à un cône plein tronqué de révolution (2) de grand diamètre D, de petit diamètre e, et de largeur L , accolé à un cylindre plein (3) de diamètre e et de largeur L' ( voir figure 1 ). On définit un modèle standard en verre Crown dit ordinaire d'indice 1,52 en prenant un demi ellipsoïde de grand diamètre 100 mm et de petit diamètre 56 mm, accolé à un cône plein tronqué de grand diamètre 100 mm, de petit diamètre 10 mm et de largeur 46 mm, accolé à un cylindre plein de diamètre 10 mm et de largeur 10 mm ( figure 2 ). Le dispositif standard de diamètre 100 mm comporte une surface d'entrée S telle que : S=ir.52=78 cm2=0,0078 m2 Il concentre un éclairement sur un cylindre de diamètre 10 mm et de surface s telle 30 que : s=7r .0,52 = 0,78 cm2 Il permet donc d'amplifier l'éclairement solaire d'un facteur 100, ce qui correspond à un équivalent d'éclairement de 100 x 0,0078 = 0,78 m2 de miroir. '10 /15 Z5 Les mesures du dispositif selon l'invention ont été calculées à partir des calculs associés à la figure 3. On a: nisini=nrsinr soit sinr=ni sini/nr Si nr = 1.52 (verre) et ni = 1. 00 ( air) et i = 86° alors sin r = 0,998 / 1.52 = 0.656 Donc r=41°eta= i-r=45° Si nr = 1.52 (verre) et ni = 1.00 ( air) et i = 15° alors sin r = 0,259 / 1.38 = 0,170 Donc r= 10° et a = i - r = 5° On a réflexion totale ou réfraction nulle si r = n/2 soit sin r = 1 X10 D'où : ni sin i = nr soit ni sin (n/2 - 0) = nr donc ni cos O = nr soit cos 0 = nr / ni Si ni = 1.52 ( verre) et nr = 1.00 ( air) alors cos 0 = 0.656 soit Omax = 49° Le dispositif selon l'invention faisant un angle de 45° en entrée d'un tube en verre plein cylindrique permet une propagation le long de ce tube avec réflexion totale donc sans perte d'éclairement. 45 On peut relier ces éléments à l'aide de tubes de verre plein de diamètre e en respectant un rayon de courbure supérieur à un rayon minimum R ( voir figure 4 ). On a en effet : R = e + R cos 0 soit R=e/(1 -cos0)donc pour e= 1 mmet0=49°alors Rmin=29 mm 20 La diamètre standard de 10 mm du cylindre de verre en bout du dispositif selon l'invention a été choisi pour permettre un assemblage facile de ces capteurs à l'aide de tubes, de coudes ou de jonctions de verre plein d'indice compris entre 1.463 et 1.658 préfabriqués de diamètre 10 mm et de rayon de courbure extérieur de 50 mm. L'assemblage est maintenu en rigidité dans un support plan dans lequel sont creusés des ~S logements pour les tubes de verre ( figure 5 ) pourvu qu'on isole le support d'une mince couche réfléchissante . L'assemblage se fait soit par soudure de verre soit par collier opaque ( PVC de plomberie de diamètre interne 10 mm) isolé par une couche réfléchissante. Pour de grandes distances et une puissance importante, on peut souder les 3 U barreaux de verre plein de diamètre standard 10 mm à un pipe-line de verre plein de diamètre standard 100 mm. Ces pipe-lines peuvent aussi être assemblés soit par soudure de verre soit par collier opaque ( PVC de plomberie de diamètre interne 100 mm ) isolé par une couche réfléchissante. -3 On peut superposer plusieurs couches de capteurs pour former un panneau solaire de 1 m2 comme le montre la figure 6. Ce panneau solaire composés de 105 capteurs a une surface utile S telle que : S = 105 n .0,052 = 0,82 m2 Chacun des capteurs multiplie par 100 le rayonnement solaire donc ce panneau solaire équivaut en éclairement à 82 miroirs de 1 m2. On peut évidemment toujours protéger le pipe-line de verre plein de diamètre standard 100 mm par une gaine rigide opaque ou étanche pour les passages accidentés ou les passages fluviaux pourvu qu'on isole le pipe-line d'une couche réfléchissante. O Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté pour alimenter des Centrales Solaires exposées aux vents de sable ( voir figure'). Il permettrait aussi de reconvertir une Centrale Nucléaire obsolète en Centrale Solaire écologique. Le dispositif selon l'invention peut alimenter une pompe solaire ( voir figure $ ), ce qui permettrait d' irriguer le désert gratuitement. REVENDICATIONS 1) Dispositif en verre plein d'indice compris entre 1.463 et 1.658 permettant d'amplifier le rayonnement solaire caractérisé par un demi ellipsoïde de révolution (1) de grand diamètre D et de petit diamètre d, dont les points de normale 86° épar rapport à l'axe de révolution font un angle de 45° avec l'axe de révolution et dont les points de normale 15° par rapport à l'axe de révolution font .5 un angle de 5° avec l'axe de révolution, accolé à un cône plein tronqué de révolution (2) de grand diamètre D, de petit diamètre e, et de largeur L , accolé à un cylindre plein (3) de diamètre e et de largeur L'. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par un demi ellipsoïde de grand diamètre 100 mm et de petit diamètre 56 mm, accolé à un cône plein A O tronqué de grand diamètre 100 mm, de petit diamètre 10 mm et de largeur 46 mm accolé à un cylindre plein de diamètre 10 mm et de largeur 10 mm.