Brevet FR2947619A1 — publié le 20110107

Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un capteur solaire. En particulier, la présente invention se rapporte à un capteur solaire dans lequel circule un fluide caloporteur spécifique. Etat de la technique Il existe des capteurs solaires à concentration, dans lesquels les rayons du soleil sont réfléchis par un réflecteur sur un absorbeur. Cela permet d'utiliser un absorbeur de taille réduite par rapport à la taille totale du capteur, ce qui réduit les pertes de chaleur et augmente l'efficacité du capteur. Dans un type de capteur solaire à concentration connu, le réflecteur utilisé est un réflecteur de section parabolique ou en arc de cercle, et s' étendant selon une direction longitudinale. Un fluide caloporteur circule dans un tube centré sur l'axe focal du réflecteur. Généralement, un système de pointeur solaire permet de faire tourner un sous-ensemble comprenant le réflecteur et le tube, en fonction de l'orientation du soleil. Ce type de capteur solaire présente plusieurs inconvénients. En effet, le sous-ensemble à faire tourner présente une masse importante, ce qui implique un couple de rotation élevé et donc l'utilisation d'un moteur relativement puissant. De plus, les capteurs existants de ce type sont dimensionnés pour des applications industrielles et ne conviennent pas pour des applications domestiques comme le chauffage de l'eau sanitaire. Dans de rare cas, tous les composants du capteur solaire sont 25 fixes. Le rendement de ce type de capteur est limité car le réflecteur n'est pas toujours dans la bonne orientation par rapport au soleil. Résumé de l'invention Un problème que la présente invention propose de résoudre est de fournir un capteur solaire qui ne présente pas au moins certains des 30 inconvénients précités de l'art antérieur. En particulier, un but de l'invention et de fournir un capteur solaire qui peut convenir pour une application domestique et qui présente un bon rendement. Un autre but de l'invention et de proposer un capteur solaire qui ne nécessite pas un moteur de puissance élevée. 35 La solution proposée par l'invention est un capteur solaire comprenant un bâti, un réflecteur de section parabolique et s'étendant 2 parallèlement à un axe focal, et un tube destiné à la circulation d'un fluide caloporteur, ledit tube étant agencé le long de l'axe focal dudit réflecteur, caractérisé par le fait que ledit réflecteur est mobile en rotation par rapport au bâti, autour dudit axe focal, et par le fait que ledit axe focal passe à l'intérieur d'une courbe comprenant ladite section parabolique et un segment de droite reliant les extrémités de ladite section parabolique. La rotation du réflecteur permet de suivre la variation de l'orientation du soleil en cours de journée, et donc d'améliorer le rendement du capteur solaire. Grâce à ce bon rendement, il est possible de dimensionner le capteur solaire pour convenir à une application domestique, sans qu'il soit trop encombrant. Comme le tube est agencé le long de l'axe focal et que le réflecteur tourne autour de l'axe focal, le tube peut rester fixe lors de la rotation du réflecteur. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'utiliser un moteur puissant. De plus, la position de l'axe focal à l'intérieur de la parabole permet une bonne répartition du poids du réflecteur autour de son centre de rotation. Cela contribue à réduire la puissance motrice nécessaire. De préférence, le bâti comprend une partie fixe destinée à être posée sur une surface de support, et une partie mobile, ladite partie mobile étant apte à pivoter par rapport à ladite partie fixe autour d'un axe horizontal, ledit tube étant fixe par rapport à ladite partie mobile, ledit réflecteur étant relié à ladite partie mobile de manière mobile en rotation. La surface de support est par exemple le sol, un toit horizontal ou un toit incliné. Avantageusement, ledit axe focal est orthogonal audit axe horizontal. Grâce à ces caractéristiques, la partie mobile peut être positionnée en fonction de la longitude et de la saison pour orienter l'axe focal environ perpendiculairement aux rayons du soleil. Cependant, une précision élevée n'est pas nécessaire pour conserver un rendement du capteur solaire acceptable. Ainsi, la partie mobile peut par exemple être déplacée périodiquement, par exemple trimestriellement, de manière manuelle. Avantageusement, ledit tube présente un diamètre interne d'au moins 15 mm. De préférence, ledit diamètre interne est d'au moins 35 mm. Dans ce cas, on peut admettre un écart de quelques degrés entre l'orientation effective du réflecteur autour de l'axe focal et son orientation optimale. Il n'est donc pas nécessaire d'utiliser un moteur et un dispositif de commande permettant de réaliser une rotation continue et précise. Selon un mode de réalisation, le capteur solaire comprend un moteur apte à faire tourner ledit réflecteur autour dudit axe focal. Avantageusement, ledit moteur est fixé à ladite partie mobile, ledit moteur étant apte à faire tourner ledit réflecteur par rapport à ladite partie mobile. De préférence, le capteur solaire comprend un dispositif de commande apte à commander le moteur pour faire tourner le réflecteur. Le dispositif de commande peut par exemple faire tourner le moteur progressivement en cours de journée, en fonction de l'heure, et repositionner le réflecteur selon une orientation initiale en fin de journée. Selon un mode de réalisation, le capteur solaire comprend un capteur de luminosité, ledit dispositif de commande étant apte à commander le moteur en fonction d'un signal provenant dudit capteur de luminosité. Le capteur de luminosité permet un réglage fin de l'orientation du réflecteur, à partir d'une orientation déterminée en fonction de l'heure. Selon un mode de réalisation, le capteur solaire comprend au moins un capteur de température apte à mesurer la température d'un fluide circulant dans ledit tube. Le signal provenant du capteur de température peut être utilisé par le dispositif de commande pour commander une pompe faisant circuler le fluide et/ou le moteur. Cela permet, entre autres, d'éviter une surchauffe. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de 4 l'invention, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en perspective d'un capteur solaire selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe du réflecteur du capteur solaire de la figure 1. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Le capteur solaire 1 comprend un bâti 2, un réflecteur 7 et un tube 8. Il est destiné à chauffer un fluide caloporteur circulant dans le tube 8. Le capteur solaire 1 est par exemple placé au fond du jardin d'une habitation et ne nécessite donc pas de modification de la toiture. Il est relié au chauffe-eau de l'habitation. Ainsi, le fluide caloporteur chauffé peut à son tour chauffer de l'eau sanitaire dans le chauffe-eau domestique. Bien entendu, le capteur solaire 1 peut convenir pour d'autres applications. Le bâti 2 présente une partie fixe et une partie mobile. La partie fixe est destinée à reposer sur une surface plane, par exemple le sol, un toit horizontal ou un toit incliné. Dans l'exemple représenté, la partie fixe comprend quatre pieds 3 portant un cadre 4 de forme rectangulaire, et deux arceaux 5 fixés au cadre 4. En variante, la forme de la partie fixe peut être adaptable à la situation, par exemple à l'inclinaison du toit. La partie mobile comprend un cadre 6 de forme rectangulaire. Comme le montre la figure 1, le petit côté inférieur du cadre 6 est relié à un petit côté du cadre 4, et le petit côté supérieur du cadre 6 est relié aux arceaux 5. Le cadre 6 peut pivoter par rapport à la partie fixe du bâti 2 autour d'un axe B horizontal, le petit côté supérieur du cadre 6 coulissant par rapport aux arceaux 5. Un mécanisme de verrouillage (non représenté) permet de fixer le cadre 6 dans une position désirée. Le réflecteur 7 est relié au cadre 6. Il présente une paroi 9 réfléchissante concave s'étendant parallèlement à un axe A, et deux parois d'extrémité 10. L'axe A est orthogonal à l'axe B. Comme le montre la figure 2, la paroi 9 présente une section parabolique. De plus, on peut voir sur cette figure que le foyer de la parabole est situé à une hauteur inférieure à la hauteur de ses extrémités 15. Autrement dit, le foyer est situé à l'intérieur de la parabole. L'axe A précité passe par le foyer de la parabole et est donc l'axe focal A de la paroi 9. L'axe A passe donc à l'intérieure d'une courbe comprenant la parabole et un segment de droite 16 reliant les extrémités 15 la parabole. Le tube 8 est fixe par rapport au cadre 6. Il s'étend le long de l'axe A. Une pompe et deux flexibles (non représentés) sont reliés à ses extrémités pour faire circuler le fluide caloporteur. Le réflecteur 7 est mobile en rotation par rapport au cadre 6. Plus précisément, le réflecteur 7 peut tourner autour de l'axe A grâce à deux paliers (non représentés) reliant les parois d'extrémité 10 au cadre 6, au niveau de l'axe A. Le capteur solaire 1 comprend aussi un moteur (non représenté) fixé à une plaque de support 11 solidaire du cadre 6. Le moteur permet de faire tourner le réflecteur 7 par rapport au cadre 6. Un dispositif de commande (non représenté) est relié au moteur et à la pompe et permet de faire fonctionner le capteur solaire 1. Dans un mode de réalisation, le capteur solaire 1 peut aussi comprendre un capteur de luminosité et/ou deux capteurs de températures aptes à mesurer la température du fluide à l'entrée et à la sortie du tube 8. Comme, en fonctionnement, le tube 8 peut atteindre une température élevée, on peut prévoir un tube de protection transparent, qui entoure le tube 8 à distance. En variante, on peut prévoir une plaque transparente sur la face ouverte du réflecteur 7. Ainsi, on limite les risques de contact avec le tube 8. Le fonctionnement du capteur solaire 1 est le suivant. Le capteur solaire 1 est placé dans un endroit exposé au soleil, par exemple au fond d'un jardin ou sur un toit. Si le réflecteur 7 est orienté correctement, les rayons du soleil sont réfléchis vers le tube 8, dans lequel a lieu une conversion énergétique qui chauffe le fluide caloporteur circulant dans le tube 8. Ceci est illustré par la figure 2 qui représente la section de la paroi 9. Cette section présente la forme d'une parabole. Le tube 8 passe par le foyer de la parabole. Sur la figure 2, un rayon incident 12 est réfléchi par la paroi 9 au niveau du point 13. Le rayon réfléchi 14 est dirigé vers le tube 8 car le rayon incident 12 est parallèle à l'axe y. 6 La figure 2 représente donc une situation optimale. En pratique, selon l'orientation du réflecteur 7 par rapport au soleil, les rayons incidents ne sont pas nécessairement parallèles à l'axe y. Toutefois, le capteur solaire 1 permet une rotation du capteur solaire 7 autour de l'axe A et autour de l'axe B, pour être au plus proche de cette situation optimale. La position angulaire du réflecteur 7, autour de l'axe B, a une influence relativement limitée sur le rendement du capteur solaire 1. Idéalement, l'axe A devrait être perpendiculaire aux rayons du soleil. En pratique, on peut admettre un écart de 15° sans diminution inacceptable du rendement. Ainsi, il n'est pas nécessaire de changer l'inclinaison du cadre 6 lors du fonctionnement quotidien du capteur solaire 1. Par exemple, cette inclinaison est réglée lors de l'installation du capteur solaire 1, en fonction de la longitude où est installé le capteur solaire 1. Puis, cette inclinaison peut être changée périodiquement, par exemple tous les trois mois, pour tenir compte de la variation de la hauteur du soleil en fonction des saisons. Pour cela, un opérateur fait coulisser le petit côté supérieur du cadre 6 par rapport aux arceaux 5, avant de le fixer dans une nouvelle position. Le mécanisme de verrouillage permet par exemple de fixer le cadre 6 selon trois inclinaisons déterminées, correspondant respectivement à une orientation de l'axe A à 30°, 45° et 60° par rapport à l'horizontal. En variante, le mécanisme de verrouillage permet un réglage continu. La position angulaire du réflecteur 7, autour de l'axe A, a elle une influence plus importante sur le rendement du capteur solaire 1. En effet comme on peut le déduire de la figure 2, une mauvaise orientation conduit le rayon réfléchi 14 à passer à côté du foyer. On peut admettre un certain écart tout en conservant un rendement acceptable, car le tube 8 présente un diamètre non nul et intercepte donc les rayons passant à proximité du foyer. L'écart admissible dépend notamment du diamètre interne du tube 8. Il peut être par exemple de 3.25°, dans un cas particulier de dimensionnement du capteur solaire 1. Comme l'orientation azimutale du soleil varie de 15° par heure, il apparaît important de faire pivoter le réflecteur 7 autour de l'axe A pour suivre l'orientation du soleil en cours de journée. 7 Pour cela, le dispositif de commande précité commande le moteur pour faire tourner le réflecteur 7 progressivement, en fonction de l'heure. En fin de journée, le réflecteur 7 est replacé en position initiale pour le lendemain. Théoriquement, le moteur devrait faire tourner le réflecteur 7 continument, de 15° par heure. Cependant, comme on peut admettre un écart de quelque degré entre l'orientation effective et l'orientation optimale du réflecteur 7, le moteur peut être commandé pour faire tourner le réflecteur de quelques degrés périodiquement, par exemple de 3,75° tous les quarts d'heure. Dans un mode de réalisation, le dispositif de commande utilise le signal provenant du capteur de luminosité pour effectuer un réglage fin autour de la position prédéterminée en fonction de l'heure. Dans un mode de réalisation, le dispositif de commande commande la pompe pour modifier la vitesse de circulation du fluide caloporteur dans le tube 8, en fonction de la température d'entrée et/ou de sortir. Cela permet d'adapter le débit à l'ensoleillement et d'éviter une surchauffe. Dans le même but, en cas de température excessive, le dispositif de commande peut commander le moteur pour faire tourner le réflecteur 7 de manière à le protéger du soleil. Comme seul le réflecteur 7 doit pivoter et que le tube 8 est fixe par rapport au cadre 6, la masse à mettre en rotation n'est pas élevée. Un couple moteur élevé n'est donc pas nécessaire et le moteur peut être un moteur de faible puissance. Par exemple, le moteur peut être un moteur électrique alimenté en 24 V continu, d'une faible puissance (par exemple de 12 W), associé à un réducteur. Grâce à la possibilité de double orientation du réflecteur 7, le capteur solaire 1 présente un bon rendement sans être très encombrant. Par exemple, le bâti 2 peut occuper une surface au sol de maximum 2 m2, et le capteur solaire 1 peut fournir suffisamment de chaleur pour satisfaire les besoins d'eau chaude d'une habitation unifamiliale. Le capteur solaire 1 peut donc être dimensionné pour une application domestique. Selon un exemple de dimensionnement, le bâti 2 est réalisé en aluminium et le cadre 4 a pour dimension 0.6 m x 1.5 ni Le réflecteur 7 présente une longueur de 2 ni Le tube 8 est réalisé en matériau transparent et présente une longueur de 2 m. L'écart admissible entre l'orientation effective du réflecteur 7 et l'orientation optimale autour de l'axe A, sans baisse inacceptable du rendement, a été déterminé avec un tel dimensionnement. Pour un diamètre interne du tube 8 de 26 mm, 36 mm ou 46 mm, l'écart admissible est respectivement de 0.2°, 3.25° et 4.5°. Le tube 8 présente donc de préférence un diamètre interne d'au moins 35 mm. Un tel diamètre présente en outre l'avantage d'éviter les turbulences dans le fluide caloporteur. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de 1' invention. REVENDICATIONS1. Capteur solaire (1) comprenant un bâti (2), un réflecteur (7) de section parabolique et s'étendant parallèlement à un axe focal (A), et un tube (8) destiné à la circulation d'un fluide caloporteur, ledit tube étant agencé le long de l'axe focal (A) dudit réflecteur, caractérisé par le fait que ledit réflecteur est mobile en rotation par rapport au bâti, autour dudit axe focal, et par le fait que ledit axe focal passe à l'intérieur d'une courbe comprenant ladite section parabolique et un segment de droite reliant les extrémités (15) de ladite section parabolique. 2. Capteur solaire selon la revendication précédente, dans lequel le bâti comprend une partie fixe destinée à être posée sur une surface de support, et une partie mobile (6), ladite partie mobile étant apte à pivoter par rapport à ladite partie fixe autour d'un axe horizontal (B), ledit tube étant fixe par rapport à ladite partie mobile, ledit réflecteur étant relié à ladite partie mobile de manière mobile en rotation. 3. Capteur solaire selon la revendication précédente, dans lequel ledit axe focal est orthogonal audit axe horizontal. 4. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit tube présente un diamètre interne d'au moins 15 mm. 5. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, comprenant un moteur apte à faire tourner ledit réflecteur autour dudit axe focal. 6. Capteur solaire selon les revendications 2 et 5, dans lequel ledit moteur est fixé à ladite partie mobile, ledit moteur étant apte à faire 25 tourner ledit réflecteur par rapport à ladite partie mobile. 7. Capteur solaire selon la revendication 5 ou 6, comprenant un dispositif de commande apte à commander le moteur pour faire tourner le réflecteur en cours de journée et repositionner le réflecteur selon une orientation initiale en fin de journée. 30 8. Capteur solaire selon la revendication précédente, comprenant un capteur de luminosité, ledit dispositif de commande étant apte à commander le moteur en fonction d'un signal provenant dudit capteur de luminosité. 9. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, 35 comprenant au moins un capteur de température apte à mesurer la température d'un fluide circulant dans ledit tube. 10. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, comprenant un tube de protection transparent qui entour ledit tube (8).