Brevet FR3070199A1 — publié le 20190222

[1] La présente invention concerne un procédé de captage d'énergie solaire basse température par effet de serre. Ce capteur est caractérisé par une haute efficacité énergétique, une épaisseur réduite et un effet de surchauffe interne limité en cas de non utilisation. Le fluide caloporteur est l'air. L'air chauffé dans ce capteur solaire est essentiellement de l'air prélevé à l'extérieur du bâtiment ou du procédé à chauffer mais pourrait aussi provenir d'un mélange entre l'air extérieur et l'air intérieur. Les capteurs solaires à air à haut rendement sont habituellement constitués d'un caisson vitré sur une face pour bénéficier de l'effet de serre ; ils intègrent un corps noir qui absorbe l'énergie solaire pour la retransmettre à l'air à chauffer et disposent en parties arrière et latérales d'un isolant afin de limiter les pertes thermiques, Lorsque l'énergie captée n'est pas évacuée par le fluide caloporteur (exemple : demande nulle en énergie thermique) il s'ensuit, du fait des isolants thermiques, un effet de surchauffe interne du capteur. Cette surchauffe peut être préjudiciable à la tenue physique de certains matériaux ou peut conduire à des déformations mécaniques du capteur lui-même. Il en résulte que les bureaux d'études sont contraints, pour répondre à ce problème, d'exclure des matériaux courants et peu onéreux mais incapables de résister aux températures élevées qui peuvent survenir dans le capteur solaire. Suivant la nature des isolants thermiques employés, ceux-ci génèrent de plus des contraintes dimensionnelles (sur l'épaisseur en particulier) du capteur solaire. Différents dispositifs existent aujourd'hui pour limiter cette surchauffe des capteurs solaires (store automatique, soupape thermostatique, actionnement d'un dispositif d'ouverture, ...). Toutefois ces dispositifs engendrent des surcouts supplémentaires du fait des équipements ajoutés et nuisent à la fiabilité globale du système. - La présente invention concerne donc un procédé de captage solaire basse température à haute efficacité énergétique, d'épaisseur réduite et à effet de surchauffe interne limitée en cas de non utilisation. Ces caractéristiques sont obtenues par la mise en oeuvre de trois mécanismes complémentaires. Le premier associe une isolation dynamique totale du corps absorbant (le corps absorbant est refroidi sur l'ensemble de ses faces par l'air à réchauffer) dont la particularité est que la veine d'air est divisée dès son entrée dans le capteur, puis l'air chaud est évacué sans aller et retour (la longueur de la veine d'air est inférieure voire au maximum égale à la longueur du capteur), limitant ainsi le réchauffement des parois et par conséquence les pertes thermiques du capteur. La répartition du débit d'air de part et d'autre du corps absorbant est telle que le débit au dos du corps absorbant est plus élevé que le débit d'air refroidissant la face avant de ce corps absorbant. Cette répartition différente du flux d'air de part et d'autre du corps absorbant étant assurée dès la conception du capteur en prenant en considération le rapport inverse de la résistance thermique des faces avant (vitrage) et arrière (dos) du capteur. Ainsi la veine d'air est calibrée de part et d'autre du corps noir et son trajet est raccourci. [2] Le second mécanisme est tel que les entrées d'air situées en parties supérieure et inférieure du capteur permettent son refroidissement par convection naturelle lorsque l'air réchauffé n'est pas extrait du capteur. Le troisième dispositif est l'emploi de matériaux à faible résistance thermique pour la construction du 5 caisson du capteur permettant ainsi une augmentation des pertes thermiques en cas d'élévation de la température interne. Ainsi, l'air entrant récupère l'ensemble des calories disponibles le long du corps absorbant, simultanément sur chaque face de celui-ci, ceci sans laisser de zone non balayée par l'air à réchauffer. La réduction de la longueur de la veine d'air à l'intérieur du capteur permet de limiter l'échauffement des 10 parois qui ne disposent pas d'isolant physique en évacuant les calories dès leur captation. Les dispositifs à isolation dynamique existants assurent la récupération de l'énergie sur une face seulement ou sur les deux faces mais par un effet d'aller et retour du flux. L'orque le capteur est utilisé, l'air à chauffer entre donc par les différentes ouvertures du capteur. L'évacuation de l'air chaud se faisant soit en partie arrière du capteur soit en partie supérieure de celui- 15 ci. En cas de non utilisation du capteur solaire, la température interne du capteur solaire augmente, toutefois la surchauffe du capteur, solaire est évitée par de.ux effets complémentaires. D'une part l'effet de l'isolation dynamique et donc l'absence de matériaux isolant conduit à augmenter les pertes par conduction et rayonnement de l'ensemble des faces du capteur solaire, d'autre part l'augmentation de la température interne du capteur conduit à générer un courant d'air chaud du bas du capteur vers le 20 haut, permettant ainsi le refroidissement interne du capteur par convection naturelle par les entrées d'air du capteur. Ce dispositif de ventilation naturelle est particulièrement important pour les capteurs de grand format (de dimension supérieure ou égale à 2 m2). Les matériaux utilisés pour le capteur solaire sont de bons conducteurs thermiques de manière à favoriser le refroidissement naturel par conduction et rayonnement direct. 25 Le procédé d'isolation thermique totale élimine la mise en place d'un isolant thermique physique ce qui permet de diminuer d'une manière notable l'épaisseur du capteur lui-même. On peut ainsi réaliser des systèmes de captage solaires d'épaisseur extrêmement réduite. La limitation de la surchauffe interne du capteur permet d'utiliser des matériaux courants, peu onéreux mais aussi de masse faible. Ainsi la vitre peut avantageusement être remplacée par des matériaux type 30 polycarbonate de prix et de poids inférieurs aux verres trempés habituellement utilisés, tout en garantissant une bonne transmission de l'énergie solaire et une excellente tenue mécanique. La conception de ces panneaux solaires est ainsi largement simplifiée, le poids en est réduit. 35 [3] REVENDICATIONS1. Capteur solaire à haute efficacité thermique, à épaisseur réduite et à surchauffe limitée, caractérisé par une isolation dynamique intégrale du corps absorbant, une circulation raccourcie et calibrée du flux d'air à l'intérieur du capteur (la veine d'air est en tout point inférieure ou au maximum égale à la hauteur du capteur), permettant ainsi un fonctionnement à haut 10 rendement tout en limitant l'effet de surchauffe en cas de non utilisation de celui-ci, 2. Capteur solaire à refroidissement par convection naturelle de l'air sans dispositif additionnel. Les ouvertures calibrées pour l'entrée / la sortie de l'air permettent cette convection naturelle lorsque le capteur n'est pas utilisé, tout en assurant tout ou partie de l'entrée et de la sortie de l'air du capteur, 15 3. Dispositif selon revendication 1 caractérisé par une calibration et une répartition différente des veines d'air situées de pat et d'autre du corps absorbant. Le. débit d'air situé en face arrière du corps absorbant étant environ deux à trois fois plus important que le débit d'air orienté vers la face avant de ce corps absorbant. 20 25 30 35