CH633097A5

CH633097A5 - Solar energy collector

Info

Publication number: CH633097A5
Application number: CH1053879A
Authority: CH
Inventors: Andre Paymal; Gerard Durand; Stephane Hategan
Original assignee: Saint Gobain
Priority date: 1978-11-28
Filing date: 1979-11-27
Publication date: 1982-11-15
Also published as: ES486417A1; ZA796419B; IL58808A0; IT1125875B; FR2443031A1; AU5321979A; BR7907734A; IL58808A; DE2947584A1; AU530520B2; JPS5576319A; IT7927561A0

Description

La présente invention concerne un capteur d'énergie solaire susceptible d'être utilisé en position fixe et ayant cependant de bons rendements de captage, et plus spécialement un capteur à absorbeur calorifique susceptible de fonctionner à des températures relativement élevées ainsi que pour des écarts angulaires notables du rayonnement solaire incident par rapport à l'incidence normale. The present invention relates to a solar energy sensor capable of being used in a fixed position and yet having good capture yields, and more particularly a collector with heat absorber capable of operating at relatively high temperatures as well as for significant angular deviations. incident solar radiation compared to normal incidence.

Les capteurs solaires plans, les plus connus à ce jour, sont constitués essentiellement d'un vitrage placé à quelques centimètres devant une surface noircie, qui est plus souvent une tôle métallique, recevant les rayonnements solaires à travers le vitrage et ayant de ce fait tendance à s'échauffer. L'énergie captée est en règle générale évacuée par un fluide caloporteur circulant dans des tuyauteries intimement liées à la surface absorbante ou entre deux tôles parallèles liées entre elles, dont celle tournée vers le vitrage absorbe le rayonnement solaire incident. The flat solar collectors, the best known to date, consist essentially of glazing placed a few centimeters in front of a blackened surface, which is more often a metal sheet, receiving solar radiation through the glazing and therefore having a tendency to warm up. The energy captured is generally evacuated by a heat transfer fluid circulating in pipes intimately linked to the absorbent surface or between two parallel sheets linked together, of which that facing the glazing absorbs the incident solar radiation.

C'est uniquement pour de faibles températures de fonctionnement que ces capteurs permettent d'obtenir des rendements de captage acceptables. On peut définir cette température de fonctionnement comme étant l'écart ST entre la température moyenne du capteur (pratiquement la moyenne arithmétique entre la température d'entrée et la température de sortie du fluide caloporteur) et la température extérieure de l'air au contact de la face avant du capteur. Ces capteurs ont un rendement de 70 à 80% par rapport à l'énergie solaire arrivant sur la face avant du vitrage, quand l'écart 8T ci-dessus défini est inférieur à 10° C environ. Ce rendement diminue rapidement, quand l'écart ST augmente, et tombe au-dessous de 20% pour une valeur de 8T de l'ordre de 60 à 80° C (plus ou moins selon l'intensité du rayonnement solaire incident). It is only at low operating temperatures that these sensors allow acceptable capture yields to be obtained. This operating temperature can be defined as the difference ST between the average temperature of the sensor (practically the arithmetic mean between the inlet temperature and the outlet temperature of the heat transfer fluid) and the outside temperature of the air in contact with the front of the sensor. These collectors have an efficiency of 70 to 80% compared to the solar energy arriving on the front face of the glazing, when the difference 8T defined above is less than approximately 10 ° C. This yield decreases rapidly, when the ST difference increases, and falls below 20% for a value of 8T of the order of 60 to 80 ° C (more or less depending on the intensity of the incident solar radiation).

Différents perfectionnements ont été apportés à ce capteur de base, afin d'améliorer son rendement pour des températures de fonctionnement supérieures à 50° C. Various improvements have been made to this basic sensor, in order to improve its performance for operating temperatures above 50 ° C.

Selon un premier perfectionnement, la couche noire absorbante est remplacée par une couche spéciale dite sélective, dont la propriété est d'absorber au maximum l'énergie solaire incidente et de limiter, autant que possible, l'émission propre de la surface absorbante échauffée par l'absorption du rayonnement solaire incident. De tels capteurs ont souvent un rendement inférieur au précédent pour de faibles valeurs de ST, mais un rendement nettement supérieur pour des valeurs de ST de l'ordre de 40 à 80° C. De plus, leur seuil de fonctionnement correspond à de plus faibles valeurs du flux solaire incident. According to a first improvement, the absorbent black layer is replaced by a special so-called selective layer, the property of which is to absorb the incident solar energy as much as possible and to limit, as much as possible, the clean emission of the absorbent surface heated by absorption of incident solar radiation. Such sensors often have a lower yield than the previous one for low ST values, but a clearly higher yield for ST values of the order of 40 to 80 ° C. In addition, their operating threshold corresponds to lower incident solar flux values.

Selon un second perfectionnement, on associe au premier vitrage un second vitrage ou une structure particulière du genre d'un nid d'abeilles, réalisé le plus souvent en matériau transparent très mince. According to a second improvement, the first glazing is associated with a second glazing or a particular structure of the kind of a honeycomb, most often made of very thin transparent material.

Malheureusement, ces perfectionnements réduisent notablement l'énergie solaire incidente et ne permettent pas d'obtenir des rendements de captage intéressants pour des valeurs de 5T égales ou supérieures à 80° C. Unfortunately, these improvements considerably reduce the incident solar energy and do not make it possible to obtain attractive capture yields for values of 5T equal to or greater than 80 ° C.

D'autres solutions ont été proposées pour obtenir de bons rendements avec des températures de fonctionnement voisines de 100°C. Ces solutions consistent à concentrer l'énergie solaire arrivant sur la surface absorbante par différents systèmes optiques, tels que miroirs ou lentilles. Other solutions have been proposed to obtain good yields with operating temperatures close to 100 ° C. These solutions consist in concentrating the solar energy arriving on the absorbent surface by different optical systems, such as mirrors or lenses.

Pour obtenir des facteurs de concentration élevés, de l'ordre de 10 ou de 100 ou plus, il est nécessaire que les miroirs soient animés d'un mouvement tel qu'ils réfléchissent en permanence les rayons du soleil sur la cible que constitue la surface absorbante. On constitue alors un champ d'héliostats commandés par un mécanisme complexe et par conséquent coûteux. To obtain high concentration factors, of the order of 10 or 100 or more, it is necessary that the mirrors are animated such that they permanently reflect the rays of the sun on the target that constitutes the surface. absorbent. This then constitutes a field of heliostats controlled by a complex and consequently expensive mechanism.

Pour obtenir des facteurs de concentration intermédiaires permettant l'emploi de dispositifs fixes, on a proposé d'utiliser des systèmes de lentilles et de miroirs effectuant une concentration sensiblement linéaire sur un tube parallèle aux génératrices du système. To obtain intermediate concentration factors allowing the use of fixed devices, it has been proposed to use lens and mirror systems performing a substantially linear concentration on a tube parallel to the generatrices of the system.

L'effet concentrateur peut être obtenu soit avec des lentilles et miroirs à surface continue, soit avec des lentilles et miroirs à surface discontinue à optique de Fresnel. The concentrating effect can be obtained either with lenses and mirrors with continuous surface, or with lenses and mirrors with discontinuous surface with Fresnel optics.

Ces dispositifs sont naturellement orientés est-ouest et dirigés vers la position moyenne du soleil. En réalité, l'expérience a montré que ce type de capteur est peu capable de performances élevées, à moins d'être rendu mobile et orienté en permanence, au moins selon une direction, de façon que la zone de focalisation des rayons solaires se maintienne à l'endroit où l'on a placé le tube absorbeur qui collecte les calories; ou encore il faut déplacer en permanence le tube absorbeur si le miroir est fixe. Cela résulte du fait que la zone de concentration linéaire se déplace transversalement quand les rayons solaires s'inclinent eux aussi transversalement par rapport à la lentille et qu'il n'a pas été possible jusqu'ici de dessiner un dispositif conservant un rendement convenable sous l'ensemble des incidences rencontrées, non plus qu'en lumière diffuse. These devices are naturally oriented east-west and directed towards the average position of the sun. In reality, experience has shown that this type of sensor is not capable of high performance, unless it is made mobile and oriented continuously, at least in one direction, so that the focal area of the solar rays is maintained. where the absorber tube that collects calories has been placed; or it is necessary to permanently move the absorber tube if the mirror is fixed. This results from the fact that the linear concentration zone moves transversely when the solar rays also tilt transversely with respect to the lens and that it has not been possible so far to design a device retaining a suitable yield under all the incidences encountered, no more than in diffused light.

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

633 097 633,097

La présente invention a pour but de réaliser un capteur fixe ou semi-fixe assurant cependant une concentration suffisante pour obtenir des rendements de captage acceptables sous des incidences très diverses, notamment en utilisant des absorbeurs calorifiques portés à des températures de fonctionnement comprises entre 60 et 180° C environ. The present invention aims to achieve a fixed or semi-fixed sensor, however, ensuring sufficient concentration to obtain acceptable capture yields under very diverse incidences, in particular by using heat absorbers brought to operating temperatures between 60 and 180 ° C approx.

Le capteur selon l'invention est défini par la revendication 1. L'agencement des éléments du capteur se fait selon un dessin précis. La lentille de Fresnel peut avantageusement être une lentille prismatique, c'est-à-dire une lentille à facettes planes, car il n'est pas nécessaire qu'elle fournisse du soleil une image nette, mais seulement une tache focale suffisamment concentrée dont la largeur maximale t en incidence normale ne dépasse pas de préférence une valeur égale aux deux tiers de la largeur c de la cible constituée par l'absorbeur, c'est-à-dire au double de la largeur a définie plus haut; par convention, sera considérée comme distance focale d'une telle lentille la distance entre sa face arrière et la tache de largeur minimale. The sensor according to the invention is defined by claim 1. The arrangement of the elements of the sensor is made according to a precise drawing. The Fresnel lens can advantageously be a prismatic lens, that is to say a lens with plane facets, since it is not necessary for it to provide the sun with a clear image, but only a sufficiently concentrated focal spot whose maximum width t at normal incidence preferably does not exceed a value equal to two thirds of the width c of the target formed by the absorber, that is to say double the width a defined above; by convention, the distance between its rear face and the spot of minimum width will be considered as the focal distance of such a lens.

Dans la pratique, il est avantageux d'utiliser plusieurs capteurs élémentaires, identiques au capteur qui vient d'être décrit et que l'on associe côte à côte le long des côtés longitudinaux des lentilles optiques cylindriques et des miroirs cylindriques concaves en reliant en série les tuyauteries contenant le fluide caloporteur. In practice, it is advantageous to use several elementary sensors, identical to the sensor which has just been described and which are associated side by side along the longitudinal sides of the cylindrical optical lenses and concave cylindrical mirrors by connecting in series the pipes containing the heat transfer fluid.

Un mode de réalisation particulier de l'invention sera à présent décrit à titre d'exemple et en regard des dessins annexés, dans lesquels: A particular embodiment of the invention will now be described by way of example and with reference to the appended drawings, in which:

la fig. 1 montre en coupe transversale la disposition relative des différents éléments du capteur et le tracé d'un faisceau de lumière solaire tombant sur un cylindre du capteur, sous incidence normale; fig. 1 shows in cross section the relative arrangement of the various elements of the sensor and the layout of a beam of sunlight falling on a cylinder of the sensor, under normal incidence;

la fig. 2 illustre le tracé d'une lentille prismatique de Fresnel ainsi que la position du miroir parabolique associé; fig. 2 illustrates the layout of a prismatic Fresnel lens as well as the position of the associated parabolic mirror;

la fig. 3 est une vue en coupe transversale, selon la ligne III-III de la fig. 4, d'un capteur solaire composé de quatre capteurs élémentaires, et la fig. 4 est un plan de la fig. 3, à échelle réduite, vu du côté vitrage, et sur lequel les tubes sont visibles par transparence à travers les lentilles optiques. fig. 3 is a cross-sectional view, along the line III-III of FIG. 4, of a solar collector composed of four elementary collectors, and FIG. 4 is a plan of FIG. 3, on a reduced scale, seen from the glazing side, and on which the tubes are visible by transparency through the optical lenses.

Le capteur représenté comprend une lentille de Fresnel 10 de forme rectangulaire et dont les cannelures 12 sont orientées dans le sens longitudinal de la lentille, un miroir parabolique 14 disposé parallèlement à la lentille de Fresnel 10 entre cette dernière et sa ligne focale et un tube rectiligne 16, à ailettes 16a, traversé par un fluide caloporteur, et monté le long de la zone de concentration de l'ensemble catadioptrique formé par l'association de la lentille et du miroir. The sensor shown comprises a Fresnel lens 10 of rectangular shape and the grooves 12 of which are oriented in the longitudinal direction of the lens, a parabolic mirror 14 disposed parallel to the Fresnel lens 10 between the latter and its focal line and a straight tube 16, with fins 16a, traversed by a heat transfer fluid, and mounted along the concentration zone of the catadioptric assembly formed by the association of the lens and the mirror.

Un tracé particulier de la lentille de Fresnel sera expliqué en regard de la fig. 2. A particular layout of the Fresnel lens will be explained with reference to FIG. 2.

On se donne la dimension transversale L de la lentille 10, la distance focale F de cette lentille en incidence normale et la largeur t de sa zone de concentration 18, c'est-à-dire la zone où se forme une pseudo-image du soleil à travers la lentille. We give the transverse dimension L of the lens 10, the focal distance F of this lens at normal incidence and the width t of its concentration zone 18, that is to say the zone where a pseudo-image of the sun through the lens.

En supposant que la face extérieure de la lentille est plane, on calcule l'angle a ! de la face plane inclinée AB de la première cannelure extérieure de la lentille, pour qu'un rayon incident SjA normal à la lentille passe par le point P, bord extrême de la zone de concentration 18. En pratique, c'est la hauteur h de cannelure que l'on s'impose pour la fabrication de la lentille qui détermine le point B. On trace ensuite la face BC qui est perpendiculaire au plan de la lentille et la distance AC est inférieure à la largeur t. Assuming that the outside face of the lens is plane, we calculate the angle a! of the inclined plane face AB of the first outer groove of the lens, so that an incident ray SjA normal to the lens passes through point P, the extreme edge of the concentration zone 18. In practice, this is the height h of groove that is required for the manufacture of the lens which determines the point B. Then draw the face BC which is perpendicular to the plane of the lens and the distance AC is less than the width t.

Ensuite, on recommence la construction à partir du point C pour que le rayon incident S2C soit dévié et passe par le point P. On obtient ainsi l'angle a2C et donc le point D. On procède ainsi de suite sur la moitié de la lentille 10 sans dépasser la largeur t, jusqu'à ce que la face inclinée d'un prisme coupe le plan médiateur X-X de la lentille. L'autre moitié de la lentille est tracée symétriquement par rapport au plan X-X. On ramène avantageusement les sommets des prismes centraux dans le plan des autres sommets. Then, we start again the construction starting from the point C so that the incident ray S2C is deflected and passes by the point P. We thus obtain the angle a2C and therefore the point D. We proceed thus on half of the lens 10 without exceeding the width t, until the inclined face of a prism intersects the mediating plane XX of the lens. The other half of the lens is traced symmetrically with respect to the X-X plane. Advantageously, the vertices of the central prisms are brought back into the plane of the other vertices.

Cette lentille spéciale peut être fabriquée industriellement par la technique du verre coulé laminé moyennant quelques adaptations technologiques. Par exemple, on introduit une légère inclinaison des faces telles que BC, afin de former une dépouille, et des rayons de 0,5 mm environ dans les angles dièdres des points tels que B, C, D. Bien entendu, l'épaisseur maximale de la lentille sera égale à l'épaisseur e de l'âme du vitrage augmentée de la hauteur h des cannelures 12, qui reste de préférence inférieure à 3 mm. Les différentes grandeurs caractéristiques du système visibles sur la fig. 2 sont les suivantes: This special lens can be manufactured industrially by the technique of laminated cast glass with a few technological adaptations. For example, a slight inclination of the faces such as BC is introduced in order to form a draft, and radii of approximately 0.5 mm in the dihedral angles of the points such as B, C, D. Of course, the maximum thickness of the lens will be equal to the thickness e of the core of the glazing increased by the height h of the grooves 12, which preferably remains less than 3 mm. The different characteristic quantities of the system visible in FIG. 2 are as follows:

f = 4a + 0,5a F = 20a ± 5a t < 2a d = 3a + 0,5a D = 13,5a ± a. f = 4a + 0.5a F = 20a ± 5a t <2a d = 3a + 0.5a D = 13.5a ± a.

Avec référence aux fig. 3 et 4, le capteur d'énergie solaire comprend, d'une part, un vitrage 20 formé par l'association de plusieurs lentilles optiques allongées, accolées par leurs côtés longitudinaux, et, d'autre part, des miroirs constitués par exemple à partir d'une tôle mince 22 en acier inoxydable, sur laquelle on imprime, par emboutissage, ou par tout autre procédé équivalent, des alvéoles parallèles, de profil parabolique, jouant le rôle de miroirs. Dans le cas de l'exemple choisi, les systèmes optiques sont au nombre de quatre, disposés parallèlement au vitrage 20, à une distance de ce dernier voisine du double du rayon de courbure au sommet des miroirs, et de manière que les plans de symétrie X-X de ces derniers correspondent à ceux des lentilles. With reference to fig. 3 and 4, the solar energy sensor comprises, on the one hand, a glazing 20 formed by the association of several elongated optical lenses, joined by their longitudinal sides, and, on the other hand, mirrors constituted for example at starting from a thin sheet 22 of stainless steel, on which are printed, by stamping, or by any other equivalent process, parallel cells, of parabolic profile, playing the role of mirrors. In the case of the example chosen, there are four optical systems arranged parallel to the glazing 20, at a distance from the latter close to twice the radius of curvature at the top of the mirrors, and so that the planes of symmetry XX of these correspond to those of the lenses.

Le capteur comporte en outre une surface absorbante 24 constituée par exemple par quatre tubes 16 reliés en série, ce qui permet d'avoir une seule entrée 26 et une seule sortie 28 pour le liquide caloporteur. Chaque tube est disposé dans le plan médian de l'association catadioptrique lentille/miroir. La distance focale des lentilles, le rayon des miroirs et la distance comprise entre les lentilles et les miroirs sont choisis comme il a été indiqué plus haut. The sensor further comprises an absorbent surface 24 constituted for example by four tubes 16 connected in series, which makes it possible to have a single inlet 26 and a single outlet 28 for the heat transfer liquid. Each tube is arranged in the median plane of the catadioptric lens / mirror association. The focal length of the lenses, the radius of the mirrors and the distance between the lenses and the mirrors are chosen as indicated above.

Avantageusement, les éléments du capteur sont enfermés à l'intérieur d'un boîtier parallélépipédique 30, ouvert à une base et ayant une section sensiblement égale à celle du système optique défini ci-dessus. La surface alvéolée 22 est disposée au-dessus du fond 32 du boîtier, avec interposition d'une matière isolante 34 destinée à limiter les pertes calorifiques des miroirs 14, tandis que le vitrage 20 est adapté dans la face ouverte du boîtier. La concavité des miroirs 14 et les cannelures 12 des lentilles de Fresnel 10 sont tournées vers l'intérieur du boîtier. Advantageously, the elements of the sensor are enclosed inside a parallelepipedic box 30, open at a base and having a section substantially equal to that of the optical system defined above. The honeycomb surface 22 is arranged above the bottom 32 of the housing, with the interposition of an insulating material 34 intended to limit the heat losses of the mirrors 14, while the glazing 20 is fitted in the open face of the housing. The concavity of the mirrors 14 and the grooves 12 of the Fresnel lenses 10 are turned towards the inside of the housing.

Le boîtier lui-même est monté sur un axe 36 sur lequel il est verrouillé après réglage de son inclinaison. The housing itself is mounted on an axis 36 on which it is locked after adjusting its inclination.

Sa longueur peut être avantageusement de 3 m afin de correspondre à des dimensions de vitrages faciles à manipuler. Its length can advantageously be 3 m in order to correspond to glazing dimensions that are easy to handle.

Le tube absorbeur, de largeur c, peut être avantageusement traité de façon que sa surface devienne une surface sélective ayant de faibles déperditions par rayonnement. The absorber tube, of width c, can advantageously be treated so that its surface becomes a selective surface having low losses by radiation.

Devant la face du tube tournée vers la lentille, on peut prévoir une petite bande de vitrage de même largeur c, de façon à diminuer les pertes du tube par rayonnement et par convection. In front of the face of the tube facing the lens, a small strip of glazing of the same width c may be provided, so as to reduce the losses of the tube by radiation and by convection.

Le tube avec ailettes peut être remplacé par un tube de plus gros diamètre sans ailettes ou un tube aplati. On peut prévoir de le placer dans une gaine en verre de faible épaisseur qui augmente l'efficacité du capteur si on désire le faire travailler dans sa gamme de températures la plus élevée. La présence de la gaine n'est pas bénéfique pour des fonctionnements à des températures de l'ordre de 80°C. The tube with fins can be replaced by a larger diameter tube without fins or a flattened tube. We can plan to place it in a thin glass sheath which increases the efficiency of the sensor if we want to make it work in its highest temperature range. The presence of the sheath is not beneficial for operations at temperatures of the order of 80 ° C.

On trouvera ci-dessous, à titre d'exemple non limitatif, les caractéristiques numériques d'un capteur selon l'invention. The digital characteristics of a sensor according to the invention will be found below, by way of nonlimiting example.

Focale de la lentille de Fresnel (F) 200 mm Focal length of the Fresnel lens (F) 200 mm

Largeur de la lentille de Fresnel (L) 150 mm Width of Fresnel lens (L) 150 mm

Hauteur des prismes (h) 2,5 mm Prism height (h) 2.5 mm

Largeur de la tache focale (t) 10 mm Focal spot width (t) 10 mm

Focale du miroir parabolique (f) 40 mm Distance de la face plane de la lentille au sommet du miroir (D+h+e) 143 mm Focal length of the parabolic mirror (f) 40 mm Distance from the flat face of the lens to the top of the mirror (D + h + e) 143 mm

Diamètre du tube à ailettes 10 mm Finned tube diameter 10 mm

Largeur des ailettes 10 mm Width of fins 10 mm

Distance du tube au miroir (d) 32 mm Distance from tube to mirror (d) 32 mm

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

633097 633097

4 4

Bien entendu, tout système homothétique de celui-ci lui est équivalent. Of course, any homothetic system of it is equivalent to it.

De plus, le système garde pratiquement les mêmes performances pour des variations de: In addition, the system keeps practically the same performances for variations of:

±10 mm de la focale de la lentille de Fresnel, ± 10 mm from the focal point of the Fresnel lens,

± 2 mm de la focale du miroir, ± 2 mm from the focal length of the mirror,

± 5 mm sur la distance lentille/miroir, ± 5 mm on the lens / mirror distance,

+ 1 à 2 mm sur la position du tube à ailettes. + 1 to 2 mm on the position of the fin tube.

Avec un tel capteur d'énergie solaire, le rendement géométrique, défini comme étant la fraction de la surface de la lentille dont les rayons émergents sont captés par le tube absorbeur, est supérieur à 70% et souvent à 90%, pour des incidences horaires, ou longitudinales, de ± 40" (correspondant à une durée de + 2 h 40 min) mais de ± 10° seulement pour des incidences transverses par rapport au plan médiateur du système optique. On rappelle que l'incidence horaire varie au cours d'une même journée, tandis que l'incidence par rapport au plan médiateur du capteur a en outre une variation saisonnière pour une même heure de la journée. La deuxième limitation mentionnée ci-dessus montre que, pour obtenir un rendement géométrique correct tout au long de l'année, il reste nécessaire de faire varier l'inclinaison du capteur, mais que l'on obtient de bons résultats en adoptant seulement deux positions, une position moyenne pour l'été et une position moyenne pour l'hiver. With such a solar energy collector, the geometric efficiency, defined as the fraction of the surface of the lens whose emerging rays are picked up by the absorber tube, is greater than 70% and often 90%, for hourly incidences , or longitudinal, of ± 40 "(corresponding to a duration of + 2 h 40 min) but only ± 10 ° for incidences transverse to the mediating plane of the optical system. It should be remembered that the hourly incidence varies during the same day, while the incidence relative to the mediator plane of the sensor also has a seasonal variation for the same time of the day. The second limitation mentioned above shows that, in order to obtain a correct geometric yield throughout of the year, it remains necessary to vary the inclination of the sensor, but that good results are obtained by adopting only two positions, an average position for the summer and an average position for the winter.

Plus généralement, il est possible de conserver au capteur un rendement géométrique acceptable dans les domaines suivants: Focale delà lentille de Fresnel 150 à 250 mm More generally, it is possible to maintain an acceptable geometric yield for the sensor in the following areas: Focal length of the Fresnel lens 150 to 250 mm

Focale du miroir 35 à 45 mm Focal length of the mirror 35 to 45 mm

Distance lentille/miroir 130 à 150 mm Distance lens / mirror 130 to 150 mm

Distance du tube au miroir 25 à 35 mm Distance from tube to mirror 25 to 35 mm

Enfin, un avantage du capteur selon l'invention est de pouvoir fonctionner même en l'absence de soleil direct, uniquement avec de l'énergie solaire diffuse, par temps couvert. Cela s'explique aisément, du fait que le rendement du capteur ne dépend pas de l'azimut du soleil, le fonctionnement étant correct pour une variation de hauteur d'environ 40°, puisque l'on admet que l'énergie diffuse présente une certaine anisotropie avec un maximum d'intensité dans la direction d'une couronne entourant le soleil. Finally, an advantage of the sensor according to the invention is that it can operate even in the absence of direct sun, only with diffuse solar energy, in overcast weather. This is easily explained, since the efficiency of the sensor does not depend on the azimuth of the sun, the operation being correct for a height variation of approximately 40 °, since it is admitted that the diffuse energy has a certain anisotropy with maximum intensity in the direction of a crown surrounding the sun.

Sur le plan technologique, le fait de pouvoir utiliser dans de 5 bonnes conditions un capteur à semi-concentration, en position fixe, simplifie considérablement son bâti-support et, par suite, accroît la sécurité de fonctionnement et diminue sensiblement le prix global de l'installation. Technologically speaking, being able to use a semi-concentration sensor in a fixed position in good conditions considerably simplifies its support frame and, consequently, increases operating safety and significantly reduces the overall price of the 'installation.

L'application principale du capteur selon l'invention est le io chauffage d'un fluide caloporteur tel que l'eau, l'eau glycolée, l'eau sous pression, les liquides organiques caloporteurs, l'eau de mer à préchauffer en vue de sa distillation, les produits chimiques à réchauffer, les gaz tels que l'air ou la vapeur d'eau. The main application of the sensor according to the invention is the heating of a heat transfer fluid such as water, glycol water, pressurized water, heat transfer organic liquids, sea water to be preheated in order from its distillation, the chemicals to be heated, gases such as air or water vapor.

L'appareil est intéressant chaque fois qu'on a besoin d'échauffer 15 des gaz ou des liquides à une température supérieure à 60° C, mais il est également intéressant pour échauffer des liquides à des températures faibles, d'environ 50° C, notamment dans le cas où la densité énergétique du rayonnement solaire est faible, en particulier dans les régions du globe où l'énergie diffuse est importante, telles que 2o certains pays nordiques ou certaines régions tropicales. The apparatus is useful whenever you need to heat gases or liquids to a temperature above 60 ° C, but it is also useful to heat liquids to low temperatures, about 50 ° C , in particular in the case where the energy density of the solar radiation is low, in particular in the regions of the globe where the diffuse energy is important, such as 2o certain Nordic countries or certain tropical regions.

D'autres applications sont parfaitement possibles, chaque fois que l'on recherche une concentration de l'énergie solaire, par exemple dans le cas des cellules photovoltaïques qu'il suffit de disposer en lieu et place du tube absorbeur précédemment décrit. 25 Pour éliminer l'énergie calorifique dans la gamme des longueurs d'onde inutiles et nuisibles aux cellules photovoltaïques, le vitrage peut avantageusement être traité sur sa face plane par une couche très réflectrice pour le proche infrarouge. Other applications are perfectly possible, each time that a concentration of solar energy is sought, for example in the case of photovoltaic cells that it suffices to have in place of the absorber tube described above. 25 To eliminate the heat energy in the range of unnecessary wavelengths harmful to photovoltaic cells, the glazing can advantageously be treated on its flat face with a layer highly reflective for the near infrared.

Bien entendu, on peut aussi utiliser l'appareil comme étage de 30 préchauffage d'autres types de capteurs prévus pour une zone de températures très élevées, nécessaires à la production thermodynamique de l'électricité par exemple. Of course, it is also possible to use the device as a preheating stage for other types of sensors provided for a zone of very high temperatures, necessary for the thermodynamic production of electricity for example.

On peut aussi associer, en série, des capteurs plans ordinaires, qui seront utilisés en préchauffage du liquide alimentant les capteurs à 35 semi-concentration. It is also possible to combine, in series, ordinary planar sensors, which will be used for preheating the liquid supplying the semi-concentration sensors.

2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

Claims

633097

2

1. Solar collector comprising at least one Fresnel lens with rectilinear focusing zone and a concave cylindrical mirror of substantially equal width, arranged parallel behind this lens and reflecting the light received from the lens on at least one rectilinear target disposed between the lens and the reflecting surface, characterized in that the cross section of the mirror is close to a parabola and that the width 1 of the mirror and the width L of the lens, the focal distance f of the parabola and the focal distance F of the lens in normal incidence, the distance d from the target to the mirror and the distance D from the lens to the mirror, finally the width t of the focal spot formed by the lens are related to the width c of the target by the following relationships wherec = 3a:

f = 4a ± 0.5a F = 20a ± 5a t <2a d = 3a ± 0.5a D = 13.5a ± a.

2. solar collector according to claim 1, characterized in that

IIL 15a f = 4a ± 0.2a F = 19.5a ± 1.5a t <2a d = 3.2a ± 0.2a D = 13.5a ± 0.5a.

3. Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the Fresnel lens (10) is a prismatic lens.

4. Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the vertices of the prisms (12) of the Fresnel lens are all located in the same plane.

5. Solar collector according to claim 4, characterized in that the lens consists of a sheet of laminated cast glass (20).

6. Solar collector according to one of claims 1 to 5, characterized in that the face of the target (16) facing the lens is covered by a glazing strip of width close to c.

7. Solar collector according to one of claims 1 to 5, characterized in that the target (16) consists of an absorbent tube with heat transfer fluid placed in a glass sheath.

8. Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises, on the one hand, a glazing (20) formed by the association of several Fresnel lenses (10) joined together along their longitudinal sides , on the other hand, a sheet with a reflecting surface (22) comprising several parallel cells (14) whose planes of symmetry are coincident with those of the lenses, finally a heat absorber (24) made up of several tubes (16) arranged in the concentration zone of each of the optical systems formed by a lens and the associated mirror, these tubes being connected in series.

9. Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that it is mounted adjustable and lockable in several positions on a fixed frame by means of an axis (36) parallel to the length of each of the optical systems and oriented east-west towards the middle position of the sun.