CH641269A5 - Dispositif de concentration destine a capter et a focaliser l'energie solaire et appareil convertisseur comprenant ce dispositif. - Google Patents

Description

La présente invention concerne premièrement un dispositif de concentration destiné à capter et à focaliser l'énergie solaire.

Divers dispositifs à énergie solaire ont été mis au point. Les dispositifs particulièrement intéressants sont ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4134393 et dans les demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 866067 du 30 décembre 1977, 866068 du 30 décembre 1977, 806291 du 15 juin 1977, 845862 du 31 octobre 1977, 807513 du 20 juin 1977,915001 du 13 juin 1978, 920288 du 29 juin 1978 et 1175 du 5 janvier 1979.

Un certain nombre de ces dispositifs utilisent des lentilles à échelons de Fresnel qui sont en verre quasi transparent dans les plus grandes dimensions disponibles dans le monde entier. Par exemple, elles ont une largeur et une longueur allant jusqu'à 86 et 240 cm respectivement. Le brevet et les demandes de brevets précités concernent diverses applications auxquelles l'énergie solaire collectée peut être destinée. Par exemple, elle peut être utilisée à des fins de chauffage, de réfrigération, de distillation de l'eau salée, de génération d'électricité à un grand rendement en utilisant des cellules photovoltaïques et de production d'électricité ou d'autres opérations par l'utilisation d'énergie thermique.

Dans un dispositif d'un type particulier décrit dans le brevet et les demandes de brevets précités, une lentille de Fresnel est supportée au-dessus d'un dispositif de conduits qui comprend au moins un conduit interne et un conduit externe. Le foyer de la lentille de Fresnel est dirigé sur le système de conduits ou au-dessous de celui-ci de façon à y concentrer l'énergie solaire. L'ensemble des conduits reste normalement fixe, la lentille de Fresnel, son bâti et un contrepoids approprié étant supportés pour tourner autour de l'axe du conduit interne de façon à suivre le mouvement du soleil d'est en ouest pendant la journée. En particulier, tout le dispositif est incliné en fonction de l'altitude de sa position. Il est possible de faire varier son inclinaison pendant l'année pour tenir compte de la variation de l'angle d'inclinaison du soleil.

Bien que les lentilles de Fresnel se soient révélées les plus utiles et les plus économiques, on a découvert que les lentilles de Fresnel couramment disponibles présentent un plus grand pouvoir de concentration dans leur région centrale que dans leurs régions marginales. Il est donc nécessaire d'améliorer la transmission d'une lentille de Fresnel utilisée pour concentrer l'énergie solaire.

Le but de la présente invention est de pallier cet inconvénient.

Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une lentille linéaire de Fresnel ayant une largeur limitée de façon que son pouvoir de transmission ne baisse pas au-dessous de 85% près de ses bords, deux groupes de lamelles disposées à proximité des deux bords longitudinaux de la lentille de Fresnel, chaque groupe comprenant plusieurs lamelles présentant une surface réfléchissante, inclinées suivant un angle leur permettant de réfléchir l'énergie solaire incidente vers le même foyer que celui de la lentille de Fresnel, et au moins un bâti maintenant ensemble la lentille de Fresnel et les groupes de lamelles.

L'invention concerne en second lieu un appareil convertisseur d'énergie solaire comprenant le dispositif défini ci-dessus. Dans le but de tirer partie dans les meilleures conditions possibles de l'énergie captée par le dispositif, cet appareil est caractérisé en ce qu'il comporte un conduit rectiligne parcouru par au moins un fluide convertisseur de l'énergie solaire sous forme d'énergie thermique, et un support monté rotativement autour de l'axe du conduit, ledit dispositif étant fixé sur le support d'un côté de l'axe, tandis qu'un contrepoids est fixé sur le support de l'autre côté de l'axe afin de former avec le dispositif un équipage mobile capable de suivre le déplacement du soleil d'est en ouest.

L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple et sur lequel:

la fig. 1 est une vue illustrant un dispositif de concentration selon l'invention, et la fig. 2 est une vue plus détaillée d'un ensemble de lamelles du dispositif.

Comme le montre la fig. 1, une lentille à échelons de Fresnel 11, par exemple d'une largeur de 60 cm et d'une longueur de 240 cm, est rendue solidaire de groupes de lamelles 15 et 17 dont un est situé de chaque côté de la lentille. Chacun des groupes de lamelles peut être recouvert d'une feuille protectrice 19 en une matière transparente

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telle que du verre ou une matière plastique. La largeur de la lentille est limitée de façon que son pouvoir de transmission ne baisse pas au-dessous de 85% près de ses bords.

La partie centrale de la lentille longitudinale de Fresnel est celle où l'on obtient le plus grand pouvoir de transmission. Par exemple, on n'utilise dans la partie centrale que 60 cm d'une lentille qui serait normalement d'une largeur de 86 cm, ce qui correspond à un rendement d'environ 85%. Afin d'obtenir encore une grande ouverture pour assurer une plus grande concentration de l'énergie solaire, on dispose à proximité de la lentille de Fresnel, de chaque côté de cette dernière, un jeu de lamelles réfléchissantes qui sont montées dans un bâti et supportées de façon à réfléchir les rayons solaires incidents sur le même foyer que celui de la lentille de Fresnel. Afin que toutes les lamelles réfléchissent l'énergie sur le même foyer, elles sont orientées suivant des angles différents selon la distance qui les sépare du centre de la lentille, et elles sont espacées les unes des autres de manière à ne pas masquer une lamelle adjacente qui est inclinée suivant un angle légèrement différent. Les lamelles peuvent avoir des largeurs différentes allant jusqu'à 10 cm environ. Les lamelles peuvent présenter un orifice par exemple de 50 à 90 cm et ont la même longueur que la lentille de Fresnel, c'est-à-dire, dans l'exemple donné, environ 240 cm. Si l'on suppose une concentration de l'énergie sur une cible d'environ 4 cm et si l'on suppose également l'utilisation d'une lentille de Fresnel d'une largeur de 60 cm avec des ensembles de lamelles d'une largeur de 60 cm de chaque côté, la concentration est de 180 cm à 4 cm ou de 45 fois.

L'ensemble comprenant la lentille de Fresnel 11 et les groupes de lamelles 15 et 17 est supporté pour tourner par un support central 21. Il est possible de prévoir des supports supplémentaires. La rotation s'effectue autour de l'axe A d'un système à tubes concentriques désigné d'une façon générale par 23. Le support 21 est prolongé pour former un support 21a à l'extrémité duquel se trouve un contrepoids 25 qui équilibre la masse du dispositif à lentille. Des transmissions motorisées et systèmes capteurs appropriés du type décrit dans le brevet et les demandes de brevets précités sont utilisés pour faire tourner l'ensemble autour d'un axe A afin de suivre le déplacement du soleil pendant une journée. L'ensemble peut être également incliné par rapport à l'horizon selon la latitude de sa position et éventuellement la période de l'année.

Pour le système 23 de tubes concentriques, il est possible d'utiliser l'un quelconque des systèmes de conduits décrits dans le brevet et les demandes de brevets précitées. Le système illustré est du type à trois tubes comprenant un tube interne 27, un tube intermédiaire 29 et un tube externe 31. A titre d'exemple, le diamètre externe du tube interne peut être par exemple de 4 cm et, dans ce cas, si l'on suppose l'utilisation d'une lentille de Fresnel d'une larguer de 60 cm et de groupes de lamelles 15 et 17 d'une largeur identique, on obtient une concentration d'environ 45 fois. Un miroir 33 est disposé au-dessous du système de tubes en supposant que les tubes externe et intermédiaire au moins soient en une matière transparente. On a également représenté des miroirs 35 et 37 de chaque côté du système de tubes 23 pour finalement favoriser encore la concentration d'énergie.

Eventuellement, il est possible de disposer des cellules solaires à l'intérieur du tube interne comme décrit dans les demandes de

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brevets précitées. La forte concentration qui est obtenue est particulièrement avantageuse pour engendrer de l'électricité en utilisant des cellules solaires, c'est-à-dire des cellules photovoltaïques, étant donné que la production d'électricité à partir des rayons lumineux (0,4 à 0,75 n) augmente à peu près proportionnellement à la concentration. Comme décrit dans les demandes de brevets précitées, des fluides se trouvent dans les espaces annulaires compris entre les tubes. Le fluide situé entre le tube intermédiaire ou interne et le tube externe en particulier absorbe les rayons infrarouges pour empêcher un surchauffage des cellules solaires. De plus, la chaleur dégagée par le fluide contenu dans le tube interne est transmise au fluide contenu dans le tube externe, ce qui se traduit par une accumulation et une transmission efficace de la chaleur comme l'expliquent en détail les demandes de brevets précitées. L'absorption du rayonnement infrarouge par le fluide, dans le cas de l'utilisation de cellules photovoltaïques, évite une diminution de la production d'électricité qui est associée à un chauffage de la cellule.

En cas d'utilisation pour le chauffage de fluides, il est possible, grâce à la concentration que peut assurer ce système, de chauffer les fluides circulant dans les tubes internes à de hautes températures allant jusqu'à 300° C, ce qui permet de produire de l'énergie au moyen de machines thermiques telles que des turbines ou moteurs.

Les groupes 15 et 17 de lamelles réfléchissantes, qui sont essentiellement identiques, comprennent chacun, ainsi que le montre plus en détail la fig. 2, plusieurs lamelles 19a et 19b de dimensions différentes qui sont logées dans des encoches appropriées, un bâti 18 orienté suivant un angle prédéterminé, c'est-à-dire un angle qui assure la réflexion de l'énergie solaire incidente vers un foyer situé soit sur l'axe A du collecteur, soit au-dessous de ce dernier. Les lamelles réfléchissantes peuvent être en aluminium poli ou anodisé ou en acier, en verre ou en matière plastique, aluminé ou argenté. Les lamelles réfléchissantes peuvent être réalisées individuellement et assemblées dans le bâti de cette manière. En variante, le groupe entier peut être moulé en matière plastique ou autre matériau et les lamelles peuvent être ensuite convenablement revêtues d'une matière réfléchissante. Les lamelles peuvent être de largeurs différentes, comme l'illustrent les lamelles 19a et 19b de la fig. 2 et leur écartement peut être tel que l'une d'elles ne masque pas l'autre. Les groupes de lamelles 15 et 17 peuvent être installés dans un bâti commun 13 avec la lentille de Fresnel 11. En variante, comme le montre la fig. 2, il est possible d'utiliser un bâti séparé 18 pour les lamelles 19a et 19b qui s'accroche sur un bâti 13 fixé à la lentille 11. Lorsque le système est utilisé dans l'hémisphère Nord, le dispositif est incliné d'un angle de 30°, par exemple à une latitude de 35°. Cet angle peut être fixe ou il peut varier éventuellement au cours de l'année pour tenir compte de l'élévation du soleil. Bien que les figures n'illustrent qu'un seul dispositif, il est possible d'utiliser plusieurs dispositifs montés en série et/ou en parallèle de la manière décrite dans les demandes de brevets précitées. Dans ce cas, les tubes 23 des dispositifs individuels sont reliés ensemble soit en série, soit en parallèle selon les besoins du système particulier. De plus, comme indiqué plus haut, les groupes de lamelles 15 et 17 peuvent avoir une largeur allant jusqu'à 90 cm. Naturellement, la quantité d'énergie collectée dépend de la largeur choisie et il en est de même de la concentration d'énergie.

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1 feuille dessins

Claims (10)

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1. Dispositif de concentration destiné à capter et à focaliser l'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend une lentille linéaire de Fresnel (11) ayant une largeur limitée de façon que son pouvoir de transmission ne baisse pas au-dessous de 85% près de ses bords, deux groupes (15,17) de lamelles disposés à proximité des deux bords longitudinaux de la lentille de Fresnel (11), chaque groupe comprenant plusieurs lamelles (19a, 19b) présentant une surface réfléchissante, inclinées suivant un angle leur permettant de réfléchir l'énergie solaire incidente vers le même foyer que celui de la lentille de Fresnel, et au moins un bâti (13, 18) maintenant ensemble la lentille de Fresnel (11) et les groupes (15,17) de lamelles.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lentille de Fresnel (11) a une largeur d'environ 60 cm et une longueur d'environ 240 cm et en ce que les groupes (15,17) des lamelles ont une longueur correspondante et une largeur allant jusqu'à 90 cm.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque groupe de lamelles a une largeur d'environ 60 cm.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lamelles (19a, 19b) des groupes (15,17) sont en une matière choisie dans le groupe comprenant l'aluminium poli ou anodisé, l'acier aluminé, le verre aluminé, une matière plastique aluminée, l'acier argenté, le verre argenté et une matière plastique argentée.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lamelles (19a, 19b) de chaque groupe (15,17) constituent un ensemble moulé d'un seul tenant dont les lamelles sont revêtues d'une couche réfléchissante.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une feuille protectrice transparente (19) recouvrant chacun des groupes de lamelles.

7. Appareil convertisseur d'énergie solaire comprenant le dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit rectiligne (23) parcouru par au moins un fluide convertisseur de l'énergie solaire sous forme d'énergie thermique, et un support (21, 21a) monté rotativement autour de l'axe (A) du conduit, ledit dispositif étant fixé sur le support d'un côté de l'axe, tandis qu'un contrepoids (25) est fixé sur le support de l'autre côté de l'axe afin de former, avec le dispositif, un équipage mobile capable de suivre le déplacement du soleil d'est en ouest.

8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une surface réfléchissante (33) située en dehors dudit conduit (23).

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux miroirs (35,37) allongés qui s'étendent longitu-dinalement de part et d'autre autour du conduit (23) et sont inclinés pour réfléchir sur ce dernier une quantité supplémentaire de rayonnement.

10. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conduit (23) comprend un ensemble de tubes concentriques en matériaux transparents et en ce qu'un réseau de cellules photovoltaïques est placé dans le tube interne (27), un ou plusieurs fluides circulant entre le tube interne (27) et le ou les tubes externes (29,31) de façon à absorber le rayonnement infrarouge et à convertir ainsi l'énergie solaire sous forme d'énergie thermique, tout en laissant passer un rayonnement de longueur d'onde capable d'activer les cellules photovoltaïques, afin de convertir l'énergie solaire sous forme d'énergie -électrique.