FR2463371A1

FR2463371A1 - Procedes et dispositifs de regulation de la circulation d'un fluide caloporteur dans un capteur solaire

Info

Publication number: FR2463371A1
Application number: FR7920751A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-09
Filing date: 1979-08-09
Publication date: 1981-02-20

Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET DES PROCEDES ET DISPOSITIFS DE REGULATION D'UNE INSTALLATION POUR CAPTER L'ENERGIE SOLAIRE. UNE INSTALLATION DE CAPTAGE D'ENERGIE SOLAIRE SELON L'INVENTION COMPORTE UN RESERVOIR 1, UN CAPTEUR PLAN 6, UN CIRCULATEUR ELECTRIQUE 7, UN CAPTEUR DE TEMPERATURE 8 A LA SORTIE DU RESERVOIR, DEUX CAPTEURS DE TEMPERATURE 9 ET 10 AUX DEUX EXTREMITES DU CAPTEUR, UN CAPTEUR 11 DE TEMPERATURE AMBIANTE, ET UN CAPTEUR 12 D'ENSOLEILLEMENT E ET DES CIRCUITS ELECTRONIQUES 13 QUI COMPARENT LE PRODUIT KE A L'ECART DE TEMPERATURE DT ENTRE LA TEMPERATURE MOYENNE DANS LE CAPTEUR ET LA TEMPERATURE AMBIANTE, ET A L'ECART DT ENTRE LA TEMPERATURE DANS LE RESERVOIR AUGMENTE D'UN DIFFERENTIEL DT ET LA TEMPERATURE AMBIANTE ET QUI COMMANDENT LA MISE EN MARCHE DU CIRCULATEUR 7 LORSQUE KE DT DT ET L'ARRET DU CIRCULATEUR LORSQUE DT KE. UNE APPLICATION EST LA CONSTRUCTION D'INSTALLATIONS DE CAPTAGE D'ENERGIE SOLAIRE AUTONOMES.

Description

La presente invention a pour objet des procédes et des dispositifs de regulation de la circulation d'un fluide caloporteur dans un capteur solaire
Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des dispositifs de regulation des installations de captage d'énergie solaire.

Les installations de captage d'energie solaire comportent généralement un capteur plan, un réservoir d'accumulation de calories et un circuit en boucle fermée qùi relie le capteur au réservoir et dans lequel un fluide caloporteur circule. Pour obtenir le meilleur rendement, il est nécessaire de contrôler la circulation du fluide caloporteur afin de l'interrompre lorsque le capteur émet plus de calories qu'il n'en capte.

Une première méthode consiste à laisser circuler le fluide caloporteur par effet de thermo-syphon, qui ne s'amorce que lorsque l'écart de température entre le capteur et le réservoir est suffisant.

Cette méthode très simple présente des inconvénients. La vitesse de circulation du fluide caloporteur est sible, ce qui conduit à un échauffement élevé du fluide dans le pteur et à un mauvais rendement de l'installation.

En général, le circuit comporte uné pompe de circulation qui permet d'obtenir une plus grande vitesse-de de circulation du fluide caloporteur et donc un meilleur rendement du capteur et, dans ce cas, on contrôle la circulation du fluide en commandant automatiquement l'arrêt ou le fonctionnement de la pompe. Dans la plupart des installations existantes, la régulation utilisée est une régulation de température différentielle, dans laquelle on mesure, d'une part, la température tl du fluide dans le capteur ou de préférence à la sortie du capteur et, d'autre part, la température t2 du fluide dans le réservoir .On compare ces deux températures et on commande automatiquement l'arrêt et le fonctionnement de la pompe lorsque la différence At entre ces deux températures tl et t2 atteint certains seuils.

Le procédé de régulation par température différentielle présente des inconvénients . Si l'on met en route la pompe dès que At est supérieur à zéro, il se produit des battements de la régulation.

Pour éviter les risques de battement, on prend une marge de sécurité, c'est-à-dire que l'on commande la mise en route du circulateur lorsque At dépasse un seuil de quelques degrés, appelé seuil différentiel, qui est réglable selon l'installation.

De même, on devrait théoriquement arrêter automatiquement la pompe de circulation lorsque At devient égal à zéro, mais dans ce cas, si les appareils de mesure ne sont pas tres précis ou si des dérives se produisent dans les circuits électroniques, bn risque de laisser tourner la pompe alors que la température du stockage est devenue supérieure à la température du fluide à la sortie du capteur, d'où une perte de calories. Pour s'aSsurer une marge de sécurité, on arrête automatiquement la pompe lorsque At est descendu au-dessous d'un seuil positif, dit écart.Pour fixer les idées, si la température du stock est par exemple de 20', et que l'on ait choisi un écart de 4" et un seuil différentiel de 9 , on commande la mise en route des pompes lorsque la température à la sortie du capteur dépasse 290C et on arrête automatiquement la pompe de circulation lorsque la température à la sortie du capteur redescend au dessous de 240C.

L'introduction d'un seuil différentiel et d'un écart réduisent le ren dement global de l'installation et on a essayé d'améliorer les performances en utilisant des capteurs de température ou des composants électroniques à faible dérive, mais ces améliorations ne permettent pas d'obtenir des gains de rendement importants.

L'objectif de la présente invention est de procurer une régulation automatique de la circulation du fluide caloporteur dans une installation de captage d'énergie solaire qui repose sur des bases nouvelles et qui permet d'obtenir de meilleurs rendements.

On a déjà proposé de contrôler la circulation du fluide caloporteur par des mesures de flux lumineux. On a proposé notamment, de construire des installations de captage d'énergie solaire comportant un circulateur qui est alimenté:en énergie électrique par des photopiles, de telle sorte qu'il se produit une auto-régulation, car le circulateur
est entraîné seulement lorsque l'éclairement des photo-piles dépasse un certain seuil.

Ce type de régulation, qui ne prend en compte que -la -mesure de l'éclai- rement, ne permet pas d'atteindre un rendement optimum, car il ne tient pas compte des pertes par émission du capteur qui dépendent de l'écart entre la température moyenne du fluide dans le capteur et la température ambiante. En effet, lorsque les pertes sont égales à l'énergie absorbée, qui dépend elle-même de lteclairement, le rendement de l'installation est nul et devient même négatif au-delà.

L'objectif de la présente invention est atteint au moyen d'un procédé de régulation de la circulation d'un fluide caloporteur dans une installation de captage d'énergie solaire comportant un circuit ferme qui est équipé d'un circulateur électrique et qui relie un capteur- a un réservoir d'accumulation, lequel procédé comporte les opérations suivantes - on mesure l'ensoleillement E par unité de surface parallèle au plan du capteur, - on mesure l'écart At entre la température moyennetmdu fluide caloporteur dans le capteur et la température ambiante à l'ombre, ta - on multiplie l'éclairement E pàr un facteur constant k qui dépend uniquement des propriétés optiques et thermiques du capteur, - on compare l'écart At au produit kE, - et on arrête automatiquement ledit circulateur lorsque l'écart At devient supérieur au produit kE.

Pour commander automatiquement la mise en marche du circulateur - on mesure l'écart Atl entre la température du fluide caloporteur à ta sortie du réservoir et la température ambiante - on ajoute à cette température un écart différentiel Dt - on compare la somme Qtl + Dt au produit kE - et on met en marche automatique ledit circulateur pendant une durée
déterminée lorsque le produit kE devient supérieur a la somme
Qtl + Dt.

Un dispositif de régulation selon l'invention comporte - des capteurs de température et des circuits électroniques associés à ceux-ci qui délivrent une tension Vm qui varie linéairement avec la température moyenne tm du fluide caloporteur dans le capteur.

- un capteur de température ambiante à l'ombre et des circuits électroniques associés audit capteur qui délivrnlrme tension Va qui varie linéairement avec la température ambiante ta.

- un amplificateur différentiel qui fait la différence entre les tensions Vm et Va et qui délivre unetroisième tension VAt proportionnelle à l'écart At entre la température moyenne tm et la température ambiante ta - un capteur d'ensoleillement E placé dans un plan parallèle à celui du capteur et des circuits électroniques associés audit capteur d'ensoleillement qui délivrent une tension Ve proportionnelle à kE, le facteur k étant un facteur constant ajustable qui dépend uniquement de la nature du capteur et E étant l'ensoleillement - et un premier comparateur qui compare VAt à la tension Ve et dont la sortie est connectée sur des circuits qui commandent automatiquement l'arrêt dudit circulateur lorsque VAt devient supérieur à Ve.

L'invention a pour résultat de nouveaux moyens de régulation de la circulation d'un fluide caloporteùr dans le circuit fermé d'une installation de captage d'énergie solaire.

Un premier avantage des dispositifs de régulation selon l'invention, réside dans le faits qu'ils permettent d'obtenir un meilleur rendement journalier de l'installation du fait que la régulation permet de faire circuler le fluide tant que le rendement du capteur est positif.Il n'est pas nécessaire de prévoir des écarts différentiels importants.

Au démarrage comme à l'arrêt, l'éclairement varie très vite et on franchit rapidement les euils où kE devient supérieur ou inférieur à At, qui varie lentement par suite de l'inertie du réservoir d'accumulation.

Le procédé de régulation selon l'invention ne nécessite pas des appareils de mesure de la température ou de l'ensoleillement de grande précision. On peut utiliser des capteurs de précision moyenne tels que des diodes , des photopiles ou des cellules photovoltalques qui sont des composants peu onéreux.Il n'est pas nécessaire de prévoir des circuits électroniques très élaborés et le procédé selon l'invention ne nécessite pas notamment des circuits ayant une faible dérive thermique, du fait que les mesures de température interviennent sous forme de différence At.

Les réglages des dispositifs de régulation selon l'invention sont beaucoup moins nombreux et délicats que ceux des autres dispositifs de régulation connus. De plus, ils peuvent être réalisés en usine car ils dépendent uniquement des caractéristiques des capteurs et ils peuvent être faits en série pour des capteurs fabriqués en série, ayant tous les même caractéristiques.

La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de réalisation de dispositifs selon l'invention.

La figure 1 est un schéma d'ensemble d'une installation de captage d'énergie solaire équipée d'un dispositif de régulation selon l'invention.

La figure 2 représente les courbes caractéristiques d'un capteur plan.

Les figures 3, 4 et 5 sont des exemples de réalisation des circuits associés aux capteurs de température et d'ensoleillement.

La figure 6 est un schéma d'ensemble d'un exemple de ré;ilisation des circuits de traitement des informations sous forme anal-gique,
La figure 7 est un schéma synoptique d'un exemple de réalisation des circuits de traitement des informations sous forme numérique.

La figure 8 est un schéma d'une variante de réalisation d'un dispositif de régulation selon l'invention.

La figure 9 represente les courbes caractéristiques des cellules photoélectriques de la figure8.

La figure 1 représente une installation de captage d'énergie solaire comportant un réservoir ou bailon 1 d'accumulation de calories muni d'une isolation thermique 2. Le repère 4 représente l'arrivée d'eau froide dans le réservoir, située de préférence à l'extrémité inférieure, et le repère 5 représente le départ d'eau chaude vers l'utilisation, par exemple vers des robinets d'eau chaude sanitaire ou vers des radiateurs de chauffage. L'installation comporte un capteur solaire fixe 6, qui est par exemple un issolateur plan muni d'une couverture transparente 6a. Un circuit en boucle fermée relie le capteur 6 à un échangeur 3 noyé dans l'eau contenue dans le réservoir 1.Un circulateur électrique 7, par exemple une pompe, est placée dans ce circuit fermé et assure une circulation forcee dans le circuit d'un fluide caloporteur qui traverse le capteur 6 où il s'échauffe, puis l'-echangeur 3 où il échange des calories avec l'eau contenue dans le réservoir 1.

Il est précisé que l'installation pourrait également ne pas comporter d'échangeur 3 et dans ce cas, l'eau contenue dans le réservoir 1 circule à travers le capteur 6.

Le circuit fermé pourrait également comporter une branche en dérivation par rapport à l'échangeur 3 avec une électrovanne à 3 voies permettant de contrôler la circulation du fluide caloporteur à travers l'échangeur 3 et remplissant la fonction de circulateur à commande électrique. On a repré senté en pointillés sur la figure 1, une telle dérivation 7a et une electrovanne à 3 voies 7b.

Selon une autre variante, l'installation pourrait comporter un échangeur placé à l'extérieur du réservoir 1 et deux circuits fermés, l'un reliant le capteur à l'échangeur et l'autre reliant l'échangeur au réservoir, chacun de ces circuits étant équipé d'un circulateur électrique et dans ce cas, la régulation peut contrôleur simultanément les deux circulateurs ou un seul. Les dispositifs de régulation selon l'invention, s'appliquent de façon équivalente à toutes les installations de
captage d'énergie solaire comportant un capteur solaire et un circulateur électrique.

L'installation comporte un premier capteur de température 8 qui est placé sur le circuit fermé à la sortie du réservoir de stockage et qui mesure la température ts à la sortie du réservoir-de stockage.

L'installation comporte deux capteurs de température 9 et 10 placés sur le circuit fermé, respectivement à l'entrée et à la sortie du capteur 6 et qui mesurent respectivement la température teC à l'entrée du capteur 6 et tsc à la sortie du capteur6.Si la branche 3a du circuit fermé, reliant la sortie du réservoir à l'entrée du capteur6 est courte et bien isolée thermiquement, la température tec est très voisine de la température ts et dans ce cas, le capteur 9 peut être supprimé et on prend comme tem pérature à l'entrée des capteurs6 la température ts mesurée par le capteur 8.

L'installation comporte un capteur de température 11 qui mesure la température ambiante ta, c'est-à-dire la température externe à l'ombre.

Le capteur 11 est placé par exemple derrière le capteur 6 de telle sorte qu'il soit constamment à l'ombre de celui-ci.

L'installation comporte en outre, un capteur de flux lumineux 12, qui est placé dans un plan parallèle à celui de l'absorbeur du capteur 6.

Tous les capteurs de température délivrent une tension qui varie linéairement avec la température -et le capteur d'ensoleillement 12 délivre une tension proportionnelle à l'intensité de l'éclairement E par unité de surface. Le capteur d'éclairement 12 peut être constitué par une thermopile (thermocouple) ou bien par des cellule photovoltalques qui débitent, sur une très faible résistance un courant de court-circuit dont l'intensité est sensiblement proportionnelle à l'éclairement global des cellules.

La tension aux bornes de la résistance correspond analogiquement à l'intensité du flux lumineux. Un tel capteur a une dérive thermique importante mais on corrige facilement celle-ci par les circuits électroniques associés au capteur.

De préférence, le capteur d'ensoleillement 12 est placé dans un boîtier 12a qui est accolé au capteur et qui est fermé par une plaque de protection transparente 12b. De préférence, on choisit une plaque 12b ayant les mêmes caractéristiques optiques que la couverture transparente 6a du capteur et placée dans le prolongement de celle-ci, de telle sorte que les couvertures 6a et 12b ont les memes propriétés optiques, notamment
qu'elles réfléchissent le rayonnement solaire dans les mêmes proportions, que leur vieillissement est le même ainsi que les conditions de salissure par des poussières et de nettoyage. Ainsi, le capteur 12 délivre une tension qui est proportionnelle au flux lumineux qui est reçu par unité de surface de la surface absorbante du capteur 6.

L'installation comporte un coffret 13, dans lequel sont situés les circuits électroniques qui vont être décrits ci-après. Ces circuits traitent les tensions délivrées par les capteurs de température 8, 9, 10, 11 et par le capteur d'ensoleillement 12 et délivrent des signaux de commande automatique du circulateur électrique 7.

La figure 2 représente les courbes caractéristiques d'un capteur plan.

Pour chaque capteur, ces courbes caractéristiques sont bien connues et elles sont fournies par le constructeur.

La figure 2 représente en abscisses l'écart de température At, c'està-dire l'écart entre la température moyenne tm du fluide dans le capteur et la température ambiante ta. En ordonnées est indiqué le rendement du capteur, c'est-à-dire la fraction de l'énergie solaire reçue qui est captée.

Pour chaque valeur E de l'éclairement, le rendement r varie de façon linéaire en fonction de l'écart At de température. On a repré senté à titre d'exemple sur la figure 2, deux droites corresp5 > ndant
2 à deux valeurs d'éclairemeùt E1 =~500 w/m et E2= 1000w/m.

Toutes les droites correspondant aux divers ensoleillements ont une même ordonnée à l'origine fO qui est le facteur optique qui est bien déterminé pour un capteur donné et qui dépend principalement des pro priétés optiques de la couverture du capteur (nombre de vitres, matériau).

L'équation des différentes droites caractéristiques est de la forme c
r = fo ~ E At
Pour un capteur donné, le facteur c est bien déterminé. C'est la conductance des pertes qui caractérise les propriétés thermiques du capteur et qui dépend principalement de l'isolation thermique etde la nature de la couverture. Pour un écart de température At donnée les pertes thermiques capteur sont sensiblement proportionnelles au facteur C.

L'énergie solaire E reçue par unité de surface varie de façon sensiblement sinusoldale pendant les heures d'ensoleillement.

L'équation des droites caractéristiques montre que le rendement r du fo capteur est supérieur à zéro tant que At S C E, c'est-à-dire tant que
At . C fo le rapport E est inférieur à un seuil constant k = C qui dépend uniquement des proprietés optiques et thermiques du capteur et qui est bien déterminé pour chaque capteur.

Comme il est plus facile électroniquement d'effectuer des comparaisons par des différences que par des rapports de tensions variables, on opère de la façon suivante - on mesure l'ensoleillement E par unité de surface parallèle au plan du capteur au moyen d'un capteur 12 et de circuits électroniques associés à celui-ci, qui délivrent une tension Ve = kE. On ajuste le facteur constant k en fonction du capteur - on mesure grâce aux capteurs 9 et- 10 la température moyenne tm du fluide dans le capteur et grâce au capteur 11 la température ambiante à l'ombre ta.

Des circuits électroniques associés aux capteurs effectuent la différence entre la température moyenne tm et la température ambiante ta et délivrent une tension VAt proportionnelle à l'écart At = tm - ta.

On compare ensuite la tension VAt et la tension Ve et on arrête automatiquement le circulateur dès queVQt devient supérieur à Ve, c'està-dire dès que At - kE > , O ce qui correspond à At 3 k, c'est-à-dire au seuil au dessus duquel le rendement devient négatif.

Pour commander automatiquement ledémarrage du circulateur, on ne peut utiliser la mesure de I'écart At, car le fluide ne circule pas dans le capteur et la température dans celui-ci varie très vite avec E. On utilise un autre écart de température Au1 ,qui est l'écart entre la température ts à la sortie du réservoir, mesurée par le capteur 8 et la température ta.

Pour éviter les risques de battemen- de la régulation, on prend une marge de sécurité et on démarre automatiquement le circulateur élec- trique lorsque kE (Atl + Dt) Dt étant un seuil différentiel. On peut choisir un seuil différentiel Dt fixe et égal à quelques degrés ou un seuil variable en fonction de l'ensoleillement et de l'écart Atl.

La figure 3 représente un exemple des circuits électroniques du capteur de température ambiante 11. Le même montage est valable pour les capteurs 9 et 10. On suppose que le capteur est une diode lia alimentée en courant constant. La tension Va, aux bornes de cette diode, varie de façon strictement linéaire avec la température. La diode îîa est montée dans le collecteur d'un transistor 15 qui comporte une résis tance de polarisation 16 dans le circuit d'émetteur. La base du transistor 15 est polarisée au moyen d'un diviseur de tension constitué par une diode Zener 16 et une résistance 14a, de telle sorte que l'intensité du courant qui traverse la diode Jîa est constante.La tension Va, aux bornes de la diode 14a, varie linéairement avec la température de la diode, c'est-à-dire à la température-ambiante tat
La figure 4 représente.un exemple de réalisation des circuits électroniques associés au capteur de température 8. Le capteur 8 est constitué par une diode 8a et les circuits électroniques sont analogues à ceux de la figure 3, les parties équivalentes etant désignées par les mêmes repères. La seule difference est que l'on monte une résistance variable 17 en série avec la diode 8a.

La tension Vs, aux bornes de la diode 8a, varie linéairement avec la température ts à la sortie du stock. On règle la valeur de la résistance 17 pour ajouter à cette tension une tension différentielle VDt proportionnelle au seuil différentiel Dt.

La figure 5 représente un:xemple de réalisation des circuits électroniques du capteur d'ensoleillement 12. Le capteur proprement dit est constitué par des cellules ou piles photovoltaiques 18 qui débitent sur une résistance 19 de faible valeur. Les piles 18 sont exposées au soleil dans un plan parallèle au plan de l'absorbeur du capteur et la tension aux bornes de la résistance 19 est sensiblement proportionnelle au flux lumineux E par unité 'pnnpillpmpn+ de surface. Afin d'éliminer l'effet des variations passagères, par exemple dans le cas où un nuage passe devant le soleil, on utilise un filtre de type R.C. composé d'une résistance variable 20 et d'un condensateur 21.

Ce filtre sert à conférer au dispositif une inertie équivalente à l'inertie thermique du capteur. La sortie du filtre est connectée sur une borne d'entrée d'un amplificateur opérationnel 22 comportant une résistance variable 22a montée dans une boucle de contre-réaction qui permet de régler le gain de l'amplificateur, pour un capteur donné, de telle sorte que ce gain fo soit égal au rapport C, fo et C étant le facteur optique et la conductance des pertes thermiques du capteur. On obtient à la sortie de l'amplificateur 22 une tension Ve qui est proportionnelle à cf
C
La figure 6 représente un exemple de réalisation des circuits électroniques contenus dans le coffret 13.

Ces circuits comportent un premier amplificateur différentiel 23. La sortie du circuit selon la figure 4 est connectée à une borne d'entrée de l'amplificateur 23. La sortie du circuit selon la figure 3 est connectée sur l'autre borne d'entrée de l'amplificateur 23, qui délivre donc une tension proportionnelle à Vs + VDt - Va, c'est-à-dire une tension proportionnelle à
At1 + Dt. Les circuits comportent un deuxième amplificateur comparateur -24.

La sortie de l'amplificateur 23 est connectée sur une borne d'entrée de l'amplificateur 24. La sortie du circuit selon la figure 5 est connectée sur l'autre borne d'entrée de l'amplificateur 24 qui compare la tension
Vs + Vdt - Va à la tension Ve = fo E.

C
La sortie du comparateur 24 est connectée sur un circuit monostable 25.

Lorsque Ve devient supérieur à Vs + VDt- Va, c'est-à-dire lorsque Lo E devient supérieur à Atl + Dt, la sortie du comparateur 24 change C de signe et le monostable 25 émet une impulsion rectangulaire dont la durée est réglable. La sortie du monostable 25 est connecté sur la base d'un transistor 26 monté en interrupteur en série avec un relais 27.

Un contact à fermeture 27a du relais 27 est monté en série avec un relais 28 dont un contact à fermeture 28a contrôle l'alimentation du moteur électrique entraînant le circulateur 7.

La partie des circuits qui vient d'être décrite concerne la mise en marche automatique du circulateur 7 et le maintien en marche du circulateur pendant une durée déterminée par le monostable 25.

Les circuits 13 comportent, en outre, des circuits de maintien et d'arrêt automatique du circulateur 7. Ceux-ci comportent un premier amplificateur opérationnel 30, monté en totalisateur. Sur les résistances 30a et 30b du totalisateur, on connecte respectivement la sortie des circuits analogues à ceux de la figure 3 correspondant aux capteurs 10 et respectivement 9 qui de livrent des tensions qui varient llnealremettqavec-les temperatures du fluide caloporteur à la sortie (tsc) et à l'entrée (tec) du capteur.

L'amplificateur 30 délivre une tension qui varie linéairement avec tm= tsc + tec , c'est-à-dire avec la température moyenne tm du fluide 2 caloporteur dans le capteur. En variante, le capteur 9 peut être remplace par le capteur 8, si la branche du circuit 30 est courte. Dans ce cas, la résistance 30b est connectee à une borne de la diode 8a de la figure 4.

Les circuits 13 comportent un amplificateur différentiel 31 sur une borne d'entrée duquel est connectée la sortie de l'amplificateur 30 et sur la deuxième borne d'entrée duquel est connectée la sortie du circuit selon la figure 3, de telle sorte que l'amplificateur 31 délivre une tension proportionnelle à tm - ta, c'est-à-dire à l'écart
At entre la température moyenne dans le capteur et la température ambiante.

Les circuits 13 comportent un amplificatur comparateur 32 sur les entrées duquel sont connectées respectivement la sortie de l'amplificateur 31 et la sortie du circuit selon la figure 5, de telle sorte que l'amplifi
fo cateur 32 compare deux tensions égales respectivement à #t et à fo E.La
C sortie de l'amplificateur 32 est connectée sur la base d'un transistor 33 monté en série avec un relais 34 ayant un contact à fermeture 34a qui est connecté en parallèle avec le contact 27a dans le circuit d'excitation du relais 28
Le fonctionnement est le suivant
Au lever du soleil, dès que l'éclairement atteint un seuil qui dépend de l'écart Atl entre la température de l'eau dans le réservoir 1 et la température ambiante, le comparateur 24 détecte le dépassement du seuil et actionne le monos table 25 qui commande automatiquement pour une durée déter Lunée la fermeture du contact 27a et la mise en route du circulateur 7.

Le fluide circulant dans le capteur s'échauffe. On mesure l'écart At entre la température moyenne dans le capteur et la température ambiante et l'éclairement E qui varient de façon independante.

Le comparateur 32 compare l'éclairement à un deuxième seuil qui dépend de l'écart At, et dès que ce deuxième seuil est dépassé, il commande la fermeture du contact 34a. Si cette fermeture intervient pendant le délai dû au monostable 25, lorsque le contact 27a s'ouvre, le contact 34a est déjà fermé et le circulateur 7 continue à tourner jusqu'à ce que l'éclairement E redevienne inférieur à un nouveau seuil qui dépend de At. Si, au contraire, le contact 34a ne s'est pas fermé pendant le délai dû au monos table 25, le circulateur s'arrete. Après quelque temps, comme l'éclairement E varie rapidement le comparateur 24 détecte un nouveau dépassement du seuil limite et commande à nouveau une mise en marche automatique du circulateur 7.

La figure 6 correspond à un exemple de réalisation de circuits en compo sants discrets qui traitent des tensions analogiques aux températures ou à l'ensoleillement.

Bien entendu, on pourrait concevoir également des circuits de traitement des tensions tels que ceux de la figure 7 qui comportent un multiplexeur 35 dont les entrées sont connectées sur les sorties des divers capteurs et qui recoivent les tensions Va, Vs, Vec, Vsc, Ve délivrées respectivement par les capteurs 11, 8, 9, 10, 12.

La sortie unique du multiplexeur 35 est connectée sur un convertisseur analogique à numérique 36 qui convertit les tensions en valeurs numériques exprimées en nombres binaires. Un micropmcesseur 37 commande le multiplexeur et le transfert des données numériques successives vers une mémoire vive 38, dans laquelle les valeurs des tensions variables se renouvellent. Une mémoire morte 39 contient un programme qui commande les traitements successifs par le microprocesseur 37 des informations contenues dans la mémoire vive 38.Les résultats du traitement des-informations sont dirigés vers des unités d'utilisation 40 qui comprennent par exemple des relais électromagnétiques ou statiques commandant automatiquement le circulateur 7 et qui peuvent comporter éventuellement des unies d'affichage de certaines variables (températures, ensoleillement) ou même de données calculées telles que, par exemple, la puissance calorifique instantanee égale au produit du débit de fluide par la différence de température tsc - tec ou même la puissance intégrée sur toute la durée d'une journée.Dans les installations expérimentales, on peut effectuer le rapport entre l'énergie captée pendant une journée et l'énergie solaire totale reçue par le capteur que l'on peut obtenir en intégrant les valeurs de l'éclairement
E. Ce rapport permet de connaître l'efficacité globale sur une journée d'une installation de captage solaire et.d'optimiser celle-ci en ajustant les différents paramètres de fonctionnement.

La figure 8 représente un schéma d'un dispositif de régulation selon l'invention qui est entièrement autonome du fait qu'il est alimenté uniquement par énergie solaire fournie par des cellules solaires.44 chargant une batterie d'accumulateurs 45 à travers une diode de non retour 46. Une résistance étalon 47 est montée en série dans le circuit.

La figure 9 représente deux des courbes caractéristiques des cellules solaires 44 correspondant respectivement à un ensoleillement E1=500W/m2 et Ez=1000W/m2. Les abscisses représentent la tension Ve aux bornes des cellules et les ordonnées l'intensité du courant qui traverse les cellules et la résistance 47.

Les droites 52 et 53 représentent deux droites de charge, en début et en fin de charge, d'une batterie dont la tension nominale est plus faible que la tension nominale des cellules. Les droites 52 et 53 recru pent les courbes caractéristiques dans la partie plate et l'intensité sur la droite de charge est sensiblement proportionnelle à l'intensité de l'éclairement E. La tension aux bornes de la résistance 47 peut donc servir à mesurer l'éclairement et elle remplace la tension aux bornes de la résistance 19 de la figure 5.

La tension délivrée par les cellules 44 est stabilisée par un régulateur de tension 48 connecté en amont de la diode 46 qui fournit la tension continue Vcc qui alimente les composants électroniques,
Par contre, les relais 27, 28 et 34 de la figure 6 sont connectés entre la diode 46 et la batterie. Ce montage est très sûr. En effet, dès que l'éclairement devient trop faible, la diode 46 est bloquée et la tension fournie par le régulateur 48 n'est plus suffisante pour alimenter les composants électroniques, notamment les transistors 26 et 33 montés en série avec les relais 27 et 34. Les relais. ne sont plus excités et le circulateur 7 s'arrête.

Dans l'exemple représenté sur la figure 8, le circulateur 7 est alimenté en énergie solaire par une souroe d'énergie électrique. On peut réaliser une installation complètement autonome en l'équipant d'une batterie 45 de grande capacité, d'un panneau de cellules solaires 44 de grande puissance et d'un circulateur 7 entraîné par un moteur à courant continu qui est alimenté par la batterie 45. Un contact 28a du relais 28 est intercalé sur le circuit d'alimentation du circulateur pour contrôler automatiquement le fonctionnement de celui-ci.

On peut également interposer un convertisseur continu alternatif; par exemple un onduleur, entre la batterie et le moteur du circulateur qui est alors un moteur à courant alternatif.

On peut également alimenter le circulateur 7 à travers un contact de régulation 28a, par un deuxième panneau de photopiles, indépendant du panneau 44, ce qui évite les fraits d'une batterie de grande capacite. Mais, en contre par tie, lorsque l'éclairement de ce deuxième panneau de photopiles sera faible, le circulateur 7 ne pourra pas être entraîné d'où une perte d'efficacité de l'installation. Par contre, la vitesse du circulateur, et donc également le débit à travers le capteur, varient en fonction de l'éclairement, ce qui permet d'obtenir une régulation du débit proportionnelle à l'éclairement.

Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers composants et circuits entrant dans la composition des dispositifs qui viennent d'être décrits à titre d'exemple, pourront être ramplacés par des composants et circuits équivalents remplissant les mêmes fonctions, il est précisé que les dispositifs de régulation selon l'invention s'appliquent à des installations dans lesquelles le fluide caloporteur est un gaz, par exemple de l'air, et dans ce cas, le circulateur est un ventilateur. Il est également précisé que les dispositifs de régulation selon l'invention s'appliquent à tout capteur thermique solaire fixe et l'expression plan du capteur correspond au plan général du ou des absorbeurs,

Claims

REVENDICATIONS 1 - Procédé de régulation de la circulation d'un fluide caloporteur dans une installation de captage d'énergie solaire comportant un circuit fermé qui est équipé d'un circulateur électrique et qui relie un capteur à un reservoir d'accumulation caractérisé en ce que - on mesure l'ensoleillement E par unité de surface parallèle au plan du capteur, - on mesure I'écart At entre la température moyenne tm du fluide caloporteur dans le capteur et la température ambiante, à l'ombre, ta, - on multiplie l'éclairement E par un facteur constant k qui dépend-uni quement des propriétés optiques et thermiques du capteur, - on compare l'écart At du produit kE - et on arrête automatiquement ledit circulateur lorsque l'écart At devient supérieur au produit kE.- 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que - on mesure l'écart Qt1 entre la température du fluide caloporteur à la sortie du réservoir et la température ambiante - on ajoute à cette température un écart différentiel Dt - on compare la somme Atl + Dt au produit kE - et on met en marche automatiquement ledit circulateur pendant une durée déterminée lorsque le produit kE devient supérieur à la somme Atl + Dt.

3 - Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications

1 et 2 d'une installation dans laquelle ledit capteur comporte une

couverture transparente caractérisé entre que ledit facteur k = fo

C

fo étant le facteur optique de ladite couverture transparente et

C la conductance des pertes thermiques du capteur.
4 - Procédé de régulation selon la revendication 2- caractérisé en ce que

après avoir commandé automatiquement la mise en marche du circulateur pendant une durée determineeStiueeproduit kE est devenu supérieur à

la somme At1 + Dt, on compare l'écart At au produit kE et on maintient

ledit circulateur en marche tant que l'écart At est inférieur au

produit kE.
5 - Dispositif de régulation de la circulation d'un fluide caloporteur

dans une installation de captage d'énergie solaire comportant un cir

cuit fermé qui est équipé d'un circulateur électrique(7) et qui relie un capteur (6) à un réservoir d'accumulation (l)caractérisé en ce

qu'il comporte-:

- des capteurs de température (9-10) et des circuits électroniques

(30) associés à ceux-ci qui délivrent une tension Vm qui varie linéai

rement avec la température moyenne tm du fluide caloporteur dans le

capteur,

- un capteur de température ambiante (11) à l'ombre et des circuits

électroniques associés audit capteur qui délivrent une tension. Va

qui varie linéairement avec la température ambiante ta.

- un amplificateur différentiel (31) qui fait la différence entre

les tensions Vm et Va et qui délivre une troisième tension VAt

proportionnelle à l'écart nt entre la température moyenne tm et la

température ambiante ta

- un capteur (12). d'ensoleillement E placé dans un plan parallèle à

celui du capteur et des circuits électroniques (19, 20, 21, 22 >

associés audit capteur d'ensoleillement qui délivrent une tension

Ve proportionnelle à kE, le facteur k étant un facteur constant

ajustable qui dépend uniquement de la nature du capteur et E étant 1 ensoleillement

- et un premier comparateur (32) qui compare les tensionsVAt et Ve

dont la sortie est connectée sur des circuits (33, 34, 28) commandant

automatiquement l'arrêt audit circulateur 7 lorsque VAt devient supé

rieur à Ve.
6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte

en outre,

- un capteur 8 de température et des circuits électroniques associés

qui délivrent une tension Vs qui varie linéairement avec la température

ts de sortie du réservoir d'accumulation 1 augmentée d'une tension

constante VDt

- un amplificateur différentiel 23 qui fait la différence entre les

tensions Vs + VDt et la tension Va et qui délivre une tension VAt

proportionnelle à l'écart entre celles-ci

- et un deuxième comparateur (24) qui compare la tension VAtl à la

tension Ve et dont la sortie est connectée-sur des circuits (26, 27,

-28) qui commandent automatiquement la mise en marche dudit circulateur

lorsque Ve devient supérieur à Vaut1.
7 - Dispositif selon les revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que ledit

capteur d'ensoleillement est constitue par des cellules photoélectriques

(18) qui sont placées dans un boîtier 12a, qui est accolé à un capteur

comportant une couverture transparente, et qui est recouvert d'une lame

transparente 12b ayant les mêmes propriétés optiques que la couverture

transparente du capteur, lesquelles cellules débitent sur une résistance

(19) de faible valeur qui est connectée sun un amplificateur opérationnel

(22) comportant une résistance de réaction ajustable (22a) qui permet

d'ajuster le gain à une valeur constante k qui dépend uniquement du cap

teur et le dispositif comporte en outre un filtre R.C.(20.21).
8 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte, en

outre, un monostable (25) qui est intercalé entre le deuxième comparateur

(24) et un relais (27) dont un contact à fermeture (27a) commande la mise Ien en route dudit circulateur (7) et en ce qu'il comporte un deuxième relais

34 qui est commandé par le premier comparateur 32 dont un contact à ferme

ture 34a est monté en parallèle avec le contact 27a dans le circuit de

commande d'un relais 28 qui commande la mise en route et l'arrêt dudit

circulateur (7).
9 - Dispositif de régulation autonome selon lune quelconque des revendications

5 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte des cellules solaires placées dans

un plan parallèle audit capteur qui sont montées dans un circuit comportant

une diode de non retour, une batterie et une résistance, que la tension Ve

proportionnelle à l'éclairement E est la tension aux bornes de ladite

résistance, qu'il comporte un régulateur de tension, connecté sur ledit

circuit en amont de ladite diode, qui alimente les composants électroniques

en courant continu et que les relais sont connectés aux bornes de la batte

rie.