FR2523698A1 - Capteur solaire - Google Patents

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A UN CAPTEUR SOLAIRE. LE CAPTEUR SOLAIRE COMPREND UNE PLAQUE ABSORBANTE 1 QUI EST DOTEE SUR LES DEUX FACES D'UNE COUCHE A ABSORPTION SELECTIVE AVEC UN COEFFICIENT D'ABSORPTION SUPERIEUR A 0,9 ET UNE EMISSIVITE INFERIEURE A 0,1 ET QUI POSSEDE UNE ADMISSION 11 ET UN ECHAPPEMENT 12 POUR UN FLUIDE DE TRANSFERT THERMIQUE. IL COMPREND AUSSI UN BOITIER 2 QUI ENTOURE LA PLAQUE ABSORBANTE 1 ET EST REMPLI D'UN GAZ A COEFFICIENT DE CONDUCTION THERMIQUE DE 0,015WM C AU PLUS, A UNE PRESSION INFERIEURE A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE. LE BOITIER 2 COMPORTE UN ENCADREMENT 3, DEUX PLAQUES TRANSLUCIDES 4 MONTEES SUR CET ENCADREMENT 3 ET DES SEPARATEURS 20 DES PLAQUES TRANSLUCIDES 4 S'ETENDANT A TRAVERS DES OUVERTURES MENAGEES DANS LA PLAQUE ABSORBANTE 1. LE CAPTEUR SOLAIRE EST DESTINE A ETRE INCORPORE DANS UNE INSTALLATION D'ENERGIE SOLAIRE.

Description

Capteur solaire
L'invention est relative à un capteur solaire qui comporte une plaque absorbante qui est dotée sur une face au moins d'une couche absorbant la lumière, est dotée intérieurement d'au moins un canal d'écoulement pour un fluide de transfert thermique et possède une admission et un échappement pour ce fluide, qui sont mis en communication mutuelle par la canal d'écoulement, capteur solaire qui comprend aussi un bottier qui entoure la plaque absorbante, est au moins partiellement translucide et est rempli d'un gaz thermiquement isolant.

Un capteur solaire de ce genre est décrit dans
FR-A-2.343.208. Le gaz thermiquement isolant dans le bottier se trouve cependant à la pression atmosphérique.

Ceci est également le caspoúr le capteur solaire suivant DE-A-2.610.370.

Un but det'invention est d'offrir un capteur solaire du genre précité qui possède un rendement encore supérieur à celui des capteurs connus précités.

Dans ce but, le bottier est rempli d'un gaz avec un coefficient de conduction thermique de 0,015 W/mOC au plus, à une pression inférieure à la pression atmosphérique.

Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, la pression du gaz est de l'ordre de 10 à 100 millibars.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la plaque absorbante est revêtue de part et d'autre d'une couche à absorption sélective, le bottier est fait de part et d'autre, au moins localement, de matière translucide et un gaz thermiquement isolant sous une pression inférieure à la pression atmosphérique se trouve de part et d'autre de la plaque absorbante,ntre cette dernière et le bottier.

Les capteurs solaires connus précités fonctionnent unilatéralement. La plaque absorbante est recouverte sur un seul côté par une matière isolante et le gaz thermiquement isolant se trouve uniquement sur l'autre cOté,doté d'une petite couche thermiquement isolante. Naturellement, grace à un fonctionnement bilatéral, le capteur solaire en présence de réflecteurs blancs ou à miroir peut être soumis à un éclairement supérieur de 50 à 80 % par comparaison avec un capteur à fonctionnement unilatéral,aussi bien avec une lumière diffuse qu'avec un rayonnement direct.

Des capteurs solaires avec une plaque absorbante active sur les deux faces sont connus en soi, notamment d'après FR-A-2.357.832 (formes de réalisation suivant les figures 10 et 11). Les capteurs ne sont cependant pas remplis d'un gaz thermiquement isolant sous pression réduite, ce qui est nécessaire pour qu'un capteur solaire actif sur les deux faces ait un rendement supérieur à celui d'un capteur actif unilatéralement.

D'autres détails et avantages de l'invention ressortiront de la description d'un capteur solaire suivant l'invention donnée ci-après conme exemple et ne limitant pas l'invention; les références concernent les dessins annexés.

La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un capteur solaire suivant l'invention.

La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1.

La figure 3 est jne vue en élévation frontale du capteur solaire des figures précédentes, mais à plus petite échelle et avec des brisures partielles.

La figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3, à plus grande échelle.

La figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 3, à la même échelle que la figure 4.

Dans lesssdiverses figures, des références identiques concernent des éléments semblables.

Le capteur solaire suivant les figures est constitué par une plaque absorbante 1 et un bottier 2 pour celle-ci.

Le bottier 2 est essentiellement formé par un encadrement rectangulaire 3 et deux plaques de verre trempé 4. L'encadrement 3 est formé par quatre profilés d'acier doux en forme d'oméga, qui sont dirigés avec leur ouverture vers l'extérieur et sont soudés mutuellement dans les coins. Ces profilés sont situés avec leurs bords dirigés vers l'extérieur en face des parois latérales des plaques 4. Ces dernières sont collées à l'encadrement 3, de manière étanche à l'air, au moyen de thiokol et de caoutchouc au silicone 5.

Ce bottier 2 est placé verticalement avec sa direction longitudinale horizontale au-dessus d'une base, par exemple un toit. Cette base et ce toit sont de préférence revêtus d'une matière réfléchissante et à cOté du capteur solaire, des réflecteurs peuvent être placés sur cette base afin que le capteur solaire reçoive autant de lumière solaire que possible. te bottier 2 est doté sur la face extérieure des deux coins supérieurs de son encadrement 3, de deux étriers soudés 6. Ces derniers servent à saisir le capteur lors de son déplacement, pour la connexion des électrodes lors d'un traitement eectrochimique de la plaque 1 montée dans l'encadrement 3 au cours de la fabrication du capteur et pour la fixation du capteur par exemple à une paroi verticale.

Sur le côté interne de l'encadrement 3 sont soudés en différents endroits des appuis 7 pour la plaque absorbante 1. Ces appuis 7 sont des cornières dont la nervure est perpendiculaire aux plaques 4. Les cornières 7 sot soudées par leurs bords parallèles à cette nervure, à la face interne de l'encadrement 3; leur angle est donc dirigé vers l'intérieur. Cet angle est recoupé par une gorge 8 dans laquelle s'adapte un bord de la plaque absorbante 1.

Dans le profilé inférieur de l'encadrement 3 sont encore'pratiquées deux ouvertures 9 et 10 pour, respectivement, une admission l1 et un échappement 12 de la plaque absorbante 1.

Cette plaque absorbante est une plaque de radiateur plane en acier doux ou en cuivre, qui est revêtue de part et d'autre d'une couche à absorption sélective avec un coefficient d'absorption élevé et une faible émissivité. La plaque absorbante est formée par deux plaques rectangulaires 13 qui sont soudées l'une à l'autre par leurs bords 14,sur tout leur pourtour. Entre les borts longitudinaux 14, on a pratiqué dans les plaques 13 des renfoncements 15 s'étendant dans le sens tranversal, à l'endroit desquels les plaques 13 sont également soudées l'une à l'autre.De cette façon, on forme dans la plaque absorbante 1, sur le cté supérieur un volume d'alimenta- tion 16 et sur le côté inférieur un volume d'évacuation 17, volumes 16 et 17 qui se trouvent en liaison par des canaux 18 qui sont formés entre les renfoncements 15.

La plaque absorbante 1 pénètre par les bords soudés 14 dans les appuis 7. Lors de contractions et expansions thermiques, la plaque 1 peut coulisser en va-et-vient dans les appuis 7. L'admission 11 couche dans le volume d'alimentation 16 et s'étend dans le bottier 2, vers le haut le long de la plaque absorbante 1, à partir de l'ouverture 9. A l'endroit de cette dernière, i'adnission ll est dotée d'un raccord 19 pour une conduite d'une installation d'énergie solaire. L'échappement 12 s'étend entre le volume d'évacuation 17 et l'ouverture 10 et est également doté à l'endroit de cette dernière1 d'un raccord 19 pour le raccordement de l'échappement 12 à la conduite d'une installation d'énergie solaire.Les raccords 19 sont soudés à l'encadrement 3, de telle sorte qu'ils assurent l'obturation hermétique des ouvertures 9 et 10.

Ils sont utilisés comme.contacts électriques lors du traitement électrochimqiue précité de la plaque absorbante 1.

La couche à absorption sélective dont est revêtue la plaque absorbante 1 dépend du métal dont sont faites les plaques 13. Cette couche a de préférence un coefficient d'absorption qui est supérieur à 0,9 et une ttnissivité qui est inférieure à 0,1. Cette couche doit résister à la chaleur jusqu'à des températures d'environ 3000C.

Les plaques 13 peuvent être faites d'acier, cas dans lequel un revêtement absorbant approprié ett formé par une couche de cuivre qui a subi une légère oxydation chimique jusqu'au
Cu20 noir mat, par de l'oxyde de chromate de zinc sur du zinc, ou par de l'oxyde de chrome sur du iickel ou du cuivre. Les plaques 13 peuvent etre faites de cuivre, cas dans lequel une couche absorbante appropriée est une couche d'oxyde de chrome ou de cuivre.

L'espace entre la plaque absorbante 1 et le bottier 2 est un volume complètement hermétiquement fer.

Ce volume est rempli d'un gaz avec un coefficient de conduction thermique de 0,015 W/m C au plus sous une pression qui est nettement inférieure à la pression atrosphérique. La pression du gaz se situe par exemple entre 10 et 100 millibars, et est de préférence 6,ale environ à 20 millibars. Des gaz appropriés sont : le krypton, le xénon, les composés d'hydrorarbures tels que
C6H6, C6Hl2 et des hydrocarbures chlorés tels ciacî3, CC12F2 et Cl14.

Pour éviter la déformation et meme la rupture des plaques de verre 4 sous l'effet de la dépression régnant dans le bottier 2, ces plaques 4 sont maintenues écartées l'une de l'autre à l'intérieur de l'encadrement 3 au moyen de séparateurs 20.

Ces séparateurs 20 sont formés par un corps central qui s'élargit et se rétrécit, et par deux pieds coniques s'y raccordant qui s'appliquent par leur grande base ronde contre les faces internes des plaques de verre 4. Les séparateurs 20 traversent librement avec leur corps des ouvertures 21 dans la plaque absorbante 1. Ces ouvertures 21 sont situées à l'endroit d'un renfoncement ou empreinte 15, légèrement élargie à l'emplacement d'une ouverture 21.

Les ouvertures 21 ne débouchent donc pas sur le cOté interne, c'est-à-dire sur les canaux 18 de la plaque absorbante 1.

Les ouvertures 21 et ainsi aussi les séparateurs 20 sont situés suivant un dessin carré. Le nombre des ouvertures 21 et le diamètre de la base des pieds des séparateurs 20 dépendent de l'épaisseur des plaques de verre 4. Les pieds coniques des séparateurs 20 sont faits de polyméthylmétacrylate, polycarbonate ou verre transparent résistant à la chaleur. Leur corps central est fait d'acier. Les séparateurs 20 sont maintenus en place par les plaques de verre 4 elles-mêmes, qui sont pressées l'une vers l'autre par la pression supérieure à l'extérieur du bottier 2.

Les ouvertures 21 ont un diamètre qui est supérieur à la section transversale de la partie les traversant des séparateurs 20 et en fait dans une'mesure telle que les séparateurs 20 n'ont aucun contact avec la plaque absorbante 1 et cette dernière peut aussi se dilater librement sous l'influence des variations de température. Cette dilatation peut être très forte, car la température de la plaque absorbante 1 peut atteindre environ 3000C pour un rayonnement solaire maximum et sans refroidissement de la plaque.
Etant donné que la plaque absorbante 1 pénètre par ses bords avec un certain jeu dans les gorges 8 des appuis 7 et peut donc légèrement coulisser > r rapport aux appuis 7, ces derniers n'empechent pas non plus cette dilatation.

Le capteur solaire convient pour des fluides de transfert thermique usuels tels que de l'eau. Dans le volume d'alimentation 16 peut être monté un dispositif répartiteur se raccordant à l'admission 11. Etant donné que le capteur solaire est disposé verticalement et que la plaque absorbante 1 est revêtue de part t d'autre d'une couche absorbante, il reçoit relativement beaucoup d'énergie solaire aussi bien avec un rayonnement direct qu'avec une lumière diffuse. Cette quantité d'éner < .ie peut encore être accrue en plaçant le capteur solaire perpendiculairement sur un réflecteur blanc ou en dirigeant des réflecteurs vers le capteur solaire.

Etant donné que l'espace entre la plaque absorbante 1 et le bottier 2 est rempli de gaz avec un faible coefficient de conduction thermique et sous basse pression, et parce que la plaque absorbante 1 n'a pratiquement aucun contact avec le bottier 2, le transfert de chaleur entre la plaque absorbante 1 et le bottier 2 est excessivement faible. De ce fait, le rendement du capteur solaire es' aussi élevé sous des températures de travail levées.

Ainsi lors de l'utilisation d'une plaque absorbante en acier doux qui est nickelée et dotée d'une couche d'oxyde de chrome, et qui possède un coefficient d'absorption de 0,94 et une émissivité de O, et avec un espace rer- i de CHC13 à 20 millibars entre la plaque absorbante 1 et le bottier 2, le coefficient de transfert thermique entre la plaque absorbante 1 et l'air extérieur n'est que 2 de 0,9 watt par m de bottier et par OC, ce qui correspond à un coefficient de perte thermique de 2 watts par m2 de plaque absorbante et par OC.

I1 est évident que le capteur solaire peut cependant aussi autre utilisé unilatéralement, par exemple sur des toits inclinés. Dans un tel cas, les pertes thermiques peuvent être réduites en plaçant entre les faces non utilisées de la plaque absorbante 1 et la plaque de verre 4 située à l'opposé, une mince feuille d'aluminium et/ou un tapis de laine de verre.

L'invention n'est en aucune façon limitée à la forme de ré; isation décrite et dans le cadre de la demande de brevet, de nombreuses mmdifications peuvent être apportées à la forme de réalisation décrite, notamment en ce qui concerne la forme, la composition, l'agencement et le nombre des composants qui sont utilisés pour réaliser l'invention.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Capteur solaire qui comporte une plaque absorbante (1) qui est dotée sur une face au moins d'une couche absorbant la lumière, est dotée intérieurement d'au moins un canal (18) d'écoulement pour un fluide de transfert thermique et possède une admission (11) et un échappement (12) pour ce fluide, qui sont mis en communication mutuelle par le canal d'écoulement (18), capteur solaire gui comprend aussi un bottier (2) qui entoure la plaque absorbante (1), est au moins partiellement translucide et est rempli d'un gaz thermiquement isolant, caractérisé en ce que le bottier (2) est rempli d'un gaz avec un coefficient de conduction thermique de 0,015 W/mOC au plus, à une pression inférieure à la pression atmosphérique.

2. Capteur solaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pression du gaz est de l'ordre de 10 à 100 millibars.

3. Capteur solaire suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la pression du gaz est de l'ordre de 20 millibars.

4. Capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque absorbante (l) est revêtue de part et d'autre d'une couche à absorption sélective, ie bottier (2) est fait de part et d'autre, au moins localement, de matière translucide et un gaz thermiquement isolant sous une pression inférieure à la pression atmosphérique se trouve de part et d'autre de la plaque absorbante (1) , entre cette dernière et le bottier (2).

5. Capteur solaire suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le bottier (2) comporte un encadrement (3), deux plaques translucides (4) montees sur celui-ci cOte à côte, qui défirissent ccr-oir!tement avec '4encadreinent (3) un volume hermétiquement fermé, et des séparateurs (20) qui maintiennent les deux plaques translucides (4) écartées l'une de l'autre, tandis que la plaque absorbante (1) est dotée pour ces séparateurs (20) d'ouvertures (21) situées complètement à cOté de son canal d'écoulement (lu), ouvertures (21) à travers lesquelles les séparateurs (20) s'étendent sans aucun contact avec la plaque absorbante (1) .

6. Capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche absorbante possède un coefficient d'absorption qui est supérieur à 0,9 et une émissivité qui est inférieure à 0,1.

7. Capteur solaire suivant la revendication 6, caractérisé en ce cotte la plaque absorbante (1) est faite d'acier et la couche absorbante est constituée par l'une des combinaisons suivantes : oxyde de cuivre sur cuivre, oxyde de chromate de zinc sur zinc, oxyde de chrome sur nickel et oxyde de chrome sur cuivre..

8. Capteur solaire suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque absorbante (1) est faite de cuivre et la couche absorbante est une couche d'oxyde de chrome ou de cuivre.

9. Capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plaque absorbante (1) est montée dans le bottier (2) avec une possibilité de dilatation thermique libre.