FR2953281A1 - Capteur solaire simplifie a faible inertie - Google Patents

Abstract

L'invention s'applique à la production d'eau chaude sanitaire par énergie solaire. Elle préconise de placer un capteur solaire simplifié (1) en façade (50) d'un bâtiment, ce capteur solaire simplifié pouvant avantageusement servir de pare-soleil pour une ouverture vitrée (52) présente sur la façade (50). Ce capteur solaire simplifié sera constitué par un berceau allongé (4) comportant deux tubes axiaux (20 et 21) munis d'ondulations ou d'ailettes de telle façon qu'ils présentent une grande surface d'échange avec l'air contenu dans le volume intérieur (9) étanche du capteur simplifié fermé par une plaque (3) transparente ou translucide. Des canalisations isolées (12, 13) permettront le transfert des calories depuis le capteur solaire simplifié vers une unité de stockage déportée (30). Dans une variante avantageuse, l'unité de stockage déportée (30) sera démunie d'échangeur interne et le capteur simplifié sera protégé des risques de gels et d'entartage, par des pièces déformables (22 et 23) placées à l'intérieur des tubes axiaux (20 et 21) et aptes à subir une déformation réversible lorsqu'elles sont soumises à une pression comprise entre la pression de service de l'installation et la pression d'épreuve des tubes axiaux (20 et 21).

Description

L'invention concerne un nouveau dispositif permettant de chauffer de l'eau grâce à l'énergie solaire, essentiellement pour des utilisations de type eau chaude sanitaire. II est connu de placer un ou plusieurs capteurs solaires en toiture ou en façade s des bâtiments, et de faire circuler un liquide caloporteur entre ces capteurs et un ballon de stockage d'eau chaude, le plus souvent muni d'un échangeur. La circulation du fluide caloporteur se fait soit par l'action d'un circulateur électrique soit par thermosiphon, lorsqu'il est possible de placer le ballon se stockage à une altitude supérieure à celle du ou des capteurs. La circulation par io thermosiphon présente de nombreux avantages mais n'est souvent pas réalisable, les capteurs devant être placés en hauteur pour ne pas subir d'ombres portées et la pose d'un ballon à l'extérieur étant particulièrement inesthétique. Les installations connues dans l'état de l'art présentent plusieurs inconvénients 15 dont notamment : - Un prix de revient élevé du fait du nombre et de la complexité des composants à installer. - Une consommation électrique non négligeable, du fait de la consommation du circulateur et de la régulation. Par ailleurs, en cas de 20 panne électrique, le fonctionnement des chauffe-eau solaires est impossible. Un rendement relativement faible notamment durant les journées bénéficiant d'un ensoleillement intermittent. Dans ces circonstances en effet, un chauffe-eau solaire ne fonctionne pratiquement pas : un 25 ensoleillement de moins d'une demi-heure est à peine suffisant pour porter la masse des capteurs et du fluide qu'ils contiennent à une température supérieure à celle du ballon de stockage. Plusieurs séquences d'ensoleillement successives peuvent donc se traduire par une production d'eau chaude sanitaire faible ou nulle. 30 - Enfin, l'intégration des capteurs à l'architecture présente une difficulté majeure, les capteurs intégrés en toiture posant de plus d'importants

2 problèmes d'étanchéité tandis que les capteurs montés sur châssis présentent une importante prise au vent. - On notera également que les capteurs connus dans l'état de la technique ont en outre l'inconvénient de présenter des poids unitaires importants, ce qui impose le plus souvent l'utilisation de moyens de manutention mécanisés pour hisser ces capteurs jusqu'en toiture et pour les fixer. Plus généralement, la pose d'un chauffe-eau solaire connu dans l'état de la technique impose le plus souvent à recourir à plusieurs corps de métiers, à savoir un plombier, un couvreur et un électricien. io L'ensemble des considérations ci-dessus aboutit à des difficultés d'ordre économique, un chauffe eau solaire intégrant 3 m2 de capteurs plans posés en toiture, un ballon de stockage de 200 litres, une régulation différentielle et un circulateur, est, compte tenu de sa complexité, facturé aujourd'hui environ 20 fois l'économie annuelle qu'il est censé générer, dans l'hypothèse favorable où is le logement équipé est habité toute l'année et non pas déserté en période estivale pour cause de congés. Dans ces conditions, les aides et subventions accordées par les pouvoirs publics et / ou les collectivités locales ne suffisent pas à emporter la décision des consommateurs, étant rappelé qu'il n'est probablement pas souhaitable que la collectivité subventionne des installations 20 réalisées chez des particuliers et pour lesquelles le temps de retour, c'est-à-dire le nombre d'années au bout desquelles l'économie de fonctionnement permet de rembourser l'investissement initial, est de l'ordre de 20 années aux prix actuels de l'énergie. Par ailleurs on sait que les chauffe-eau solaires connus dans l'état de la 25 technique comportent un absorbeur plan de couleur sombre, cet absorbeur étant placé dans un coffre isolé et recouvert d'une vitre. D'une façon connue, le rayonnement solaire passe à travers la vitre de couverture, frappe la surface de l'absorbeur qui s'échauffe par absorption de l'énergie incidente et transmet la chaleur captée à l'eau circulant à l'intérieur de cet absorbeur. Cette plaque 30 chauffée émet de l'énergie sous forme d'un rayonnement, caractérisé par la loi de Wien, c'est-à-dire dans une gamme de fréquences présentant une longueur d'onde centrale lambda égale à 2898 / K avec K représentant la température de couleur de l'absorbeur mesurée en degrés Kelvin. Cette émission d'énergie se produit dans une gamme de fréquences dont les longueurs d'ondes sont comprises entre la moitié et 8 fois cette longueur d'onde centrale ; il se trouve que le verre recouvrant le capteur solaire, qui était transparent a rayonnement visible incident émis par le soleil dont la température de couleur est très élevée, supérieure à 5000 °K, ne laisse passer qu'une petite partie du rayonnement réémis par l'absorbeur dont la température de couleur, nettement plus faible, est inférieure à 500 ° K. Ce phénomène, connu sous l'appellation d'effet de serre, permet d'obtenir de bonnes performances pour les capteurs solaires. Il n'en reste pas moins que si l'effet de serre permet de limiter les pertes thermiques par rayonnement, d'une part les pertes par conduction de ce type d'équipement io restent élevées et d'autre part les capteurs solaires fonctionnant sur ce principe présentent une très importante inertie qui les empêche de bénéficier des séquences d'ensoleillement de courte durée telles qu'il s'en produit par exemple en automne ou au printemps dans les climats tempérés. L'invention propose une solution nouvelle aux difficultés exposées ci-dessus. 15 Son objectif principal est de proposer des capteurs solaires et des installations de production d'eau chaude sanitaire solaire à très faible inertie, compatibles avec l'exploitation de séquences d'ensoleillement de faible durée, typiquement de l'ordre d'une dizaine de minutes. Un objectif complémentaire est de diminuer sensiblement les prix des composants et des installations complètes de 20 production d'eau chaude sanitaire par énergie solaire, de façon à rendre leur durée d'amortissement brute (c'est-à-dire compte non tenu d'éventuelles aides et subventions publiques) proches de 5 ans et en tout état de cause inférieure à 10 années. Un objectif annexe est de proposer des chauffe eau solaires qui puissent s'implanter sur des constructions de nature et de structure très 25 différentes, de la maison individuelle à l'immeuble collectif, sans nécessiter la présence d'un pan de toiture favorablement incliné et orienté vers le Sud. Un autre objectif consiste à proposer des installations de chauffe eau solaire qui puissent être installées par des personnels disposant des seules compétences de base de plomberie, sans nécessiter l'intervention de spécialiste de la 30 couverture, de l'électricité et / ou de la régulation. Un objectif annexe est de proposer des installations extrêmement simples avec un minimum de composants actifs, donc des installations fiables et robustes. On verra que l'invention permet également de rendre ces installations autonomes, c'est-à-dire indépendantes de la présence de courant électrique, ou du moins pouvant se satisfaire d'une très petite quantité de courant électrique, par exemple produite et stockée sur place. Pour atteindre ces objectifs et d'autres qui apparaîtront à la lecture suivante de ses modes de réalisation, l'invention propose de réaliser un nouveau type de capteur solaire qui différera par ses caractéristiques dimensionnelles et constructives des capteurs connus dans l'état de la technique, et notamment des capteurs plans, des capteurs à concentration et des capteurs sous vide. Une des caractéristiques des capteurs selon l'invention est qu'ils comportent les moyens de porter l'air contenu à l'intérieur de ces capteurs à une température io sensiblement supérieure à la température ambiante, de transférer la chaleur de cet air à un liquide contenu dans un tube échangeur placé à l'intérieur du capteur, et de limiter les déperditions thermiques par conduction et par rayonnement générées par l'absorbeur lorsque ce dernier monte en température. L'invention est également caractérisée par des dispositions 15 constructives originales qui permettent de simplifier et de fiabiliser les organes de régulation, ainsi que par des aménagements permettant d'utiliser des ballons de production d'eau chaude sanitaire très simples et très bon marché car dépourvus d'échangeurs internes tout en protégeant les capteurs contre les risques de gel et, incidemment, contre les risques d'entartrage. Une autre 20 caractéristique des installations selon l'invention est qu'elles utilisent des capteurs solaires simplifiés, à faible inertie et très facile à intégrer en façade des bâtiments à usage collectif ou individuel sans poser de problème particulier d'intégration esthétique ou architecturale. Pour ce faire, les installations selon l'invention utilisent des capteurs de forme 25 allongée, comportant principalement un double tube axial, ledit double tube axial étant inclus dans un berceau également allongé, recouvert en face avant d'une plaque transparente ou translucide et en face arrière d'un matériau isolant et/ou réfléchissant. De façon préférée, ce berceau allongé sera constitué par un panneau sandwich par exemple comportant une âme de mousse polyuréthane 30 incluse entre deux tôles d'acier préformées. Dans un mode de réalisation particulièrement performant et économique ce panneau sandwich sera constitué de bandes d'environ 2 m de long et de 22 à 35 cm de large, lesdites bandes étant obtenues par découpage de panneau de toiture du type bac acier isolés. II se trouve en effet que ces panneaux présentent plusieurs ondes symétriques, 35 ce qui permet, en découpant simplement des panneaux de toitures le long des génératrices médianes des ondes supérieures , d'obtenir des bacs en forme de U allongés dotés d'une rigidité et d'une isolation satisfaisantes. On choisira de préférence des panneaux de toitures dont la tôle supérieure soit de couleur foncée, noir, gris, rouge ou vert foncé et dont la plaque de protection inférieure 5 pourra être indifféremment en acier ou en plastique. Pour protéger les parois latérales des bacs ainsi obtenus, on choisira de placer des profils latéraux en U, les dits profils étant réalisés en acier ou en matériau plastique ou encore en élastomères. De façon préférée, ces profils latéraux en U couvriront les rebords de la plaque supérieure transparente ou translucide, de telle façon qu'ils io assurent la fixation de cette dernière au bac en U et l'étanchéité de l'ensemble. Le double tube axial pourra être constitué par des tubes en acier ondulé, de façon à permettre d'une part d'absorber les dilatations et d'autre part, ce qui constitue une caractéristique importante de l'invention, d'augmenter la surface de contact entre le tube et l'air contenu dans le volume intérieur du capteur 15 simplifié. Dans un mode de réalisation préféré ce double tube axial sera constitué par deux tubes en cuivre de faible diamètre (de l'ordre de 20 mm) reliés entre eux par des ailettes au pas de 5 à 10 mm en cuivre ou en aluminium. Alors que les capteurs solaires thermiques connus utilisent le rayonnement 20 solaire traversant la vitre pour chauffer directement un absorbeur plan, lequel émet un rayonnement qui est renvoyé par la vitre vers l'absorbeur, les capteurs selon l'invention sont dotés d'absorbeurs qui n'occupent qu'une partie de la surface exposée au rayonnement solaire, ce qui permet d'une part une économie de matière et d'autre part une amélioration des performances par 25 diminution de la réémission provoquée par l'échauffement de l'absorbeur. Cet absorbeur, constitué d'au moins deux tubes parallèles soit ondulés soit munis d'ailettes augmentant leur surface de contact avec l'air contenu dans le capteur, est placé dans un berceau. Le dit berceau étant de couleur sombre l'énergie incidente chauffe l'air contenu dans le volume intérieur du capteur et c'est cet air 30 qui communique sa chaleur au deux tubes axiaux annelés ou ailettés, lesquels chauffent à leur tour l'eau contenue ou circulant dans ces tubes. La forme allongée du capteur permet de l'implanter très facilement et sans modifier sensiblement l'esthétique des habitations. En effet, contrairement aux capteurs plans qui nécessitent d'importants moyens de manutention pour être implantés en toiture et qui modifient sensiblement l'aspect des bâtiments équipés, les capteurs simplifiés selon l'invention peuvent être simplement accrochés en façade. Ils constituent alors une ligne sombre, bien affirmée, qui peut égayer et dynamiser le dessin des façades, notamment lorsque ces dernières sont de couleurs claires. Les capteurs simplifiés selon l'invention peuvent également être simplement accrochés en pignon des habitations, ce qui permet de s'affranchir des contraintes induites par l'orientation des toitures : les capteurs simplifiés selon l'invention peuvent être placés sur toutes les constructions y compris celles qui ne disposent pas de toiture orientée au Sud ; io au pire, pour une construction de forme parallélépipédique, l'orientation sera de 45° par rapport au sud. De même, pour les immeubles d'habitation collective, les capteurs simplifiés selon l'invention seront implantés en façade, en rambarde de balcon ou en pignon, chaque ligne de capteur pouvant alimenter un stockage individuel déporté placé à l'intérieur de chaque logement. Dans 15 certains cas, les capteurs selon l'invention pourront être placés immédiatement au dessus des ouvertures de type fenêtre, baies vitrées ou portes fenêtres, de telle façon qu'ils servent de protection contre le rayonnement solaire pour ces ouvrants. Cet aspect « 2 en 1 » est une caractéristique importante des capteurs simplifiés selon l'invention, caractéristique qui contribue à diminuer le prix de 20 revient des installations ; dans le cas où les hauteurs de fenêtres à protéger sont importantes, des implantations de deux ou trois rangées de capteurs simplifiés décalées par rapport au mur pourront être réalisées. Ces rangées seront placées les unes sous les autres. Enfin, une implantation relativement facile et particulièrement judicieuse des capteurs simplifiés selon l'invention 25 consiste à les placer parallèlement aux gouttières de toiture, soit juste en dessous soit au dessus de ces gouttières. On peut ajouter un mode de réalisation particulier dans lequel les capteurs simplifiés selon l'invention seront fabriqués de telle façon qu'ils intègrent la fonction « récupération des eaux de pluies » auquel cas les capteurs selon l'invention seront implantés en lieu et 30 place des gouttières ordinaires auxquelles ils se substitueront en façade sud. On comprend que le mode de réalisation et de mise en oeuvre des capteurs simplifiés selon l'invention sera particulièrement simple et économique. Ces capteurs pourront par exemple, grâce à leur implantation relativement basse sur la construction, alimenter un ballon de stockage d'eau chaude sanitaire solaire 35 équipé d'un échangeur. Dans ce cas, le transfert de calories entre le capteur solaire et l'échangeur du ballon s'effectuera par thermosiphon, le circuit constitué par le double tube axial du capteur simplifié, les canalisations de liaison et l'échangeur intégré au ballon de stockage pouvant être rempli par un fluide antigel. Pour permettre cette circulation par thermosiphon, le double tube axial du capteur solaire simplifié sera légèrement incliné sur l'horizontale, la partie la plus haute coïncidant avec le point de connexion entre le capteur et les canalisations de liaison. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux et économique, le ballon de stockage sera dépourvu d'échangeur interne et les canalisations de liaison entre le ballon de stockage et le capteur io simplifié seront simplement raccordées sur des piquages réalisés au niveau des canalisations d'amenée de l'eau froide et de sortie de l'eau chaude de ce ballon. Dans ce cas, le capteur solaire simplifié sera alimenté par de l'eau à la pression du réseau ou du moins à la pression nominale de l'installation, cette dernière étant équipée d'un limiteur de pression. Ce type d'exécution nécessite de 15 réaliser des dispositifs de protection du capteur d'une part contre les risques de gel et d'autre part contre les risques d'entartrage. On verra dans la suite de la description comment l'invention prévoit de tels dispositifs. Dans les cas où, pour des raisons liées à l'architecture de la construction, l'échange de calories par thermosiphon s'avérerait impossible, l'invention 20 préconise également, dans un but de simplification et de diminution du prix de revient des installations, d'utiliser des ballons de stockage ordinaires, c'est-à-dire dépourvus d'échangeurs internes. Cette disposition revient à faire circuler directement l'eau chaude sanitaire dans les tubes axiaux du capteur simplifié, ce qui, dans l'état actuel de la technique, se heurte à au moins deux difficultés 25 majeures et a priori sans solution : tout d'abord il existe un important risque de destruction par le gel de l'absorbeur du capteur ; de plus, une importante quantité de tartre risque de se déposer progressivement à l'intérieur du double tube axial, cette importante quantité de tartre ayant pour effet dans un premier temps de réduire le rendement thermique de l'installation et, à plus long terme, 30 d'obstruer l'absorbeur et donc de rendre l'installation inopérante. La configuration du capteur simplifié, comportant un double tube axial légèrement incliné sur l'horizontale, permet de s'affranchir de cette double difficulté. Pour éviter le risque de gel, l'invention préconise en effet de garnir partiellement l'intérieur du double tube axial d'au moins une pièce déformable ; cette pièce 35 déformable aura préférentiellement la forme d'un cylindre allongé, ou plus précisément d'un jonc s'étendant sur la totalité ou la quasi-totalité de la longueur intérieure du double tube axial formant absorbeur. Elle sera réalisée en matériau élastomère compatible avec les utilisations sanitaires, par exemple un matériau de type butyle ou similaire. On pourra également choisir d'utiliser un boudin en élastomère, de type chambre à air scellé et gonflé à vie à une pression proche de 3 bars c'est-à-dire légèrement supérieure à la pression de service de l'installation. Cette pièce sera fabriquée et dimensionnée de telle façon que son volume Vmax reste maximum lorsqu'elle est soumise à une pression inférieure à 3 bars et que ce même volume soit réduit à la valeur io réduite Vmin dès lors que cette pièce est soumise à une pression supérieure à 3bars et inférieure à 6 bars. Par construction la différence Vdif, égale à Vmax û Vmin sera supérieure à 10 % du volume de liquide susceptible d'être contenu à l'intérieur du double tube axial formant absorbeur. Ainsi, en cas de prise en gel de l'eau contenue dans les tubes axiaux du capteur simplifié l'augmentation de 15 volume induite par ce changement d'état aura pour seule conséquence la contraction de la pièce déformable, sans pour autant exercer sur les parois du double tube axial une pression supérieure à la pression supportable par ce double tube axial, par exemple 6 bars. Pour éviter que la pièce ne soit déformée en l'absence de prise en gel, on prévoira de munir l'installation d'un réducteur 20 de pression taré à une pression inférieure à la pression provoquant un début de déformation des pièces déformables, par exemple 2,5 bars. Complémentairement, on prévoira un filtre en entrée et en sortie du volume interne des tubes axiaux, de façon à éviter que la pièce déformable n'obstrue les canalisations d'entrée ou de sortie dudit volume. On prévoira également un 25 léger jeu de part et d'autre des extrémités de la pièce déformable et on conférera à cette dernière une forme non rigoureusement cylindrique. De cette façon, la pièce pourra être mise en mouvement à l'intérieur du double tube axial, sous l'action du flux d'eau sanitaire traversant le tube. On prévoira également un revêtement dur sur une partie de l'enveloppe extérieure de la 30 pièce déformable, de telle façon que les mouvements de cette pièce, mouvements provoqués par l'action du flux d'eau, contribuent au décollage de la pellicule de tartre ou de dépôts divers qui est susceptible de se former à l'intérieur du double tube axial sous l'effet des élévations de température et du renouvellement de l'eau. Par cette combinaison de moyens, on aboutit d'une 35 part à la protection contre le gel des absorbeurs des capteurs solaires selon l'invention et d'autre part à une protection de ces absorbeurs contre l'entartrage.

Dans ces conditions, il devient possible de faire circuler directement de l'eau du réseau à l'intérieur du capteur et par conséquent de substituer aux habituels ballons de stockage avec échangeur de simples ballons de stockage dépourvus d'échangeurs, nettement moins onéreux. Les capteurs seront simplement connectés aux ballons par des piquages spécifiques dans les parois des dits ballons ou par de simples dérivations placées sur les canalisations d'entrée et de sortie de ces mêmes ballons. On notera que les pièces déformables présentent l'avantage complémentaire de réduire la quantité d'eau contenue dans l'absorbeur et, par conséquent, l'inertie io du capteur. Alliée à la faible masse du dit absorbeur, cette caractéristique permet d'exploiter les séquences de rayonnement solaire de faible durée, ce qui représente un avantage important par rapport aux capteurs plans connus dans l'art antérieur. Lorsque les contraintes architecturales rendent impossible un fonctionnement 15 par thermosiphon, on prévoira un simple circulateur forçant le passage dans l'absorbeur du capteur solaire simplifié de l'eau prélevée dans le ballon, cette eau étant ensuite réinjectée dans ce même ballon, après qu'elle ait bénéficié d'une élévation de température. Dans ce cas, de façon préférée, la mise en fonction du circulateur sera déclenchée par un simple thermostat mesurant la 20 température au niveau de l'absorbeur, par exemple fermant le circuit électrique à partir de 40 °c et le ré-ouvrant dès lors que cette température est inférieure à 35°c. Le fait de réaliser la régulation des installations de production d'eau chaude sanitaire par énergie solaire à l'aide de simple interrupteurs thermiques notamment connus sou l'appellation commerciale "klykson" permet également 25 de simplifier, de fiabiliser et de réduire le prix de revient de ces installations. Par ailleurs on choisira de placer un circulateur à courant continu, acceptant par exemple un courant de 12 volts en lieu et place des circualteurs à courant alternatif 220 volts habituellement utilisés. Cette disposition, couplée à la régulation simplifiée décrite ci-dessus, permet d'alimenter le circulateur par du 30 courant électrique continu fabriqué par des cellules photovoltaïques placée sur la vitre du capteur ou à proximité et dans le même plan que celle-ci. On obtient ainsi une régulation fiable, indépendante du réseau local de fourniture d'électricité et provoquant un débit proportionnel à la ressource solaire disponible donc une évacuation optimale et en temps réel des calories captées. 2953281 io Ce mode de fonctionnement en direct et « au fil du soleil » est rendu possible par la très faible inertie thermique des capteurs selon l'invention, faible inertie qui constitue l'un de leurs principaux avantages. Dans certains cas d'implantation, on choisira de réaliser la fonction "protection 5 contre le gel" par la simple mise en communication du volume intérieur du capteur simplifié et du volume intérieur de l'habitation. Cette mise en communication se fera au moyen de conduits, préférentiellement obstruables par des moyens manuels ou mécanisés, traversant la façade du bâtiment équipé au droit de l'implantation du capteur simplifié et débouchant à l'intérieur io du volume étanche dudit capteur. On choisira de séparer les fonctions de préchauffage solaire de l'eau chaude sanitaire des fonctions de chauffage d'appoint de cette même eau chaude sanitaire. On placera pour ce faire deux ballons en série, le premier ballon étant raccordé au capteur solaire simplifié et alimentant un deuxième ballon, lequel is sera équipé d'un apport d'énergie complémentaire, par exemple une résistance électrique immergée thermostatée ou un échangeur de chaleur alimenté par une chaudière. Cette disposition permettra d'optimiser les économies apportées par le ou les capteurs solaires simplifiés et d'éviter tout risque de dissipation de l'énergie d'appoint dans les capteurs simplifiés ou dans les canalisations de 20 liaison. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description suivante des principaux modes de réalisation non limitatifs décrits dans les dessins ci-après dans lesquels : La FIGURE 1 représente une installation de production d'eau chaude sanitaire 25 selon l'invention comportant un ballon de préchauffage solaire relié à un capteur solaire simplifié et un ballon d'appoint. La FIGURE 2 représente en vue en coupe d'un capteur solaire simplifié selon l'invention. Les FIGURES 3, 4, et 5 représentent différentes possibilités d'implantation des 30 capteurs solaires simplifiés sur des bâtiments.

Il La FIGURE 6 représente un détail d'implantation d'un capteur solaire simplifié sur une façade, en protection d'une ouverture vis-à-vis du rayonnement solaire. La FIGURE 7 représente un exemple de réalisation d'un capteur selon l'invention implanté dans une gouttière permettant la récupération des eaux de 5 pluies provenant de la toiture d'un bâtiment.

On constate sur la Figure 1 que l'invention propose de placer un capteur solaire simplifié (1) à l'extérieur et en façade d'un bâtiment. A l'intérieur de ce bâtiment on placera une unité de stockage (30) alimentée par une canalisation d'arrivée lo d'eau froide (14) et débitant par une canalisation (15) dans un ballon d'appoint (31) comportant un dispositif d'apport d'énergie complémentaire (32) et alimentant le réseau en eau chaude par une canalisation de sortie (16). La liaison entre le capteur solaire simplifié (1) et l'unité de stockage (30) déportée se fait par l'intermédiaire de canalisations aller (12) et retour (13) comportant au 15 moins un clapet anti retour. Comme représenté sur la Figure 2, le capteur solaire simplifié (1) est constitué par un berceau allongé (4) muni le long de son axe principal d'au moins deux tubes axiaux (20 et 21) simplement posés ou clipsé sur des supports réalisés de préférence en matériau non ou peu conducteurs. Le volume intérieur du capteur simplifié sera également fermé par 20 une plaque supérieure transparente ou translucide (3) par exemple une simple vitre en verre trempé ou armé et par des cloisons latérales (10, 11). Les températures atteintes à l'intérieur du capteur simplifié (1) seront mesurées à l'aide de capteurs de température placés sur la paroi extérieure des tubes axiaux (20 et 21). De façon préférée ces capteurs de températures seront 25 couplés à des interrupteurs ce qui permettra d'ouvrir et/ou de fermer directement des circuits électriques en fonction des températures atteintes. La jonction entre les deux extrémités de chacun des tubes axiaux (20 et 21) et les canalisations de liaison (12, 13) sera réalisée au moyen de systèmes vissés démontables, de façon à ce que ces tube axiaux puissent être facilement 30 remplacés, après dépose de la plaque (3) transparente ou translucide. Enfin, les tubes axiaux (20 et 21) seront avantageusement partiellement remplis par des pièces longilignes déformables (22 et 23) qui seront susceptibles de subir des déformations réversibles pour compenser une éventuelle augmentation de volume de l'eau contenue dans l'espace compris entre l'intérieur des tube 35 axiaux (20 et 21) et l'extérieur de ces pièces (22 et 23) déformables.

12 La Figure 3 représente un exemple d'implantation de 4 capteurs (1) selon l'invention alimentant chacun une unité de stockage déportée (30). Dans cet exemple, ces capteurs solaires simplifiés (1) sont fixés en façade Sud d'un immeuble, de telle façon qu'ils servent également de pare soleil aux ouvertures vitrées (52) de cet immeuble. L'exemple illustré en figure 3 concerne une implantation en thermosiphon avec un échangeur (26) intégré dans chaque unité de stockage déportée (30). La Figure 4 représente un mode d'implantation adapté au cas où le bâtiment présente un pignon oriente entre Sud Est et Sud Ouest. Dans ce cas, la forme des capteurs simplifiés (1) selon l'invention permet de les fixer simplement sur le pignon présentant la bonne orientation. Les calories sont transférées par des canalisations de liaison isolées (12 et 13) depuis les capteurs simplifiés (1) vers les unités de stockage déportées (30). La Figure 5 présente une implantation dans laquelle les capteurs (1) sont placés au dessus des fenêtres éclairant les pièces du premier étage du bâtiment équipé. L'implantation représentée concerne le cas où l'unité de stockage déportée (30) est placée en sous-sol. On voit que dans ce type de réalisations, un circulateur (15) est placé sur une canalisation de liaison (13) entre l'unité de stockage déportée (30) et le capteur simplifié (1). L'eau froide est introduite par une canalisation (14) dans l'unité de stockage déportée (30) d'où elle ressort à chaque puisage pour être introduite dans le ballon d'appoint (31) muni d'un dispositif d'apport d'énergie thermique (32). La Figure 6 représente une vue de côté et en coupe d'une installation de production d'eau chaude sanitaire comportant un capteur simplifié fonctionnant en thermosiphon et protégeant une fenêtre (52) du rayonnement solaire. On voit que le capteur simplifié (1) est fixé à la façade (50) par des pattes de fixation (18, 19). Ces pattes de fixation ont une longueur et une forme telle que le capteur permette de faire de l'ombre, au moins en été lorsque le soleil est haut sur l'horizon, à une ouverture vitrée (52) ménagée dans la façade (50). Dans le cas particulier représenté sur cette figure 6 d'un fonctionnement par thermosiphon sans échangeur, cas où la protection antigel est assurée par des pièces (22 et 23) déformables contenues dans les tubes axiaux (20 et 21), l'unité de stockage déportée (30) se trouve placée sur le plancher (51) de l'étage supérieur à celui éclairé par la fenêtre (52) protégée par le capteur simplifié (1).

13 Les installations de production d'eau chaude sanitaire par énergie solaire proposées sont du type comportant au moins un capteur solaire simplifié (1) et au moins une unité de stockage déportée (30). Elles sont remarquables en ce que - Le capteur solaire simplifié (1) comporte un berceau (4) allongé de forme concave, le dit berceau (4) présentant une face avant de couleur sombre et une face arrière isolée. - Le berceau (4) allongé de forme concave coopère avec deux cloisons latérales (10, 11) et avec une plaque (3) transparente ou translucide pour former un 10 volume étanche (9). - Au moins deux tubes (20, 21) sont placés à l'intérieur du volume étanche (9) de part et d'autre de l'axe principal du berceau (4) concave allongé, les dit tubes (20, 21) étant munis d'ondulations ou d'ailettes permettant d'augmenter la surface d'échange entre ces tubes et l'air contenu dans le volume étanche (9). 15 Ce mode de réalisation permet de diminuer la surface d'absorbeur donc la quantité de métal utilisé ; il permet d'éviter d'utiliser des revêtements sélectifs, en effet la surface réduite de métal limite par construction la ré-émission de calories à l'extérieur du capteur alors même que la captation de chaleur se fait par échanges thermiques entre les ondulations ou ailettes des tubes axiaux (20 20 et 21) et l'air contenu dans le volume étanche (9).

De façon avantageuse, l'unité de stockage déportée (30) ne comportera aucun échangeur interne et les deux tubes (20, 21) placés dans l'axe du capteur solaire simplifié seront reliés par des canalisations isolées (12 et 13) à des 25 piquages pratiqués sur les parois de l'unité de stockage déportée (30) ou sur les tuyauteries d'entrée (14) et de sortie (15) de la dite unité de stockage déportée (30). Dans ce cas, le capteur solaire simplifié (1) sera muni de moyens spécifiques de protection contre les effets du gel. Ces moyens spécifiques de lutte contre les effets du gel seront constitués par la présence de pièces 30 déformables (22 et 23) ayant la forme de cylindres allongés placées à l'intérieur des tubes axiaux (20 et 21) et s'étendant sur quasiment toute la longueur de ces tubes axiaux, les dites pièces déformables (22 et 23) étant réalisées dans une matière pouvant supporter des températures d'au moins 120°c sans subir de dégradation et pouvant subir une diminution de volume représentant au 35 moins 10 % de la contenance en liquide des dits tubes axiaux (20 et 21) dés lors que les dites pièces déformables (22 et 23) seront soumises à une pression

14 supérieure à la pression de service de l'installation et sensiblement inférieure à la pression d'épreuve des tubes axiaux (20 et 21).

Dans une variante, les moyens spécifiques de protection contre le gel seront constitués par au moins un tube ou conduit (7) traversant une cloison (50) du bâtiment équipé de l'installation et mettant en communication le volume intérieur (9) du capteur solaire avec le volume intérieur du bâtiment équipé, le dit tube ou conduit (7) étant muni de moyens d'obstruction (8). Cette configuration permettra en outre d'utiliser alternativement les capteurs à faibles inertie selon l'invention en tant que capteurs à air (préchauffage direct du volume habitable par transfert de l'air réchauffé dans le volume étanche (9)) et en tant que capteur à eau. Une régulation simple permettra d'ouvrir le clapet (8) dès lors que la température mesurée dans le volume étanche (9) se rapprochera de zéro et de le refermer à partir du moment où cette température redeviendra supérieure à une valeur réglable, par exemple 5 degrés C. Cette disposition sera suffisante pour éviter tout risque de gel du moins si on prend la précaution de doubler le conduit (7) de façon à créer une circulation naturelle par convection entre le volume habitable et le volume étanche (9) du capteur.

Pour éviter les risques de diminution progressives des performances par suite de dépôts de tartre à l'intérieur des tubes axiaux (20 et 21) les pièces déformables (22 et 23) se présenteront sous la forme de joncs en matériau élastomères et les dits joncs seront recouverts au moins partiellement par un revêtement dur ou abrasif apte à décoller par frottement les particules de tarte ou de calcaire susceptibles de se former ou d'adhérer au niveau des parois intérieures des tubes axiaux (20 et 21).

Lorsque la configuration architecturale des bâtiments s'y prêtera, on choisira d'implanter les capteurs à faible inertie en façade de bâtiments au dessus des ouvertures (52) de type fenêtres, baies vitrées ou portes fenêtres de telle façon que ces capteurs contribuent à limiter l'entrée d'énergie solaire par ces ouvertures (52). On pourra également choisir, dans le cas des bâtiments dont les pans de toiture sont globalement orientés Est et Ouest, d'implanter les capteurs solaires simplifiés en pignon des bâtiments. Une autre implantation possible consiste à les positionner le long des acrotères dans le cas de bâtiments équipés de toitures terrasses.

15 Au-delà de leur facilité d'intégration aux architectures existantes ou à venir les capteurs solaires simplifiés (1) sont livrés en pièces détachées et sont assemblés sur place selon un procédé qui consiste à fixer le berceau (4) allongé sur la façade (50) à l'aide de pattes de fixations (18 et 19), à poser les tube axiaux (20 et 21) sur des supports isolants placés dans le berceau (4) allongé, à raccorder les tube axiaux (20 et 21) aux canalisations de liaisons (12, 13) et les canalisations de liaisons (12, 13) à l'unité de stockage déportée (30), puis à fermer le capteur solaire simplifié par la mise en place d'une ou lo plusieurs plaques (3) transparentes ou translucides.

Dans un mode de réalisation avantageux, les capteurs seront placés à l'intérieur de gouttières (60) destinées à récupérer les eaux pluviales en partie basse de toitures inclinées (55), les capteurs présentant une largeur sensiblement 15 inférieur à celle de la gouttière, laquelle peut être élargie en tant que de besoin, pour que l'écoulement des eaux pluviales puisse s'effectuer à l'intérieur des dites gouttières (60) vers des canalisations d'évacuation verticales (70). Cette disposition est particulièrement avantageuse du point de vue économique et elle permet de plus de dissimuler presque totalement les capteurs, dont la présence 20 pour un observateur placé au sol ne se manifeste que par l'existence de gouttières un peu plus larges que celles habituellement nécessaires pour la collecte des eaux pluviales. Pur une maison individuelle par exemple, la largeur de la gouttière sera d'environ 30 cm, de façon à ce que cette gouttière puisse contenir un capteur solaire de 25 cm de large (soit 2,5 m2 de surface captante 25 pour une façade de 10 m de long) tout en permettant un écoulement naturel des eaux pluviales, lesquelles contribueront à nettoyer la vitre (3) du capteur solaire inclus dans la gouttière.

Enfin, on choisira avantageusement de garnir partiellement la plaque supérieure 30 transparente ou translucide (3) par des cellules photovoltaïques (17), de telle façon que les dites cellules photovoltaïques puissent alimenter un circulateur basse tension en courant continu. On prendra la précaution de placer au moins un interrupteur thermique en série dans le circuit constitué par les cellules photovoltaïques et le moteur du circulateur, et on obtiendra un débit 35 proportionnel à la ressource solaire, donc une évacuation optimale des calories produites du capteur solaire simplifié (1) vers l'unité de stockage déportée (30).