FR2976055A1

FR2976055A1 - Collecteur solaire plan d'epaisseur reduite et installation de recuperation de l'energie solaire comportant au moins un tel collecteur

Info

Publication number: FR2976055A1
Application number: FR1154725A
Authority: FR
Inventors: Laurent Joulaud; Jingwei Zhang; Daniel Mugnier; Andre Joffre
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-07

Abstract

La présente invention concerne un collecteur solaire (1) comprenant : - une première paroi (2) et une deuxième paroi (3) en regard l'une de l'autre qui délimitent entre elles un logement (4), la première paroi (2) étant transparente et destinée à être dirigée du côté d'incidence du rayonnement solaire sur le collecteur (1) ; et des moyens d'absorption de l'énergie issue du rayonnement solaire disposés dans le logement, ces moyens comprenant un circuit (6) d'un fluide caloporteur consistant en au moins un conduit de circulation dudit fluide caloporteur, caractérisé par le fait que le ou chaque conduit du circuit (6) de fluide caloporteur présente une section circulaire dont le diamètre extérieur est inférieur ou égal à 16 mm et supérieur à 8 mm.

Description

COLLECTEUR SOLAIRE PLAN D'EPAISSEUR REDUITE ET INSTALLATION DE RECUPERATION DE L'ENERGIE SOLAIRE COMPORTANT AU MOINS UN TEL COLLECTEUR La présente invention a trait à un collecteur solaire plan destiné à être monté sur une structure, notamment un toit, un brise soleil ou une façade de bâtiment pour constituer une installation de récupération de l'énergie solaire. Un collecteur solaire est un module apte à convertir l'énergie issue du rayonnement solaire en énergie thermique récupérée dans un fluide caloporteur. De manière classique, un collecteur solaire plan comprend deux parois en regard l'une de l'autre, qui délimitent entre elles un logement de réception d'éléments de conversion d'énergie, généralement sous la forme d'un panneau absorbeur relié thermiquement à un ou plusieurs conduits de circulation du fluide caloporteur. L'une au moins des deux parois en regard est transparente et destinée à être dirigée du côté d'incidence du rayonnement solaire sur le collecteur, de manière à permettre une bonne transmission du rayonnement solaire vers les éléments de conversion d'énergie. Afin d'augmenter le rendement de conversion énergétique d'un tel collecteur solaire, il est connu de créer un vide dans le logement de réception des éléments de conversion d'énergie, ce qui permet de limiter les pertes thermiques par convection et conduction moléculaire. Dans ce cas, en vue de contrer la force de compression exercée sur les parois du collecteur du fait de la pression atmosphérique exterieure, le collecteur est équipé d'espaceurs permettant de maintenir un écart constant entre les parois en regard. Les éléments de conversion d'énergie sont également avantageusement maintenus à distance des parois délimitant leur logement de réception, de manière à limiter également les pertes thermiques par contact au niveau de ces parois.

Des perfectionnements aux collecteurs solaires plans sont sans cesse recherchés afin de proposer, pour ces collecteurs, une structure optimisée en termes de distribution thermique dans le collecteur, permettant d'améliorer le rendement de conversion énergétique du collecteur, celui-ci devant présenter un encombrement minimisé et un procédé de fabrication simple. La demande internationale PCT W02010/023074 décrit l'utilisation d'éléments de maintien en bordure du collecteur pour renforcer la ceinture métallique dont l'épaisseur a été réduite dans le but de gagner en poids. Cependant, le poids et l'épaisseur gagnés sont négligeables par rapport à l'épaisseur totale du collecteur. La demande française FR 2 951 812 décrit un collecteur solaire plan utilisant un verre imprimé pour réaliser les espaceurs. Dans ce document est présenté, page 6, lignes 20-22, un conduit de circulation du fluide caloporteur qui a une section circulaire avec un diamètre de l'ordre de 8 mm. Certes, un tel diamètre de conduit permet en théorie de réduire l'épaisseur du collecteur solaire, mais il ne permet pas d'avoir une perte de charge acceptable avec les systèmes hydrauliques de type standard, en particulier pour un rendement suffisant. Les présents inventeurs ont recherché une solution à ce problème afin de proposer un collecteur solaire mince qui garde un rendement acceptable et des pertes de charge hydrauliques faibles.

Cette solution est apportée par la présente invention qui a pour objet un collecteur solaire comprenant . une première paroi et une deuxième paroi en regard l'une de l'autre qui délimitent entre elles un logement, la première paroi étant transparente et destinée à être dirigée du côté d'incidence du rayonnement solaire sur le collecteur ; et des moyens d'absorption de l'énergie issue du rayonnement solaire disposés dans le logement, ces moyens comprenant un circuit d'un fluide caloporteur consistant en au moins un conduit de circulation dudit fluide caloporteur, caractérisé par le fait que le ou chaque conduit du circuit de fluide caloporteur présente une section circulaire dont le diamètre extérieur est inférieur ou égal à 16 mm et supérieur à 8 mm. Le diamètre réduit du ou des conduits du circuit selon l'invention permet un gain de poids donc un coût plus avantageux du collecteur solaire, une épaisseur plus faible, donc un collecteur plus mince facilement intégrable en toiture, en brise soleil et en façade, et un volume plus faible, donc un pompage plus rapide et moins consommateur en énergie électrique.

Le ou chaque conduit peut présenter une section circulaire dont le diamètre extérieur est supérieur ou égal à 9 mm. Le ou chaque conduit peut avoir une section circulaire dont le diamètre extérieur est compris entre 9 30 et 14 mm, étant notamment de 10 mm. L'épaisseur d'un conduit peut être de 0,1 - 2 mm, en particulier de 0,8 - 1,6 mm.

Le collecteur solaire peut présenter un tracé permettant une perte de charge inférieure à 200 mbar, avantageusement inférieure à 100 mbar, et un rendement de collecteur d'au moins 50 avantageusement d'au moins 60 % pour une température d'eau chaude ou d'eau glycolée, comme fluide caloporteur, de 70°C. Le rendement du collecteur est défini par le rapport du nombre de calories transmises au fluide caloporteur au nombre de calories reçues sur le collecteur.

Conformément à une première variante, le circuit de fluide caloporteur peut se présenter sous la forme d'une harpe ou d'une échelle, comportant deux conduits principaux parallèles disposés chacun au voisinage d'une bordure délimitant le logement et étant réunis par des conduits transversaux parallèles entre eux, le fluide caloporteur entrant par les deux conduits principaux situés d'un même côté du logement et sortant de ces conduits du côté opposé, ou entrant par l'un des conduits principaux d'un côté et sortant par l'autre conduit principal de l'autre côté, le premier conduit principal étant fermé du côté opposé à l'entrée et le second conduit principal étant fermé du côté opposé à la sortie. Conformément à une deuxième variante, le circuit de fluide caloporteur peut aussi se présenter sous la forme d'un serpentin, le fluide caloporteur entrant par une extrémité de serpentin et en sortant par une autre extrémité. Conformément à une troisième variante, le circuit de fluide caloporteur peut également comporter deux conduits principaux parallèles disposés chacun au voisinage d'une bordure délimitant le logement et fermés chacun à une extrémité et étant réunis par un conduit en forme de serpentin, le fluide caloporteur entrant par l'extrémité ouverte d'un conduit principal et sortant par l'extrémité ouverte de l'autre conduit principal. La première paroi est avantageusement constituée par une plaque de verre, laissant passer le rayonnement solaire. La deuxième paroi sera généralement constituée également par une plaque de verre. Les moyens d'absorption peuvent comprendre un panneau absorbeur venant en appui sur ledit circuit de fluide caloporteur pour être relié thermiquement avec lui en étant disposé au voisinage de la première paroi, des moyens espaceurs pouvant être disposés dans ledit logement pour maintenir constantes une distance entre la première paroi et ledit circuit et/ou une distance entre la deuxième paroi et ledit circuit.

Le panneau ou feuillard est généralement constitué par une plaque ou feuille d'un métal, tel que le cuivre ou l'aluminium, avec un revêtement sélectif, tourné vers la première paroi, de faible émissivité (de l'ordre de 5 %) pour permettre l'absorption de la chaleur solaire sur au moins 95 du spectre solaire. Le ou les conduits constituant le circuit de fluide caloporteur sont en un matériau métallique conducteur thermique, tel que le cuivre ou l'aluminium et sont généralement soudés par ultrasons ou laser au panneau absorbeur. Le fluide caloporteur est généralement constitué par de l'eau ou de l'eau glycolée. Le logement peut avantageusement être étanche et adapté pour être mis sous vide. Il est limité latéralement par un cadre métallique dans lequel se situent les entrées - sorties de circuit de fluide caloporteur. Il est ainsi constitué un caisson métallique dans lequel on fait généralement le vide pour obtenir une bonne isolation thermique, supprimant la convection dans le collecteur. Ce vide est par exemple de 10-6 à 10-4 millibar. La présente invention a également pour objet une installation de récupération de l'énergie solaire, destinée notamment à être intégrée dans un toit, un brise soleil ou une façade de bâtiment, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un collecteur solaire tel que défini ci-dessus, et des moyens de mise en circulation du fluide caloporteur dans ledit ou lesdits collecteurs solaires, tels qu'une pompe, à un débit inférieur ou égal à 50 litres par heure et par m2 de surface utile, de préférence à un débit inférieur ou égal à 40 litres par heure et par m2 de surface utile, en particulier à un débit de 30 à 40 litres par heure et par m2 de surface utile.

Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre indicatif et non limitatif, plusieurs modes de réalisation particuliers avec référence au dessin annexé. Sur ce dessin : la Figure 1 est une vue schématique en coupe d'une partie d'un collecteur solaire selon l'invention, et

les Figures 2 à 4 représentent chacune une vue 25 schématique de dessus d'un collecteur solaire conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention.

Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir que l'on a désigné par 1 dans son ensemble un collecteur 30 solaire plan. Le collecteur 1 comprend deux parois de verre 2, 3 en regard l'une de l'autre qui délimitent entre elles un logement 4 de réception d'un panneau ou feuillard absorbeur 5 relié thermiquement à un circuit 6 de circulation de fluide caloporteur. Le panneau absorbeur 5 est disposé parallèlement aux parois 2, 3, au voisinage de la paroi 2. Le circuit 6 peut être réalisé de différentes manières comme cela sera décrit ci-après avec référence aux Figures 2 à 4. Il est composé d'au moins un conduit de section circulaire. Dans le logement 4, se trouvent également des moyens espaceurs 7 qui sont constitués par des éléments allongés 7a parallèles entre eux, fixés sur la face interne de la paroi 3, ces éléments 7a portant des plots 7b se terminant par des éléments en forme de broches 7c qui traversent le panneau absorbeur 5 et dont l'extrémité vient en contact avec la face interne de la paroi 2. Les moyens espaceurs 7 pourraient revêtir toute autre forme. Le ou les conduits formant le circuit 6 sont avantageusement soudés au panneau 5 et viennent en appui sur les éléments allongés 7a. Le collecteur 1 est complété par un cadre 20 métallique 8, formant ainsi un caisson étanche dans lequel on peut faire le vide. Les Figures 2 à 4 illustrent chacune un tracé de circuit : forme de harpe ou d'échelle (Figure 2) avec deux conduits principaux 6a et des conduits transversaux 6b ; 25 forme de serpentin (Figure 3) et forme de serpentin entre deux conduits principaux 6c (Figure 4). Les conduits principaux 6a et les conduits transversaux 6b peuvent être de même section circulaire, mais comme représenté les conduits transversaux 6b 30 pourraient être de section plus faible, avec cependant un diamètre supérieur à 8 mm. Il est en de même pour la réalisation de la Figure 4.

On se reportera à ce qui est indiqué ci-dessus pour la circulation du fluide caloporteur dans les circuits des Figures 2 à 4. Un collecteur solaire selon l'invention peut comporter les dimensions suivantes : épaisseur d'une paroi 2 : 4mm épaisseur d'un panneau absorbeur 5 : 0.4mm distance entre plaque 2 et panneau absorbeur 5 : 2mm diamètre externe du circuit 6 de fluide caloporteur : 10mm épaisseur d'une paroi 3 : 4mm distance entre paroi 3 et circuit 6 : 16mm

Claims

REVENDICATIONS1 - Collecteur solaire (1) comprenant : une première paroi (2) et une deuxième paroi (3) en regard l'une de l'autre qui délimitent entre elles un logement (4), la première paroi (2) étant transparente et destinée à être dirigée du côté d'incidence du rayonnement solaire sur le collecteur (1) ; et des moyens d'absorption de l'énergie issue du rayonnement solaire disposés dans le logement (4), ces moyens comprenant un circuit (6) d'un fluide caloporteur consistant en au moins un conduit de circulation dudit fluide caloporteur, caractérisé par le fait que le ou chaque conduit du circuit (6) de fluide caloporteur présente une section circulaire dont le diamètre extérieur est inférieur ou égal à 16 mm et supérieur à 8 mm.
2 - Collecteur solaire (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ou chaque conduit présente une section circulaire dont le diamètre extérieur est supérieur ou égal à 9 mm.
3 - Collecteur solaire (1) selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le ou chaque conduit a une section circulaire dont le diamètre extérieur est compris entre 9 et 14 mm, étant notamment de 10 mm.
4 - Collecteur solaire (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur d'un conduit est de 0,1 - 2 mm, en particulier de 0,8 - 1,6 mm.
5 - Collecteur solaire (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il présente un tracé permettant une perte de charge inférieure à 200 mbar et un rendement de collecteur d'au moins 50 %pour une température d'eau chaude ou d'eau glycolée, comme fluide caloporteur, de 70°C.
6 - Collecteur solaire (1) selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il présente un tracé permettant une perte de charge inférieure à 100 mbar.
7 - Collecteur solaire (1) selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il présente un tracé permettant un rendement de collecteur d'au moins 60 pour une température d'eau chaude ou d'eau glycolée, comme fluide caloporteur, de 70°C.
8 - Collecteur solaire (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le circuit (6) de fluide caloporteur se présente sous la forme d'une harpe ou d'une échelle, comportant deux conduits principaux parallèles (6a) disposés chacun au voisinage d'une bordure délimitant le logement (4) et étant réunis par des conduits transversaux (6b) parallèles entre eux, le fluide caloporteur entrant par les deux conduits principaux (6a) situés d'un même côté du logement et sortant de ces conduits (6a) du côté opposé, ou entrant par l'un des conduits principaux (6a) d'un côté et sortant par l'autre conduit principal (6a) de l'autre côté, le premier conduit principal (6a) étant fermé du côté opposé à l'entrée et le second conduit principal (6a) étant fermé du côté opposé à la sortie.
9 - Collecteur solaire (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le circuit (6) de fluide caloporteur se présente sous la forme d'un serpentin, le fluide caloporteur entrant par une extrémité de serpentin et en sortant par une autre extrémité.
10 - Collecteur solaire (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que lecircuit (6) de fluide caloporteur comporte deux conduits principaux parallèles (6c) disposés chacun au voisinage d'une bordure délimitant le logement (4) et fermés chacun à une extrémité et étant réunis par un conduit en forme de serpentin, le fluide caloporteur entrant par l'extrémité ouverte d'un conduit principal et sortant par l'extrémité ouverte de l'autre conduit principal.
11 - Collecteur solaire selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les moyens d'absorption comprennent un panneau absorbeur (5) venant en appui sur ledit circuit (6) de fluide caloporteur pour être relié thermiquement avec lui en étant disposé au voisinage de la première paroi (2), des moyens espaceurs (7) pouvant être disposés dans ledit logement (4) pour maintenir constantes une distance entre la première paroi (2) et ledit circuit (6) et/ou une distance entre la deuxième paroi (3) et ledit circuit (6).
12 - Collecteur solaire (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le logement (4) est étanche et adapté pour être mis sous vide.
13 - Installation de récupération de l'énergie solaire, destinée notamment à être intégrée dans un toit ou une façade de bâtiment, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un collecteur solaire (1) tel que défini à l'une des revendications 1 à 12, et des moyens de mise en circulation du fluide caloporteur dans ledit ou lesdits collecteurs solaires, tels qu'une pompe, à un débit inférieur ou égal à 50 litres par heure et par m2 de surface utile, de préférence à un débit inférieur ou égal à 40 litres par heure et par m2 de surface utile, en particulier à un débit de 30 à 40 litres par heure et par m2 de surface utile.