FR2985377A1 - Dispositif pour controler les conversions d'energie dans les concentrateurs solaires mixtes thermiques et photovoltaiques - Google Patents

Abstract

Les concentrateurs solaires qui transforment l'énergie solaire à la fois en énergie électrique et en énergie calorifique ne maîtrisent pas la proportion d'énergie électrique qui est produite par rapport à celle de l'énergie calorifique. Cette proportion est laissée au hasard des fluctuations de l'intensité lumineuse du soleil alors qu'il peut être intéressant de privilégier la production d'une énergie par rapport à une autre. L'invention décrit un dispositif qui permet ce contrôle de la production. Il est composé d'une optique de concentration solaire (1), de préférence une lentille de Fresnel (1), et d'une cible composée par exemple d'une cellule photovoltaïque (4) et d'un capteur thermique (5) positionné au moins en périphérie de la cellule (4). La distance (D2) entre la lentille de Fresnel (1) et la cellule (4) est variable ce qui provoque également une variation de la taille de la surface d'éclairage (7B) du rayonnement solaire concentré (3) sur la cible. Lorsque la taille de la surface éclairée (7B) est faible, l'intensité lumineuse est importante et centrée sur la cellule photovoltaïque (4) qui produit donc un maximum d'énergie électrique. Lorsque la taille (7B) est importante l'intensité lumineuse est plus faible et se répartit aussi sur la surface du capteur thermique (5) placé en périphérie, ce qui produit une énergie calorifique plus importante et une moindre production d'énergie électrique. Une régulation automatique est prévue pour réguler l'intensité lumineuse reçue par la cellule (4) même pendant les variations de luminosité du soleil.

Description

Dispositif pour contrôler les conversions d'énergie dans les concentrateurs solaires mixtes thermiques et photovoltaïques La présente invention se rapporte aux concentrateurs solaires mixtes et plus particulièrement à ceux qui permettent de faire de la cogénération d'énergie solaire, c'est-à-dire de transformer l'énergie solaire en deux types d'énergie, à savoir pour partie en énergie électrique et pour partie en énergie calorifique. ETAT DE LA TECHNIQUE La plupart des capteurs solaires à concentration ne transforment l'énergie solaire qu'en une seule autre énergie, par exemple soit en énergie électrique grâce à 15 des cellules photovoltaïques, soit en énergie calorifique grâce à des capteurs thermiques. Pourtant il est intéressant de collecter aussi l'énergie calorifique qui apparaît lors de l'utilisation des cellules photovoltaïques. En effet les cellules photovoltaïques ne transforment que 20 à 30% de l'énergie solaire reçue, en électricité. Le reste de 20 l'énergie solaire reçue est typiquement perdu en chaleur dissipée dans l'atmosphère et qui entraine au passage l'échauffement de la cellule et une perte de son efficacité. On connaît déjà des capteurs solaires photovoltaïques sous concentration qui récupèrent à la fois l'énergie électrique générée et l'énergie calorifique non transformée en électricité, qui est récupérée principalement en faisant circuler un 25 liquide caloporteur en contact thermique avec la cellule photovoltaïque. Cette opération permet aussi d'abaisser la température de la cellule, ce qui augmente son efficacité, puisqu'on sait que le rendement de conversion des cellules photovoltaïques diminue au-delà d'une certaine température. Mais ces capteurs à cogénération d'énergie électrique et d'énergie calorifique 30 connus utilisent les cellules photovoltaïques comme capteurs thermiques uniquement à titre accessoire et pour limiter les pertes, ce qui ne correspond pas à leur fonction 10 dédiée de conversion d'énergie solaire en énergie électrique. Cet usage accessoire offre par conséquent un rendement de conversion médiocre. En outre, les capteurs solaires mixtes sous concentration de ce type ne permettent pas de contrôler la part d'énergie solaire qui sera transformée en électricité et la part qui sera transformée en énergie calorifique. Ce partage reste aléatoire et dépend principalement des conditions climatiques et d'ensoleillement du concentrateur solaire, alors qu'il pourrait être intéressant de privilégier de façon contrôlée la production d'électricité ou la production de chauffage en fonction des besoins. Ainsi en hiver il est plus intéressant de transformer l'énergie solaire en calories pour le chauffage des habitations que de la transformer en l'énergie électrique, étant donné que les rendements de la conversion en énergie calorifique sont bien meilleurs que ceux de la conversion en énergie électrique. BUT DE L'INVENTION L'invention a pour but principal de remédier aux inconvénients précités des concentrateurs solaires mixtes connus. En particulier, l'invention a pour but de décrire un dispositif qui va permettre d'une part de capturer et de concentrer l'énergie solaire, puis de la transformer en énergie électrique et en énergie calorifique, sans les inconvénients des systèmes à cogénération connus. L'invention a également pour but de proposer un concentrateur solaire capable de contrôler en temps réel la quantité d'énergie solaire qui sera transformée en électricité et celle qui sera transformée en calories thermiques. Cette répartition contrôlée entre les deux modes de conversion de l'énergie solaire devra être faite en fonction des conditions de luminosité, en fonction des besoins et/ou en fonction des performances et des rentabilités demandées. En effet une cellule photovoltaïque est coûteuse, et augmenter l'intensité et la durée de son fonctionnement permet alors d'augmenter sa rentabilité.

RESUME DE L'INVENTION Dans son principe de base, l'invention a pour objet un nouveau concentrateur solaire qui comporte d'une part une optique de concentration du rayonnement solaire et d'autre part une cible vers laquelle ladite optique de concentration concentre le rayonnement solaire incident, et la cible possède au 5 moins deux zones de conversion énergétique ayant des modes de conversion de l'énergie solaire différents et qui sont aptes à convertir l'énergie solaire en au moins deux autres types d'énergie. Ce nouveau concentrateur solaire comporte en outre des moyens de contrôle de la répartition du rayonnement solaire entre les différentes zones de conversion énergétique de la cible. De cette manière, il est possible de 10 diriger le rayonnement solaire concentré vers telle ou telle zone de conversion énergétique de la cible, en fonction des besoins ou en fonction de la luminosité. Selon une variante avantageuse de l'invention, lesdits moyens de contrôle de la répartition du rayonnement solaire sont automatisés et reçoivent en entrée un signal représentatif de la priorité à allouer à la production d'un type d'énergie par 15 rapport à un autre type d'énergie, ce signal étant alors utilisé pour piloter la répartition du rayonnement solaire concentré entre les différentes zones de conversion énergétique. Le signal utilisé est par exemple constitué par une mesure en temps réel de la luminosité ambiante, et le pilotage de la répartition du rayonnement entre les différentes zones de conversion est fait en continu ou par 20 intervalles de temps courts, par exemple de l'ordre de quelques secondes. Selon une variante concrète avantageuse du concentrateur selon l'invention, lesdites zones de conversion comportent au moins une zone de conversion de l'énergie solaire en énergie électrique, et une zone de conversion de l'énergie solaire en énergie calorifique. 25 A titre d'exemple non limitatif, la zone de la cible qui assure la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique comporte un capteur photovoltaïque vers lequel est concentrée tout ou partie du rayonnement solaire incident, et la zone de la cible qui assure la conversion de l'énergie solaire en énergie calorifique est constituée par un capteur thermique vers lequel est dirigée la part du rayonnement 30 solaire incident qui n'est pas dirigée vers le capteur photovoltaïque. Selon un agencement avantageux des zones de conversion énergétique de la cible, le capteur photovoltaïque est positionné au centre de la zone de concentration du rayonnement solaire par l'optique de concentration, et le capteur thermique est positionné autour de la zone couverte par le capteur photovoltaïque, mais d'autres agencements sont possibles.

De préférence, le capteur thermique reste thermiquement en contact avec le capteur photovoltaïque, de façon à pouvoir récupérer par conduction thermique l'énergie due à l'échauffement du capteur photovoltaïque qui correspond aux pertes dans le processus de conversion par le capteur de l'énergie solaire en électricité. Selon un autre agencement des zones de conversion de la cible, les deux 10 capteurs sont juxtaposés et le rayonnement solaire concentré est dirigé par l'optique de concentration soit sur le capteur photovoltaïque, soit sur le capteur thermique, soit sur les deux. Le concentrateur optique est composé soit de miroirs paraboliques ou cylindro-paraboliques, soit de lentilles ou de lentilles de Fresnel dont la focale est 15 ponctuelle ou rectiligne, soit d'une combinaison de ces différentes optiques. Selon une première variante de l'invention, l'optique de concentration du concentrateur est configurée de manière que la distance entre la cible et l'optique de concentration soit variable, et en ce que la variation de cette distance entraine la variation de la quantité de rayonnement solaire concentrée sur le capteur 20 photovoltaïque et de la quantité de rayonnement solaire concentrée sur le capteur thermique. Ainsi, il suffit de faire varier la distance entre l'optique de concentration et la cible, pour produire plutôt de l'énergie électrique ou de l'énergie calorifique. Si la cible est positionnée très près de la zone de focalisation de l'optique de concentration, la surface d'éclairage de la cible sera faible, le rayonnement sera très 25 concentré et ne touchera que la cellule photovoltaïque placée au centre de la cible. Si la cible est éloignée de la zone de focalisation, la surface éclairée de la cible sera plus grande, le rayonnement sera moins concentré et touchera la cellule photovoltaïque placée au centre de la cible mais aussi la partie périphérique correspondant au capteur thermique. 30 L'intensité du rayonnement solaire reçu par la cellule photovoltaïque pourra ainsi varier en fonction de la distance entre la cellule et la partie optique, de la même manière que l'intensité du rayonnement solaire qui est reçue par la partie périphérique de la cible, correspondant au capteur thermique. Selon un autre mode de réalisation particulier du concentrateur solaire selon l'invention, l'optique de concentration comprend d'une part une lentille de Fresnel constituée sur une partie au moins de sa surface, par un matériau transparent et polarisant pour la lumière qui la traverse, et d'autre part un filtre polarisant placé devant la lentille de Fresnel ou placé entre la lentille de Fresnel et la cible. La rotation de la lentille ou du filtre l'un par rapport à l'autre et autour d'un axe commun qui passe par leur centre et qui est perpendiculaire à leur surface, provoque l'extinction progressive du rayonnement solaire concentré qui a traversé les deux surfaces polarisantes. Dans ce mode de réalisation la distance entre la lentille et la cible reste fixe et l'automatisme, qui a pour but de faire varier l'intensité lumineuse qui éclaire la cible, commande la rotation d'un angle plus ou moins important entre la lentille et le filtre. La rotation relative de la lentille et du filtre polarisant permet alors de faire varier la proportion de rayonnement solaire concentré vers le capteur photovoltaïque et celle du rayonnement solaire concentré vers le capteur thermique. Les configurations envisagées pour le concentrateur solaire selon l'invention permettent de le régler sur différentes positions. Ainsi, il peut être réglé par exemple pour que le rayonnement solaire concentré n'éclaire que la surface du capteur photovoltaïque, ou pour que le rayonnement solaire concentré éclaire à la fois la surface de la cellule photovoltaïque et une partie de la surface du capteur thermique. Le concentrateur peut encore être réglé pour que l'intensité du rayonnement solaire qui est reçue par le capteur photovoltaïque reste sensiblement constante, même lorsque l'intensité lumineuse du soleil varie.

Toutefois, lorsque la quantité d'énergie de radiation solaire reçue par la cellule photovoltaïque diminuera, alors celle reçue par le capteur thermique augmentera, car la surface de capture de la cellule restera fixe alors que la surface de capture du capteur thermique augmentera dans la même proportion que la surface d'éclairage.

Dans un mode de réalisation envisagé, la cible est composée d'une cellule photovoltaïque et d'un capteur thermique dont une partie au moins de la surface entoure la cellule photovoltaïque de sorte que le rayonnement solaire concentré puisse éclairer à la fois la cellule photovoltaïque et la partie périphérique du capteur thermique. L'autre partie du capteur thermique se positionne derrière la cellule tout en restant en contact thermique avec celle-ci de manière à collecter la chaleur de la cellule et ainsi la refroidir. Le capteur thermique est par exemple constitué par une conduite métallique parcourue par un fluide caloporteur, gazeux ou liquide, comme de l'air, de l'eau ou un mélange d'eau et de glycol. Le capteur thermique comporte par exemple une surface de cuivre recouverte d'une couche de titane colloïdal, ladite surface étant placée sous vide de manière à augmenter l'isolation thermique avec l'extérieur. Le capteur photovoltaïque est constitué par une cellule photovoltaïque par exemple de type au silicium cristallin, organique, monocouche ou multi couches, ou une combinaison de ces différents types connus, ou encore par tout nouveau type de cellule photovoltaïque en fonction des développements de nouvelles technologies de cellules. Dans un mode particulier de réalisation le concentrateur solaire, y compris la cible, est monté sur un suiveur de soleil afin de recevoir un maximum de rayonnement direct du soleil pendant le déplacement horaire et saisonnier de ce 20 dernier. Dans un autre mode particulier de réalisation la cible est fixe par rapport au sol et le concentrateur solaire utilise au moins un héliostat pour rediriger le rayonnement solaire vers la cible. Dans un autre mode particulier de réalisation, c'est la cible qui se déplace 25 par rapport à l'optique du concentrateur pour faire varier leur distance relative. Dans un mode particulier de réalisation donnant la priorité à la production d'électricité, la distance entre la partie optique et la cible est pilotée par un automatisme électromécanique de manière par exemple à maintenir constante la quantité d'énergie du rayonnement solaire reçue par la cellule photovoltaïque, à 30 savoir que les variations d'intensité du rayonnement solaire qui se produisent au cours de la journée et au cours des saisons pourront être compensées par une variation inversement proportionnelle du taux de concentration appliqué à la cellule. Cette stabilité d'irradiation de la cellule aura pour avantage de minimiser les chocs thermiques au niveau de la cellule et de minimiser les pics de puissance électrique à absorber par les composants électriques comme les onduleurs et les transformateurs.

Dans un autre exemple de réalisation donnant la priorité à la production maximale d'énergie calorifique, la position de la cible sera telle que le rayonnement solaire concentré couvrira et s'étalera sur toute la surface de capture de la cible. L'invention a également pour objet un dispositif constitué d'une pluralité de concentrateurs solaires selon l'invention, tous les concentrateurs étant alors reliés 10 par une liaison mécanique et/ou électrique afin que tous les mouvements et déplacements des différentes parties des concentrateurs unitaires se fassent en même temps et à l'identique. Bien entendu, dans ce cas il sera utile de relier également les connexions électriques et les réseaux de circulation de fluide caloporteur de tous les concentrateurs individuels. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détails à l'aide de la description des figures 1 à 4 indexées. 20 La figure lA est un schéma de principe en coupe du dispositif selon l'invention avec une lentille de Fresnel comme optique de concentration, le dispositif étant dans une position de concentration importante du rayonnement solaire sur la cellule photovoltaïque, et nulle sur le capteur thermique. La figure 1B est une illustration du dispositif en face avant de la figure lA 25 avec la visualisation de la surface de la cible éclairée par le rayonnement solaire concentré. La figure 2A est un schéma de principe en coupe du dispositif selon l'invention avec une lentille de Fresnel comme optique de concentration, le dispositif étant représenté dans une position de concentration faible sur la cellule 30 photovoltaïque et sa répartition sur le capteur thermique. La figure 2B est une illustration du dispositif en face avant de la figure 2A avec la visualisation de la surface d'éclairage du rayonnement solaire concentré qui se répartit sur la cellule et sur le capteur thermique. La figure 3A est un schéma de principe en coupe du dispositif selon l'invention, dans un mode particulier de réalisation où une partie de la lentille de Fresnel est polarisante et où un filtre polarisant est placé devant ladite lentille. La figure 3B est un schéma de principe en coupe du dispositif selon l'invention dans un autre mode particulier de réalisation où une partie de la lentille de Fresnel est polarisante et où un filtre polarisant est placé entre la lentille et la cible.

La figure 4 illustre le cas d'une pluralité de concentrateurs selon l'invention, reliés par une liaison mécanique pour l'actionnement des lentilles de Fresnel, et une liaison électrique pour la collecte du courant électrique. On se réfère aux figures 1A et 1B qui représentent le dispositif selon l'invention dans le cas particulier où le concentrateur solaire est une lentille de Fresnel (1) dont la focale est ponctuelle. Le rayonnement solaire incident (2) se concentre sur une cible (4,5) composée d'une cellule photovoltaïque (4) et d'un capteur thermique (5) dont une partie au moins de la surface entoure la cellule photovoltaïque (4) de sorte que le rayonnement solaire concentré (3) issu de la lentille de Fresnel puisse éclairer à la fois la cellule (4) et la partie périphérique de la cible correspondant au capteur thermique (5). La partie centrale du capteur thermique (5) se positionne derrière la cellule (4) tout en restant en contact avec celle-ci de manière à collecter la chaleur de la cellule (4) et ainsi la refroidir. Le capteur thermique (5) est dans cet exemple constitué par une conduite métallique parcourue par un fluide (6) caloporteur composé d'un mélange d'eau et de glycol. Selon un aspect important de l'invention, la lentille de Fresnel (1) peut se déplacer de manière à faire varier sa distance (Dl) par rapport à la cible (4,5). Les figures 1A et 1B représentent le cas où la cible (4,5) est positionnée très près de la zone de focalisation de la lentille de Fresnel la surface éclairée (7A) de la cible est donc faible et le rayonnement solaire (3) est très concentré sur la cellule photovoltaïque (4) qui est placée au centre de la cible.

Les figures 2A et 2B représentent le même cas particulier que les figures lA et 2B mais dans une position où la cible (4,5) est à une distance (D2) de la lentille (1) inférieure au cas précédant (Dl). La surface éclairée de la cible (7B) est alors plus grande que dans le cas précédent (7A) et s'étale à la fois sur la cellule (4) et sur le capteur thermique (5) qui l'entoure. Le rayonnement solaire concentré (7B) se répartit alors sur les deux capteurs (4,5). La cellule (4) reçoit donc moins d'énergie solaire que dans le cas précédent (1A,1B) alors que le capteur thermique (5) en reçoit davantage. Au final, dans cette position du dispositif, l'énergie solaire collectée par le concentrateur (1) s'est répartie différemment entre la cellule photovoltaïque (4) et le capteur thermique (5) simplement en faisant varier la distance (D1,D2) entre la lentille (1) et la cible (4,5), grâce au déplacement de la lentille (1). Cette répartition variable et contrôlée de l'énergie solaire sur les deux capteurs (4,5) de la cible va entrainer une production d'électricité et de calories elle-même variable en fonction des besoins, ce qui est bien le but de l'invention. En particulier, si la priorité est donnée à la production d'électricité photovoltaïque, un automatisme (non illustré) permettra de maintenir à son maximum la quantité d'énergie reçue par la cellule photovoltaïque (4) même pendant les variations de luminosité du soleil. On se réfère maintenant aux figures 3A et 3B qui montrent une autre manière de faire varier la répartition du rayonnement solaire entre le capteur photovoltaïque (4) et le capteur thermique (5) sans avoir à faire varier la distance relative entre la lentille de Fresnel (1) et la cible (4,5). A cet effet, la partie centrale (1P) de la lentille de Fresnel (1) a été rendue polarisante, soit par un traitement de surface approprié, soit par l'ajout d'un composé spécifique au moment de la fabrication de la lentille, soit par la pose d'un film polarisant sur une de ses faces. Un filtre polarisant (8) est alors placé soit devant la lentille (Figure 3A), soit entre la lentille (1) et la cible (4,5) (Figure 3B). Dans ces deux cas de figure, le rayonnement solaire incident (2) qui ne traverse pas les filtres polarisants se concentre (3) essentiellement sur le capteur thermique (5) alors que le rayonnement solaire incident (2) qui traverse à la fois le filtre polarisant (8, 2P) et la surface polarisante (1P) de la lentille (1), se concentre (3P) essentiellement sur la cellule photovoltaïque (4). La distance D2 entre la lentille (1) et la cible (4,5) est alors de préférence fixe et choisie pour que la surface éclairée (7B) de la cible recouvre à la fois le capteur thermique (5) et la cellule (4). La mise en rotation de la lentille de Fresnel (1) autour de son axe de symétrie perpendiculaire à sa surface et passant par son centre est réalisée par exemple à l'aide d'une vis sans fin (9) agissant sur la périphérie de la lentille pourvue à cet effet d'un profil intégré ou rapporté en forme de roue dentée. Alternativement on pourrait garder la lentille de Fresnel (1) fixe en rotation et mettre en rotation le filtre polarisant (8). La rotation relative de la lentille polarisante (1) par rapport au filtre polarisant (8) provoque l'extinction plus ou moins prononcée du rayonnement concentré (3P) qui éclaire la cellule (4) car la lumière aura traversé deux filtres polarisants dont les axes de polarisation se croisent progressivement. Ainsi ce mode particulier de réalisation permet aussi de contrôler la proportion du rayonnement solaire incident (2) qui va atteindre le capteur photovoltaïque (4) et la proportion qui va atteindre le capteur thermique (5). Ce contrôle peut là encore être réalisé en temps réel, par exemple à l'aide d'un automatisme non décrit mais dont la réalisation est à la portée du l'homme du métier. Cet automatisme va stabiliser à son maximum l'énergie solaire reçue par la cellule (4), même pendant les variations de luminosité du soleil, tout en transformant une partie de cette énergie solaire en calories grâce au capteur thermique (5) et à son fluide caloporteur (6). La figure 4 illustre un dispositif particulier qui est constitué d'une pluralité de concentrateurs solaires selon l'invention. Chaque concentrateur est équipé dans cet exemple d'un héliostat (11), d'une lentille de Fresnel (1), d'un capteur thermique (5) et d'une cellule photovoltaïque (4). Tous les concentrateurs individuels sont reliés ensemble d'une part par une liaison mécanique (12) entre tous les miroirs (11) des héliostats, et d'autre part par une liaison mécanique (10) entre toutes les lentilles de Fresnel (1), afin que tous les mouvements et les déplacements des différentes parties des concentrateurs se fassent en même temps et à l'identique. Il sera utile également de relier ensemble électriquement les différents capteurs photovoltaïques (4) afin de permettre la collecte de l'ensemble de l'énergie électrique produite. De même, les capteurs thermiques (5) seront insérés dans un circuit de circulation du fluide caloporteur pour récupérer l'énergie calorifique produite par l'ensemble du dispositif. On décrit maintenant un exemple concret de réalisation : Un dispositif selon l'invention est constitué d'une lentille de Fresnel (1) carrée en poly méthacrylate de méthyle transparent de 0,8 mètre de côté et de 4 mm d'épaisseur. La lentille est de type focale ponctuelle et sa longueur focale est de 90 cm. La lentille de Fresnel (1) reçoit, perpendiculairement à sa surface, la lumière solaire d'un héliostat dont le miroir (11) fait 1 m x 1,50 mètre. A une distance de 90 cm de la lentille de Fresnel (1) est positionnée une cible constituée d'une cellule photovoltaïque (4) en silicium cristallin de 7 cm de côté et d'une puissance crête de 1 watt sous un ensoleillement de 1000 Watts/m2. Cette cellule (4) est collée au centre d'un capteur thermique (5) creux en aluminium anodisé noir et carré de 25 cm de côté et de 1 cm d'épaisseur.

Le capteur thermique (5) est parcouru par un mélange d'eau et de glycol dans une proportion de 70/30. La cible est fixe par rapport au sol et reçoit le rayonnement solaire concentré (3) par la lentille de Fresnel (1). La distance entre la lentille (1) et la cible (4,5) est rendue variable grâce à un chariot supportant la lentille (1) et coulissant le long de deux tubes métalliques parallèles entre eux et perpendiculaires à la surface de la lentille (1). Lorsque la distance Dl entre le centre de la lentille (1) et la cellule (4) est de 80 cm, la taille de la surface de la cible éclairée par le rayonnement concentré est sensiblement la même que la taille de la cellule (4), soit une surface circulaire d'un diamètre de 8 cm. La cellule (4) reçoit donc la totalité du rayonnement solaire avec une concentration de l'ordre de 120 fois. Lorsque la distance D2 entre le centre de la lentille (1) et la cellule (4) est de 55 cm, le diamètre de la surface d'éclairage sur la cible est sensiblement de 25 cm. La cellule (1) et le capteur thermique (5) reçoivent donc la totalité du rayonnement solaire direct avec une concentration de l'ordre de 10 fois. Mais comme le capteur thermique (5) possède une surface éclairée 12 fois supérieure à celle de la cellule (4), il va capturer 12 fois plus d'énergie solaire que la cellule (4).

2 9853 7 7 12 En définitive, et en fonction de la distance entre la cellule (4) et la lentille (1), la concentration solaire sur la cellule (4) pourra varier entre 10 fois et 120 fois, et le reste de l'énergie non transformée en électricité sera transformée en calories qui seront absorbées par le liquide caloporteur (6) en contact avec le capteur 5 thermique (5). Comme la cellule (4) en silicium cristallin est à son maximum d'efficacité sous une irradiation de 15 kW/m2, un moteur électrique pas à pas va déplacer le chariot soutenant la lentille de Fresnel (1) de manière à positionner celle-ci à une distance de la cellule (4) comprise entre 55 cm et 80 cm, ce qui va provoquer une 10 concentration solaire variable entre 10 et 120 fois de manière à ce que l'intensité solaire reçue par la cellule (4) soit régulière et proche de 15 kW/m2. Par exemple pour une irradiation directe normale d'un soleil clair de 500 W/m2 la concentration sera de x30 et pour un soleil voilé de 125 W/m2 la concentration sera de x120, soit quatre fois supérieure. Un automatisme électromécanique va donc permettre à la 15 cellule (4) de produire régulièrement 15 Watts d'électricité (1 watt par kW/m2 d'ensoleillement), même pendant un ensoleillement direct variable entre 125 et 500 W/m2. Le reste de l'énergie non transformée en électricité sera transformé en calories thermiques qui vont d'une part élever la température du mélange eau glycol 20 et d'autre part être perdue à hauteur d'environ 20% par conduction et irradiation dans l'air ambiant. Au total ce sera 80% de l'irradiation solaire directe qui aura été capturée, au lieu d'environ 70 % dans les systèmes mixtes connus dans l'état de la technique. En outre, si la priorité aura été donnée à la production d'électricité, la cellule 25 photovoltaïque (4) aura été exploitée au maximum de sa rentabilité car elle aura fonctionné au maximum de ses possibilités de production (maximum de concentration solaire pendant un maximum de temps). Bien entendu il serait aisément possible de modifier la priorité de production de l'énergie électrique par rapport à l'énergie calorifique.

30 AVANTAGES DE L'INVENTION En définitive l'invention répond aux buts fixés et permet bien de capturer, concentrer, et transformer l'énergie solaire en électricité et en calories, tout en contrôlant la quantité d'énergie solaire qui sera transformée en électricité et celle qui sera transformée en énergie calorifique, cette répartition pouvant être faite en temps réel et en fonction notamment des conditions de luminosité ambiante. Cette répartition entre les deux modes de conversion de l'énergie solaire (électrique et calorifique) est rendue possible grâce à la superposition des deux capteurs respectifs et grâce à la reconfiguration en temps réel de la partie optique du concentrateur en tenant compte des conditions de luminosité ambiantes (soleil clair, soleil voilé, ...), ce qui permet bien de favoriser une forme d'énergie ou une autre en fonction des besoins et/ou en fonction des performances et rentabilités souhaitées pour un capteur ou pour l'autre.

Claims (22)

1. REVENDICATIONS1 - Concentrateur solaire comportant d'une part une optique de concentration (1) du rayonnement solaire et d'autre part une cible (4,5) vers laquelle ladite optique (1) concentre le rayonnement solaire incident, caractérisé en ce que la cible possède au moins deux zones de conversion énergétique (4,5) ayant des modes de conversion de l'énergie solaire différents et qui sont aptes à convertir l'énergie solaire en au moins deux autres types d'énergie, et en ce que le concentrateur solaire comporte des moyens de contrôle de la répartition du rayonnement solaire entre lesdites au moins deux zones de conversion énergétique (4,5) de la cible.
2. 2 - Concentrateur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle de la répartition du rayonnement sont automatisés et reçoivent en entrée un signal représentatif de la priorité à allouer à la production d'un type d'énergie par rapport à un autre type d'énergie, ledit signal étant utilisé pour piloter la répartition du rayonnement entre les différentes zones (4,5) de conversion énergétique.
3. 3 - Concentrateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit signal est une mesure en temps réel de la luminosité ambiante, et en ce que le pilotage de la répartition du rayonnement entre les différentes zones de conversion se fait en continu ou par intervalles de temps courts en fonction de la luminosité ambiante.
4. 4 - Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites zones de conversion comportent au moins une zone de conversion (4) de l'énergie solaire en énergie électrique, et une zone de conversion (5) de l'énergie solaire en énergie calorifique.
5. 5 - Concentrateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cible comporte d'une part un capteur photovoltaïque (4) vers lequel est concentrée toutou partie du rayonnement solaire incident, et d'autre part un capteur thermique (5) vers lequel est dirigée la part du rayonnement solaire incident qui n'est pas dirigée vers le capteur photovoltaïque (4).
6. 6 - Concentrateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que capteur photovoltaïque (4) est positionné au centre de la zone de concentration du rayonnement solaire par l'optique de concentration (1), et en ce que le capteur thermique (5) est positionné autour de la zone couverte par le capteur photovoltaïque (4) et est thermiquement en contact avec elle.
7. 7 - Concentrateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux capteurs (4,5) sont juxtaposés et en ce que le rayonnement solaire concentré est dirigé soit sur le capteur photovoltaïque (4), soit sur le capteur thermique (5), soit sur les deux.
8. 8 - Concentrateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il est configuré pour que la distance (D1, D2) entre le capteur photovoltaïque (4) et l'optique de concentration (1) soit variable, et en ce que la variation de cette distance entraine la variation de la quantité de rayonnement solaire concentrée sur le capteur photovoltaïque (4) et de la quantité de rayonnement solaire concentrée sur le capteur thermique (5).
9. 9 - Concentrateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que pour faire varier la proportion de rayonnement solaire concentré vers le capteur photovoltaïque (4) et celle du rayonnement solaire concentré vers le capteur thermique, on interpose des lentilles ou filtres polarisants sur le trajet du rayonnement solaire concentré vers l'un des capteurs, et on fait varier les axes de polarisation de ces lentilles ou filtres.
10. 10 - Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il est réglé pour que le rayonnement solaire concentré (3) 2 9 853 77 16 n'éclaire que la surface du capteur photovoltaïque (4).
11. 11 - Concentrateur solaire selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il est réglé pour que le rayonnement solaire concentré (3) éclaire à la fois la 5 surface de la cellule photovoltaïque (4) et une partie de la surface du capteur thermique (5).
12. 12 - Concentrateur solaire selon une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il est réglé pour que l'intensité du rayonnement solaire qui est reçue par le 10 capteur photovoltaïque (4) reste sensiblement constante, même lorsque l'intensité lumineuse du soleil varie.
13. 13 - Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'optique de concentration (1) comporte un des 15 éléments suivants ou une combinaison des éléments suivants: une lentille de Fresnel dont la focale est ponctuelle ou rectiligne, un miroir parabolique ou cylindroparabolique, au moins un héliostat.
14. 14 - Concentrateur solaire selon la revendication 13, caractérisé en ce que 20 l'optique de concentration (1) comporte une lentille de Fresnel (1) dont une partie (1P) est polarisante pour le rayonnement solaire (2) qui la traverse, et en ce qu'un filtre polarisant (8) est placé soit devant la partie polarisante (1P) de la lentille de Fresnel (1) soit entre cette partie polarisante (1P) de la lentille de Fresnel (1) et la cible (4,5). 25
15. 15 - Concentrateur solaire selon la revendication 14, caractérisé en ce que la lentille de Fresnel (1) et/ou le filtre polarisant (8) sont mobiles autour d'un axe de rotation qui est perpendiculaire à leurs surfaces, de manière à faire varier leur position relative et par conséquent la quantité de rayonnement solaire transmise à 30 chaque zone de conversion (4,5) énergétique de la cible.
16. 16 - Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisé en ce que le capteur photovoltaïque (4) et le capteur thermique (5) sont fixes par rapport au sol et en ce que le concentrateur solaire comporte au moins un héliostat pour rediriger la rayonnement solaire vers la cible (4,5).
17. 17 - Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisé en ce que le concentrateur solaire et la cible sont montés sur un suiveur de soleil de manière à recevoir un maximum de rayonnement direct du soleil pendant le déplacement horaire et saisonnier de ce dernier.
18. 18 - Concentrateur solaire selon l'une des revendications 5 à 17, caractérisé en ce que le capteur photovoltaïque (4) est constitué par une cellule photovoltaïque de type silicium cristallin, organique, monocouche ou multi couches, ou une combinaison de ces différents types.
19. 19 - Concentrateur solaire selon l'une des revendications 5 à 18, caractérisé en ce que le capteur thermique (5) est une conduite de section carrée, rectangulaire, circulaire, ou une combinaison de ces formes, qui est parcourue par un fluide (6) caloporteur gazeux ou liquide.
20. 20. Concentrateur solaire selon la revendication 19, caractérisé en ce que le capteur thermique comporte une surface de cuivre recouverte d'une couche de titane colloïdal, ladite surface étant placée sous vide de manière à augmenter l'isolation thermique avec l'extérieur.
21. 21 - Concentrateur solaire selon une des revendications 5 à 20, caractérisé en ce qu'une partie au moins du capteur thermique (5) est en contact thermique avec la face arrière du capteur photovoltaïque (4). 30
22. 22 - Dispositif comprenant une pluralité de concentrateurs solaires selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes les optiques de 10 15 20 25concentrations (1,11) sont reliées mécaniquement (10,12) entre elles de sorte que tous leurs déplacements se font en même temps et à l'identique.