FR3012271A1

FR3012271A1 - Systeme electro/thermodynamique de production & de stockage d'energie

Info

Publication number: FR3012271A1
Application number: FR1302429A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Gilbert Ugolin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-24

Abstract

Cette invention décrit un procédé et les dispositifs s'articulant autour de cellules Peltier/Seebeck pour produire de l'électricité, de l'eau chaude et du froid à partir du rayonnement solaire et les moyens de stocker cette énergie. Elle comprend des panneaux solaires Fig1 refroidis comprenant des cellules Peltier, des compresseurs préférentiellement mus par l'énergie solaire ainsi qu'un gaz ou un fluide circulant permettant de réaliser un cycle thermodynamique. Des résistances Peltier/Seebeck ou des cellules photovoltaïques ou une combinaison de résistances Peltier/Seebeck et de cellules photovoltaïques incluses dans un panneau solaire dont une face (1,3) est isolée thermiquement et l'autre face refroidie par un fluide (7, 8, 9), sont exposées par leur face isolée à un rayonnement solaire de manière qu'un gradient de température induit par le rayonnement solaire, et le refroidissement, génère une différence de potentiel et un courant électrique dans un circuit incluant des résistances Peltier/ Seebeck complémenté éventuellement par un effet photovoltaïque. Le fluide ou gaz de refroidissement de la face non exposée du panneau solaire permet d'accentuer et de maintenir les gradients de température entre les deux faces des résistances Peltier/Seebeck (14) du circuit pour produire de l'électricité et permettre l'animation d'un circuit thermodynamique dont les échanges thermiques sont assistés par des résistances Peltier/ Seebeck afin de produire du courant électrique, du froid et de l'eau chaude sanitaire. Le courant généré, la chaleur et le froid produits sont directement utilisés, ou emmagasinés dans un accumulateur électro/thermodynamique fonctionnant avec un gaz refroidi et un sel fondu.

Description

Les deux principaux types de production d'énergie électrique à partir du rayonnement solaire sont les procédés photovoltaïques et les procédés thermosolaires. Les procédés photovoltaïques sont les plus répandus, mais présentent le désavantage d'être coûteux avec des rendements de conversion énergétique 5inférieurs à 24 %, et cela même pour les procédés les plus novateurs tels que nanosolar. A côté des procédés photovoltaïques, les procédés thermo-solaires ont de meilleurs rendement de l'ordre de 30%, en revanche ils sont plus encombrants et mieux adaptés pour une production importante d'électricité. De nouveaux dispositifs couplant un moteur Stierling avec un concentrateur sont actuellement 10développés pour produire du courant électrique. Toutefois, l'utilisation de gaz rares tels que l'argon améliorent le rendement de ces machines, mais les rendent plus coûteuses et relativement fragiles. Les turbines sont des machines thermiques robustes qui offrent parmi les meilleures rendements, de l'ordre de 30 à 36 %. De plus, ces machines offrent en général d'importantes possibilités de cogénération, 15ce que ne permettent pas les installations photovoltaïques et très difficilement les moteurs Stierling solaires en raison de la géométrie des installations. En revanche, la géométrie générale des turbines, qui impose des dimensions importantes, est difficilement compatible avec de petites et moyennes installations solaires. Notamment dans le cadre de l'utilisation de cheminées solaires. De plus, quelque 20soit le mode de production d'énergie solaire, le stockage de cette énergie reste problématique, de même que le couplage de différentes formes de production d'énergie électrique à petite échelle. Enfin, le couplage des différentes formes d'énergie renouvelable se fait généralement au niveau de l'installation électrique par l'intermédiaire d'un onduleur, ce dispositif coûteux pose également des 25problèmes de rendement lors de la conversion de courant de natures différentes vers un même collecteur. D'autre types de dispositifs sont actuellement utilisés pour produire de l'énergie solaire par des dispositifs de confinement d'un rayonnement solaire dans des fibres optiques, ce qui permet permet l'utilisation de la lumière soit pour l'éclairage, soit pour la production d'électricité, néanmoins 30ces technologies sont nouvelles et impliquent de résoudre des verrous technologiques rendant coûteuses ces techniques. Enfin, des systèmes de réchauffement solaire d'un gaz subissant un cycle thermodynamique peuvent être utilisés pour produire de l'eau chaude, néanmoins ces derniers systèmes nécessitent l'utilisation de compresseurs électriques pour assurer le cycle 35thermodynamique, de plus le rendement des cycles thermodynamiques reste médiocre. Des résistances Peltier sont notamment utilisées pour produire de l'électricité à partir de vapeur chaude, notamment dans l'industrie nucléaire. Toutefois, ces résistances Peltier ne sont pas utilisées pour produire de l'électricité solaire. D'autre part, l'échauffement des cellules photovoltaïques diminue le 40rendement de production de courant électrique. Ceci diminue fortement le rendement des cellules photovoltaïques dans les pays tropicaux durant l'été. De plus, les systèmes de stockage d'électricité pour les systèmes photovoltaïques font intervenir essentiellement des batteries électriques. De plus, les systèmes 45 photovoltaïques ne permettent pas directement de produire l'eau photovoltaïque. Nous décrivons un nouveau système thermo-solaire permettant de produire simultanément de V électricité et de la chaleur en utilisant des résistances Peltier, d'une part comme capteur du rayonnement solaire, complétées éventuellement par des cellules photovoltaïques, et d'autre part, comme moyen d'améliorer le 50rendement d'un cycle thermodynamique entre une source froide et une des faces des résistances Peltier. De plus, le système que nous proposons utilise des cellules Peltier pour stocker l'énergie dans un gaz ou un fluide par des cycles de refroidissement et de réchauffement. Ce dispositif met en jeu préférentiellement une nouvelle géométrie de turbine fonctionnant à l'énergie thermique, fournissant 55I'énergie mécanique qui assure les compressions du cycle thermodynamique. De part la géométrie des éléments du dispositif thermo-solaire, il permet un couplage hydraulique simple avec d'autres types d'unités de production électrique telles que les éoliennes et les hydroliennes. De plus, il permet de choisir par simple redirection des fluides du cycle thermodynamique, de stocker l'énergie dans un 60gaz compressé, liquéfié, supercritique ou congelé (solidifié). Description du dispositif.

65 L'invention consiste en un procédé et en des dispositifs pour réaliser un système de production d'énergie mixte photo/thermo-solaire électricité/chaud/froid/ stockage d'énergie, intégrant des résistances Peltier/ Seebeck dans les phases de captage de l'énergie solaire et/ou du cycle thermodynamique et/ou du stockage.

70 Le dispositif utilise l'énergie solaire et la circulation d'un fluide ou d'un gaz dans un panneau solaire pour régénérer un gradient de température entre les faces de résistances Peltier/ Seebeck, ci-après nommée résistances ou cellules Peltier pour produire de l'électricité, un mouvement cinétique et des gaz chauds.

75Ceux-ci sont utilisés pour produire de l'électricité, du froid, de la chaleur sanitaire ou de la climatisation et ainsi que pour stocker l'énergie. Le procédé peut être décomposé en : 80 a) Un capteur solaire capable de produire du courant électrique sous l'action d'un rayonnement solaire, simultanément à la production d'un gradient thermique entre les faces du capteur par circulation du gaz d'un fluide . 85b) un cycle thermodynamique utilisant l'énergie résultant du gradient thermique et des résistances Peltier pour chauffer et refroidir des fluides et des gaz et produire de l'électricité . Le cycle thermodynamique assurant le refroidissement ou le chauffage de la face inférieur du capteur, est optimisé par le transfert d'énergie thermique d'une position à l'autre d'un circuit thermodynamique grâce à des 90résistances Peltier. C) Un cycle thermodynamique et permettant de produire et de stocker de l'énergie électrique sous forme calorifique (froid/chaud). 95 1.1 Dans un mode de réalisation particulier, le capteur solaire comprend une plaque thermiquement conductrice de faible épaisseur, comprise entre 1 cm et 1/10 de millimètre Fig1.1, telle que soit fixé, collé ou posé sur la face inférieure 100de la plaque thermiquement conductrice des résistances Peltier Fig1.2. La plaque sera préférentiellement en matériau thermiquement conducteur tel que métal, cuivre, aluminium, céramique thermiquement conductrice ou tout autre matériau thermiquement conducteur. Au-dessus de la face supérieure de la plaque est disposé un écran transparent Fig1.3 fixé éventuellement par un joint tel que le 105vide puisse être établi entre la plaque et l'écran. Dans d'autres modes de réalisation, un gaz isolant pourra être introduit entre la plaque et l'écran tel que argon, kripton, xéon, azote... Des entretoises par exemple pyramidales en matériau transparent tel que PPMA, verre etc. permettront de maintenir l'écran transparent et la plaque thermiquement conductrice à distance.

110Sur la face inférieure de la plaque thermiquement conductrice comportant les résistances Peltier fixées par leur face supérieure, sera par exemple disposée une plaque isolante comportant des ouvertures pour chaque Peltier. Les plaques d'isolant sera en tout matériau isolant thermiquement, notamment céramique, plastique tel que polyuréthane ....

115 Un tube de connexion en ligne ou tube en ligne Fig1.4, par exemple en métal tel que cuivre ou aluminium, mais préférentiellement en matériau non conducteur 3 0 1 2 2 7 1 3 thermiquement, ou en tout autre matériau est disposé en vis-à-vis de chaque ligne de résistances Peltier. Les tubes de chaque ligne rejoignent un même distributeur de manière Fig1.5 à former par exemple une structure en peigne. Au niveau de 120chaque résistance Peltier les tubes de ligne sont percés Fig1.6 par un diffuseur, un gicleur, un évaporateur F1.7 etc., permettant une diffusion d'un gaz ou d'un fluide en vis-à-vis de la face inférieure de chaque Peltier. Dans certaines conditions, le gicleur peut être remplacé par une tête piezzo-électrique. Dans certains modes de réalisation un tube transverse Fig1.8 connecte chaque trou, gicleur ou évaporateur 125à la face inférieure de la résistance Peltier de manière à diriger le gaz ou le spray en cours d'évaporation au contact de la face inférieure de la résistance Peltier. Un autre tube perpendiculaire, tube colonne Fig1.9, relie les tubes transverses connectés à l'ensemble des résistances Peltier d'une même colonne ou éventuellement d'une même ligne de résistances Peltier ou de cellules 130photovoltaïques. Dans un mode de réalisation particulier, les tubes transverses sont confluents en leur centre, avec le tube colonne de manière à créer un passage entre un tube 135transverse et un tube colonne. Dans un mode de réalisation encore plus particulier une buse installée dans chaque tube transverse vient délivrer un spray ou un fluide juste au niveau de la face inférieure de la résistance Peltier Fig1.7. L'ensemble tubes lignes, tubes colonnes, tubes transverses, système de diffuseur 140sous chaque résistance Peltier représente un système de refroidissement parallèle permettant de refroidir chaque élément du panneau solaire séparément; contrairement à un échangeur classique où un même volume de gaz passe devant plusieurs éléments de panneau solaire entraînant une accumulation d'énergie dans le volume de gaz, de ce fait le gradient thermique diminuerait au 145fur et à mesure de l'avancée du volume de gaz. Le fluide ou le gaz diffusé pourra être de l'air ou un gaz quelconque, mais aussi un fluide frigorifique ou du fluide supercritique tel que du CO2 supercritique. Le fluide ou le gaz permettra de refroidir la face inférieure de la résistance Peltier de 150manière à créer une différence de température entre la face supérieure des résistances Peltier réchauffées par la chaleur du rayonnement solaire transmis par la plaque conductrice (gradient thermique) Fig2.11. De manière préférentielle, l'utilisation d'un spray de fluide de refroidissement frigorifique ou de CO2 supercritique permet de contrôler la température au niveau de la face inférieure de 1551a résistance Peltier grâce à la chaleur latente d'absorption de changement de phase du fluide ou du gaz supercritique. Tous les fluides frigorifiques utilisés pour générer du froid peuvent être utilisés et notamment les fluides à base de fluoro carbone, de même que les fluides utilisés dans les pompes à chaleur. Le changement de phase s'effectuant à une température constante, il sera préféré 160des sprays ou des évaporateurs pour refroidir la face inférieure des résistances ou cellules Peltier. Le gradient de température Fig2.11-13 généré entre les faces de chaque résistance Peltier permet de générer une tension et un courant aux bornes des résistances Peltier Fig2.12. Les gaz et ou vapeur formés au niveau de la face inférieure des résistances Peltier seront évacués par les tubes colonnes 165qui seront reliés à un collecteur de tube colonne Fig1.10. Les résistances Peltier seront de préférence montées électriquement en parallèle Fig2.14 de manière à ce que les courants s'additionnent. Chaque résistance Peltier sera de préférence montée en série avec une diode Fig2.15 obligeant le courant à circuler dans un seul sens. Cette diode permet d'éviter qu'une résistance Peltier consomme le 170courant du circuit pour produire un gradient de température, comme cela peut se produire si le panneau est soumis à un ensoleillement asymétrique. Dans un mode de réalisation particulier, la face supérieure de la plaque d'absorption thermique est recouverte d'une peinture noire ou d'une céramique noire absorbant le plus grand spectre de lumière. Le plan transparent aura une transparence 175 maximale pour le plus grand spectre de lumière . La lumière solaire traversant le plan transparent vient chauffer la plaque thermiquement conductrice qui transmet cette chaleur à la face supérieure de la résistance Peltier. Un fluide, un liquide, ou un gaz injecté éventuellement sous pression dans les tubes lignes est pulvérisé dans les tubes transverses au travers 180des évaporateurs ou gicleurs éventuellement sous forme de spray sur la face inférieure des résistances Peltier. La face inférieure des résistances Peltier est ainsi refroidie, générant un gradient de température entre les deux faces des résistances Fig2.11. Le gradient de température entraîne la génération d'un courant Fig2.12 proportionnel au flux thermique Fig2.13 aux bornes des 185résistances Peltier et la génération d'un courant dans le circuit lorsque celui-ci est fermé. Afin de récupérer la chaleur produite par l'effet Joule, les fils du circuit électrique et plus particulièrement les fils électriques des résistances Peltier sont collés aux tubes colonnes, l'ensemble étant isolé de manière à ce que la chaleur de l'effet Joule des fils électriques soit transférée au gaz circulant dans les tubes 190colonnes, au travers de leur paroi préférentiellement en matériau conducteur, par exemple en cuivre ou en aluminium. Les tubes lignes et transverses seront préférentiellement faiblement conducteurs de chaleur. 1.2 Dans un mode de réalisation particulier, les cellules Peltier et la plaque 195thermique conductrice d'absorption solaire sont remplacés par des cellules photovoltaïques, tel que les tubes transverses sont accolés à la face inférieure des cellules photovoltaïques de manière à ce que les sprays ou les gaz diffusés refroidissent la cellule photovoltaïque. 2001.3 Dans un mode de réalisation préférentiel, les résistances Peltier et la plaque thermique conductrice sont remplacés par un empilement cellules photovoltaïques/ résistances Peltier. La face supérieure de la résistance Peltier étant accouplée, collée, à la face inférieure d'une cellule photovoltaïque. Dans certains modes de réalisation, une plaque thermiquement conductrice sera 205introduite entre la cellule photovoltaïque et la cellule Peltier. Dans certains modes de réalisation, la cellule photovoltaïque est réalisée directement sur la plaque métallique par empilement de couches minces de silice et d'isolant, ou par empilement d'un isolant et de nanoparticules quantiques ou d'encre à nanoparticules quantiques. La cellule photovoltaïque ou le système photovoltaïque 210à nanoparticules absorbent la lumière solaire et la transforment en électricité. L'échauffement des cellules photovoltaïques chauffe la face supérieure des cellules Peltier, alors que la face inférieure des cellules Peltier est refroidie par le système de diffuseurs de sprays ou de gaz des tubes transverses. Les fils électriques des cellules photovoltaïques et et de cellules Peltier sont accolés aux 215tubes colonnes pour récupérer la chaleur de l'effet Joule dans le gaz ou le fluide circulant dans les tubes colonnes. 2.1 La chaleur et l'énergie cinétique stockées dans le gaz ou le fluide au cours du cycle de refroidissement des résistances Peltier et/ou des cellules 220photovoltaïques, seront par exemple utilisées pour animer une turbine ou chauffer de l'eau sanitaire dans un chauffe-eau thermodynamique fonctionnant avec un échangeur gaz ou fluide /eau. 2.2 Dans un mode de réalisation particulier, le gaz ou le fluide sortant des tubes 225colonnes, au travers d'un collecteur Fig1.10, est injecté dans une cycloturbine Fig3. La cycloturbine peut utiliser pour accélérer et surchauffer le gaz, un concentrateur solaire, constitué d'un déflecteur, qui peut être par exemple de forme parabolique, concave, ellipsoïdal, plan, ou encore un système de concentration par fibres optique etc., réfléchissant la lumière sur la cycloturbine.

230 Mais dans un mode de réalisation préférentiel, la cycloturbine utilisera toute ou partie de l'énergie produite par les panneaux solaires comprenant les résistances 3 0 1 2 2 7 1 Peltier et/ou les cellules photovoltaïques pour accélérer et surchauffer le gaz en sortie du collecteur des tubes colonnes.

235 Le système de tubes emboîté de la cycloturbine comprend pour sa partie la plus extérieure un tuyau externe Fig3.16. L'entrée du tube externe Fig3.17 est repliée en U, de manière à ce que deux portions de tuyau soit en vis-à-vis. Sur les parties 240de tuyau en vis-à-vis, deux radiateurs Fig3.18 présentant une face plane sont disposés en vis-à-vis également. Des résistances Peltier Fig3.19 sont introduites entre les deux radiateurs de la partie en U du tube externe de la cycloturbine telles que chaque face des résistances Peltier soit accolées ou collées à une face de chacun des deux radiateurs de la structure en U. Les résistances seront montées 245en parallèle Fig3.14 dans un circuit électrique , et une diode Fig3.20 sera montée en série sur chaque résistance Peltier obligeant le courant à circuler dans un même sens dans les résistances Peltier de la structure en U. Le sens de circulation du courant sera défini pour que la face des résistances Peltier, du côté du radiateur de la structure en U connectant le collecteur des tubes colonnes, soit 250refroidie et que la face des résistances Peltier connectées au radiateur de l'autre partie de la structure en U soit échauffée. Ainsi, sous l'action du courant électrique, la chaleur du gaz arrivant du collecteur des tubes en colonne est pompée de la face des résistances Peltier dans la première partie de la structure en U et transférée au gaz remontant de la deuxième partie de la structure en U du 255tube externe de la cycloturbine. Le gaz refroidi étant plus dense dans la première partie de la structure en U, il poussera le gaz échauffé dans la deuxième partie de la structure en U. Les parties de la paroi du tube externe de la cycloturbine qui ne sont pas en contact avec les radiateurs seront doublées, l'espace entre la double paroi du tube externe sera sous vide de manière à limiter les échanges thermiques 260entre les deux pans de la double paroi. Le tuyau externe est surmonté et fermé par une enceinte conique inversée de sorte à former une structure cyclonique inversée Fig3.21. A l'entrée du cyclone inversé est disposé un rouet Fig3.22 dont la partie centrale est percée d'un trou. Au centre du trou central du rouet est disposé un axe Fig3.23 solidaire du rouet 265Fig3.22 se prolongeant d'une part dans le premier tiers du cyclone et d'autre part, au centre du tuyau externe le traversant. Dans le premier tiers du cyclone en position centrale est disposé un tuyau autour de l'axe du rouet constituant le tuyau d'axe Fig3.24. Le rouet prend appui à sa base (partie évasée) sur le tuyau d'axe qui comprendra à ce niveau des moyens permettant la rotation du rouet, tels que 270un roulement à billes. Le tuyau d'axe permettra de capter le flux central sortant du cyclone. La partie de l'axe de rouet inclus dans le tuyau d'axe comprendra des hélices ou aubes disposées en rotor à un ou plusieurs étages Fig3.25. En vis-à-vis des aubes du ou des rotors, des aubes fixes sont par exemple disposés sur la face intérieure du tuyau d'axe de manière à former des stators pour les rotors.

275L'ensemble tube d'axe et axe de rouet plus aubes forment ainsi une turbine, de telle sorte que l'axe de rouet en tournant entraîne le rouet. Les ailettes disposées sur le rouet Fig3.26 et les aubes de l'axe de rouet Fig3.27 seront orientées en sens inverse de telle manière qu'en tournant, les ailettes du rouet fassent pénétrer et compriment le gaz à l'intérieur du cyclone, la rotation du rouet étant obtenue 280alors par l'action des gaz, sortant du cyclone, sur les aubes de la turbine au centre du cyclone. Le rouet est caréné dans une structure complémentaire reliant d'une part le tuyau externe au bord du cyclone et d'autre part le bord du cyclone au bord du tuyau de d'axe. Le sommet du rouet (partie la plus étroîte ) prend appui sur un tuyau de sortie de cyclone, disposé au centre du tuyau externe et qui entoure l'axe 285de rouet, de telle manière que le rouet puisse tourner grâce à des moyeux introduits au niveau de ce tuyau de sortie de cyclone tel que des roulements à billes. Au niveau de la jointure entre le carénage du rouet et le cyclone sont disposés des conduits obliques plus ou moins inclinés, de quelques dizaines de micron à plusieurs centimètres de diamètre. Ces conduits permettent au gaz 290provenant du tuyau externe et comprimé par le rouet de passer dans le cyclone.

3 0 1 2 2 7 1 6 L'orientation des conduits permettra d'orienter et d'impulser au gaz entrant dans le cyclone, un tournoiement qui induit un vortex vers le sommet du cône formant le cyclone. Arrivé au sommet du cône, le gaz s'organise en une colonne qui se dirigera alors vers le tuyau d'axe où il s'engouffrera en actionnant la turbine au 295centre du cyclone. Pour limiter les échanges thermiques entre les différents éléments de la cycloturbine, les parois de certains éléments pourront être doublées, un gaz servant d'isolant entre les deux couches des parois. Dans un mode de réalisation encore plus préférentiel, un vide est maintenu entre les deux couches des parois des éléments différents ou dans la chambre annulaire 300transparente grâce à une aspiration résultant de l'écoulement des fluides au niveau de la cheminée d'aspiration selon le principe de Bernoulli. 2.3 Dans un mode de réalisation particulier, le tuyau d'axe comprendra des résistances Peltier Fig3.2 disposées en-dessous du niveau des hélices ou des 305aubes disposées sur l'axe. Les résistances Peltier seront accolées à la paroi du tuyau d'axe essentiellement par l'intermédiaire d'un radiateur, la portion d'accouplement du tuyau d'axe recevant les résistances Peltier sera conductrice thermique. Des barres du radiateurs pourront traverser la paroi du tuyau d'axe pour faciliter l'échange thermique entre le gaz circulant dans le tuyau d'axe et le 310gaz circulant dans le tuyau externe. La deuxième face des résistances Peltier sera en contact avec le gaz circulant dans le tuyau externe. Un radiateur pourra également être disposé sur la deuxième face des résistances Peltier pour faciliter les échanges thermiques entre la deuxième face des résistances Peltier et le gaz circulant dans le tube externe. Chaque résistance Peltier sera connectée en série 315avec une diode Fig3.15 obligeant la circulation du courant électrique dans un sens unique dans les résistances. Le sens de circulation du courant sera défini tel que la face des résistances Peltier vis-à-vis du tube axial soit refroidie et la face de la résistance Peltier dans la lumière du tube externe soit chaude. Les résistances seront montées en parallèle.

320Le réseau électrique des résistances Peltier de l'élément en U et le réseau des résistances Peltier des tubes externes et axiaux sont connectés Fig3.14 tels que la circulation du courant respecte le gradient des températures décrites. Préférentiellement, les deux réseaux seront montés en opposition tel que les résistances Peltier soumises au plus grand gradient de température induisent un 325courant électrique dans les résistances Peltier du réseau présentant le plus faible gradient de température entre les deux faces des résistances. En effet, les réseaux dont les résistances Peltier présentent le plus grand gradient de température agissent comme un générateur vis-à-vis du réseau dont les résistances Peltier sont soumises au plus faible gradient. En fonctionnement, les 330gaz sont chauffés dans le cyclone de la cycloturbine, les gaz de la colonne descendante en sortie du cyclone sont plus chauds que les gaz montants dans le tube externe. Le gradient thermique entre les deux faces des résistances Peltier tube axial/tubes externes (réseau A) génère donc un courant électrique dans le circuit et la résistance Peltier de l'élément en U (réseau B) tel que la chaleur soit 335pompée des gaz provenant du collecteur des tubes colonnes vers les gaz remontant dans le tube externe. Les gaz sont donc refroidis à l'entrée de l'élément en U et chauffés à la sortie de cet élément, alors que les gaz sont refroidis en fin de tube axial et chauffé dans la partie correspondant du tube externe. La colonne de gaz dans le tube externe aura donc tendance à monter vers le cyclone situé en 340hauteur. Un courant appliqué aux bornes du réseau B peut amplifier ce pompage thermique, le courant généré au réseau A s'additionnant à ce courant. Le câblage des résistances Peltier du réseau A et B se fait de telle sorte que la chaleur de l'effet Joule soit échangée avec les gaz circulant dans le tube externe. Les résistances Peltier du circuit A et B forment donc un système de résistances 345Peltier/Seebeck Générateur/pompe thermique ou A joue le rôle du générateur et B celui de la pompe thermique. 2.4 Le surchauffage du gaz dans le cyclone de la cycloturbine préférentiellement 350au niveau des conduits obliques Fig3.28 pourra se faire en concentrant sur ou dans le cyclone un rayonnement solaire directement avec des concentrateurs solaires ou indirectement par une canalisation du rayonnement solaire dans des fibres. De manière préférentielle, le surchauffage des gaz dans le cyclone sera obtenu par effet Joule Fig3.29, par exemple grâce à une résistance autour ou 355dans le cyclone. Dans d'autres modes de réalisation, il pourra être utilisé des chauffages par induction ou par lampe halogène ou tout autre moyen utilisant l'énergie électrique pour produire de la chaleur. Dans un mode de réalisation particulier, le chauffage se fera par induction directement dans le gaz au travers d'une antenne alimentée par un courant haute fréquence entre 1Mhz et 1Ghz.

360L'énergie provenant du refroidissement de l'antenne pourra être récupérée au niveau des gaz circulant dans le tube externe, un éjecteur, ou un chauffe-eau thermodynamique. Dans d'autres modes de réalisation, le surchauffage des gaz dans le cyclone pourra être obtenu par injection de micro-ondes ou de micro-ondes accompagnées d'infrarouges directement dans le cyclone. Dans ces deux 365derniers modes de réalisation, les gaz pourront être surchauffés jusqu'à atteindre un plasma. Tout ou partie de l'énergie produite par les résistances Peltier et ou photovoltaïques des panneaux solaires pourra être utilisé pour réaliser le 370surchauffage des gaz de la cycloturbine. 2.5 Dans certains modes de réalisation, en sortie de tube axial le mouvement de l'axe de rouet pourra être utilisé par divers applications, par exemple être utilisé pour animer une génératrice afin de produire du courant électrique ou encore un 375compresseur afin de comprimer le gaz utilisé dans le cycle thermodynamique de refroidissement des résistances Peltier et/ou photovoltaïques des panneaux solaires. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'axe de rouet entraînera une pompe hydraulique animant un circuit hydraulique. Le circuit hydraulique entraînant par exemple au travers de moteurs hydrauliques au moins une 380génératrice et au moins un compresseur de gaz, la distribution de puissance entre les différents éléments se faisant par exemple par l'intermédiaire d'un répartiteur hydraulique. 2.6 Dans certains modes de réalisation, en sortie de tube axial le gaz est dirigé 385vers un échangeur thermique pour abaisser sa température et utiliser sa chaleur, par exemple un échangeur eau/gaz d'un chauffe-eau thermodynamique. Plus généralement, l'échangeur thermique sera celui d'un système de chauffage quelconque (chauffage central, chauffage de piscine, pompe à chaleur...). En sortie d'échangeur, le gaz peut être compressé par un compresseur animé 390directement ou indirectement par l'axe de rouet. Après compression, le gaz passe éventuellement de nouveau dans un échangeur thermique pour abaisser sa température avant d'être injecté dans le distributeur des tubes lignes d'un panneau solaire. 395 2.7 Dans certains modes de réalisation, en sortie de tube axial une partie du gaz par exemple 50%, est dirigée vers un échangeur thermique pour abaisser sa température, par exemple un échangeur eau/gaz d'un chauffe-eau thermodynamique ou plus généralement l'échangeur thermique d'un système de 400chauffage quelconque (chauffage central, chauffage de piscine, pompe à chaleur...). En sortie d'échangeur le gaz est dirigé vers l'entree d'aspiration d'un éjecteur. L'autre partie du gaz est alors surchauffée pour accélérer sa vitesse et dirigée vers l'entrée moteur d'un éjecteur, de manière à ce que le gaz refroidi soit comprimé par le fluide moteur de l'éjecteur. L'utilisation des éjecteurs sera 405particulièrement privilégiée pour l'utilisation de gaz peu condensables comme l'air ou le CO2. 8 2.6) Dans un mode encore plus avantageux, la sortie de l'éjecteur est dirigée vers l'entrée d'un compresseur animé directement ou indirectement par l'axe de rouet 410avant de passer dans des échangeurs thermiques pour abaisser la température des gaz ou des condensats. Le passage dans un échangeur peut être réalisé après chaque phase de compression. En sortie de compression les gaz ou condensats refroidis sont de nouveau injectés dans le répartiteur des tubes lignes du panneau solaire. 415 2.7) Dans certains modes de réalisation, les gaz en sortie de compresseur seront refroidis grâce à un tube à vortex. Le gaz injecté sous pression dans le tube à vortex sortira à une extrémité refroidie eventuellement liquéfié ou condensé et à 420l'autre extrémité surchauffé. Le gaz refroidi ou condensé pourra par exemple être utilisé pour produire du froid sanitaire ou pour être stocké pour produire plus tard de l'électricité ou du mouvement. Le gaz surchauffé pourra être utilisé dans un échangeur pour produire de l'eau chaude ou pour accélérer le gaz du fluide moteur de l'éjecteur ou pour toute autre utilisation nécessitant un gaz chaud.

425 Dans un mode préférentiel, le tube à vortex Fig4.30 sera couplé avec deux circuits de résistances Peltier. Des résistances Peltier Fig4.19 seront accolées ou collées par une de leurs faces sur la partie du tube vortex où se fait l'échange thermique entre la couche de gaz injecté en vortex dans le tube et la couche de gaz refroidi 430circulant à contre-sens vers la sortie du vortex. Un radiateur présentant une face concave et l'autre plane permet d'adapter les résistances Peltier au tube de vortex. Les résistances Peltier seront chacune munie d'une diode obligeant le courant à ne circuler que dans un sens Fig4.20 et le sens de circulation du courant sera défini tel que la face des résistances Peltier du côté du tube à vortex sera 435refroidie alors que la face la plus distante sera réchauffée. Les résistances Peltier seront branchées en parallèle dans un circuit B'. Le côté du tube à vortex où sortent les gaz chauds est prolongé par un tube Fig4.31, métallique ou céramique ou tout autre matériau conducteur, permettant de récupérer les gaz chauds. Des résistances Peltier Fig4.2 seront accolées ou collées par une de leurs faces sur le 440tube de récupération des gaz chauds. Un radiateur présentant une face concave et l'autre plane permet d'adapter les résistances Peltier au tube de collection des gaz chauds. Les résistances Peltier seront chacune munie d'une diode Fig4.15 obligeant le courant à ne circuler que dans un sens et le sens de circulation du courant sera défini tel que la face de la résistance Peltier du côté récupération 445des gaz chauds du tube sera refroidie alors que la face la plus distante sera réchauffée. Les résistances Peltier seront branchées en parallèle Fig4.14 dans un circuit A'. Les deux Fig4.14 circuits sont branchés l'un à l'autre en opposition de telle sorte qu'un gradient de température dans les résistances Peltier du circuit A' les fasse fonctionner comme une pile ou un générateur électrique qui alimente en 450électricité les résistances Peltier du circuit B' . Lors du fonctionnement du tube à vortex l'échangeur Fi94.32 refroidit les faces externes des résistances Peltier du circuit A' créant ainsi un gradient de température. Le gradient de température génère dans les résistances Peltier du circuit A' un courant qui alimente le circuit B' générant un gradient de température qui pompera la chaleur de la zone 455d'échange thermique du tube à vortex vers l'échangeur ou le deuxième échangeur Fig4.33 thermique. L'abaissement de température dans le tube à vortex sera alors amplifié. Dans certains modes de réalisation, les échangeurs du tube à vortex seront construits sur le même principe que celui du système de refroidissement des panneaux solaires Peltier. Les résistances Peltier du circuit A' et B' forment 460donc un système de résistances Peltier/Seebeck Générateur/pompe thermique où A' joue le rôle du générateur et B' celui de la pompe thermique. 4653.1) De nombreuses combinaisons des éléments décrits peuvent être faites pour réaliser de nombreux cycles thermodynamiques, sans être exhaustif nous pouvons donner un exemple de cycle thermodynamique fermé où par exemple un fluide de réfrigération est utilisé dans le cycle. 1) le fluide traverse les panneaux solaires où il est échauffé 2) le fluide traverse la cycloturbine où il est surchauffé et 470accéléré, 3) le fluide est refroidi dans un échangeur air/eau 4) le fluide est compressé (éjecteur + compresseur) 5) le fluide est refroidi en un échangeur air/eau 6) le fluide repart dans les panneaux solaires. Nous pouvons donner un exemple de circuit ouvert, par exemple pour l'utilisation 475de l'air comme gaz de refroidissement: 1) l'air extérieur est aspiré par l'éjecteur côté aspiration et comprimé 2) l'air est de nouveau comprimé par un compresseur 3) l'air est refroidi dans un tube à vortex 4) le gaz chaud du tube à vortex chauffe le gaz moteur de l'éjecteur dans un échangeur gaz/gaz et/ou échange sa chaleur avec de l'eau dans un chauffe-eau thermodynamique 4') l'air froid est injecté dans 4801e distributeur de ligne du panneau solaire 6) en sortie du panneau solaire l'air est aspiré, surchauffé et accéléré par la cycloturbine, 7) une partie de l'air est injectée comme gaz moteur dans l'éjecteur 7') l'autre partie de l'air échange sa chaleur dans un chauffe-eau thermodynamique. 4853.2) Dans certains modes de réalisation, les gaz froids ou liquéfiés produits sont utilisés pour la climatisation soit directement, par exemple avec de l'air froid généré, soit indirectement dans des échangeurs. 490 3.3) Dans certains modes de réalisation, les gaz froids ou condensés ou liquéfiés produits sont stockés dans des caissons ou des bouteilles de préférence adiabatiques à double paroi sous vide. Dans un mode de réalisation préférentiel, le caisson adiabatiques Fig5.34 sera constitué d'une enceinte sous vide dans 495Iaquelle seront disposées deux chambres ou bouteilles accolées par une de leurs faces ou un de leurs côtés par l'intermédiaire de résistances Peltier Fig5.35. Une face de chaque résistance sera en contact avec la première chambre ou bouteille et l'autre face en contact avec la deuxième chambre ou bouteille. Le contact entre chambre ou bouteille et les résistances peut être réalisé au travers de radiateurs 500Fig5.36 pour augmenter la surface de contact. La première chambre Al Fig.37 disposera par exemple de deux vannes permettant d'une part le remplissage Fig5.38, et d'autre part d'une vanne de vidange Fig5.39 connectée, par exemple par un manchon isolant, à un tuyau conducteur Fig5.40, de préférence en cuivre, aluminium ou tout composé conduisant la chaleur, et traversant la deuxième 505chambre A2 en suivant de préférence un parcours de serpentin. La seconde chambre A2 Fig5.41 est remplie d'une solution d'acétate de sodium ou de toute autre substance présentant une cristallisation ou solidification exothermique et une fonte endothermique et dont la réaction exothermique est réversible et préférentiellement déclenchée par un stimuli extérieur.

510Durant la phase d'ensoleillement, le gaz est refroidi, voire liquéfié et stocké et/ou comprimé dans la première chambre Al. La chambre Al sera avantageusement munie d'une vessie ou éventuellement d'un piston Fig5.42, le piston ou la vessie seront refoulés lors du remplissage de la chambre Al par le gaz liquéfié, refroidi et/ou comprimé. Durant la phase de remplissage, les résistances Peltier Fig5.35 515sont alimentées pour fonctionner en pompe à chaleur entre les chambres Al et A2. La chambre A2 pourra éventuellement réchauffer en plus des résistances Peltier par d'autres moyens et notamment l'injection de lumière à l'intérieur de A2 grâce à des fibres optiques. Sous l'action de la chaleur, l'acétate de sodium contenu dans A2 fond, le surplus de chaleur reste confiné dans l'acétate de 520sodium fondue grâce à la chambre adiabatique. La température dans le réservoir Al est maintenue basse entre autre grâce au transfert de chaleur vers le réservoir A2 durant tout le remplissage de Al. En fin de remplissage, les vannes sont 3 0 1 2 2 7 1 10 fermées, éventuellement les résistances Peltier 35 connectant Al et A2 arrêtées. Les résistances Peltier peuvent éventuellement refroidir le gaz contenu dans Al 525jusqu'à le solidifier. Une partie de la chaleur va passer de A2 vers Al au travers des résistances Peltier augmentant la pression dans Al et refoulant le piston ou la vessie. Dans certains modes de réalisation, le réservoir Al disposera d'un système permettant de rétracter Fig5.43 la vessie ou le ressort de compression Fig5.45 durant la phase de remplissage afin de diminuer la résistance au 530remplissage. Des ressorts à mémoire de forme pourront être utilisés pour modifier la taille du ressort en fonction de la température du gaz. Du fait de l'arrêt des résistances Peltier, une certaine quantité de chaleur pourra traverser de A2 vers Al générant un courant dans les résistances Peltier 35 qui pourra être récupéré. Un second échangeur est disposé autour ou dans le réservoir A2. Un tube de 535préférence de section carrée entourera le réservoir A2 Fig5.46, des résistances Peltier Fig5.19 seront accolées au tube par une de leurs faces et au réservoir A2 par l'autre. Les résistances Peltier seront préférentiellement connectées entre elles en parallèle. Une diode sera éventuellement connectée à chaque résistance pour forcer les résistances Peltier à ne travailler que dans un sens tel que en 540fonctionnement, les résistances Peltier présentent un courant qui pompe la chaleur du tuyau vers le réservoir A2. Dans un mode particulier de réalisation, le fonctionnement dépendra du gradient de température entre A2 et le tuyau de l'échangeur, le passage sera soit passif, la chaleur traversant l'échangeur génère un courant qui pourra être utilisé, soit actif un courant est consommé pour faire 545passer la chaleur du tuyau de l'échangeur vers A2. Dans un mode préférentiel, les fils électriques des résistances Peltier seront accolés au tube de l'échangeur pour permettre de céder la chaleur de l'effet Joule. Les gaz en sortie de la cycloturbine, des compresseurs ou même du chauffe-eau pourront éventuellement être dirigés vers des échangeurs actifs de réservoirs A2.

550 Lorsque que l'on souhaite récupérer de l'énergie, la vanne de sortie de l'enceinte Al est ouverte, libérant le gaz qui se détend au travers du tuyau passant dans A2 en récupérant la chaleur contenue dans le sel fondu (non consommé par la fonte), ce qui augmente la détente du gaz et donc son énergie cinétique. Le gaz peut 555alors actionner un moteur pneumatique ou la cycloturbine, un éjecteur, un tube à pression ou tout autre appareil. Lorsque la détente du gaz n'est plus suffisante la sonde à ultrasons disposée dans A2 est activée, initiant la cristallisation de sel, entraînant un fort dégagement de chaleur qui d'une part, sera transmis au gaz par le biais des résistances Peltier, qui de ce fait généreront de l'électricité, et d'autre 560part augmentera la détente du gaz passant dans le tube traversant A2. Ce même principe peut être utilisé pour un chauffe-eau. Dans certains modes de réalisation, les réservoirs Al et A2 seront disposés dans deux chambres adiabatiques différentes. Dans ces conditions, les liens par les résistances Peltier entre les deux réservoirs n'existent pas.

565 Ce même principe peut être utilisé pour un chauffe-eau, l'eau étant chauffée par simple circulation dans A2 au travers du tuyau d'échangeur. Le système décrit pour Al et A2 représente un accumulateur 570électro/thermodynamique. Cet accumulateur composé des réservoirs Al et A2 peut être utilisé avec tout système de production d'électricité en utilisant un moteur électrique comme source moteur pour comprimer un gaz (CO2, air, azote) ou un fluide et un moteur 575pneumatique pour récupérer l'énergie stockée dans l'accumulateur électro/thermodynamique. Les phases de compression et de refroidissement permettent de produire de l'eau distillée à partir des vapeurs d'eau contenues dans l'air.

80 LEGENDES DE L'ENSEMBLE DES FIGURES 5851) plaque thermiquement conductrice 2) résistance Peltier/ Seebeck générateur 3) écran transparent 4) tube de connexion en ligne ou tube en ligne 5) distributeur en ligne 5906) perçage tube en ligne 7) diffuseur, gicleur, évaporateur 8) tube transverse 9) tube colonne 10) collecteur de tube colonne 59511) gradient de température 12 sens de la tension et du courant aux bornes de la résistance Peltier 13) Sens de l'échange thermique au travers de la résistance Peltier : flux thermique 14) Résistances Peltier montées électriquement en parallèle 60015) diode sortante 16) tuyau externe de la cycloturbine 17) entrée du tube externe 18) radiateur 19) résistance Peltier pompe thermique 60520) diode entrante 21) structure cyclonique inversée 22) rouet avec partie centrale percée 23) axe solidaire du rouet 24) tuyau d'axe 61025) hélices ou aubes disposées en rotor 26) ailettes disposées sur le rouet 27) aubes de l'axe de rouet 28) conduits obliques 29) résistance de chauffage 61530) tube à vortex 31) prolongation du tube vortex 32) échangeur 33) échangeur 34) caisson adiabatique 62035) résistances Peltier 36) radiateur 37) première chambre Al 38) vanne remplissage 39) vanne de vidange 62540) tuyau conducteur 41) seconde chambre A2 42) piston 43) moteur de rétractation de ressort 44) jupe de protection de ressort et de moteur 63045) ressort de compression 46) échangeur entourant le réservoir A2

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé utilisant l'énergie solaire et la circulation d'un fluide (Fig1) ou d'un gaz dans un panneau solaire pour régénérer un gradient de température entre les faces de résistances Peltier/Seebeck caractérisé en ce qu'il produit de l'électricité, un mouvement cinétique et des gaz chauds, et qu'il comprend : 640 a) un capteur solaire capable de produire du courant électrique sous l'action d'un rayonnement solaire, simultanément à la production d'un gradient thermique entre les faces du capteur par circulation d'un gaz, d'un fluide. b) un cycle thermodynamique utilisant l'énergie résultant du gradient thermique 645 et des résistances Peltier pour chauffer et refroidir des fluides et des gaz et produire de l'électricité.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le panneau solaire comprend une plaque thermiquement conductrice de faible épaisseur comprise 650entre 1 cm et 1/10 de millimètre (1), en matériau thermiquement conducteur tel que métal, cuivre, aluminium, céramique thermiquement conductrice, sur laquelle sont fixées, collées, posées sur sa face inférieure des résistances Peltier/ Seebeck (2), et telle que en avant de la face supérieure de la plaque est disposé un écran transparent permettant un isolement thermique, vide, gaz rare, séparant 655la plaque de l'écran.
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le panneau solaire comprend des cellules photovoltaïques et tel que en avant des cellules 660photovoltaïques est disposé un écran transparent permettant un isolement thermique, vide, gaz rare, séparant les cellules photovoltaïques de l'écran.
4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le panneau solaire comprend un empilement de cellules photovoltaïques/résistances Peltier/Seebeck 665te1 que la face supérieure d'une résistance Peltier soit accouplée, collée à la face inférieure d'une cellule photovoltaïque, une plaque thermiquement conductrice étant éventuellement introduite entre la cellule photovoltaïque et la cellule Peltier/Seebeck, la cellule photovoltaïque pouvant directement être réalisée sur la plaque thermiquement conductrice, la face supérieure de la résistance Peltier/ 670Seebeck, par empilement de couche mince de silice, d'isolant, nanoparticules quantiques, d'encres de nanoparticules quantiques.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que chaque élément Peltier/Seebeck, cellule photovoltaïque est spécifiquement 675refroidi par un système de refroidissement parallèle comprenant au moins un tube ligne (4), au moins un tube colonne (9), au moins un tube transverse (8), au moins un système de diffuseur (7,6) disposé sous chaque élément tel que un gaz, un spray, un fluide, l'évaporation d'un fluide puisse refroidir la face en vis-à-vis dudit élément. 680
6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les gaz, fluides, du cycle thermodynamique sont surchauffés, accélérés et que l'énergie thermique et cinétique desdits gaz soit transformée en énergie mécanique de rotation par une cycloturbine utilisant des résistances Peltier/ 685Seebeck couplées en générateur électrique et pompe thermique (14) et que la cycloturbine dispose d'éléments de chauffage électrique desdits gaz et fluides.
7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les gaz, fluides, du cycle thermodynamique sont refroidis par un tube à vortex 690utilisant des résistances Peltier/ Seebeck couplées en générateur électrique et pompe thermique (14).
8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'énergie soit stockée sous forme d'un gaz refroidi, liquéfié, supercritique, 695solidifié et sous forme d'un sel fondu dans un accumulateur électro/thermodynamique, comprenant ou moins deux enceintes (37,41) différentes isolées de manière à permettre les échanges entre au moins deux enceintes de manière adiabatique, contenant soit le gaz, soit le sel, au moins une résistance Peltier/ Seebeck (35) permettant les échanges thermiques entre les 700deux enceintes, au moins une résistance Peltier/Seebeck couplée en pompe thermique de manière solidaire d'un échangeur gaz/sel et un échangeur permettant le passage du gaz dans le compartiment sel fondu.
9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que 7051'énergie soit stockée sous forme d'un sel fondu dans au moins un accumulateur électro/thermodynamique, comprenant une seule enceinte de sel.