WO2011104479A1 - Panneau solaire thermique a rendement eleve - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a solar thermal panel for storing and returning solar thermal energy.
  • a solar thermal panel of the type comprising at least one thermal collection element for receiving solar rays.
  • a solar panel is for example intended to be coupled to a thermal machine, for the transformation of solar thermal energy into electrical or mechanical energy.
  • the solar thermal energy can also be recovered to produce heat or cold, for example for a heating or refrigeration plant.
  • the thermal collection element has a generally tubular shape, and it is arranged in a vacuum glass tube, coaxially with this glass tube.
  • the solar panel further includes reflective elements, arranged to focus received solar rays toward the thermal collection element.
  • the thermal energy of the solar rays is then restored by means of a heat transfer fluid, circulating in the heart of the thermal collection element, by thermal transfer between the collection element and the heat transfer fluid.
  • thermal efficiency of such a solar panel is generally limited by thermal losses, due to thermal radiation emitted by the thermal collection element. This thermal radiation is particularly important when the temperature and the surface of the collection element are important.
  • such a solar panel generally has a low efficiency at high temperature, for example at a temperature above 400 ° C.
  • the present invention is intended to overcome this disadvantage, providing a solar thermal panel with a satisfactory performance, even at high temperature.
  • the invention particularly relates to a solar thermal panel, of the type comprising at least one thermal collection element for receiving solar rays, characterized in that the panel comprises:
  • a housing for the thermal collection element this housing being delimited by walls surrounding the thermal collection element, at least one wall of the housing comprising at least one slot for passing sunlight, preferably a plurality of slots,
  • At least one reflecting zone arranged facing the thermal collection element, this reflecting zone being able to reflect a thermal radiation emitted by the thermal collection element
  • each reflecting strip being arranged opposite a respective slot so as to focus a received radiation towards this slot
  • each elongate reflective element having a planar base and two concave surfaces, so that the elongated reflective element has a substantially triangular cross section, the elongate reflective elements being arranged side by side so that their planar bases are coplanar and together form the slotted housing wall, each slit being formed by a gap between two adjacent elongated reflective elements, and each concave surface being arranged facing a reflective strip, so that reflected radiation by a concave surface is focused towards the corresponding reflective strip.
  • the thermal radiation is not lost in full. In other words, the thermal losses are limited, and the thermal efficiency of the solar panel is increased.
  • the focusing of the thermal radiation by mirrors has a better efficiency than a lens focusing known in the state of the art.
  • a lens focusing device has undesirable achromatic effects, because the angle of refraction of the light rays by the lenses depends on their wavelength, which leads to an enlargement of the image which can only be corrected by adding a corrective lens.
  • a lens focusing device is relatively complex, and allows a lower solar radiation transmission efficiency than a mirror focusing device.
  • a solar thermal panel according to the invention comprises one or more of the following characteristics, taken alone or in any technically possible combination.
  • Each pair of adjacent reflective elements forms a parabolic primary mirror, having a slot at its center
  • the reflective strip arranged opposite this pair of reflecting elements forms a convex hyperbolic secondary mirror
  • the reflecting elements and the reflecting strip are arranged so that the optical axes of the primary and secondary mirrors coincide, and that the focal point of the parabolic primary mirror coincides with one of the focal points of the hyperbolic mirror.
  • Each pair of adjacent reflective elements forms a parabolic primary mirror, having a slot at its center
  • the reflective strip arranged opposite this pair of reflecting elements forms a concave elliptical secondary mirror
  • the reflecting elements and the reflecting band are arranged so that the optical axes of the primary and secondary mirrors coincide, and that the focal point of the parabolic primary mirror coincides with one of the focal points of the elliptical mirror.
  • Each wall of the housing comprises at least one reflecting zone arranged facing the thermal collection element, this reflecting zone extending preferably over the entire wall.
  • the housing comprises thermal insulation spacers, arranged between the thermal collection element and at least one wall of the housing.
  • the solar thermal panel has a parallelepipedal general shape defined by side faces, a lower face and an upper face, defining together an interior space in which the housing is arranged, so that the housing has a bottom wall formed by the underside.
  • the housing comprises lateral walls formed by the lateral faces, the housing comprises an upper wall, arranged between the upper and lower faces of the panel, parallel to these faces, comprising the at least one slot, and the upper face is formed by a transparent plate, preferably glass.
  • the solar thermal panel comprises thermal transport means, comprising: a heat exchanger between the thermal collection element and a heat transfer fluid, housed in the thermal collection element, at least one tubular heat transfer fluid transfer element, connecting the heat exchanger with the outside of the solar panel, passing through a hole in a wall of the housing, and at least one seal and thermally insulating, interposed between the tubular element and the orifice.
  • the thermal collection element comprises a shell capable of absorbing solar radiation and / or thermal, preferably metallic, enveloping a phase change material.
  • the phase change material is selected from anthraquinone, or aluminum.
  • the thermal collection element is formed by a tubular element, in which circulates a heat transfer fluid, this tubular element preferably being provided with an outer coating highly heat-absorbing and having a low thermal emissivity.
  • a reflective zone is formed by a tubular reflection element, coaxially surrounding the tubular thermal collection element, this tubular reflection element being formed by an insulating material whose inner surface is treated, for example metallized, to make it reflective to residual thermal radiation emitted by the tubular heat collection element, and comprising on its upper generatrix a slot for passing the incident thermal radiation.
  • the solar thermal panel comprises at least one element for introducing or discharging the thermal fluid, connected to all of the thermal collection elements, housed in a chamber laterally extending the panel, delimited by walls of thermally insulating material.
  • FIG. 1 is a perspective view of a solar panel, cut transversely, according to a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the solar panel of FIG. 1 as a whole
  • FIGS. 3 and 4 are perspective views of reflecting elements equipping the solar panel of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a perspective view of a thermal radiation focusing device, comprising reflecting elements such as that of FIG. 3;
  • FIG. 6 is a view similar to Figure 5, a thermal radiation focusing device according to an alternative embodiment
  • FIG. 7 is a perspective view of a thermal collection element fitted to the solar panel of FIG. 1;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a solar panel according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a thermal collection element equipping the solar panel of FIG. 8
  • FIG. 10 is a view from above of a thermal storage element equipping the solar panel of FIG. 8.
  • FIGS. 1 and 2 show a solar thermal panel 10 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the solar panel 10 has a parallelepipedal general shape, bounded by an upper face 12 intended to be turned towards the sun in order to receive solar rays, a lower face 14, opposite to the upper face 12 and longitudinal side faces, respectively longitudinal 16A and transverse 16B, joining the upper faces 12 and lower 14 between them.
  • the solar panel 10 has lengths and widths, defined by the top 12 and bottom 14 faces, of about 1 m each, and a thickness, defined by the side faces 16A, 16B, of between 8 and 20 cm.
  • the upper, lower, and lateral faces 16A and 16B together define a closed internal space 17 and are connected in a sealed manner to each other, for example by gluing, so that this internal space 17 is airtightly insulated. relative to the outside of the solar panel 10.
  • the air is extracted from the internal space 17 in order to evacuate it.
  • the elements arranged inside this internal space 17, which will be described later, are not subject to oxidative degradation on contact with air.
  • the upper face 12 is formed by a transparent plate capable of allowing the sun's rays to pass through.
  • this transparent plate 12 is made of glass, preferably of low iron content, so as to have an optimum coefficient of transmission of solar rays.
  • the outer surface of the transparent plate 12 comprises an anti-reflection coating, intended to optimize its solar radiation transmittance.
  • the transparent plate 12 has a substantially flat shape, so as not to deflect the solar rays passing through this transparent plate 12.
  • the transparent plate 12 has length and width of about 1 m each, and a thickness between 1 and 2 cm.
  • the transparent plate 12 is provided curved during the manufacture of the solar panel 10, so that the deformation of this transparent plate 12, by gravity and by the vacuum realized in the solar panel 10, opposes this bulging so as to lead to its flatness.
  • side faces 16A, 16B and the lower face 14 are preferably formed by sun-opaque plates.
  • the solar thermal panel 10 comprises at least one thermal collection element 18, intended to receive the solar rays, housed in a housing 20 formed in the internal space 17.
  • this thermal collection element 18 has a parallelepipedal general shape, so as to have an optimal volume in the solar panel 10.
  • the housing 20 is delimited by a bottom wall 22, side walls 24 and an upper wall 26.
  • the bottom wall 22 is formed by the opaque plate forming the bottom face 14.
  • the side walls 24 are formed by the side plates forming the side faces 16A, 16B.
  • the upper wall 26 is arranged between the upper and lower faces 14 of the panel 10, parallel to these faces 12, 14, and has slots 28 for passing sunlight into the housing 20.
  • the thermal panel 10 comprises at least one reflecting zone arranged facing the thermal collection element 18. Such a reflecting zone is able to reflect a thermal radiation emitted by the thermal collection element 18.
  • At least one wall among the bottom wall 22, the side walls 24 and the upper wall 26, comprises such a reflecting zone.
  • each wall 22, 24 and 26 of the housing 20 comprises such a reflecting zone, and each of these reflecting zones extends over the entire corresponding wall.
  • each reflective zone is formed by a reflective coating, for example an aluminum coating, applied to the corresponding wall 22, 24, 26.
  • each reflecting band is arranged between the housing 20 and the upper face 12 of the solar panel 10, extending parallel to the longitudinal side faces 16A, facing a respective slot 28.
  • each reflecting band 30 is arranged on an inner face of the transparent plate 12, and its width is substantially identical to the width of the slot 28 opposite which it extends.
  • the reflective strips 30 are for example made by depositing a reflective layer, for example aluminum or silver, on the inner face of the transparent plate 12.
  • the solar panel 10 comprises a plurality of reflecting elements 32, as shown in FIG. in detail in Figure 3.
  • Each reflective element 32 has a generally elongate shape extending along a dimension, for example over the entire length, of the solar panel 10. These elongated elements 32 are further juxtaposed along another dimension, for example over the entire width of this solar panel 10.
  • each reflecting element 32 has a planar base 34 and two parabolic concave surfaces 36 so as to have a substantially triangular curvilinear cross section.
  • the reflective elements 32 are juxtaposed so that their bases 34 are coplanar, and so that these bases 34 together form the upper wall 26 of the housing 20.
  • Each slot 28 of this upper wall 26 is then formed by a space left between two adjacent reflective elements 32.
  • each reflecting element 32 is covered with a reflective coating, for example aluminum, so as to form the reflecting zone of the upper wall 26.
  • Each parabolic surface 36 is arranged facing a reflective strip 30, so that the solar rays reflected by each parabolic surface 36 are focused towards the corresponding reflective strip 30, which in turn focuses these solar rays towards the collection element. 18, through the slots 28.
  • each pair of adjacent reflective elements 32 forms a parabolic primary mirror 36, having a slot 28 at its center, and the reflecting strip 30, arranged opposite this pair of reflecting elements 32, forms a convex hyperbolic secondary mirror, as shown in FIG. 5.
  • Such a convex hyperbolic reflecting strip 30 is preferably attached, for example by gluing, to the inside of the transparent plate 12.
  • the reflective strip 30 forms a concave elliptical secondary mirror.
  • Such an elliptical reflective strip is preferably made by digging the inner face of the transparent plate 12 so as to obtain this concave elliptical shape, then by depositing a reflective layer.
  • the reflective elements 32 and the reflective band 30 are arranged so that the optical axes of the primary 36 and secondary 30 mirrors coincide, and the focus of the parabolic primary mirror 36 coincides with a first focus of the hyperbolic secondary mirror or elliptical.
  • the solar rays are reflected on the parabolic primary mirror 36 towards the focus of this parabolic mirror. Since this focus is also the first focus of the hyperbolic or elliptical secondary mirror 30, the rays are then reflected to a second focus of this secondary mirror 30.
  • the solar panel 10 also comprises two lateral elongated reflective elements 38, shown in greater detail in FIG. 4.
  • These lateral elements 38 each comprise a flat base 40, arranged coplanar with the bases 34 reflective elements 32, a concave face 42 arranged facing a corresponding reflective strip 30, and a flat face 44 intended to be fixed in abutment on the side plates forming the longitudinal side faces 16A.
  • each elongated reflective element 32, 38 is fixed by its longitudinal ends to the transverse side faces 16B of the solar panel 10.
  • a flange (not shown) is provided on each of the transverse side faces 16B, the longitudinal ends of each elongated reflective element 32, 38 resting and being glued on a respective flange.
  • each elongate reflective element 32, 38 are for example made of glass, by molding or by extrusion, and covered with a reflective coating, for example aluminum, to give them their reflective function.
  • each elongate reflective element 32 (respectively 38), has a length of 1 m, a width of 10 cm (respectively 5 cm), and a height of 2 cm.
  • the housing 20 advantageously comprises spacers 46 of thermal insulation, arranged between the thermal collection element 18 and the wall
  • the thermal collection element 18 does not rest directly on the lower wall 22, and therefore does not exchange heat by conduction with this lower wall 22.
  • FIG. 7 shows an example of a thermal collection element 18.
  • This thermal collection element 18 comprises an envelope 48, capable of absorbing solar and / or thermal radiation, enveloping a phase-change material 50.
  • the envelope 48 is preferably metallic, and made of a material chosen according to the temperature to be reached by the thermal collection element 18.
  • the surface of this envelope 48 is treated, by conventional means, so as to him to confer an optimum absorption capacity of the thermal energy received.
  • the envelope 48 is covered with a black color coating.
  • phase change material is a material capable of accumulating or yielding thermal energy at a constant temperature by a change of physical state at this temperature.
  • the height used to quantify the energy involved in a phase change is latent heat.
  • the thermal collection element 18 has a thermal accumulator function in addition to its thermal collection function.
  • the phase change material 50 is chosen as a function of the working temperature of the thermal collection element 18.
  • the phase change material 50 is selected from paraffin or stearic acid.
  • the phase change material 50 is, for example, aluminum (whose melting point is 658 ° C and the latent heat of fusion 395 kJ / kg).
  • the phase-change material 50 is, for example, anthraquinone (whose melting temperature is 286 ° C. and the latent heat of fusion is 157 kJ / kg).
  • the latent heat of fusion of this material is sufficiently high that a reasonable quantity thereof (between 40 and 100 kg per m 2 of panel) can make it possible to achieve a 24-hour thermal recovery at a constant temperature equal to melting temperature mentioned above.
  • the safety of anthraquinone makes it possible to handle it safely during the manufacture of the solar panel 10.
  • anthraquinone being a pure body, has the advantage of not being subject to thermal decomposition as this is the case for some materials implemented in the state of the art.
  • the thermal collection element 18 also comprises a heat exchanger 52, housed in the casing 48, for exchanging heat between the phase change material 50 and a heat transfer fluid 54 flowing in this heat exchanger.
  • the heat exchanger 52 preferably comprises fins 56 immersed in the phase-change material 50.
  • the heat transfer fluid 54 circulates in the casing 48 in a circulation tube 58, around which the fins 56 extend.
  • the circulation tube 58 extends in the thermal collection element 18, for example in boustrophedon.
  • This circulation tube 58 is connected to a conventional type of thermal machine (not shown), external to the solar panel 20, via a tubular input element 60 and a tubular outlet element 62 for transferring heat.
  • heat transfer fluid 54 is adapted to convert thermal energy into mechanical or electrical energy.
  • the thermal energy could also be recovered to produce heat or cold, for example for a heating or refrigeration plant, industrial or domestic.
  • tubular inlet 60 and outlet 62 members pass through respective orifices 63 formed in a lateral face of the housing 20, for example a transverse lateral face 16B, as shown in FIG. 2, in the direction of the thermal machine. .
  • a seal 64 is arranged between the tubular member 60 and the corresponding orifice. This seal 64 is sealed so as to allow the vacuum to remain in the solar panel 20, and this seal 64 is thermally insulating so as not to cause heat loss.
  • the solar panel is oriented, during its construction, towards the south.
  • the solar panel 10 is operated by an orientation device of this solar panel 10, intended to maintain the upper face 12 of the solar panel 10 in a direction perpendicular to the plane of the ecliptic, to ensure a significant amount of sunshine .
  • the solar rays pass through the transparent upper face 12. These solar rays are reflected on the concave faces 36, 42 of the reflecting elements 32, 38, so as to focus these rays on the reflective strips 30 .
  • Each reflective band 30 then focuses the solar rays received, through the corresponding slot 28, towards the thermal collection element 18.
  • the solar panel 10 according to the invention makes it possible to reduce the thermal losses emitted by the thermal collection element 18.
  • the evacuation of air from the inside of the solar panel 10 limits the convection around the thermal collection element 18.
  • the spacers 46 of thermal insulation arranged between the thermal collection element 18 and the lower wall 22 of the housing 20, limit the conduction between this thermal collection element 18 and the bottom wall 22.
  • the thermal radiation emitted by the thermal collection element 18 is confined within the solar panel 18 because the walls of the housing 20 are treated to reflect this thermal radiation.
  • the outer surface of the envelope 48 of the thermal collection element 18 is treated to absorb as much as possible the solar radiation transmitted by the reflective strips 30 and the thermal radiation reflected by the faces of the housing 20.
  • FIG. 8 shows a solar panel 10 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • elements similar to those of the preceding figures are designated by identical references.
  • the solar panel 10 comprises a plurality of thermal collection elements 18, in particular a thermal collection element 18 by a set of primary 36 and secondary 30 mirror assemblies.
  • Each of these thermal collection elements 18 has a thermal transfer function towards a thermal storage element arranged for example outside the thermal panel 10, which will be described later with reference to FIG. 10.
  • the solar thermal panel 10 comprises spacers 65, arranged between two adjacent thermal collection elements 18, and extending between the flat base 34 of a reflecting element 32 and the lower face 14 of the panel 10, so as to delimit respective dwellings for the thermal collection elements.
  • these spacers 65 comprise a reflective coating.
  • thermal collection element 18 An example of thermal collection element 18 is shown in FIG. 8.
  • This heat collection element 18 is formed by a tubular heat transfer element in which circulates a heat transfer fluid 66, ensuring the heat transfer.
  • this tubular heat collection element 18 is provided with a highly absorbent outer coating (ensuring a thermal absorption as close as possible to 100%) and having a low thermal emissivity so that the tubular element 18 emits a minimum of heat radiation, even when worn high temperature.
  • the tubular heat-collecting element 18 is arranged so that the reflective elements 32 and the reflective strips 30 focus the solar rays on the upper generatrix of this tubular element 18.
  • this upper generatrix coincides with the focal line hyperbolic or elliptical secondary mirror 30.
  • a reflecting zone is carried by a tubular reflection element 70, coaxially surrounding the tubular heat-collecting element 18.
  • This tubular reflection element 70 is preferably formed by an insulating material whose inner surface is metallized to make it reflective of the residual heat radiation emitted by the tubular heat transfer element 18, and comprising on its upper generatrix a slot 72 intended to let the incident solar rays pass.
  • this tubular reflection element 70 is interspersed with centering rings, preferably made of the same insulating material as the tubular element 70, and provided with spikes. 74.
  • These internal tips 74 allow in particular to maintain fixed the position of the upper generatrix of the tubular heat collection element 18, regardless of the temperature of the heat transfer fluid 66.
  • the tips 74 are made of an insulating material, and have a conical shape whose apex cooperates with the tubular heat collection element 18 to minimize the contact between these points 74 and the thermal collection element 18. , thermal losses are minimized by contact of the thermal collection element 18 with these tips 74.
  • FIG. 10 shows an element 76 for introducing or evacuating the thermal fluid, arranged inside the panel 10.
  • Such elements 76 for introduction on the one hand, and for evacuation on the other hand are respectively arranged on either side of the panel 10, inside this panel 10.
  • the introduction and evacuation elements are identical, and respectively provide the introduction of the thermal fluid to be heated, and the evacuation of the heated thermal fluid.
  • Each element 76 is connected to the thermal collection elements 18 in order to introduce or evacuate the thermal fluid circulating in these thermal collection elements 18.
  • the element 76 comprises bellows-shaped portions 78, allowing longitudinal thermal expansion of this element 76.
  • the element 76 is housed in an enclosure laterally extending the panel 10, delimited by walls 80 made of thermally insulating material, and by a closure element 81.
  • these walls 80 are provided with a reflective inner surface. It will be noted that this enclosure is sufficiently spacious to allow radial thermal expansion of the element 76.
  • At least one of the walls 80 is provided with openings 82 for the passage of the thermal collection elements 18 from the panel 10 to the element 76.
  • each opening 82 is completed with a thermal insulating seal, intended to prevent heat loss through this opening, similarly to the openings 63 and the seals and insulators 64 described above with reference to Figure 2.
  • this wall 80 provided with an opening generally forms a side wall 16B of the sign.
  • the enclosure in which the element for introducing the thermal fluid to be heated is arranged forms a bottom part of the panel, and the enclosure in which the element for discharging the heated thermal fluid is arranged forms an upper part of the panel.
  • the side walls of adjacent panels may have openings, so that the internal spaces of these adjacent solar panels communicate with each other, all of these interior spaces remaining watertight relative to the outside. It is thus possible to evacuate these adjacent solar panels in a single operation.
  • the heat transfer fluid circuit 54 can pass through several solar panels while remaining in a vacuum environment.

Abstract

Le panneau solaire comprend un logement (20) pour un élément de collecte thermique (18), délimité par des parois (22, 24, 26), dont l'une comporte des fentes (28) de passage des rayons solaires. Au moins une zone réfléchissante est agencée en regard de l'élément de collecte thermique (18). Au moins une bande réfléchissante (30) est agencée en dehors du logement (20), en regard d'une fente (28) respective de façon à focaliser des rayons solaires reçus vers cette fente (28). Des éléments réfléchissants allongés (32) sont agencés côte à côte, et comportent des bases planes (34) coplanaires formant ensemble la paroi de logement (26) munie de fentes (28), et la base plane (34) d'au moins un élément réfléchissant allongé (32) formant une zone réfléchissante de cette paroi (26) de logement, et comportent des surface concave (36) agencées en regard des bandes réfléchissantes (30), de sorte que des rayons solaires réfléchis par chaque surface concave (36) soient focalisés vers la bande réfléchissante (30) correspondante.

Description

Panneau solaire thermique à rendement élevé
La présente invention concerne un panneau solaire thermique, destiné à stocker et à restituer de l'énergie thermique solaire.
On connaît déjà, dans l'état de la technique, un panneau solaire thermique du type comprenant au moins un élément de collecte thermique destiné à recevoir des rayons solaires. Un tel panneau solaire est par exemple destiné à être couplé à une machine thermique, pour la transformation de l'énergie solaire thermique en énergie électrique ou mécanique. En variante, l'énergie solaire thermique peut également être récupérée pour produire de la chaleur ou du froid, par exemple pour une installation de chauffage ou de réfrigération.
Habituellement, l'élément de collecte thermique présente une forme générale tubulaire, et il est agencé dans un tube en verre sous vide, coaxialement à ce tube en verre. Le panneau solaire comporte en outre des éléments réfléchissants, agencés de façon à focaliser des rayons solaires reçus vers l'élément de collecte thermique.
L'énergie thermique des rayons solaires est alors restituée au moyen d'un fluide caloporteur, circulant au cœur de l'élément de collecte thermique, par transfert thermique entre l'élément de collecte et ce fluide caloporteur.
Le rendement thermique d'un tel panneau solaire est généralement limité par des pertes thermiques, dues à un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique. Ce rayonnement thermique est notamment important lorsque la température et la surface de l'élément de collecte sont importantes.
Ainsi, un tel panneau solaire présente généralement un rendement faible à haute température, par exemple à température supérieure à 400 °C.
La présente invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en fournissant un panneau solaire thermique présentant un rendement satisfaisant, même à température élevée.
A cet effet, l'invention a notamment pour objet un panneau solaire thermique, du type comprenant au moins un élément de collecte thermique destiné à recevoir des rayons solaires, caractérisé en ce que le panneau comporte :
- un logement pour l'élément de collecte thermique, ce logement étant délimité par des parois entourant l'élément de collecte thermique, au moins une paroi du logement comportant au moins une fente de passage des rayons solaires, de préférence une pluralité de fentes,
- au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique, cette zone réfléchissante étant propre à réfléchir un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique,
- au moins une bande réfléchissante, agencée en dehors du logement, chaque bande réfléchissante étant agencée en regard d'une fente respective de façon à focaliser un rayonnement reçu vers cette fente, et
- une pluralité d'éléments réfléchissants allongés, chaque élément réfléchissant allongé comportant une base plane et deux surfaces concaves, de sorte que l'élément réfléchissant allongé présente une section transversale sensiblement triangulaire, les éléments réfléchissants allongés étant agencés côte à côte de sorte que leurs bases planes sont coplanaires et forment ensemble la paroi de logement munie de fentes, chaque fente étant formée par un espace entre deux éléments réfléchissants allongés adjacents, et chaque surface concave étant agencée en regard d'une bande réfléchissante, de sorte qu'un rayonnement réfléchi par une surface concave soit focalisé vers la bande réfléchissante correspondante.
Du fait de la paroi au moins partiellement réfléchissante du logement, au moins une partie du rayonnement thermique émis par l'élément de collecte est réfléchie par la zone réfléchissante, pour être à nouveau absorbée par cet élément de collecte.
Ainsi, le rayonnement thermique n'est pas perdu en totalité. En d'autres termes, les pertes thermiques sont limitées, et le rendement thermique du panneau solaire est donc augmenté.
Par ailleurs, on notera que la focalisation du rayonnement thermique par miroirs présente un meilleur rendement qu'une focalisation par lentilles connue dans l'état de la technique.
En effet, un dispositif de focalisation par lentilles présente des effets d'achromatisme indésirables, du fait que l'angle de réfraction des rayons lumineux par les lentilles dépend de leur longueur d'onde, ce qui conduit à un élargissement de l'image qui ne peut être corrigé que par l'ajout d'une lentille correctrice. Il en résulte qu'un tel dispositif de focalisation par lentilles est relativement complexe, et permet un rendement de transmission du rayonnement solaire moins important qu'un dispositif de focalisation par miroirs.
De préférence, un panneau solaire thermique selon l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
- Chaque paire d'éléments réfléchissants adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente en son centre, la bande réfléchissante agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants forme un miroir secondaire hyperbolique convexe, et les éléments réfléchissants et la bande réfléchissante sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que le foyer du miroir primaire parabolique coïncide avec l'un des foyers du miroir hyperbolique.
- Chaque paire d'éléments réfléchissants adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente en son centre, la bande réfléchissante agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants forme un miroir secondaire elliptique concave, les éléments réfléchissants et la bande réfléchissante sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que le foyer du miroir primaire parabolique coïncide avec l'un des foyers du miroir elliptique.
- Chaque paroi du logement comporte au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique, cette zone réfléchissante s'étendant de préférence sur toute cette paroi.
- Le logement comporte des entretoises d'isolation thermique, agencés entre l'élément de collecte thermique et au moins une paroi du logement.
- Le panneau solaire thermique présente une forme générale parallélépipédique définie par des faces latérales, une face inférieure et une face supérieure, délimitant ensemble un espace intérieur dans lequel est agencé le logement, de sorte que le logement comporte une paroi inférieure formée par la face inférieure, le logement comporte des parois latérales formées par les faces latérales, le logement comporte une paroi supérieure, agencée entre les faces supérieure et inférieure du panneau, parallèlement à ces faces, comprenant la au moins une fente, et la face supérieure est formée par une plaque transparente, de préférence en verre. - Le panneau solaire thermique comporte des moyens de transport thermique, comprenant : un échangeur thermique entre l'élément de collecte thermique et un fluide caloporteur, logé dans l'élément de collecte thermique, au moins un élément tubulaire de transfert du fluide caloporteur, reliant l'échangeur thermique avec l'extérieur du panneau solaire, en passant à travers un orifice ménagé dans une paroi du logement, et au moins un joint étanche et isolant thermiquement, intercalé entre l'élément tubulaire et l'orifice.
- L'élément de collecte thermique comporte une enveloppe susceptible d'absorber le rayonnement solaire et/ou thermique, de préférence métallique, enveloppant un matériau à changement de phase.
- Le matériau à changement de phase est choisi parmi de l'anthraquinone, ou de l'aluminium.
- L'élément de collecte thermique est formé par un élément tubulaire, dans lequel circule un fluide caloporteur, cet élément tubulaire étant de préférence pourvu d'un revêtement extérieur fortement absorbant thermiquement et présentant une faible émissivité thermique.
- Une zone réfléchissante est formée par un élément tubulaire de réflexion, entourant coaxialement l'élément tubulaire de collecte thermique, cet élément tubulaire de réflexion étant formé par un matériau isolant dont la surface interne est traitée, par exemple métallisée, pour la rendre réfléchissante au rayonnement thermique résiduel émis par l'élément tubulaire de collecte thermique, et comportant sur sa génératrice supérieure une fente destinée à laisser passer le rayonnement thermique incident.
- Le panneau solaire thermique comporte au moins un élément d'introduction ou d'évacuation du fluide thermique, relié à l'ensemble des éléments de collecte thermique, logé dans une enceinte prolongeant latéralement le panneau, délimitée par des parois en matériau isolant thermiquement.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un panneau solaire, coupé transversalement, selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du panneau solaire de la figure 1 dans son ensemble ;
- les figures 3 et 4 sont des vues en perspective d'éléments réfléchissants équipant le panneau solaire de la figure 1 ;
- la figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif de focalisation de rayonnement thermique, comportant des éléments réfléchissants tel que celui de la figure 3 ;
- la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, d'un dispositif de focalisation de rayonnement thermique selon une variante de réalisation ;
- la figure 7 est une vue en perspective d'un élément de collecte thermique équipant le panneau solaire de la figure 1 ,
- la figure 8 est une vue en coupe transversale d'un panneau solaire selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 9 est une vue en coupe transversale d'un élément de collecte thermique équipant le panneau solaire de la figure 8
- la figure 10 est une vue de dessus d'un élément de stockage thermique équipant le panneau solaire de la figure 8.
On a représenté sur les figures 1 et 2 un panneau solaire thermique 10 selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention.
Le panneau solaire 10 a une forme générale parallélépipédique, délimitée par une face supérieure 12 destinée à être tournée vers le soleil afin de recevoir des rayons solaires, une face inférieure 14, opposée à la face supérieure 12 et des faces latérales, respectivement longitudinales 16A et transversales 16B, joignant les faces supérieure 12 et inférieure 14 entre elles. Le panneau solaire 10 présente par exemple des longueur et largeur, définies par les faces supérieure 12 et inférieure 14, d'environ 1 m chacune, et une épaisseur, définie par les faces latérales 16A, 16B, comprise entre 8 et 20 cm.
Les faces supérieure 12, inférieure 14 et latérales 16A, 16B définissent ensemble un espace interne fermé 17, et sont reliées de manière étanche entre elles, par exemple par collage, de sorte que cet espace interne 17 soit isolé de manière étanche à l'air par rapport à l'extérieur du panneau solaire 10.
Avantageusement, l'air est extrait de l'espace interne 17 afin d'y faire le vide. Ainsi, les éléments agencés à l'intérieur de cet espace interne 17, qui seront décrits ultérieurement, ne sont pas soumis à une dégradation par oxydation au contact de l'air.
La face supérieure 12 est formée par une plaque transparente, apte à laisser passer les rayons solaires. Par exemple, cette plaque transparente 12 est réalisée en verre, de préférence à faible teneur en fer, de façon à présenter un coefficient optimal de transmission des rayons solaires.
Avantageusement, la surface externe de la plaque transparente 12 comporte un revêtement anti-reflet, destiné à optimiser son coefficient de transmission des rayons solaires.
La plaque transparente 12 présente une forme sensiblement plane, afin de ne pas dévier les rayons solaires passant à travers cette plaque transparente 12. Par exemple, la plaque transparente 12 présente des longueur et largeur d'environ 1 m chacune, et une épaisseur comprise entre 1 et 2 cm.
Afin de présenter une telle forme plane malgré le vide réalisé à l'intérieur du panneau solaire 10, la plaque transparente 12 est fournie bombée lors de la fabrication du panneau solaire 10, de sorte que la déformation de cette plaque transparente 12, par la pesanteur et par le vide réalisé dans le panneau solaire 10, s'oppose à ce bombement de façon à conduire à sa planéité.
Par ailleurs, les faces latérales 16A, 16B et la face inférieure 14 sont de préférence formées par des plaques opaques aux rayons solaires.
Le panneau solaire thermique 10 comporte au moins un élément de collecte thermique 18, destiné à recevoir les rayons solaires, logé dans un logement 20 ménagé dans l'espace interne 17.
Avantageusement, cet élément de collecte thermique 18 présente une forme générale parallélépipédique, de façon à présenter un volume optimal dans le panneau solaire 10.
Le logement 20 est délimité par une paroi inférieure 22, des parois latérales 24 et une paroi supérieure 26.
La paroi inférieure 22 est formée par la plaque opaque formant la face inférieure 14. Par ailleurs, les parois latérales 24 sont formées par les plaques latérales formant les faces latérales 16A, 16B. Enfin, la paroi supérieure 26 est agencée entre les faces supérieure 12 et inférieure 14 du panneau 10, parallèlement à ces faces 12, 14, et comporte des fentes 28 de passage des rayons solaires vers l'intérieur du logement 20.
Afin de limiter les pertes thermiques émises par l'élément de collecte thermique 18, le panneau thermique 10 comporte au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique 18. Une telle zone réfléchissante est propre à réfléchir un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique 18.
Conformément à ce premier mode de réalisation décrit, au moins une paroi, parmi la paroi inférieure 22, les parois latérales 24 et la paroi supérieure 26, comprend une telle zone réfléchissante. Avantageusement, chaque paroi 22, 24 et 26 du logement 20 comporte une telle zone réfléchissante, et chacune de ces zones réfléchissantes s'étend sur toute la paroi correspondante. Ainsi, la quasi- totalité du rayonnement thermique émis par l'élément de collecte 18 est réfléchie par les parois 22, 24 et 26 du logement 20, pour être absorbée de nouveau par cet élément de collecte thermique 18. Les pertes thermiques, dues au rayonnement thermique émis par l'élément de collecte 18, sont donc ainsi limitées, et le rendement thermique du panneau 10 est particulièrement élevé.
Par exemple, chaque zone réfléchissante est formée par un revêtement réfléchissant, par exemple un revêtement aluminium, appliqué sur la paroi 22, 24, 26 correspondante.
On notera que la qualité de la réflexion par ces zones réfléchissantes est conservée au cours du temps, du fait que l'intérieur du panneau solaire 10 est sous vide, donc que ces zones réfléchissantes ne sont pas soumises à oxydation par l'air.
Afin de limiter également le rayonnement thermique passant à travers les fentes 28, des bandes réfléchissantes 30 sont agencées dans l'espace interne 17, en dehors du logement 20. A cet effet, chaque bande réfléchissante est agencée entre le logement 20 et la face supérieure 12 du panneau solaire 10, s'étendant parallèlement aux faces latérales longitudinales 16A, en regard d'une fente 28 respective. De préférence, chaque bande réfléchissante 30 est agencée sur une face intérieure de la plaque transparente 12, et sa largeur est sensiblement identique à la largeur de la fente 28 en regard de laquelle elle s'étend. Ainsi, le rayonnement thermique émis par l'élément de collecte 18 et passant par les fentes 28 est réfléchi et renvoyé en quasi totalité, par ces bandes réfléchissantes 30 en direction de l'élément de collecte thermique 18.
Les bandes réfléchissantes 30 sont par exemple réalisées par dépôt d'une couche réfléchissante, par exemple d'aluminium ou d'argent, sur la face intérieure de la plaque transparente 12.
On notera que la qualité de la réflexion par ces bandes réfléchissantes 30 est également conservée au cours du temps, du fait que l'intérieur du panneau solaire 10, dans lequel sont logées ces bandes réfléchissantes 30, est sous vide.
Afin d'assurer qu'un maximum de rayons solaires soit focalisé vers l'élément de collecte thermique 18, dans le logement 20, à travers les fentes 28, le panneau solaire 10 comporte une pluralité d'éléments réfléchissants 32, tels que représentés plus en détail sur la figure 3.
Chaque élément réfléchissant 32 présente une forme générale allongée de façon à s'étendre le long d'une dimension, par exemple sur toute la longueur, du panneau solaire 10. Ces éléments allongés 32 sont en outre juxtaposés le long d'une autre dimension, par exemple sur toute la largeur, de ce panneau solaire 10.
Comme cela est représenté sur la figure 3, chaque élément réfléchissant 32 comporte une base plane 34 et deux surfaces concaves paraboliques 36, de façon à présenter une section transversale sensiblement triangulaire curviligne.
Comme cela est représenté sur la figure 1 , les éléments réfléchissants 32 sont juxtaposés de sorte que leurs bases 34 soient coplanaires, et de sorte que ces bases 34 forment ensemble la paroi supérieure 26 du logement 20. Chaque fente 28 de cette paroi supérieure 26 est alors formée par un espace laissé entre deux éléments réfléchissants 32 adjacents.
On notera que la base plane 34 de chaque élément réfléchissant 32 est recouverte d'un revêtement réfléchissant, par exemple d'aluminium, de façon à former la zone réfléchissante de la paroi supérieure 26.
Chaque surface parabolique 36 est agencée en regard d'une bande réfléchissante 30, de sorte que les rayons solaires réfléchis par chaque surface parabolique 36 soient focalisés vers la bande réfléchissante 30 correspondante, qui focalise à son tour ces rayons solaires vers l'élément de collecte thermique 18, à travers les fentes 28. Avantageusement, chaque paire d'éléments réfléchissants 32 adjacents forme un miroir primaire parabolique 36, présentant une fente 28 en son centre, et la bande réfléchissante 30, agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants 32, forme un miroir secondaire hyperbolique convexe, tel que représenté sur la figure 5. Une telle bande réfléchissante 30 hyperbolique convexe est de préférence rapportée, par exemple par collage, sur la face intérieure de la plaque transparente 12.
En variante, représentée sur la figure 6, la bande réfléchissante 30 forme un miroir secondaire elliptique concave. Une telle bande réfléchissante 30 elliptique est de préférence réalisée en creusant la face intérieure de la plaque transparente 12 de façon à obtenir cette forme elliptique concave, puis par dépôt d'une couche réfléchissante.
Dans les deux cas, les éléments réfléchissants 32 et la bande réfléchissante 30 sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire 36 et secondaire 30 coïncident, et que le foyer du miroir primaire parabolique 36 coïncide avec un premier foyer du miroir secondaire hyperbolique ou elliptique.
Les rayons solaires sont reflétés sur le miroir primaire parabolique 36 en direction du foyer de ce miroir parabolique. Ce foyer étant également le premier foyer du miroir secondaire hyperbolique ou elliptique 30, les rayons sont alors réfléchis vers un second foyer de ce miroir secondaire 30.
Il est alors possible de focaliser de manière fiable et précise le rayonnement solaire vers l'ouverture 28.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1 , le panneau solaire 10 comporte également deux éléments réfléchissants allongés latéraux 38, représentés plus en détail sur la figure 4. Ces éléments latéraux 38 comportent chacun une base plane 40, agencée de manière coplanaire avec les bases 34 des éléments réfléchissants 32, une face concave 42 agencée en regard d'une bande réfléchissante 30 correspondante, et une face plane 44 destinée à être fixée en appui sur les plaques latérales formant les faces latérales longitudinales 16A.
On notera que chaque élément réfléchissant allongé 32, 38 est fixé par ses extrémités longitudinales aux faces latérales transversales 16B du panneau solaire 10. Par exemple, un rebord (non représenté) est prévu sur chacune des faces latérales transversales 16B, les extrémités longitudinales de chaque élément réfléchissant allongé 32, 38 reposant et étant collée sur un rebord respectif.
Les éléments réfléchissants allongés 32, 38 sont par exemple réalisés en verre, par moulage ou par extrusion, et recouverts d'un revêtement réfléchissant, par exemple d'aluminium, afin de leur conférer leur fonction réfléchissante. Conformément au mode de réalisation décrit, chaque élément réfléchissant allongé 32 (respectivement 38), présente une longueur de 1 m, une largeur de 10 cm (respectivement 5 cm), et une hauteur de 2 cm.
On notera que la qualité de la réflexion par ces éléments réfléchissants allongés 32, 38 est conservée au cours du temps, du fait que l'intérieur du panneau solaire 10, dans lequel sont logés ces éléments réfléchissants allongés 32, 38, est sous vide.
Afin d'optimiser le rendement du panneau solaire thermique 10, en limitant les pertes thermiques de l'élément de collecte 18, le logement 20 comporte avantageusement des entretoises 46 d'isolation thermique, agencées entre l'élément de collecte thermique 18 et la paroi inférieure du logement 20. Ainsi, l'élément de collecte thermique 18 ne repose pas directement sur la paroi inférieure 22, et n'échange donc pas de chaleur par conduction avec cette paroi inférieure 22.
On a représenté sur la figure 7 un exemple d'élément de collecte thermique 18. Cet élément de collecte thermique 18 comporte une enveloppe 48, susceptible d'absorber le rayonnement solaire et/ou thermique, enveloppant un matériau à changement de phase 50.
L'enveloppe 48 est de préférence métallique, et réalisé dans un matériau choisi en fonction de la température devant être atteinte par l'élément de collecte thermique 18. La surface de cette enveloppe 48 est traitée, par des moyens classiques, de façon à lui conférer une capacité d'absorption optimale de l'énergie thermique reçue. Par exemple, l'enveloppe 48 est recouverte d'un revêtement de couleur noire.
On rappelle qu'un matériau à changement de phase est un matériau susceptible d'accumuler ou de céder de l'énergie thermique à température constante par un changement d'état physique à cette température. La grandeur utilisée pour quantifier l'énergie mise en jeu lors d'un changement de phase est la chaleur latente.
Ainsi, l'élément de collecte thermique 18 selon l'invention présente une fonction d'accumulateur thermique en plus de sa fonction de collecte thermique.
Le matériau à changement de phase 50 est choisi en fonction de la température de travail de l'élément de collecte thermique 18.
Par exemple, à basse température (inférieure à 100°C), le matériau à changement de phase 50 est choisi parmi de la paraffine ou de l'acide stéarique.
A température élevée (supérieure à 300 °C), le matériau à changement de phase 50 est par exemple de l'aluminium (dont la température de fusion est de 658 °C et la chaleur latente de fusion de 395 kJ/kg).
A température moyenne (entre 150 et 300 °C), le matériau à changement de phase 50 est par exemple de l'anthraquinone (dont la température de fusion est de 286 °C et la chaleur latente de fusion de 157 kJ/kg). La chaleur latente de fusion de ce matériau est suffisamment élevée pour qu'une quantité raisonnable de celui-ci (entre 40 et 100 kg par m2 de panneau) puisse permettre de réaliser une restitution thermique sur 24 heures à une température constante égale à la température de fusion citée ci-dessus. Par ailleurs, l'innocuité de l'anthraquinone permet de le manipuler en toute sécurité lors de la fabrication du panneau solaire 10. Enfin, l'anthraquinone, étant un corps pur, a pour avantage de ne pas être sujette à décomposition thermique comme cela est le cas pour certains matériaux mis en œuvre dans l'état de l'art.
De préférence, l'élément de collecte thermique 18 comporte également un échangeur thermique 52, logé dans l'enveloppe 48, destiné à échanger de la chaleur entre le matériau à changement de phase 50 et un fluide caloporteur 54 circulant dans cet échangeur thermique. L'échangeur thermique 52 comporte de préférence des ailettes 56 plongées dans le matériau à changement de phase 50.
Le fluide caloporteur 54 circule dans l'enveloppe 48 dans un tube de circulation 58, autour duquel s'étendent les ailettes 56. Le tube de circulation 58 s'étend dans l'élément de collecte thermique 18, par exemple en boustrophédon. Ce tube de circulation 58 est relié à une machine thermique de type classique (non représentée), extérieure au panneau solaire 20, par l'intermédiaire d'un élément tubulaire d'entrée 60 et d'un élément tubulaire de sortie 62 de transfert du fluide caloporteur 54. Par exemple, la machine thermique est adaptée pour convertir l'énergie thermique en énergie mécanique ou électrique. En variante, l'énergie thermique pourrait également être récupérée pour produire de la chaleur ou du froid, par exemple pour une installation de chauffage ou de réfrigération, industrielle ou domestique.
Les éléments tubulaires d'entrée 60 et de sortie 62 passent à travers des orifices 63 respectifs ménagés dans une face latérale du logement 20, par exemple une face latérale transversale 16B, comme cela est représenté sur la figure 2, en direction de la machine thermique.
De préférence, un joint 64 est agencé entre l'élément tubulaire 60 et l'orifice correspondant. Ce joint 64 est étanche de façon à permettre la conservation du vide dans le panneau solaire 20, et ce joint 64 est isolant thermiquement pour ne pas entraîner de pertes de chaleur.
Pour un fonctionnement optimal, le panneau solaire est orienté, lors de sa construction, vers le sud. En outre, le panneau solaire 10 est manœuvré par un dispositif d'orientation de ce panneau solaire 10, destiné à maintenir la face supérieure 12 du panneau solaire 10 dans une direction perpendiculaire au plan de l'écliptique, afin d'assurer un ensoleillement important.
Lorsque le panneau solaire 10 est exposé au soleil, les rayons solaires traversent la face supérieure transparente 12. Ces rayons solaires sont réfléchis sur les faces concaves 36, 42 des éléments réfléchissants 32, 38, de façon à focaliser ces rayons sur les bandes réfléchissantes 30.
Chaque bande réfléchissante 30 focalise alors les rayons solaires reçus, à travers la fente 28 correspondante, vers l'élément de collecte thermique 18.
Le panneau solaire 10 selon l'invention permet de réduire les pertes thermiques émises par l'élément de collecte thermique 18.
En particulier, la mise sous vide d'air de l'intérieur du panneau solaire 10 limite la convection autour de l'élément de collecte thermique 18. En outre, les entretoises 46 d'isolation thermique, agencés entre l'élément de collecte thermique 18 et la paroi inférieure 22 du logement 20, limitent la conduction entre cet élément de collecte thermique 18 et cette paroi inférieure 22. Par ailleurs, le rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique 18 est confiné à l'intérieur du panneau solaire 18 du fait que les parois du logement 20 sont traitées pour réfléchir ce rayonnement thermique.
En outre, la surface externe de l'enveloppe 48 de l'élément de collecte thermique 18 est traitée pour absorber au maximum le rayonnement solaire transmis par les bandes réfléchissantes 30 et le rayonnement thermique réfléchi par les faces du logement 20.
La faible fraction de ce rayonnement thermique émise vers l'extérieur du logement 20, à travers les fentes 28, est renvoyée en quasi-totalité vers l'élément de collecte thermique 18 par les bandes réfléchissantes 30.
On a représenté sur la figure 8 un panneau solaire 10 selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, les éléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références identiques.
Conformément à ce deuxième mode de réalisation, le panneau solaire 10 comporte une pluralité d'éléments de collecte thermique 18, notamment un élément de collecte thermique 18 par ensemble de miroirs primaire 36 et secondaire 30.
Chacun de ces éléments de collecte thermique 18 présente une fonction de transfert thermique vers un élément de stockage thermique agencé par exemple à l'extérieur du panneau thermique 10, qui sera décrit ultérieurement en référence à la figure 10.
De préférence, le panneau solaire thermique 10 comporte des entretoises 65, agencées entre deux éléments de collecte thermique 18 adjacents, et s'étendant entre la base plane 34 d'un élément réfléchissant 32 et la face inférieure 14 du panneau 10, de façon à délimiter des logements respectifs pour les éléments de collecte thermiques. Avantageusement, ces entretoises 65 comportent un revêtement réfléchissant.
Un exemple d'élément de collecte thermique 18 est représenté sur la figure 8.
Cet élément de collecte thermique 18 est formé par un élément tubulaire de transfert thermique dans lequel circule un fluide caloporteur 66, assurant le transfert thermique. De préférence, cet élément tubulaire de collecte thermique 18 est pourvu d'un revêtement extérieur fortement absorbant (assurant une absorption thermique aussi proche que possible de 100%) et présentant une faible émissivité thermique pour que l'élément tubulaire 18 émette un minimum de rayonnement thermique, même lorsqu'il est porté à haute température.
Un exemple d'un tel revêtement est défini dans la publication « Optimization of a solution chemically derived spectrally sélective solar absorbing surface », de Bostrom T., Westin G. & Wàkelgard E., dans « Solar Energy Materials and Solar Cells - 2007, vol. 91 , pp. 38-43 », ou dans la publication « Some aspects regarding I.R. absorbing materials based on thin alumina films for solar-thermal energy conversion, using X-ray diffraction technique », de Mitrea S. A., Hodorogea S. M., Duta A., Isac L, Purghel E. & Voinea M., dans « Engineering and Technology - 2008, vol. 47 - World Academy of Science ».
De préférence, l'élément tubulaire 18 de collecte thermique est agencé de sorte que les éléments réfléchissants 32 et les bandes réfléchissantes 30 focalisent les rayons solaires sur la génératrice supérieure de cet élément tubulaire 18. En particulier, cette génératrice supérieure coïncide avec la ligne focale du miroir secondaire hyperbolique ou elliptique 30.
Conformément à ce deuxième mode de réalisation, une zone réfléchissante est portée par un élément tubulaire de réflexion 70, entourant coaxialement l'élément tubulaire de collecte thermique 18.
Cet élément tubulaire de réflexion 70 est de préférence formé par un matériau isolant dont la surface interne est métallisée pour la rendre réfléchissante au rayonnement thermique résiduel émis par l'élément tubulaire de transfert thermique 18, et comportant sur sa génératrice supérieure une fente 72 destinée à laisser passer les rayons solaires incidents.
Afin de maintenir l'élément de collecte thermique dans l'élément tubulaire de réflexion 70, cet élément tubulaire de réflexion 70 est entrecoupé de bagues de centrage, de préférence réalisées dans le même matériau isolant que l'élément tubulaire 70, et munies de pointes internes 74. Ces pointes internes 74 permettent notamment de maintenir fixe la position de la génératrice supérieure de l'élément tubulaire de collecte thermique 18, quelle que soit la température du fluide caloporteur 66. De préférence, les pointes 74 sont réalisées dans un matériau isolant, et présentent une forme conique dont le sommet coopère avec l'élément tubulaire de collecte thermique 18 afin de minimiser le contact entre ces pointes 74 et l'élément de collecte thermique 18. Ainsi, on minimise les pertes thermiques par contact de l'élément de collecte thermique 18 avec ces pointes 74.
On a représenté sur la figure 10 un élément 76 d'introduction ou d'évacuation du fluide thermique, agencé à l'intérieur du panneau 10. De tels éléments 76 d'introduction d'une part, et d'évacuation d'autre part, sont agencés respectivement de part et d'autre du panneau 10, à l'intérieur de ce panneau 10. Les éléments d'introduction et d'évacuation sont identiques, et assurent respectivement l'introduction du fluide thermique à réchauffer, et l'évacuation du fluide thermique réchauffé.
Chaque élément 76 est relié aux éléments de collecte thermique 18 afin d'introduire ou d'évacuer le fluide thermique circulant dans ces éléments de collecte thermique 18.
Avantageusement, l'élément 76 comporte des portions 78 en forme de soufflet, permettant une dilatation thermique longitudinale de cet élément 76.
L'élément 76 est logé dans une enceinte prolongeant latéralement le panneau 10, délimitée par des parois 80 en matériau isolant thermiquement, et par un élément d'obturation 81 .
De préférence, ces parois 80 sont munies d'une surface intérieure réfléchissante. On notera que cette enceinte est suffisamment spacieuse pour permettre une dilatation thermique radiale de l'élément 76.
Au moins l'une des parois 80 est munie d'ouvertures 82 pour le passage des éléments de collecte thermique 18 provenant du panneau 10 jusqu'à l'élément 76. De préférence, chaque ouverture 82 est complétée d'un joint isolant thermique, destiné à éviter les pertes de chaleur par cette ouverture, de manière similaire aux ouvertures 63 et aux joints étanches et isolants 64 décrits précédemment en référence à la figure 2. On notera que cette paroi 80 munie d'ouverture forme généralement une paroi latérale 16B du panneau.
De préférence, lorsque le panneau 10 est agencé incliné par rapport à l'horizontale, notamment pour être perpendiculaire aux rayons solaires, l'enceinte dans lequel l'élément d'introduction du fluide thermique à réchauffer est agencé forme une partie basse du panneau, et l'enceinte dans lequel l'élément d'évacuation du fluide thermique réchauffé est agencé forme une partie haute du panneau.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits et pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications.
En particulier, on peut prévoir un ensemble de panneaux solaires, comportant une pluralité de panneaux solaires tels que définis précédemment, agencés de façon que leurs faces supérieures transparentes 12 soient agencés dans un même plan.
Dans ce cas, les parois latérales de panneaux adjacents peuvent présenter des ouvertures, de sorte que les espaces internes de ces panneaux solaires adjacents communiquent entre eux, l'ensemble de ces espaces intérieurs restant étanche par rapport à l'extérieur. Il est ainsi possible de faire le vide dans ces panneaux solaires adjacents en une seule opération. En outre, le circuit de fluide caloporteur 54 peut passer à travers plusieurs panneaux solaires tout en restant dans un environnement sous vide.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Panneau solaire thermique (10), du type comprenant au moins un élément de collecte thermique (18) destiné à recevoir des rayons solaires, caractérisé en ce que le panneau comporte :
- un logement (20) pour l'élément de collecte thermique (18), ce logement (20) étant délimité par des parois (22, 24, 26) entourant l'élément de collecte thermique (18), au moins une paroi (26) du logement (20) comportant au moins une fente (28) de passage des rayons solaires, de préférence une pluralité de fentes (28),
- au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique (18), cette zone réfléchissante étant propre à réfléchir un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique (18),
- au moins une bande réfléchissante (30), agencée en dehors du logement (20), chaque bande réfléchissante (30) étant agencée en regard d'une fente (28) respective de façon à focaliser un rayonnement reçu vers cette fente (28), et
- une pluralité d'éléments réfléchissants allongés (32), chaque élément réfléchissant allongé (32) comportant une base plane (34) et deux surfaces concaves (36), de sorte que l'élément réfléchissant allongé (32) présente une section transversale sensiblement triangulaire, les éléments réfléchissants allongés (32) étant agencés côte à côte de sorte que leurs bases planes (34) sont coplanaires et forment ensemble la paroi de logement (26) munie de fentes (28), chaque fente (28) étant formée par un espace entre deux éléments réfléchissants allongés (32) adjacents, et chaque surface concave (36) étant agencée en regard d'une bande réfléchissante (30), de sorte qu'un rayonnement réfléchi par une surface concave (36) soit focalisé vers la bande réfléchissante (30) correspondante.
2. Panneau solaire thermique (10) selon la revendication 1 , dans lequel :
- chaque paire d'éléments réfléchissants (32) adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente (28) en son centre,
- la bande réfléchissante (30) agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants (32) forme un miroir secondaire hyperbolique convexe, - les éléments réfléchissants (32) et la bande réfléchissante (30) sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que la ligne focale du miroir primaire parabolique coïncide avec celle du miroir hyperbolique.
3. Panneau solaire thermique (10) selon la revendication 1 , dans lequel :
- chaque paire d'éléments réfléchissants (32) adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente (28) en son centre,
- la bande réfléchissante (30) agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants (32) forme un miroir secondaire elliptique concave,
- les éléments réfléchissants (32) et la bande réfléchissante (30) sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que la ligne focale du miroir primaire parabolique coïncide avec celle du miroir elliptique.
4. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque paroi (22, 24, 26) du logement comporte au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique (18), cette zone réfléchissante s'étendant de préférence sur toute cette paroi (22, 24, 26).
5. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le logement (20) comporte des entretoises (46) d'isolation thermique, agencés entre l'élément de collecte thermique (18) et au moins une paroi (22) du logement (20).
6. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, de forme générale parallélépipédique définie par des faces latérales (16A, 16B), une face inférieure (14) et une face supérieure (12), délimitant ensemble un espace intérieur (17) dans lequel est agencé le logement (20), de sorte que :
- le logement comporte une paroi inférieure (22) formée par la face inférieure (14),
- le logement comporte des parois latérales (24) formées par les faces latérales (16A, 16B), - le logement comporte une paroi supérieure (26), agencée entre les faces supérieure (12) et inférieure (14) du panneau (10), parallèlement à ces faces (12, 14), comprenant la au moins une fente (28),
- la face supérieure (12) est formée par une plaque transparente, de préférence en verre.
7. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens de transport thermique, comprenant :
- un échangeur thermique (52) entre l'élément de collecte thermique (18) et un fluide caloporteur (54), logé dans l'élément de collecte thermique (18),
- au moins un élément tubulaire (60, 62) de transfert du fluide caloporteur (54), reliant l'échangeur thermique (52) avec l'extérieur du panneau solaire (10), en passant à travers un orifice (63) ménagé dans une paroi du logement, et
- au moins un joint (64) étanche et isolant thermiquement, intercalé entre l'élément tubulaire (60, 62) et l'orifice (63).
8. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de collecte thermique comporte une enveloppe (48) susceptible d'absorber le rayonnement solaire et/ou thermique, de préférence métallique, enveloppant un matériau à changement de phase (50).
9. Panneau solaire thermique (10) selon la revendication 8, dans lequel le matériau à changement de phase (50) est choisi parmi de l'anthraquinone, ou de l'aluminium.
10. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de collecte thermique (18) est formé par un élément tubulaire, dans lequel circule un fluide caloporteur, cet élément tubulaire (18) étant de préférence pourvu d'un revêtement extérieur fortement absorbant thermiquement et présentant une faible émissivité thermique.
1 1 . Panneau solaire thermique (10) selon la revendication 10, dans lequel une zone réfléchissante est formée par un élément tubulaire de réflexion (70), entourant coaxialement l'élément tubulaire de collecte thermique (18), cet élément tubulaire de réflexion (70) étant formé par un matériau isolant dont la surface interne est traitée, par exemple métallisée, pour la rendre réfléchissante au rayonnement thermique résiduel émis par l'élément tubulaire de collecte thermique (18), et comportant sur sa génératrice supérieure une fente (72) destinée à laisser passer le rayonnement thermique incident.
12. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément (76) d'introduction ou d'évacuation du fluide thermique, relié à l'ensemble des éléments de collecte thermique (18), logé dans une enceinte prolongeant latéralement le panneau (10), délimitée par des parois (80, 81 ) en matériau isolant thermiquement.
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