FR2698682A1 - High efficiency solar air collector. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un capteur solaire à air à rendement élevé du type comprenant un caisson (10) isolé thermiquement de l'extérieur, et un absorbeur (50), une des faces du caisson étant une couverture transparente (20) exposée aux radiations solaires et qui est un élément creux comportant une paroi extérieure (30) et une paroi intérieure (32) parallèles, l'air à chauffer étant forcé à circuler dans un premier temps, entre ces deux parois, de façon à récupérer par convection l'énergie calorifique absorbée par la couverture provenant à la fois des radiations solaires directes et du rayonnement de l'absorbeur (50). Dans un deuxième temps, l'air ainsi préchauffé est forcé à circuler sur les deux faces de l'absorbeur (50) pour récupérer l'essentiel de l'énergie calorifique emmagasinée.The invention relates to a high efficiency solar air collector of the type comprising a box (10) thermally insulated from the outside, and an absorber (50), one of the faces of the box being a transparent cover (20) exposed to solar radiation. and which is a hollow element comprising an outer wall (30) and an inner wall (32) parallel, the air to be heated being forced to circulate firstly, between these two walls, so as to recover the energy by convection calorific absorbed by the cover coming from both direct solar radiation and radiation from the absorber (50). Secondly, the air thus preheated is forced to circulate on the two faces of the absorber (50) to recover most of the stored heat energy.

Description

La présente invention a pour objet la récupération de l'énergie solaire et plus particulièrement un capteur solaire à air du type comprenant un caisson isolé thermiquement de l'extérieur dont une des faces est une couverture transparente exposée aux radiations solaires et un absorbeur placé à l'intérieur du caisson de façon à recevoir et absorber le maximum de radiations solaires traversant la face transparente, le caisson comportant une entrée d'air à chauffer, une sortie d'air chauffé par convection au contact de l'absorbeur et un ventilateur destiné à assurer la circulation de l'air dans le caisson entre ventrée d'air et la sortie d'air. The present invention relates to the recovery of solar energy and more particularly a solar air collector of the type comprising a box thermally insulated from the outside, one of the faces of which is a transparent cover exposed to solar radiation and an absorber placed at the interior of the box so as to receive and absorb the maximum of solar radiation passing through the transparent face, the box comprising an air inlet to be heated, an outlet of air heated by convection in contact with the absorber and a fan intended for ensure the circulation of air in the box between the air intake and the air outlet.

Lorsque la crainte de l'épuisement des énergies fossiles s'est fait sentir, on s'est préoccupé de récupérer une partie de l'énergie de rayonnement en provenance du soleil, correspondant à une puissance maximale de 1300 watts (hors atmosphère). Le premier type de capteurs solaires mis sur le marché utilise l'eau comme fluide caloporteur. Ces capteurs présentent de nombreux inconvénients tels qu'un rendement trop faible et un prix de revient élevé. When the fear of the exhaustion of fossil fuels was felt, we were concerned with recovering part of the radiation energy from the sun, corresponding to a maximum power of 1300 watts (outside the atmosphere). The first type of solar collectors on the market uses water as the heat transfer fluid. These sensors have many drawbacks such as too low yield and high cost price.

Le deuxième type de capteurs solaires qui a fait son apparition sur le marché utilise l'air comme fluide caloporteur. Dans ce type de capteur, décrit par exemple dans le brevet français 2 491 599, l'air circule dans un caisson entre une entrée et une sortie et récupère la chaleur absorbée par un absorbeur recevant les radiations solaires traversant la face transparente du caisson exposée aux radiations du soleil. Généralement, un ventilateur situé à l'entrée ou à la sortie de l'air assure la circulation de l'air de façon à provoquer une bonne convection de l'air au contact de l'absorbeur. The second type of solar collectors that has appeared on the market uses air as the heat transfer fluid. In this type of sensor, described for example in French patent 2,491,599, the air circulates in a box between an inlet and an outlet and recovers the heat absorbed by an absorber receiving solar radiation passing through the transparent face of the box exposed to radiation from the sun. Generally, a fan located at the inlet or outlet of the air circulates the air so as to cause good convection of the air in contact with the absorber.

Malheureusement, les capteurs solaires à air existants présentent un inconvénient majeur qui ne leur permet pas d'atteindre des rendements élevés. En effet, la couverture transparente absorbe une partie non négligeable des radiations incidentes. Ensuite, l'absorbeur renvoie sous forme de rayonnement une partie de l'énergie solaire qu'il a absorbée. Ce rayonnement est en partie piégé par "l'effet de serre" dû à la couverture transparente. Unfortunately, existing solar air collectors have a major drawback which does not allow them to achieve high yields. In fact, the transparent cover absorbs a non-negligible part of the incident radiation. Then, the absorber returns part of the solar energy it has absorbed in the form of radiation. This radiation is partly trapped by the "greenhouse effect" due to the transparent cover.

Pourtant, une partie du rayonnement parvient à quitter le capteur, soit directement, soit par absorption de la couverture transparente, puis par convection avec l'air ambiant. L'absorption du rayonnement et de la chaleur par la couverture transparente provoque une élévation de température de cette dernière et facilite les pertes par convection avec le milieu extérieur.However, part of the radiation manages to leave the sensor, either directly or by absorption of the transparent cover, then by convection with ambient air. The absorption of radiation and heat by the transparent cover causes the latter to rise in temperature and facilitates losses by convection with the outside environment.

En conséquence, le but principal de l'invention est de réaliser un capteur solaire à air capable de récupérer lténergie absorbée par la couverture transparente du capteur ou qui est rayonnée par l'absorbeur. Consequently, the main object of the invention is to produce a solar air collector capable of recovering the energy absorbed by the transparent cover of the collector or which is radiated by the absorber.

L'objet de l'invention est donc un capteur solaire à air du type mentionné ci-dessus dans lequel la couverture transparente est un élément creux comportant une paroi extérieure et une paroi intérieure parallèles, l'air à chauffer provenant de l'entrée d'air du capteur étant forcé à circuler entre les parois extérieure et intérieure de façon à récupérer l'énergie absorbée par la couverture, de sorte que l'essentiel de l'énergie provenant des radiations solaires reçues par la couverture transparente soit transféré sous forme de chaleur à l'air évacué par la sortie d'air du capteur. The object of the invention is therefore a solar air collector of the type mentioned above in which the transparent cover is a hollow element having an outer wall and an inner wall parallel, the air to be heated coming from the inlet the air from the sensor being forced to circulate between the exterior and interior walls so as to recover the energy absorbed by the cover, so that most of the energy from the solar radiation received by the transparent cover is transferred in the form of heat to the air exhausted by the air outlet of the sensor.

Les buts, objets et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels:
la figure 1 est une représentation schématique vue en coupe d'un capteur solaire de la technique antérieure
la figure 2 est une représentation schématique vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un capteur solaire selon l'invention
la figure 3 est une représentation schématique vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un capteur solaire selon l'invention,
la figure 4 est une représentation schématique vue en coupe du mode de réalisation préféré d'un capteur solaire selon l'invention,
la figure 5 représente schématiquement la structure de la couverture transparente du mode de réalisation préféré de l'invention représenté sur la figure 4, et
la figure 6 est une représentation synoptique des circuits de régulation de température utilisés dans le mode de réalisation préféré représenté sur la figure 4.The aims, objects and characteristics of the invention will be better understood on reading the following description made with reference to the drawings in which:
Figure 1 is a schematic sectional view of a solar collector of the prior art
Figure 2 is a schematic sectional view of a first embodiment of a solar collector according to the invention
FIG. 3 is a schematic representation in section view of a second embodiment of a solar collector according to the invention,
FIG. 4 is a schematic view in section of the preferred embodiment of a solar collector according to the invention,
FIG. 5 schematically represents the structure of the transparent cover of the preferred embodiment of the invention shown in FIG. 4, and
FIG. 6 is a block diagram of the temperature control circuits used in the preferred embodiment shown in FIG. 4.

Comme illustré sur la figure 1, un capteur solaire à air de la technique antérieure est formé d'un caisson 10 isolé thermiquement de l'extérieur, comportant une face transparente 20 exposée aux radiations solaires. Dans le caisson se trouve un absorbeur 22 dont la fonction est d'absorber les radiations solaires S traversant la face transparente 20. Le caisson comporte une entrée d'air 24 et une sortie d'air 26, l'une des deux (sur la figure c'est l'entrée d'air) étant munie d'un ventilateur chargé d'assurer une bonne circulation de l'air dans le caisson. As illustrated in FIG. 1, a prior art solar air collector is formed from a box 10 thermally insulated from the outside, comprising a transparent face 20 exposed to solar radiation. In the box is an absorber 22 whose function is to absorb solar radiation S passing through the transparent face 20. The box has an air inlet 24 and an air outlet 26, one of the two (on the figure is the air inlet) being provided with a fan responsible for ensuring good air circulation in the box.

L'absorbeur 22 captant les radiations solaires, il accumule de la chaleur et sa température augmente. Le rôle de l'air circulant entre l'entrée 24 et la sortie 26 est d'acquérir de la chaleur par convection au contact de l'absorbeur. L'absorbeur peut être imperméable à l'air, et dans ce cas l'air circule sur les faces de l'absorbeur. Ou bien, comme illustré sur la figure 1, l'absorbeur peut être poreux, ce qui permet à l'air de le traverser et augmenter ainsi l'échange de chaleur entre l'absorbeur et l'air. The absorber 22 collects solar radiation, it accumulates heat and its temperature increases. The role of the air circulating between the inlet 24 and the outlet 26 is to acquire heat by convection in contact with the absorber. The absorber can be impermeable to air, and in this case the air circulates on the faces of the absorber. Or, as illustrated in FIG. 1, the absorber can be porous, which allows air to pass through it and thus increase the heat exchange between the absorber and the air.

Mais un capteur tel que celui représenté sur la figure 1 présente un double inconvénient. D'une part, une partie des radiations solaires reçues par la couverture est absorbée par cette dernière lorsqu'elle est traversée par les radiations. D'autre part, une autre partie des radiations solaires S qui ont atteint l'absorbeur est réémise par ce dernier sous forme de radiations infrarouges
S'. Une portion S1 de ces radiations est elle même réfléchie par la face transparente 20 et renvoyée vers l'intérieur du caisson, une autre portion S'2 traverse la face transparente 20 et est émise vers l'extérieur et enfin une dernière portion est absorbée par la couverture. En fin de compte une partie non négligeable de l'énergie solaire reçue par le capteur n'est pas récupérée par l'air circulant dans le caisson.However, a sensor such as that shown in FIG. 1 has a double drawback. On the one hand, part of the solar radiation received by the cover is absorbed by the latter when it is crossed by the radiation. On the other hand, another part of the solar radiation S which has reached the absorber is re-emitted by the latter in the form of infrared radiation.
S '. A portion S1 of these radiations is itself reflected by the transparent face 20 and returned towards the inside of the box, another portion S'2 crosses the transparent face 20 and is emitted towards the outside and finally a last portion is absorbed by the cover. In the end, a non-negligible part of the solar energy received by the collector is not recovered by the air circulating in the box.

La figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'invention. Le caisson 10 du capteur solaire est du même type que précédemment, c'est à dire avec des parois qui permettent une bonne isolation thermique avec l'extérieur. Mais la face transparente 20 est ici une couverture transparente ayant une paroi extérieure transparente 30 et une paroi intérieure transparente 32 formant deux plans parallèles. L'air qui est forcé à circuler grâce au ventilateur 34 entre dans le caisson par l'entrée d'air 36, s'écoule entre les deux parois 30 et 32, puis se répartit au dessus et au dessous de l'absorbeur 38 avant de sortir à l'extérieur du caisson après être passé par le collecteur d'air 40. FIG. 2 schematically illustrates an embodiment of the invention. The box 10 of the solar collector is of the same type as above, that is to say with walls which allow good thermal insulation with the outside. However, the transparent face 20 is here a transparent cover having a transparent external wall 30 and a transparent internal wall 32 forming two parallel planes. The air which is forced to circulate by means of the fan 34 enters the box through the air inlet 36, flows between the two walls 30 and 32, then is distributed above and below the absorber 38 before exit outside the box after passing through the air manifold 40.

Dans ce mode de réalisation, l'absorbeur est du type imperméable à l'air. Il est de préférence constitué d'un matériau noir et mat pour avoir une absorption la plus élevée possible. Ainsi, un absorbeur en feutre de carbone s'avère présenter un degré d'absorption élevé des radiations solaires. In this embodiment, the absorber is of the air impermeable type. It is preferably made of a black and matt material to have the highest possible absorption. Thus, a carbon felt absorber is found to have a high degree of absorption of solar radiation.

Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 3, le caisson 10 est le même que précédemment avec une couverture 20 formée également d'une paroi extérieure 30 et d'une paroi intérieure 32, mais avec un absorbeur 42 différent de celui de la figure 2. En effet, dans ce mode de réalisation, l'absorbeur est poreux et par conséquent l'air issu de l'entrée d'air 36, atteint d'abord le dessous de l'absorbeur, alors que l'entrée du collecteur d'air 40 se trouve au dessus de l'absorbeur. Ceci a donc pour résultat d'obliger l'air à circuler à travers l'absorbeur poreux. Un tel absorbeur peut être fabriqué selon des structures variées telles que du métal déployé des fils ou des cordons tressés, ou bien en un matériau suffisamment poreux pour le rendre perméable à l'air. In a second embodiment illustrated in FIG. 3, the box 10 is the same as above with a cover 20 also formed from an outer wall 30 and an inner wall 32, but with an absorber 42 different from that of the Figure 2. Indeed, in this embodiment, the absorber is porous and therefore the air from the air inlet 36, first reaches the underside of the absorber, while the inlet of the air collector 40 is located above the absorber. This therefore results in forcing the air to circulate through the porous absorber. Such an absorber can be manufactured in various structures such as expanded metal, braided cords or cords, or in a material sufficiently porous to make it breathable.

La caractéristique essentielle de l'invention qui est utilisée dans les représentations schématiques des figures 2 et 3 prend en compte les inconvénients des capteurs solaires à air de la technique antérieure. En effet, comme on l'a déjà mentionné, la couverture transparente exerce malgré tout la fonction d'absorbeur soit en absorbant une partie des radiations solaires entrant dans le capteur, soit en absorbant une partie des radiations ré-émises par l'absorbeur proprement dit. Le but de la circulation d'air dans la couverture transparente est donc de transférer par convection les calories acquises par la couverture à l'air circulant entre les deux parois, et dans une moindre mesure de récupérer l'énergie du rayonnement ré-émis vers l'extérieur sous forme de radiations infrarouges.Cette caractéristique permet d'accroître considérablement le rendement qui peut ainsi passer de 55 % pour un capteur de la technique antérieure à près de 80 %. The essential characteristic of the invention which is used in the schematic representations of FIGS. 2 and 3 takes into account the drawbacks of the solar air collectors of the prior art. In fact, as already mentioned, the transparent cover nevertheless performs the function of absorber either by absorbing part of the solar radiation entering the collector, or by absorbing part of the radiation re-emitted by the absorber itself. said. The purpose of the air circulation in the transparent cover is therefore to transfer by convection the calories acquired by the cover to the air circulating between the two walls, and to a lesser extent to recover the energy of the re-emitted radiation towards the outside in the form of infrared radiation. This characteristic makes it possible to considerably increase the efficiency, which can thus go from 55% for a sensor of the prior art to almost 80%.

Le mode de réalisation préféré de l'invention utilisant la caractéristique essentielle de l'invention mentionnée ci dessus, est maintenant décrit en référence à la figure 4. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, ce capteur comporte un caisson 10 isolé thermiquement de l'extérieur par un isolant, une couverture 20 formée d'une paroi extérieure transparente 30 et d'une paroi intérieure transparente 32 entre lesquelles l'air circule à partir de l'entrée d'air 36, d'un absorbeur 50 imperméable à l'air de part et d'autre duquel l'air s'écoule vers le collecteur d'air, et du ventilateur 34 qui aspire l'air du collecteur 40 vers l'extérieur. L'absorbeur peut être en feutre de carbone comme il a été dit précédemment.Mais, de préférence il peut être sous forme d'une structure de polycarbonate à alvéoles longitudinales recouverte sur sa surface exposée aux radiations solaires d'un revêtement de fibres de carbone.et reposant directement sur le fond du caisson 10 (les pointillés sur la figure 4 représentent les extrémités ouvertes des alvéoles de la structure) Au dessous de l'absorbeur 50, l'air passe donc à travers les alvéoles de la structure. The preferred embodiment of the invention using the essential characteristic of the invention mentioned above, is now described with reference to FIG. 4. As in the embodiment of FIG. 1, this sensor comprises a box 10 thermally insulated from the outside by an insulator, a cover 20 formed by a transparent external wall 30 and a transparent internal wall 32 between which the air circulates from the air inlet 36, by an impermeable absorber 50 to the air on either side of which the air flows towards the air collector, and from the fan 34 which sucks the air from the collector 40 towards the outside. The absorber can be made of carbon felt as mentioned above, but preferably it can be in the form of a polycarbonate structure with longitudinal cells covered on its surface exposed to solar radiation with a coating of carbon fibers. .and resting directly on the bottom of the box 10 (the dotted lines in FIG. 4 represent the open ends of the cells of the structure) Below the absorber 50, the air therefore passes through the cells of the structure.

Mais le capteur représenté sur la figure 4 a été rendu autonome grâce à des piles photovoltaïques 52 directement exposées aux radiations solaires et placées à côté de la couverture transparente 20, au droit de la partie du caisson comportant le collecteur d'air. Ces piles photovoltaïques alimentent le ventilateur 34 par l'intermédiaire d'un régulateur décrit ci-après. Sur un capteur comportant une surface totale de 2m2 on peut disposer de 1,7 m2 de surface thermique (la couverture transparente) juxtaposée à un surface de 0,30 m2 composée de piles photovoltaïques fournissant une tension de 12 volts nominale et une puissance de 20 à 25 watts suffisante pour alimenter le ventilateur. Il est à noter que les cellules photovoltaïques pourraient être disposées différemment de façon à fournir une tension plus faible ou plus élevée selon les besoins. However, the sensor shown in FIG. 4 has been made autonomous thanks to photovoltaic cells 52 directly exposed to solar radiation and placed next to the transparent cover 20, in line with the part of the box comprising the air collector. These photovoltaic cells supply the fan 34 via a regulator described below. On a sensor with a total surface of 2m2, 1.7 m2 of thermal surface can be available (the transparent cover) juxtaposed with a surface of 0.30 m2 composed of photovoltaic cells providing a nominal voltage of 12 volts and a power of 20 at 25 watts sufficient to power the fan. It should be noted that the photovoltaic cells could be arranged differently so as to provide a lower or higher voltage as required.

Ainsi, le capteur illustré sur la figure 4 peut être utilisé pour chauffer une pièce, un appartement ou toute habitation, sans avoir à prévoir l'alimentation électrique du ventilateur par le secteur ou par une batterie. Comme on va le voir par la suite, il est possible de réguler l'alimentation du ventilateur de façon à ce que la température du volume chauffé se rapproche le plus possible d'une référence donnée. Thus, the sensor illustrated in FIG. 4 can be used to heat a room, an apartment or any house, without having to provide the fan with electrical power from the mains or from a battery. As will be seen later, it is possible to regulate the supply of the fan so that the temperature of the heated volume is as close as possible to a given reference.

Le capteur tel que représenté sur la figure 4 est en réalité disposé selon une certaine inclinaison de façon à être le mieux possible exposé aux radiations solaires. The sensor as shown in Figure 4 is actually arranged at a certain inclination so as to be as much as possible exposed to solar radiation.

Sous nos latitudes, une exposition plein sud avec une inclinaison de 60 par rapport à l'horizontale est préférable s'il n'y a pas de masque (arbres, montagne...).In our latitudes, an exposure due south with an inclination of 60 compared to the horizontal is preferable if there is no mask (trees, mountain ...).

Bien entendu, on peut prévoir un système dynamique faisant varier l'inclinaison du capteur en fonction de la saison et donc de la hauteur du soleil. Of course, one can provide a dynamic system varying the inclination of the sensor according to the season and therefore the height of the sun.

Dans sa position de fonctionnement, le collecteur d'air 40 est en haut. L'air pénètre donc en haut du capteur par l'entrée 36. De façon à éviter que l'eau de pluie ne puisse pas pénétrer dans la couverture 20, l'entrée 36 est abritée par un rebord 54. L'air descend vers le bas du capteur et remonte en contact avec l'absorbeur 50 vers le collecteur 40. I1 est à noter que cette disposition du capteur est préférable à la disposition où le capteur aurait son entrée d'air et le ventilateur en bas dans la mesure où l'air qui se chauffe en circulant sur l'absorbeur a une tendance naturelle à monter vers le collecteur, ce qui facilite d'autant sa circulation, et que l'air au contact de l'absorbeur plus chaud impose à l'air de la couverture plus froid de descendre.De la même façon, du fait de cette tendance naturelle de l'air chaud à monter, il passe une quantité d'air plus grande au dessus de l'absorbeur (flèches pleines) qu'en dessous (flèches en pointillés). In its operating position, the air manifold 40 is at the top. The air therefore enters the top of the sensor through the inlet 36. In order to prevent rainwater from being able to enter the cover 20, the inlet 36 is sheltered by a flange 54. The air descends towards the bottom of the sensor and goes up in contact with the absorber 50 towards the collector 40. It should be noted that this arrangement of the sensor is preferable to the arrangement where the sensor would have its air inlet and the fan at the bottom in so far as the air which heats by circulating on the absorber has a natural tendency to go up towards the collector, which facilitates its circulation all the more, and that the air in contact with the warmer absorber imposes on the air to the cover is colder to go down. In the same way, due to this natural tendency of hot air to go up, it passes a greater quantity of air above the absorber (solid arrows) than below ( dashed arrows).

La figure 5 illustre la structure de la couverture transparente dans le mode de réalisation préféré de la figure 4. Cette structure est en polycarbonate alvéolé dans le sens longitudinal. L'épaisseur optimale entre la paroi extérieure 30 et la paroi intérieure 32 est d'environ 10 mm. cette dimension correspond au meilleur compromis pertes de charges/vitesse de l'air/transmission des radiations. Figure 5 illustrates the structure of the transparent cover in the preferred embodiment of Figure 4. This structure is of polycarbonate honeycombed in the longitudinal direction. The optimum thickness between the outer wall 30 and the inner wall 32 is about 10 mm. this dimension corresponds to the best compromise between pressure drop / air speed / radiation transmission.

Une épaisseur inférieure augmenterait les pertes de charges et une épaisseur supérieure diminuerait la transmission des radiations. Cela diminuerait aussi la vitesse de l'air et le passage du mode turbulent au mode laminaire aurait pour effet d'affaiblir le transfert des calories. Les alvéoles 60 sont de section carrée ou à peu près de préférence.A lower thickness would increase the pressure drops and a greater thickness would decrease the transmission of radiation. It would also decrease the air speed and switching from turbulent to laminar mode would weaken the transfer of calories. The cells 60 are of square section or more or less preferably.

Comme on l'a mentionné précédemment, une des caractéristiques de l'invention est de rendre le capteur autonome. Il est donc prévu un régulateur entre les piles photovoltaïques 52 (voir figure 4) et le ventilateur. Ce régulateur dont la tension est fournie par les photopiles, est représenté de façon synoptique sur la figure 6.  As mentioned previously, one of the characteristics of the invention is to make the sensor autonomous. A regulator is therefore provided between the photovoltaic cells 52 (see FIG. 4) and the fan. This regulator, the voltage of which is supplied by the solar cells, is shown in a block diagram in FIG. 6.

La solution retenue dans ce régulateur est basée sur le "hachage" du courant. Un multivibrateur astable 70 délivre un signal en forme de créneaux d'une tension de 5 volts et d'une fréquence de 16 khz. La sortie du multivibrateur 70 attaque un monostable 72 dont on peut faire varier le rapport cyclique. Pour ce faire, on se sert de capteurs de température placés à différents points de l'installation et fournissant des tensions proportionnelles à la température relevée. On peut prévoir par exemple un capteur C1 à l'entrée du capteur solaire, un autre capteur
C2 à la sortie du capteur solaire, un troisième capteur C3 à la sortie de l'air chaud et un quatrième capteur C4 dans la pièce ou le volume à chauffer. Les valeurs fournies par les capteurs de température sont combinées dans un circuit de comparaison 74.Ce circuit a pour fonction de modifier le rapport cyclique du monostable 72 selon les relations existant entre les valeurs fournies par les capteurs de température. Ainsi, le circuit de comparaison 74 peut comparer la différence entre les capteurs C1 et C2 avec la différence entre les capteurs C3 et C4. Plusieurs méthodes sont possibles pour obtenir une optimisation adéquate.The solution adopted in this regulator is based on the "chopping" of the current. An astable multivibrator 70 delivers a signal in the form of slots with a voltage of 5 volts and a frequency of 16 kHz. The output of the multivibrator 70 attacks a monostable 72 whose cyclic ratio can be varied. To do this, we use temperature sensors placed at different points in the installation and supplying voltages proportional to the temperature recorded. One can provide for example a sensor C1 at the input of the solar collector, another sensor
C2 at the outlet of the solar collector, a third collector C3 at the outlet of the hot air and a fourth collector C4 in the room or volume to be heated. The values supplied by the temperature sensors are combined in a comparison circuit 74. This circuit has the function of modifying the duty cycle of the monostable 72 according to the relationships existing between the values supplied by the temperature sensors. Thus, the comparison circuit 74 can compare the difference between the sensors C1 and C2 with the difference between the sensors C3 and C4. Several methods are possible to obtain an adequate optimization.

Le signal modulé obtenu à la sortie du monostable 72 est amplifié par un amplificateur 76 qui commande à son tour un interrupteur 78 placé entre les photopiles 52 et le ventilateur 34. En fait, l'ensemble de l'amplificateur 76 et de l'interrupteur 78 peut être un seul circuit (type
Darlington) formé d'un amplificateur à deux étages composé d'un premier transistor et d'un deuxième transistor jouant le rôle d'interrupteur.The modulated signal obtained at the output of the monostable 72 is amplified by an amplifier 76 which in turn controls a switch 78 placed between the solar cells 52 and the fan 34. In fact, all of the amplifier 76 and the switch 78 can be a single circuit (type
Darlington) formed of a two-stage amplifier composed of a first transistor and a second transistor playing the role of switch.

Par conséquent, l'interrupteur 78 se ferme et s'ouvre à des intervalles en relation directe avec le rapport cyclique du monostable 72. A la fréquence de 16 khz fournie par le multivibrateur 70, on peut considérer que la tension appliquée aux bornes du ventilateur est la moyenne des deux tensions délivrées pendant chaque période. La combinaison des signaux des différents capteurs de température C1-C4 fait ainsi varier la tension moyenne appliquée au ventilateur et donc sa puissance. Plus le ventilateur tourne vite, plus il évacue de calories par unité de temps et plus la température de la pièce à chauffer augmente. Mais en même temps, la température de l'absorbeur diminue.On voit bien que l'on peut construire le circuit de comparaison 74 de manière à ce que la température de la pièce à chauffer se rapproche le plus possible d'une température de référence donnée. Consequently, the switch 78 closes and opens at intervals directly related to the duty cycle of the monostable 72. At the frequency of 16 kHz supplied by the multivibrator 70, it can be considered that the voltage applied to the terminals of the fan is the average of the two voltages delivered during each period. The combination of the signals from the different temperature sensors C1-C4 thus varies the average voltage applied to the fan and therefore its power. The faster the fan turns, the more calories it evacuates per unit of time and the higher the temperature of the room to be heated. But at the same time, the temperature of the absorber decreases. We can clearly see that the comparison circuit 74 can be constructed so that the temperature of the room to be heated is as close as possible to a reference temperature. given.

Le capteur solaire à air qui vient d'être décrit peut être utilisé pour chauffer une pièce ou une habitation en hiver. Du fait de sa parfaite autonomie, une application possible est le chauffage d'une maison principalement quand les occupants sont absents. Dans une maison non occupée, il est conseillé de fournir un chauffage minimum destiné à garder la maison bien ventilée et à une température acceptable. Un capteur solaire selon l'invention peut donc être utilisé dans ce but sans avoir à brancher un chauffage électrique en permanence ou à laisser une chaudière constamment en fonctionnement. The solar air collector which has just been described can be used to heat a room or a house in winter. Because of its perfect autonomy, a possible application is the heating of a house mainly when the occupants are absent. In an unoccupied house, it is advisable to provide a minimum heating intended to keep the house well ventilated and at an acceptable temperature. A solar collector according to the invention can therefore be used for this purpose without having to permanently connect an electric heater or to leave a boiler constantly in operation.

Un tel capteur peut également être utilisé pour d'autres applications. Ainsi il est judicieux de l'utiliser comme séchoir. En outre, du fait que l'absorbeur se comporte comme un corps noir et donc ré-émet en permanence même en l'absence de radiations solaires, il est donc froid la nuit. I1 peut donc servir de climatiseur durant les nuits chaudes des mois d'été, la circulation de l'air étant assurée grâce à un ventilateur alimenté par une batterie rechargée durant le jour par les piles photovoltaïques du capteur. I1 faut bien entendu ajouter une fonction de nuit au régulateur (passage du mode chauffage au mode climatisation).  Such a sensor can also be used for other applications. So it makes sense to use it as a dryer. In addition, the fact that the absorber behaves like a black body and therefore permanently re-emits even in the absence of solar radiation, it is therefore cold at night. It can therefore be used as an air conditioner during the hot nights of the summer months, the air circulation being ensured by means of a fan powered by a battery recharged during the day by the photovoltaic cells of the sensor. It is of course necessary to add a night function to the regulator (switching from heating mode to air conditioning mode).

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Capteur solaire à air à rendement élevé comprenant un caisson (10) isolé thermiquement de l'extérieur dont une des faces est une couverture transparente (20) exposée aux radiations solaires et les autres faces sont opaques, et un absorbeur (38, 42 ou 50) de radiations solaires placé à l'intérieur du caisson de façon à recevoir et absorber le maximum de radiations solaires traversant lacouverture transparente du caisson, ledit caisson comportant au moins une entrée d'air (36), un collecteur (40) d'air chauffé par convection au contact dudit absorbeur et un ventilateur (34) destiné à assurer la circulation de l'air dans le caisson entre l'entrée d'air et le collecteur d'air; ledit capteur étant caractérisé en ce que ladite couverture transparente est un élément creux comportant une paroi extérieure (30) et une paroi intérieure (32) parallèles, l'air à chauffer provenant de ladite entrée d'air étant forcé à circuler entre lesdites parois extérieure et intérieure de façon à capter par convection la chaleur stockée par la couverture et issue du rayonnement direct et du rayonnement de l'absorbeur, de sorte que l'essentiel de l'énergie provenant des radiations solaires reçues par ladite couverture transparente soit transféré sous forme de chaleur à l'air évacué au moyen dudit collecteur. 1. High efficiency solar air collector comprising a box (10) thermally insulated from the outside, one of the faces is a transparent cover (20) exposed to solar radiation and the other faces are opaque, and an absorber (38, 42 or 50) of solar radiation placed inside the box so as to receive and absorb the maximum of solar radiation passing through the transparent opening of the box, said box comprising at least one air inlet (36), a collector (40) d air heated by convection in contact with said absorber and a fan (34) intended to ensure the circulation of air in the box between the air inlet and the air manifold; said sensor being characterized in that said transparent cover is a hollow element comprising an outer wall (30) and an inner wall (32) parallel, the air to be heated coming from said air inlet being forced to circulate between said outer walls and interior so as to collect by convection the heat stored by the cover and resulting from direct radiation and from the radiation of the absorber, so that the main part of the energy originating from solar radiation received by said transparent cover is transferred in the form of heat to the air evacuated by means of said collector. 2. Capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit ventilateur (34) est placé à la sortie dudit collecteur d'air (40) et a pour fonction d'aspirer l'air introduit dans le capteur par ladite entrée d'air (36). 2. Solar collector according to claim 1 characterized in that said fan (34) is placed at the outlet of said air collector (40) and has the function of sucking the air introduced into the collector by said air inlet (36). 3. Capteur solaire selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il est incliné par rapport à l'horizontale selon un angle dépendant du lieu où il se trouve, et en ce que ladite entrée d'air (36) et ledit collecteur d'air (40) sont situés en haut du capteur de sorte que l'air à chauffer circule vers le bas entre lesdites paroi extérieure (30) et intérieure (32) de la couverture transparente (20) en acquérant des calories fournies par ladite couverture et remonte ensuite vers ledit collecteur en acquérant des calories au contact dudit absorbeur (38,42 ou 50) 3. solar collector according to claim 2 characterized in that it is inclined relative to the horizontal at an angle depending on the place where it is located, and in that said air inlet (36) and said collector air (40) are located at the top of the sensor so that the air to be heated flows down between said outer (30) and inner (32) walls of the transparent cover (20), acquiring calories supplied by said cover and then goes up towards said collector by acquiring calories in contact with said absorber (38, 42 or 50) 4. Capteur solaire selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit absorbeur (38) est en matériau imperméable à l'air de sorte que l'air circule de part et d'autre dudit absorbeur en remontant vers ledit collecteur (40). 4. Solar collector according to claim 3 characterized in that said absorber (38) is made of air-impermeable material so that air circulates on either side of said absorber up towards said collector (40). 5. Capteur solaire selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit absorbeur est un revêtement de fibres de carbone (50) sur une structure à alvéoles longitudinales à travers lesquelles passe l'air en remontant vers ledit collecteur (40). 5. Solar collector according to claim 4 characterized in that said absorber is a coating of carbon fibers (50) on a structure with longitudinal cells through which the air passes upward towards said collector (40). 6. Capteur solaire selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit absorbeur (42) est en matériau poreux perméable à l'air de sorte que l'air traverse ledit absorbeur en remontant vers ledit collecteur (40). 6. Solar collector according to claim 3 characterized in that said absorber (42) is made of porous material permeable to air so that the air passes through said absorber going up towards said collector (40). 7. capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite couverture transparente (20) est une structure à alvéoles longitudinales disposées entre ladite paroi extérieure (30) et ladite paroi intérieure (32) à travers lesquelles passe l'air en provenance de ladite entrée d'air (36) avant d'entrer en contact avec ledit absorbeur (38). 7. sensor according to any one of claims 1 to 6 characterized in that said transparent cover (20) is a structure with longitudinal cells disposed between said outer wall (30) and said inner wall (32) through which the air from said air inlet (36) before coming into contact with said absorber (38). 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant en outre un ensemble de piles photovoltaïques (52) fournissant l'alimentation audit ventilateur (34). 8. Sensor according to any one of the preceding claims, further comprising a set of photovoltaic cells (52) supplying power to said fan (34). 9. Capteur selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'alimentation dudit ventilateur (34) est fournie par ledit ensemble de piles photovoltaïques (52) par l'intermédiaire d'un régulateur adapté pour que le volume à chauffer par l'air chauffé issu du capteur soit à une température la plus proche possible d'une température de référence.  9. Sensor according to claim 8 characterized in that the supply of said fan (34) is supplied by said set of photovoltaic cells (52) via a regulator adapted so that the volume to be heated by the heated air from the sensor is at a temperature as close as possible to a reference temperature. 10. Capteur solaire selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit régulateur comprend un monostable (72) qui, en réponse à un multivibrateur astable (70), fournit un signal de commande d'un interrupteur (78) placé entre ledit ensemble de piles photovoltaïques (52) et ledit ventilateur (34) pour fermer ou ouvrir ledit interrupteur en fonction du rapport cyclique dudit monostable, ledit rapport cyclique étant fonction de la sortie d'un circuit de comparaison (74) établie en tenant compte des valeurs d'une pluralité de capteurs de température (C1-C4) placés en différents points de l'installation. 10. Solar collector according to claim 9 characterized in that said regulator comprises a monostable (72) which, in response to an astable multivibrator (70), provides a control signal from a switch (78) placed between said set of batteries photovoltaic (52) and said fan (34) for closing or opening said switch according to the duty cycle of said monostable, said duty cycle being a function of the output of a comparison circuit (74) established taking into account the values of a plurality of temperature sensors (C1-C4) placed at different points in the installation. 11. Application du capteur solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 au chauffage d'une habitation de façon autonome. 11. Application of the solar collector according to any one of claims 1 to 10 to the heating of a house independently. 12. Application du capteur solaire selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 à la climatisation d'une habitation la nuit, l'alimentation dudit ventilateur (34) étant fournie par une batterie rechargée pendant le jour par ledit ensemble de piles photovoltaïques (52).  12. Application of the solar collector according to any one of claims 8 to 10 to the air conditioning of a dwelling at night, the power supply of said fan (34) being supplied by a battery recharged during the day by said set of photovoltaic cells ( 52).