WO2006090060A1 - Capteur solaire hybride thermique et photovoltaique - Google Patents

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WO2006090060A1
WO2006090060A1 PCT/FR2006/000397 FR2006000397W WO2006090060A1 WO 2006090060 A1 WO2006090060 A1 WO 2006090060A1 FR 2006000397 W FR2006000397 W FR 2006000397W WO 2006090060 A1 WO2006090060 A1 WO 2006090060A1
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plate
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PCT/FR2006/000397
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Jean-Marie D'essertaux
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D Essertaux Jean-Marie
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for capturing solar radiation capable of simultaneously converting a small fraction of this radiation into electrical energy and the rest of this radiation into thermal energy thus making available electricity and heat at the same time. time and using the same solar panel surface. It also allows to produce only thermal energy of course.
  • the thermal energy produced is transferred to a coolant, gaseous or liquid.
  • the device according to the invention can, in certain embodiments, allow the liquid coolant to be replaced by the gaseous coolant and vice versa as required in a few minutes.
  • Other embodiments allow a fraction of the solar radiation to illuminate the room while capturing the remaining fraction.
  • the sensor according to the invention to incorporate the heating radiator function in winter and cold half season while producing hot water in other seasons.
  • the device is applicable in particular but not exclusively:
  • Heating by hot air in winter in two ways: l) Preheating the cold air ventilation and this even at night in the winter by recovering some of the heat that is lost through the roof or walls for example. 2) The sun is lower in winter and half-season, we can choose for some days to use the optimal energy: for example, use the energy available on a winter day to increase the warm water temperature of 4 ° C is 10 ° increase the air temperature of the room with the same energy of the day. It is also possible to use the sensors to heat the water only during the maximum hours of sunshine and to use the sensors to heat the air during the hours of sunlight (morning and mid-afternoon). lunch for example). By sharing the same sensor surface in two circuits, it is possible to have both forms of use: hot water and hot air as needed or all hot water or all hot air.
  • the cooling of premises by supplying the necessary thermal energy either in the form of hot air to a device implementing, for example, desiccant cooling technology (DEC) which directly uses hot air, or in the form of Hot water.
  • DEC desiccant cooling technology
  • the device according to the invention provides at least one part electrical energy required especially for the circulation of air.
  • the ability to combine a cell plate photovoltaic and a treated metal plate to effectively absorb solar radiation is due to the fact that a photovoltaic cell has a sensitivity to solar radiation that does not cover all of this radiation but only a fraction of this radiation and the fraction of the spectrum of solar radiation used by the photovoltaic cell depends on the semiconductor material of which it is made.
  • the most widely used material currently being silicon the fraction of the spectrum of solar radiation useful to the cell is mostly below 800 nm, the entire solar spectrum extending between 300 and 2500 ⁇ m. which the photovoltaic cell is not sensitive is either transformed into heat or transmitted (the photovoltaic cell layer is transparent and does not do anything about it).
  • the photovoltaic cell layer is transparent and does not do anything about it.
  • Double glazing incorporating a Venetian blind between the two glass plates, blind based tilting slats and lift are currently sold on the market. These double glazings constitute an adjustable sunscreen using only the space between the glass masks.
  • the implementation requires precise stress calculations in each case of installation given the high temperatures generated between the two plates in a strictly defined air volume.
  • a first problem to solve is to mobilize the necessary area in sufficient amount of solar energy.
  • solar collectors are usually attached to buildings and rarely to insulated supports of buildings. Mobilizable surfaces (exposed to the south and without masks) of buildings to use solar energy are rare and difficult to access: roof, wall, glazed surfaces.
  • productivity of mobilizable surfaces several functions for the same mobilized surface.
  • the applicant has set a goal of designing a solar panel sensor whose operating mode is new, based on a combination of means intended to constitute a universal sensor providing improvements in efficiency, reliability, reliability and reliability. cost of manufacturing and recovering solar energy by multiplying the forms of energy made available from solar radiation by the same sensor surface, including in this combination of means the method and the device for transferring the solar energy. energy to the fluid to be dispensed.
  • the main improvement is to allow the optimal use of solar energy whatever the mobilizable location (exposed to the South or taking advantage of diffuse radiation in the other directions) and to increase the number of services rendered by the sensors by multiplying the functionalities they can provide: hot water production, hot air generation, electricity generation and other forms of solar energy use, from solar energy and from energy sources. same sensor surfaces installed, used at the same time (example hot water and photo voltaic electricity) or alternatively (example production of hot air and production of hot water) by each of the functionalities.
  • the first relates to the sensors completely blocking the passage of light and intended for locations in which daylight is not used, if only for the first time.
  • the second allowing the passage of light more or less according to the expected optimization in the use of solar energy.
  • the applicant came up with the idea of designing a pl: g? Sensor, whose basic structure makes it possible to use solar energy to produce electricity and at the same time to heat a coolant, either a liquid for example water is a gas for example air.
  • the tilting between the two fluids can be triggered in the operational phase according to an automatic programming of the regulation or by manual triggering and taking only a few minutes.
  • the basic structure according to the invention which can be implemented both in sensors completely blocking the passage of light as in those which allow it to pass more or less, is characterized in that: ;
  • the box (2) for capturing the solar radiation (FIG. 2a) consists of two parallel plates on either side of a metal frame, enclosing a space between them.
  • the metal frame comprises, on its upper side, a U-shaped section (9) (FIG. 2a or FIG. 13a) allowing both the attachment of the two plates and the evacuation of a coolant (4) (FIG. 2a). or Figure 13a).
  • the caisson (2) (FIG. 2a) makes it possible to circulate water (or another transparent liquid) in the space enclosed between the two plates.
  • a supply duct (6) ( Figure 2a or Figure 13b) serves several boxes.
  • the device for the air outlet and entry into the sensor circuit is characterized in that the rigid tube (8) ( Figure 2a or 13b) joins the technical room.
  • the device in the technical room comprises, for example, a tank half filled with fresh kept water (110) ( Figure 14a).
  • the duct (8) from the caissons enters this reservoir (106) (FIG. 14a) up to 5 cm from the bottom of this reservoir in the water-containing portion.
  • a device (105) FIG. 14a
  • the tank is equipped with an evacuation allowing the exit of air or steam in case of overpressure.
  • a device (107) (FIG.
  • the circuit When filling the boxes when it is switched on, the circuit can be opened by a specific valve. If the water temperature of the tank exceeds a certain threshold, for example 40 ° C, and the overpressure exceeds the threshold B, the compressor is triggered. If all these processes fail simultaneously, the device opening the circuit in the open air output (107) ( Figure 14a) is triggered.
  • a certain threshold for example 40 ° C
  • the overpressure exceeds the threshold B
  • the device for dispensing hot water from the caissons via the conduit (5) (FIG. 10) is characterized in that:
  • the conduit (5) (FIG. 10) conveys the water heated by the sensors into an insulated tank ( 63) (FIG. 10), from where it always flows by gravity to the pump (66) (FIG. 10) which pushes it back into the storage tank (70) (FIG. 10) through an exchanger (FIG. 68) ( Figure 10) in which it loses the stored heat, then it is raised vtft the sensors by the pump through the conduit (6) ( Figure 10) and the cycle begins again.
  • the water contained in the sensors can be drained into a dedicated heat sink (63).
  • the control is programmed to 1) stop the pump (66), 2) switch the two-way valve (69) (figure 10) to the drain position.
  • the water of the sensors then borrows the supply duct (3) ( Figure 13b) and the duct (6) ( Figure 10) to empty into the insulated tank (63) ( Figure 10) the flow taking place by gravity . If the operating mode is to drain every night, and the water temperature of the tank (63) ( Figure 10) during the night is above a certain threshold to that of the distribution tank (70) ( Figure 10) the control triggers the pump (66) ( Figure 10).
  • the water in the tank (63) (FIG. 10) then circulates in the exchanger (68) (FIG. 10) to transfer its heat to the water of the distribution tank (70) (FIG. 10).
  • the control stops the pump (66) (FIG. 10).
  • a second threshold for example 2 ° C.
  • the control stops the pump (66) (FIG. 10).
  • the control will restart the water circuit in the sensors: 1) the two-way valve is closed, 2) the pump (66) is triggered.
  • a valve (51) (FIG. 9) for adjusting the water flow rate is installed on the water supply pipe (5) of several sensors, or on the supply pipe (3) (FIG. 13b) according to the configuration of the installation. This makes it possible to adjust the flow rate of water supplying each sensor as a function of the gravity flow rate of the sensor and the pressure of the supply circuit at this sensor by taking a margin taking into account possible overruns of the sensor. circuit pressure.
  • a valve (52) (FIG. 10) situated at the highest level in a set of elementary modules makes it possible to evacuate an excess of flow notammenf or the installation, when the flow of water in the different rows of sensors is in course of adjustment. The evacuation of this excess flow borrows a specific duct (53) connected to the general exhaust manifold ( ⁇ ).
  • the water supply mode of the sensors can also be constituted by a heat insulating tank (not shown) located higher than all the sensors. This tank is itself fed by the pump (66) ( Figure 10) in a conduit specific to the tank. It is then from this reservoir and by gravity flow that the water borrows the duct (6) for feeding the sensors.
  • the pressure is always constant at each sensor and the water inlet flow rate in a given sensor is adjusted according to the pressure at the inlet of this sensor, once during the installation of the sensors without modification. thereafter. , ⁇
  • the circuit conduits are preferably made of a material making it possible to prevent the deposition of cross-linked polycarbonate limestone. example resistant to heat up to 90 ° C.
  • Other adaptations at the level of the exchanger would allow greater durability as well as a system for filtering and treating water circuit which is initially demineralized water and treated accordingly for this use.
  • the dehumidification system ( Figure 14b) is placed somewhere in the circuit (l 12)
  • the dehumidification product (111) (FIG. 14b) is, for example, a silica gel that can be regenerated by heat when it is saturated with water (heat supplied by a device using the greenhouse effect, for example).
  • the regeneration phase evaporates moisture from the dehumidification product that exits through a pipe (l 14) ( Figure 14b).
  • Double circuit glazing of this type does not need to contain a desiccant in their interlayer and their durability to maintain dry air is limitless since the dehumidification system is regenerated. They can therefore be dehumidified even after being filled with water.
  • the dehumidification system can be provided by a dehumidification device on the market providing condensation of the water vapor contained in the sensor circuit.
  • the communication system with atmospheric pressure comprises an air or vapor outlet system (107) and 108) (FIG. 14a) and an air intake system (105) (FIG. 14a) which only work in one direction.
  • a small compressor (108) ( Figure 14a) for example allows the steam to be recovered and reintroduced into the circuit in liquid form by passing it in a condenser optionally.
  • the originality of the invention also lies in the mode of capture of solar energy according to the two major branches of variants, obscuring or not the passage of light after capture more or less effective solar energy.
  • the originality of the invention also lies in the ability of the sensor to incorporate features provided until now by specific devices such as the radiator function or that of glazed surface passing light.
  • the sensor consists of a sheet metal housing whose surface is treated to withstand bad weather.
  • the housing is rectangular in shape, the width being very much less than the length, for example one meter on two poor, and the thickness even smaller compared to the other two dimensions.
  • the sensor is preferably intended to be; positioned horizontally on one side of its length, and inclined to the horizon line from 15 ° to 90 ° depending on the application and the latitude of the installation or the inclination of the existing support.
  • the housing is open on its upper face facing south and it incorporates on its blanks and on the rear part an insulating material (10) (Figure 2a).
  • the upper part of the housing has flanges covering the insulating material of the upper part of the housing.
  • the sensor comprises two chambers covering the absorber and transparent to solar radiation which passes through them to reach the surface of the absorber.
  • the first chamber (13) is delimited by an outer glazed plate (15) on the one hand and a second transparent plate (14) on the inside of the sensor.
  • the outer glass plate is attached to the rims of the sensor housing preferably by a high temperature silicone gasket.
  • the second chamber is delimited by the surface of the absorber (17) and by the second transparent plate (14).
  • This second chamber is, for example, consists of a planar box fixed on the rear part of the housing by feet (not shown) passing through the insulating layer (l ⁇ ).
  • the box is for example made of a frame in the form of stainless steel profiles.
  • the profile of the right, left and bottom blanks is in the form of a stair step (29) while the top profile is constituted by the assembly of two profiles (inside (9) reinforced U-shaped and externally (30) fastened to each other by screws each passing through a cylinder for providing a space (8) between the two sections, the transparent plate (14), made of glass, for example, is fixed on the edges of the profiles (29) and (30) by a high temperature plicone seal, or other method of sealing.
  • the absorber (17) consists of a special glass plate absorbing near infrared radiation (between 800 and 1400 nm and beyond) resting on rods, for example metal (18), forming a frame around the absorber.
  • the rods (18) define a third chamber (25) between the absorber (17) and the bottom of the box (24). This third chamber (25) communicates with the second chamber (20) through passages in the rods (18) of the top and bottom of the sensor.
  • the bottom of the box (24) is a plate of photovoltaic cells receiving UV radiation and visible solar radiation, covered by a layer of glass or other transparent material having a heat transfer coefficient as high as possible.
  • the photovoltaic cell plate (24) is fixed by gluing or any other fixing means to the sections of the box (12) to seal the third chamber (20).
  • the two electrically conductive wires (26) issuing from the photovoltaic cell plate are sheathed with insulating material and are connected to the electrical network cable along the water circuit conduits.
  • the air contained therein can freely escape through the space between the U-profile (9) and the outer profile (30).
  • the circuit is always in communication with the atmospheric pressure, which eliminates any risk of overpressure. This circuit does not need an expansion tank.
  • the water heats up in contact with the upper and lower surfaces of the absorber (17) and in contact with the upper surface of the photo voltaic cell plate (24).
  • the water heats up by absorbing infrared solar radiation beyond 1400nm and for this the total water thickness of the second and third chambers (20) and (25) must be at least one centimeter of water. .
  • the air circuit
  • Another variant makes it possible to alternately use air or water as heat transfer fluid on the same sensor surface according to the invention.
  • two additional chambers one for the air flow entering the sensors (31) and the other for the evacuation of the air leaving the sensors (32) are added under the third chamber (25).
  • Communication between the air inlet chamber (31) and the chambers (20) and (25) takes place through the space (8) between the U-profile (9) and the outer profile (30).
  • the air inlet chamber (31) communicates with the chambers (20) and (24) by the clearance (8) only on the right half of the sensor as shown in FIG.
  • the air outlet chamber (32) of the sensor communicates with the chamber in which the absorber is located only by the left half of the sensor.
  • rods (11), for example, made of a good heat-conducting metal, are arranged vertically on the surface of the absorber (FIG. 7), these rods in contact with the absorber (17) allow it to be wedged while leaving a clearance allowing its dilation.
  • FIG. 9 The device for blowing and extracting air from a set of sensors as well as the circulation of air inside this set of sensors is shown in FIG. 9.
  • a general air inlet duct (47) opens at the bottom right of a set of sensors in the arrival chamber (31) of the sensor which is above it.
  • the extraction of the air from the same set of sensors takes a line (44) leading to the top left of the same set of sensors in the air outlet chamber (32) of the sensor just above it.
  • the air is extracted by a fan located on the air outlet line of the sensors (44).
  • the air inlet (47) in the sensors is preferably connected to a filter through which the fresh outside air to be preheated for the renewal of the air of the room, there is incompatibility of simultaneous operation of the circuit d water and the air circuit on the same sensor surface.
  • the tilting in air circuit by the regulation consists of: 1) triggering the water drain of the sensors as indicated above , 2) to start the fan operation.
  • the opposite operation is to 1) stop the fan, 2) trigger the water circulation as indicated above.
  • the air can also and simultaneously be blown into the sensors by a fan through the inlet (47) while being extracted from the same sensors by the outlet (44) through a second fan.
  • a hybrid sensor incorporates a slat system, for example (95) (FIG. 13a) according to the principle of a venetian blind.
  • the surface of the slats is covered with a black colored layer capable of absorbing solar radiation. This makes it possible to choose precisely the fraction of solar energy dedicated to the production of hot water or hot air depending on the heat transfer fluid used and that dedicated to the production of electricity.
  • the slats also serve as an absorber for heating the air when this fluid is the coolant.
  • the slats are arranged alternately close to the rear window or close front window ⁇ ⁇ n that the air layer is in contact with the surfaces of all the slats (not shown) ( Figure 7).
  • hybrid sensor incorporates photovoltaic cells in the lamellae themselves (for example bi-glass PV cells, the flexible electrical cables of the PV cells being fixed regularly to the scale (92) (FIG. 13a) of the system. slat suspension).
  • the bottom plate is then an absorber covered with a layer of E.T.F.E.
  • Ethylene Tetrafluor Ethylene or one of its derivatives or an equivalent product, black and having non-adhering properties.
  • the opening more or less large slats here also allows choose between the fraction of solar energy to be devoted to thermal and that to be devoted to photovoltaics.
  • the back plate of the box is no longer isolated from the interior of the room and it heats it directly by P réelleWaire.
  • circuit of this type of sensor as a circuit of radiators in winter, by connecting it to a conventional heating system (preferably with a boiler whose heating body is made of stainless steel and the pipes of polycarbonates crosslinked for example). This allows you to take advantage of solar radiation for heating in winter and produce electricity (with a 20% reduction in PV cell performance), while gaining a new location in the walls for solar collectors.
  • a conventional heating system preferably with a boiler whose heating body is made of stainless steel and the pipes of polycarbonates crosslinked for example.
  • the fans, the pump and the regulation can be supplied with electricity by the photovoltaic cell plates thus making the system totally autonomous.
  • a sensor of this type is characterized in that the two plates are made of metal.
  • the top plate is treated to selectively absorb solar radiation onto its solar-exposed surface (7) (Fig. 2a).
  • An air gap (13) (Fig. 2a) serves as an insulator and a generator of solar radiation. tight.
  • the sensor is isolated (10) ( Figure 2a).
  • the back plate of the box When this plate is retracted, the back plate of the box is no longer isolated from the interior of the room and it heats it directly by solar energy.
  • a conventional heating system preferably with a boiler whose heating body is made of stainless steel and the ducts crosslinked polycarbonates for example.
  • This additional heating makes it possible to supplement the solar energy supply to reach a water temperature suitable for heating (up to 65 ° C for example). This allows you to take advantage of solar radiation for heating in winter and produce electricity, while gaining a new location in the walls for solar collectors (which simply take the place of existing radiators).
  • Another series of variants produced according to the same basic technology of the invention, consists of double glazing in which water can flow.
  • the water penetrates, for example, through a tube at the bottom left (3) ( Figure 13b), fills the space between the two glass plates and out through the top right tube.
  • the upper left tube (8) ( Figure 13b) serves as an air duct in contact with the atmospheric pressure.
  • this double glazing may comprise, between the two glass plates, slats (95) (FIG. 13a) of Venetian blind, which can be raised or not and tilted, the surface of which is black.
  • the coverslip is made of metal coated with a black composite based on E.T.F.E (Ethylene Tetrafluor Ethylene) or one of its derivatives or an equivalent product, or other coating absorbing solar radiation and little adherent.
  • This double glazing can be isolated from the outside by an air gap (13) (Figure 13a) of about 28 mm, by adding a third glass plate to the outside (15) ( Figure 13a).
  • an air gap located at the rear (101) (FIG. 13a) isolates it from the interior of the room.
  • the backplate (102) (Fig. 13a) may be either a fixed glass plate, a movable glass plate (such as a sliding door), or a transparent polycarbonate film or E.T.F.E. rollable. If this plate (102) ( Figure 13a) is closed, there will be more production of hot water and the room is isolated from the heat of the sun, which is useful in summer. If this plate (102) ( Figure 13a) is retracted, the room takes advantage of the heat of the sun and warms which can be useful in winter. The slats can be closed completely, allow to hide the view from outside the room.
  • FIG. 13a Another variant of this double glazing, when the plate (102) (FIG. 13a) is movable (in the form of a sliding glass plate or of an extiiple-rollable transparent film) can also be used as a RADIATORS circuit in winter, by connecting it to a heating system of a new kind: either a conventional heating system and an exchanger adapted so that there is no deposit of limestone or other salt, or a direct conventional heating system (preferably with a boiler whose heating body is made of stainless steel and the cross-linked polycarbonate ducts, for example).
  • a heating system of a new kind either a conventional heating system and an exchanger adapted so that there is no deposit of limestone or other salt, or a direct conventional heating system (preferably with a boiler whose heating body is made of stainless steel and the cross-linked polycarbonate ducts, for example).
  • This complement of heating makes it possible to supplement the supply of solar energy to reach a water temperature suitable for heating (up to 65 ° C., for example).
  • Another variant of this double glazing incorporates photovoltaic cells into the lamellae (95) themselves (for example bi-glass PV cells, the electric cables of the PV cells being fixed along the cord (FIG. 13a) inclination of the slats for example).
  • This variant provides electricity production at the same time as hot water production in summer and mid-season, while allowing the same circuit to be used as radiators in winter and benefits from additional solar thermal energy. .
  • this double glazing incorporates a venetian blind based on lamellae absorbing solar radiation and incorporating or not photovoltaic cells.
  • This variant uses air as heat transfer fluid.
  • the slats are arranged alternately to the inner plate in the room, leaving 5mm between them and the outer plate, and to the plate outside the room, leaving 5 mm between them and the inner plate in the room, so that the air circulates on all surfaces of all lamellae from bottom to top of the sensor.
  • the supply air ducts of the double glazing from the lower left for example and exit from the top right are of rectangular section and of identical thickness to the thickness of the interlayer of the double glazing.
  • This type of sensor can make it possible to produce hot air in a building, either for heating the building in winter, in particular the preheating of the air fresh air renewal of the building, or to enter the cycle of a system of DEC cooling for air conditioning in summer.
  • the present double glazing does not include a desiccant in the metal interlayer of the double glazing.
  • the dehydration system ( Figure 14b) provides this function when necessary.
  • Another variant of the same double glazing using air as heat transfer fluid uses the slats of the venetian blind, suspended between the two plates of the double glazing, as liquid coolant conduits; lamellae consisting for example of a plate in the form of an arc along its width and of a flat plate fixed to one another over their entire length and enclosing a tube of diameter 4 mm, for example serving as an axis of rotation and of this, ⁇ duct liquid coolant.
  • the left end of this tube is connected to the tube of the lamella from below while the right end of this tube is connected to the tube of the lamella located above.
  • the connection method allows a rotation of at least a quarter turn of each lamella tube.
  • the mode of connection uses for example a tube of flexible material for both the rotation of the tubes of the slats when the blind is operated to incline the slats and the approximation of the slats when the blind is maneuvered to be raised.
  • the tube of the last lower lamella of the venetian blind is connected to a flexible tube (3) wound in a serpentine which joins the feed tube (6).
  • the tube of the last upper lamella of the venetian blind is connected to a flexible tube (4) joining the duct (5).
  • This device makes it possible to use a liquid heat transfer liquid circulating in the lamellae and air as heat transfer fluid circulating on the outer surfaces of the lamellae in the same double glazing, the two fluids circulating simultaneously or not. It is possible to use the present technology and a combination of various sensors obscuring or not the passage of light, according to the invention, to construct facades of buildings fulfilling several functions expected in a building.
  • FIG. 1 is a diagram by way of example of the simplest variant of the sensor according to a section BB of FIG. 2a. Dotted the inlet ducts ( ⁇ ) and (3) and outlet (4) and (5) of the water circuit in the sensor.
  • the sensor comprises a housing (l) and inside this housing a box (2) whose upper section (9) is U-shaped. An insulation (l ⁇ ) of the box (2) is provided.
  • a rigid air duct (8) ensures the exit of air during the filling and the entry of air during the emptying of the sensor.
  • Metal rods (1) provide a distribution of water over the entire surface of the absorber (7) which constitutes the upper metal wall of the box.
  • FIG. 2a is a section along AA of Figure 1 showing the water circuit when the pump is in operation.
  • the window (15) of the housing (1) allows the greenhouse effect.
  • the chamber (13) whose thickness is less than 30 mm constitutes an insulating layer the box by limiting the heat loss by convection.
  • the absorber (7) is fully in contact on its lower face (19) with the coolant.
  • FIG. 2b shows by way of example the state of the sensor when the pump has just been stopped.
  • the supply duct serves as a drain duct.
  • FIG. 3a shows in section along CC of Figure 3b, an example ⁇ # sensor according to the invention, comprising a plate of photovoltaic cells (24).
  • a selective absorber (17) is interposed just above which rests on a metal frame (18) and metal rods
  • the U-profile (9) is used to collect the water that flows there by gravity into the upper part of the sensor.
  • the profile (29) is used in the bottom, left and right sides of the box (2).
  • the electrically conductive wires (26) of the photo voltaic cell panel are connected to a cable that reaches the equipment room.
  • FIG. 3b shows a section of the sensor along AA of Figure 3a.
  • the metal frame (18) in which the special selective glass absorber (17) is attached has a clearance to account for the lateral expansion of the metal and the absorber. It is the same rods (l 1) that block the absorber while allowing the diffusion of water and air over the entire surface of the absorber. ⁇
  • FIG. 3c shows, by way of example, the shape of the frame (18) which allows water and air to flow on both surfaces of the absorber (17).
  • the rods (11) constitute an absorber support (17) and a wedging of the absorber on the upper part thereof.
  • FIG. 4 is a sectional view of a sensor according to the invention, making it possible to make the water circuit compatible with the air circuit by means of an upper U-shaped profile (9) in which the water circulates, fixed to a profile external (30) through which air enters and leaves the space where the absorber is located.
  • FIG. 5a shows, by way of example, a section of an air or water sensor comprising a panel of photo voltaic cells.
  • the arrangement of the different compartments makes the water circuit and the air circuit compatible.
  • U-profile (9) serves as a water collector
  • the chambers (31) and (32) are the air inlet and outlet ducts of the sensors.
  • the space between the profile (9) and the profile (30) allows communication between the chamber containing the absorber and the chambers (31) and (32). See Figures 8a and 8b for more details on this communication.
  • FIG. 5b represents, by way of example, a simple air and water sensor whose sole absorber (24) is a photovoltaic cell panel, which here performs the two functions of converting solar energy into electricity and Absorber function converting the rest of the solar energy into heat transferred to the coolant, water or air.
  • FIG. 6a shows, by way of example, an air, water and PV sensor in section along AA of FIG. 6b.
  • the electrical wires (26) emerging from the PV panel (24) are connected to the electrical cable of the sensor network in the air duct (32).
  • the absorber (17) rests on a frame (18).
  • the U-profile (9) is drilled for the passage of the screws which fix it to the profile (30).
  • the screws pass into cylinders whose diameter is greater than the orifice through which the screw passes in the two sections (9) and (30). Thus a space is provided between the two sections.
  • FIG. 6b shows the same sensor by a section BB of Figure 6a.
  • the rods (18) constitute a frame for the absorber (17) and the rods (11) allow both the distribution of air and water over the entire surface of the absorber and to stall the latest.
  • FIG. 7 represents, by way of example, the circulation of air or other gas on the surface of a planar absorber; the air enters through the upper right portion (31) into the box from the chamber (31) shown in FIG. 8b, and exits through the upper left part (32) through which it rejoins the chamber (32) represented in FIG. Figure 8a.
  • FIG. 8a shows, by way of example, the flow of air on the left half of the sensor and shows the communication path between the chamber (20) and the chamber (25) where the absorber (17) is located and the chamber (32) through which the air is discharged from the sensors.
  • FIG. 8b represents, by way of example, the flow of air on the right half of the sensor and shows the communication path between the chamber (20) and the chamber (25) where
  • FIG. 9 represents, by way of example, a section of a set of elementary sensors, according to the invention, constituting a set of juxtaposed caissons surmounted by a canopy (50) overhanging the upper surface of the caissons of less than 30 mm.
  • a canopy 50
  • On the periphery of this canopy (50) is a layer of insulation (48) and under the caissons.
  • the canopy consists for example frames aluminum profiles (not shown) one meter high and fifty centimeters wide set four by four above each box. These frames can be fixed by gluing the glass plates of the canopy. The water supply of this set of boxes is conveyed by the ducts (5).
  • the duct (5) has a tap (51) for adjusting the feed rate of this row to adjust the flow of water flowing by gravity sensors row.
  • the water outlet is provided by the conduit (6).
  • An additional valve (52) adjusts the excess general flow to the exhaust duct (6) by a specific duct (53).
  • the air circuit for example, for this set of boxes is constituted by an air inlet (47) in the chamber (31) of the first box of the first row.
  • the two chanibres (31) and (32) of the first box are in communication with the corresponding chambers of the second box by a sheet metal part which fits on both sides for each chamber (31) and (32) laterally ( 42).
  • the last box of the first row is also in communication with the box above it on the upper level row (41).
  • the chamber (31) of the box of the first row is in communication with the corresponding chamber of the row situated above it on the right half of the two caissons, while the chamber (32) of the two caissons communicate with each other on the left half of these same two boxes, each of the two types of chamber having a nested part on both sides (41).
  • the air circuit is thus organized to browse row by row (45) the surfaces of the absorbers (46) to the outlet line of the set of boxes (44).
  • FIG. 10 shows by way of example, the energy transfer system to the hot water distribution circuit (71).
  • the row manifold (5) joins a vertical exhaust manifold which conducts the water heated by the sensors into an insulated tank (63) from which it flows through a conduit (65) still by gravity to the pump (66) which discharges it into the storage tank (70) through an exchanger (68) in which it loses the stored heat and is then raised to the sensors by the pump and the recce cycle.
  • the storage tank (70) is supplied with cold water from the network via the conduit (67).
  • the tube (62) allows the air from the tank (63) to exit and enter freely when the tank fills or empties.
  • This tube also makes it possible to recover the water that exits in the form of steam by condensing it through an exchanger (not shown) connected to the cold water circuit of the network.
  • the air duct of the sensors ( Figure 2a / 8) is connected to the upper part of the tube (62).
  • the control is programmed to 1) stop the pump (66), 2) switch the two-way valve (69) to the drain position.
  • the water of the sensor flows through the supply duct (3) and then the collector (6) to empty into the insulated tank (63) the flow taking place by gravity. If the water temperature of the tank (63) is above a certain threshold than that of the distribution tank (70), the control triggers the pump (66). The water from the tank (63) then circulates in the exchanger (68) to transfer its heat to the water of the distribution tank (70). As soon as the temperature difference is less than a second threshold, for example 2 ° C, the control stops the pump (66). Thus the system has no loss of heat by inertia, regardless of the amount of water circulating in the sensors. The next morning, if the temperature conditions allow it, the control will restart the water circuit in the sensors: 1) the two-way valve is closed, 2) the pump (66) is triggered.
  • a second threshold for example 2 ° C
  • FIG 10 shows an example of an installation in which it is possible to completely stop the production of domestic hot water by the sensors and to leave this load entirely to the auxiliary heating.
  • the domestic hot water tank (76) is maintained at 60 ° C all year round.
  • the solar water tank (70) is raised to over 60 ° C (70 ° C) once a day to eliminate microbes.
  • the pump (73) circulates the water of the reservoir (76) in the tank (70). If the production of solar hot water is stopped, the water contained in the solar tank (70) quickly ends by being cooled by the drafts and the cold water inlet (67). Therefore, there is no need to trigger the legionellosis procedure for this solar reservoir until the production of solar hot water is stopped.
  • solar energy is used for the production of hot air for heating by hot air, making optimal use of available solar energy.
  • the total area of the sensors is divided into two water circuits at the level of the sensors (sensor set (61) and sensor set (78) for example, with a two-way valve (79) which isolates the sensor circuit (78). ), it is possible to produce hot air with the sensors (78) and hot water with the sensors ( ⁇ l) for example to cool or dry in summer and continue to produce hot water simultaneously.
  • a second water circuit is connected to the tank (80) in which cold water arrives from the network first.
  • This second tank (80) is connected to the tank (70)
  • the flask (80) is cooled first by the cold water inlet (67) and will in any case be at a temperature lower than that of the flask (
  • Fig. 11 shows, by way of example, a variant of the box of the air, water and PV sensor. wherein the photovoltaic cell panel is isolated from the infrared absorbing absorber (17) by a gap (25).
  • the device for the circulation of air and alternately the circulation of water is reproduced between the plate (17) of the absorber and the plate (24) of photovoltaic cells.
  • This device comprises a square water supply duct (81) and a square water discharge duct (82) connected to a clean tank (80 of FIG. 10) as well as the inlet and outlet system. air (8).
  • This device therefore constitutes a water circuit independent of the water circuit located above the absorber (17) in the space (20), including the square water inlet duct (6) and the square duct water discharge (5) are connected to a tank (70 of Figure 10).
  • the water inlet duct (6) is pierced with orifices (3) through which the water enters the space (20).
  • the water discharge duct (5) is pierced with orifices (4) through which water leaves the space (20).
  • the same system is reproduced for space (25).
  • the objective is to ensure an operating temperature of the photovoltaic cells that does not exceed the threshold of 25 ° C for example.
  • space (25) either air circulates or water if its temperature is below the threshold of 25 ° C.
  • the cooling circuit of the photovoltaic cells can be dedicated to the heating of the pool water.
  • the heat transfer liquid may contain a dye promoting the absorption of infrared radiation, while being transparent to visible radiation.
  • FIG. 12a shows a variant of air box, water and PV, wherein the air circuit passes through the two spaces (20) and (25) air inlet on the right half of the box.
  • FIG. 12b shows a variant of air box, water and PV, wherein the air circuit passes through the two spaces (20) and (25) at the air outlet on the left half of the box.
  • FIG. 13a shows a variant of double-glazed box, water and venetian blind whose slats (95) are treated to act as absorber of solar radiation.
  • the figure shows the suspension mode of the blind ladder: the central lifting rope (90) is suspended from the capstan (cylinder allowing the rope to be rolled up to raise all the slats towards the upper part and to clear totally the view on the 'outside).
  • Two of the four strings of the ladder (92) are wound on a pulley (93).
  • the passage of the ropes to their suspension supports is provided by orifices into which a tube (96) has been passed. And through an orifice in the U-profile (9) which orifice serves at the same time as a passage for the circulation of water in the profile (9).
  • the bar (98) maintains the blind in tension by its weight.
  • the box is insulated inwardly by an air gap (l ⁇ l) closed by a glass plate (102).
  • the box is also isolated to the outside by an air gap (13) closed by a glass plate (15).
  • FIG. 13b is a front view of FIG. 13a.
  • the water that feeds the box arrives via the conduit (6) between the conduit (3) in the section (29) which is pierced with two orifices through which the water enters the space between the two plates of glass.
  • the water arrives via the U-channel (9) which is connected on its left to the duct (8) outlet or air inlet and on its right side to the duct (4) ( Figure 13b) by which the water flows by gravity into the conduit (5).
  • the venetian blind is suspended from a capstan for the lifting ropes (90) and a pulley (93) for the tilting ropes of the slats.
  • the bar (98) maintains the tension of the blind by its weight.
  • the valve (52) adjusts the water inlet flow.
  • FIG. 14a shows the communication system with atmospheric pressure comprising a mode of recovery of the water vapor by an air / vapor outlet device (107) and 108) and an air intake system ( 105).
  • the conduit (106) from the sensor circuit enters the reservoir until it reaches the portion containing water (1 10).
  • a small compressor (l 08) for example allows the steam to be recovered and reintroduced into the circuit in liquid form by passing it in a condenser possibly.
  • FIG. 14b shows the dehumidification system placed somewhere in the circuit (I 12) and (115) of the sensor circuit with means making it possible to isolate it from the sensor circuit (116), when the latter is filled with water, or to include it in series in the circuit of the sensors.
  • an air pump is also introduced into the circuit. This pump circulates the air in the sensors through the ducts (6) and (8) ( Figure 13b) the duct (5) ( Figure 13b) being closed during this process.
  • the dehumidification product for example, a silica gel which can be regenerated by heat when it is saturated with water (heat supplied by a device using the greenhouse effect for example) .
  • the regeneration phase evaporates the Humidity of the dehumidification product coming out through a duct (l 14)
  • V '1 sensor but also at the level of the ducts to a point of separation of the two circuits that can be located in the technical room.
  • a building facade may include glazed sensors incorporating venetian blinds whose coolant is water ( Figure 13a) and can be used as radiators in winter and hot water producer in summer, alternating on each floor, with glazed sensors incorporating venetian blinds whose heat transfer fluid is air producing hot air and electricity.

Landscapes

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Abstract

Ce double vitrage peut comporter entre les deux plaques de verre , des lamelles (95) (figure 13a) de store vénitien, relevables ou non et inclinables dont la surface est noire. La lamelle est en métal recouvert d'un composite noir à base d' E.T.F.E (Ethylène Tétrafluor Ethylène) ou l'un de ses dérivés ou un produit équivalent, ou autre revêtement absorbant le rayonnement solaire et peu adhérent. Ce double vitrage peut être isolé de l'extérieur par une lame d'air (13) d'environ 28 mm, en rajoutant une troisième plaque de verre vers l'extérieur(15) De même une lame d'air située à l'arrière (101) l'isole de l'intérieur du local. La plaques arrière(102 peut soit être une plaque de verre fixe, soit une plaque de verre mobile(comme une porte coulissante), soit encore un film transparent de polycarbonates ou E.T.F.E. enroulable. Si cette plaque (102) est fermée, il y aura plus de production d'eau chaude et le local est isolé de la chaleur du soleil, ce qui est utile en été. Si cette plaque (102) est rétractée, le local profite de la chaleur du soleil et se réchauffe ce qui peut être utile en hiver. Les lamelles pouvant être fermées complètement, permettent d'occulter la vue de l'extérieur du local.

Description

CAPTEURSOLAIREHYBRIDE THERMIQUEET PHOTOVOLTAÏQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de captage du rayonnement solaire capable de convertir simultanément une petite fraction de ce rayonnement en énergie électrique et le reste de ce rayonnement en énergie thermique mettant ainsi à disposition de l'électricité et de la chaleur en même temps et en utilisant la même surface de panneau solaire. Il permet également de ne produire que de l'énergie thermique bien entendu. L'énergie thermique produite est transférée à un fluide caloporteur, gazeux ou liquide. Le dispositif, selon l'invention, peut permettre, dans certains modes de réalisation, de remplacer le fluide caloporteur liquide par le fluide caloporteur gazeux et vice-versa selon les besoins en quelques minutes. D'autres modes de réalisation permettent de laisser une fraction du rayonnement solaire éclairer le local tout en captant la fraction restante. Enfin des modes de réalisation permettent au capteur, selon l'invention, d'incorporer la fonction de radiateur de chauffage en hiver et en demi-saison froide tout en produisant de l'eau chaude au cours des autres saisons. Le dispositif est applicable notamment mais non exclusivement :
- au chauffage d'eau (sanitaire ou de chauffage central ou de piscine ou autre)
- au chauffage de locaux ou au séchage par production d'air chaud. Chauffage par air chaud en hiver de deux façons : l)préchauffage de l'air froid de ventilation et ceci même la nuit en hiver en récupérant une partie de la chaleur qui se perd par le toit ou les murs par exemple. 2) L'ensoleillement étant plus faible en hiver et en demi-saisonn, on peut choisir pour certains jours d'utiliser de façon optimale l'énergie : par exemple soit utiliser l'énergie disponible d'une journée d'hiver pour augmenter la température de l'eau chaude de 4°C soit augmenter de 10° la température de l'air du local avec cette même énergie de la journée. Il est également possible de n'utiliser les capteurs pour chauffer l'eau que durant les heures d'ensoleillement maximum et d'utiliser les capteurs pour chauffer l'air durant les heures de moindre ensoleillement(le matin et en milieu d'après-midi par exemple). En partageant en deux circuits la même surface de capteurs, il est possible de disposer des deux formes d'utilisation : eau chaude et air chaud selon les besoins ou tout en eau chaude ou bien tout en air chaud.
- à d'autres formes d'utilisation du rayonnement solaire notamment la production d'électricité par des cellules photovoltaïques.
-au rafraîchissement de locaux en apportant l'énergie thermique nécessaire soit sous forme d'air chaud à un dispositif mettant en œuvre par exemple la technologie à dessiccation (DEC : dessicant cooling) laquelle utilise directement l'air chaud, soit sous forme d'eau chaude. De plus le dispositif, selon l'invention, apporte une partie au moins de l'énergie électrique nécessaire notamment à la circulation de l'air. Il y a une forte corrélation entre le niveau de besoin en froid et la quantité d'énergie mise à disposition par le système pour satisfaire ce type de besoin. De plus, la division de la surface totale de capteurs en deux circuits d'eau différents, permet d'adapter encore plus finement le système aux besoins : par exemple climatisation en été et simultanément chauffage de l'eau de la piscine. - au blocage de la partie la plus chaude du rayonnement solaire, le rayonnement infrarouge, en jouant le rôle d'écran thermique, tout en restant quasi transparent au rayonnement visible et en récupérant l'énergie dans un fluide caloportev^, - A l'aménagement des surfaces exposées au Sud ou à l'Ouest en y incorporant des capteurs dont les fonctionnalités ne se limitent pas à capturer l'énergie solaire(isolation, éclairage des locaux notamment).
ETAT DE LA TECHNIQUE
Parmi les différents types de capteurs solaires plans fixes connus, un type de capteur constitué de deux parois parallèles entre lesquelles circule un fluide caloporteur est connu depuis plus de vingt ans (exemple EP0022389). Cette famille de capteurs présente un avantage indéniable en terme de rendement par rapport aux capteurs plans actuellement sur le marché. Ces derniers sont basés sur la circulation d'un fluide caloporteur dans des conduites cyÉ&driques mises en contact avec la plaque de l'absorbeur pour que le transfert d'énergie entre la plaque de l'absorbeur et Ie liquide caloporteur ait lieu par conduction à travers la surface de contact. Cependant la plaque de l'absorbeur est par ailleurs également en contact avec l'air sur la plus grande partie de sa surface et les pertes d'énergie par rayonnement et convection sont importantes et augmentent en fonction de l'augmentation de la différence de température entre celle de l'absorbeur et celle de l'air extérieur au capteur. Dans le type de capteur faisant circuler un fluide caloporteur entre deux plaques, même dans la variante la plus simple(FIG 1), la surface non exposée au rayonnement solaire de l'absorbeur (19) est totalement en contact avec le fluide caloporteur, d'où une plus grande proportion d'énergie transférée de l'absorbeur au fluide caloporteur. De nombreuses solutions basées sur ce type de capteur sont connues, ^t exemple FR2836210, WO02090839, WO0177590 ou concernant le même type de capteur avec une production hybride : électricité et énergie thermique au travers d'un fluide caloporteur liquide ou gazeux par exemple US6472593, FR2727790. La possibilité de combiner une plaque de cellules photovoltaïques et une plaque métallique traitée pour absorber efficacement le rayonnement solaire, est dû au fait qu'une cellule photovoltaïque a une sensibilité au rayonnement solaire qui ne couvre pas la totalité de ce rayonnement mais une fraction seulement de ce rayonnement et la fraction du spectre du rayonnement solaire utilisée par la cellule photovoltaïque dépend du matériau semi-conducteur dont elle est constituée. Le matériau le plus utilisé actuellement étant le silicium, la fraction du spectre du rayonnement solaire utile à la cellule se situe en majorité en deçà de 800 nm, la totalité du spectre solaire s'étalant entre 300 et 2500 irai, La fraction du spectre à laquelle la cellule photovoltaïque n'est pas sensible est soit transformée en chaleur soit transmise (la couche de cellules photovoltaïques y est transparente et n'en fait rien). Il y a toutefois une certaine incompatibilité entre les deux objectifs suivants : amener de l'eau à une
' u >v température de plus de 50 °C et produire de l'électricité avec des cellules photovolmïques dont la performance diminue de 2,4% à 5% à chaque fois que la température augmente de 10 0C. Dans le brevet US2004055631, l'auteur tente de résoudre ce problème en isolant les deux fonctions l'une de l'autre. Toutefois dans cette solution, le fluide caloporteur ne circule pas entre deux plaques mais utilise des conduites cylindriques classiques d'où une moindre performance. D'autre part, la plaque de cellules photovoltaïques étant positionnée en premier face au rayonnement solaire incident, la partie du rayonnement solaire la plus chaude est responsable de réchauffement des cellules photovoltaïques lorsqu'elle les traverse.
Des double vitrage incorporant un store vénitien entre les deux plaques de verre, store à base de lamelles inclinables et relevables sont vendus actuellement sur le marché. Ces double vitrage constituent un écran solaire ajustable n'utilisant que l'espace entre les deuλ''?Maques de verre. La mise en œuvre exige des calculs de contraintes précises dans chaque cas d'installation étant données les hautes températures générées entre les deux plaques dans un volume d'air strictement délimité. D'autres problèmes, non encore résolus à ce jour de façon satisfaisante, affectent ce type de capteur faisant circuler un fluide caloporteur entre deux parois :
1) la fragilité de ce dispositif face aux pressions engendrées par la circulation du fluide caloporteur lorsque le fluide est un liquide et par la vapeur produite par transformation partielle de l'eau en vapeur lors de son échauffement dans le capteur. Un tel type de capteur faisant circuler un fluide caloporteur entre deux plaques est placé en série dans le circuit fermé des capteurs par ailleurs constitué de conduites cylindriques. Contrairement à une conduite cylindrique, la résistance d'une conduite en forme d'enceinte plane à la pression n'est pas égale sur toute la surface interne. La partie centrale plane, éloignée des bords, est beaucoup moins résistante surtout s'il s'agit d'une plaque en verre. En particulier en cas d'arrêt accidentel de la circulation du fluide caloporteur, pour un capteur de 1 m2 ayant une épaisseur intérieure entre les plaques de 5 mm, la température atteinte au bout de une heure par l'eau contenue entre les plaques, peut dépasser 150 ° C par ciel clair. Dans ces conditions la pression de la vapeur produite peut atteindre des valeurs considérables au fur et à mesure que le temps d'exposition au rayonnement solaire augmente.
2) Dans le cas de l'emploi de plaques en verre comme plaque transparente, il existe de plus un risque de choc thermique, pouvant provoquer le bris du verre, lorsque la différence de température entre celle du fluide caloporteur arrivant dans les capteurs et celle des plaques en verre est trop importante.
D'autres aspects dans l'utilisation de l'énergie solaire, envisagée de façon plus globale, imposent de nouvelles contraintes pour les capteurs : f
Premier aspect : productivité des emplacements mobilisables
Pour que l'énergie solaire puisse être une solution permettant de répondre aux besoins en énergie, un premier problème à résoudre est de mobiliser la surface nécessaire en quantité suffisante de captage de l'énergie solaire. Pour utiliser l'énergie solaire dans des immeubles, des maisons individuelles, des bâtiments agricoles ou industriels, les capteurs solaires sont fixés habituellement sur des bâtiments et rarement sur des supports isolés des bâtiments. Les surfaces mobilisables(exposées au sud et sans masque) des bâtiments pour utiliser l'énergie solaire sont rares et difficiles d'accès : toit, mur, surfaces vitrées. Ce qui impose d'une part de rechercher un rendement au niveau des capteurs eux-mêmes aussi performant que possible par rapport à l'énergie solaire qu'il reçoivent et d'autre part de concevoir y$\ type de capteur permettant d'exploiter les surfaces mobilisables(exposées au sud et sans masque) des bâtiments, y compris en s'incorporant dans des surfaces utilisées déjà pour d'autres fonctions comme l'emplacement des radiateurs ou les surfaces devant rester transparentes à la partie visible du rayonnement solaire(surfaces très importantes, qui parfois représentent la totalité des surfaces des murs dans les édifices du tertiaires notamment ou l'ensemble des parois extérieures dans les serres horticoles). Par exemple les baies vitrées, les véranda ou même les fenêtres.
- Deuxième aspect : productivité des surfaces mobilisables : plusieurs fonctions pour une même surface mobilisée.
Les besoins en énergie à satisfaire sont variés et varient selon les saisons, tout au long de l'année : si l'on vise une utilisation optimale de l'énergie solaire selon sa disponibilité tout au long de l'année et selon le type de besoin à satisfaire tout au long de l'année, et pour une surface de captage donnée, on est amené à envisager des solutions pour optimiser l'utilisation de la surface de captage disponible en faisant en sorte qu'elle permette de mettre à disposition plusieurs fonctionnalités en même temps ou alternativement, selon les applications et selon la période de la journée ou de l'année:
- chauffage d'eau (sanitaire ou de chauffage central ou de piscine ou autre)
- chauffage de locaux ou séchage par production d'air chaud.
- autres formes de chauffage utilisant l'énergie solaire.
- production d'électricité. - contribution au rafraîchissement de locaux en périodes chaudes en apportant l'énergie nécessaire à des dispositifs assurant cette fonction.
Parmi les différentes formes d'énergie apportant une réponse aux différents besoins, certaines peuvent être apportées par l'énergie solaire en utilisant une même surface de capteur, ce qui constitue une autre voie pour optimiser l'utilisation de l'énergie solaire pour une surface de captage donnée. Des capteurs hybrides associant une plaque de cellules photovoltaïques et une récupération de l'énergie sous forme thermique ont été proposés, sans toutefois apporter des solutions satisfaisantes lorsque le fluide caloporteur est un liquide circulant entre deux plaques comme indiqué plus haut.
Enfin un dernier problème et non des moindres se pose aux capteurs thermiques produisant l'eau chaude sanitaire. Une des techniques les plus courantes surtout dans les grandes installations collectives pour lutter contre les infections microbiennes et en particulier la légionellose, consiste à provoquer un choc thermique en chauffant par le chauffage d'appoint l'eau du réservoir d'eau chaude solaire au dessus de 60°C( 7O0C) pendant une demi heure une fois par jour, tous les jours de l'année, afin d'éliminer les microbes. Cela n'enlève i*en à l'apport de l'énergie solaire, puisque l'énergie dépensée par le chauffage d'appoint pour que l'eau atteigne 70°C est d'autant plus faible que l'apport par énergie solaire a été important. Cependant, dans les périodes durant lesquelles l'ensoleillement est faible, il peut être plus rentable de ne pas du tout chauffer l'eau du réservoir d'eau solaire et de laisser entièrement la production d'eau chaude à la charge du chauffage d'appoint, durant les périodes les plus froides de l'hiver, ce qui revient à ne porter à plus de 6O0C que la moitié de volume d'eau (le chauffage d'appoint ayant également un réservoir de stockage d'eau chaude). Il y a intérêt à trouver des solutions et des applications adaptées pour utiliser de façon optimale l'énergie solaire lorsque l'ensoleillement est faible, comme le préchauffage de l'air frais utilisé par la ventilation des locaux par exemple.
Description de l'invention Le demandeur s'est fixé pour objectif de concevoir un capteur plan solaire dont le mode de fonctionnement est nouveau reposant sur une combinaison de moyens ayant pour but de constituer un capteur universel apportant les améliorations en rendement, en fiabilité, en coût de fabrication et en valorisation de l'énergie solaire par la multiplication des formes d'énergie mises à disposition à partir du rayonnement solaire par une même surface de capteur, en incluant dans cette combinaison de moyens le procédé et le dispositif de transfert de l'énergie au fluide à distribuer.
L'amélioration principale consiste à permettre l'utilisation optimale de l'énergie solaire quel que soit l'emplacement mobilisable (exposé au Sud ou profitant du rayonnement diffus dans les autres directions) et à augmenter le nombre de services rendus par les capteurs en multipliant les fonctionnalités qu'ils peuvent mettre à disposition : production d'eau chaude, pif jduction d'air chaud, production d'électricité et autres formes d'utilisation de l'énergie solaire, à partir de l'énergie solaire et à partir des mêmes surfaces de capteurs installés, utilisés en même temps (exemple eau chaude et électricité photo voltaïque) ou alternativement (exemple production d'air chaud puis production d'eau chaude) par chacune des fonctionnalités. II existe donc deux grandes branches de variantes, selon l'invention, la première concerne les capteurs occultant totalement le passage de la lumière et destinés à des emplacements dans lesquels la lumière du jour n'est pas utilisée, ne serait-ce que pour l'éclairage du local, la deuxième permettant le passage de la lumière plus ou moins selon l'optimisation attendue dans l'utilisation de l'énergie solaire. Pour atteindre son but, le demandeur a eu l'idée de concevoir un capteur pl:g?, dont la structure de base permet d'utiliser l'énergie solaire pour produire de l'électricité et en même temps chauffer un fluide caloporteur, soit un liquide par exemple de l'eau soit un gaz par exemple de l'air. Dans certains modes de réalisation, le basculement entre les deux fluides peut se déclencher en phase opérationnelle selon une programmation automatique de la régulation ou par déclenchement manuel et ne prenant que quelques minutes.
La structure de base selon l'invention, pouvant être mise en œuvre aussi bien dans des capteurs occultant totalement le passage de la lumière comme dans ceux qui permettent de la laisser passer plus ou moins, est caractérisé en ce que : ;
Le caisson (2) de captage du rayonnerrfent solaire (figure 2a) est constitué de deux plaques parallèles de part et d'autre d'un cadre métallique, enfermant un espace entre elles. Le cadre métallique comporte, sur son côté supérieur, un profilé en forme de U(9)(figure 2a ou figure 13a) permettant à la fois la fixation des deux plaques et l'évacuation d'un liquide caloporteur (4)(figure 2a ou figure 13a). t Le caisson(2) (figure 2a) permet de faire circuler de Peau(ou un autre liquide transparent) dans l'espace enfermé entre les deux plaques. Pour cela un conduit d'alimentation (6)(figure 2a ou figure 13b) dessert plusieurs caissons. Sur ce conduit est raccordé le conduit d'alimentation individuel du caisson (3)(figure 2a ou figure 13b) qui débouche dans ce dernier par un orifice pratiqué dans le profilé inférieur(29) et dans le bas du caisson. L'eau remplit l'espace situé entre les deux plaques. L'eau arrive jusqu'à la partie supérieure du caisson (9)(Figure 2a ou figure 13b). l'eau rencontre le profilé en U (9)(figure 2a ou figure 13b) dans lequel elle s'écoule horizontalement. Ce profilé en U(9) est connecté au conduit d'évacuation(4)(figure 2a ou 13b) lequel permet à l'eau de rejoindre par gravité le collecteur d'évacuation(5)(figure 2a ou figure 13b) commun à plusieurs caissons. ^,
Lorsqu'il y a lieu de vider le fluide caloporteur, celui-ci s'écoule par gravité par le dispositif d'alimentation en fluide situé sur le côté inférieur du cadre (3) puis(6)(figure 2a ou 13b). Un dispositif d'évacuation et d'entrée d'air est situé sur la partie supérieure du cadre(8)(figure 2a ou figure 13b). Ce dispositif empêche l'écoulement de l'eau par gravité dans ce conduit par exemple (8)(figurel3b).
Le dispositif permettant la sortie et l'entrée d'air dans le circuit des capteurs, est caractérisé en ce que le tube rigide(8)(figure 2a ou 13b) rejoint le local technique. Le dispositif en local technique comporte, par exemple, un réservoir à moitié rempli d'eau maintenue fraîche (110) (figure 14a). le conduit (8) provenant des caissons pénètre dans ce réservoir (106)( figure 14a) jusqu'à 5 cm du fond de ce réservoir dans la partie contenant Teau. Juste avant que ce conduit (106) entre dans le réservoir, il croise le conduit d'entrée d'air provenant d'un dispositif (105) (figure 14a) laissant entrer l'air en cas de dépression et bloquant toute sortie d'air. Le réservoir est muni d'une évacuation en permettant la sortie d'air ou de vapeur en cas de surpression. Un dispositif (107) (figure 14a) s'ouvre pour laisser sortir l'air ou la vapeur en cas de surpression selon un seuil fixé A. Si un seuil de surpression B inférieur à A est atteint, le compresseur (108)(figure 14a) se déclenche et récupère à sa sortie la vapeur d'eau éventuelle sous forme de gaz chaud. Un condenseur éventuellement permet de récupérer cette vapeur sous forme d'eau à l'état liquide. Cette eau est retournée dans le circuit. Ces surpressions n'ont lieu que lors du remplissage du circuit des caissons ou bien lorsqu'il y a production de vapeur suite à un excès d'ensoleillement. Dans ce dernier cas la vapeur d'eau qui traverse la partie du réservoir contenant de l'eau fraîche, condense dans cette eau et vient en augmenter le volume et la température. Si le volume de cette eau dépasse un volume fixé, elle est retournée au circuit. Lors du remplissage des caissons quand il y a mise en fonction, le circuit peut être ouvert par une vanne spécifique. Si la température de l'eau du réservoir dépasse un certain seuil, par exemple 40°C, et que la surpression dépasse le seuil B, le compresseur est déclenché. Si tous ces processus tombent en panne simultanément, le dispositif ouvrant le circuit à l'air libre en sortie(107)(figure 14a) se déclenche.
Le dispositif de distribution de l'eau chaude provenant des caissons par le conduit (5) (figure 10) est caractérisé en ce que : Le conduit (5) (figure 10) véhicule l'eau réchauffée par les capteurs dans un réservoir calorifugé(63) (figure 10) d'où elle s'écoule toujours par gravité jusqu'à la pompe (66) (figure 10) qui la refoule dans le réservoir de stockage (70) (figure 10) au travers d'un échangeur (68) (figure 10) dans lequel elle perd la chaleur emmagasinée, puis elle est remontée vtft les capteurs par la pompe en empruntant le conduit (6) (figure 10) et le cycle recommence. Selon l'invention, l'eau contenue dans les capteurs peut être vidangée dans un réservoir calorifuge dédié (63). Pour cela la régulation est programmée pour 1) arrêter la pompe (66) , 2) basculer la vanne deux voies (69) (figure 10) en position vidange. L'eau des capteurs emprunte alors le conduit d'alimentation (3) (figure 13b) puis le conduit(6) (figure 10) pour se vider dans le réservoir calorifugé(63) (figure 10) l'écoulement ayant lieu par gravité. Si le mode d'exploitation est de vidanger tous les soirs, et que la température de l'eau du réservoir (63) (figure 10) durant la nuit est supérieure à un certain seuil à celle du réservoir de distribution(70) (figure 10) la régulation déclenche la pompe (66) (figure 10). L'eau du réservoir (63) (figure 10) circule alors dans l'échangeur(68) (figure 10) pour transférer sa chaleur à l'eau du réservoir de distribution (70) (figure 10). Dés que la différence de température est inférieure à un deuxième seuil par exemple 2 0C, la régulation arrête la pompe(66) (figure 10). Ainsi le système ne présente aucune perte de chaleur par inertie, quelle que soit la quantité d'eau circulant dans les capteurs. Le lendemain matin, si les conditions de température le permettent, la régulation remet en route le circuit d'eau dans les capteurs : 1) la vanne deux voies est fermée, 2) la pompe (66) est déclenchée.
Un robinet(51) (figure 9) de réglage du débit d'eau est installé sur le conduit(5) d'alimentation en eau de plusieurs capteurs, ou sur le conduit d'alimentation (3)(figure 13b) selon la configuration de l'installation. Ce qui permet d'ajuster le débit d'eau alimentant chaque capteur en fonction du débit d'écoulement par gravité du capteur et de la pression du circuit d'alimentation au niveau de ce capteur en prenant une marge tenant compte des dépassements éventuels de la pression du circuit. Un robinet(52) (figure 10) situé au plus haut dans un ensemble de modules élémentaires, permet d'évacuer un excès de débit notammenf|ors de l'installation, lorsque le débit d'eau dans les différentes rangées de capteurs est en cours de réglage. L'évacuation de ce débit en excès emprunte un conduit spécifique(53) connecté au collecteur général d'évacuation(ό).
Le mode d'alimentation en eau des capteurs peut également être constitué par un réservoir calorifuge (non représenté) situé plus haut que tous les capteurs . Ce réservoir est lui- même alimenté par la pompe (66) (figure 10) selon un conduit propre à ce réservoir. C'est alors de ce réservoir et par écoulement gravitaire que l'eau emprunte le conduit (6) d'alimentation des capteurs. Ainsi la pression est toujours constante au niveau de chaque capteur et le débit d'entrée de Teau dans un capteur donné est réglé en fonction de la pression à l'entrée de ce capteur, une seule fois lors de l'installation des capteurs sans modification par la suite. ,φ Dans le cas des variantes de capteurs dans lesquels l'eau du circuit est directement en contact avec une plaque transparente à la lumière, les conduits du circuit sont de préférence en matériau permettant d'éviter le dépôt de calcaire de type polycarbonates réticulés par exemple résistant à la chaleur jusqu'à 90°C. D'autres adaptations au niveau de l'échangeur permettraient une plus grande durabilité de même qu'un système de filtrage et de traitements de l'eau du circuit qui est au départ une eau déminéralisée et traitée en conséquence pour cette utilisation.
Dans le cas de variantes du capteur solaire selon l'invention, dans lesquels l'air entre en contact avec les surfaces vitrées, un système de déshumidifïcation de l'air circulant dans le circuit des capteurs est introduit dans le circuit.
Le système de déshumidifïcation (figure 14b) est placé quelque part dans le circuit(l 12)
© et (1 15)(fïgure 14b) avec des moyens permettant de l'isoler du circuit des capteurs (l 16)(figure
14b) lorsque celui-ci est rempli d'eau, ou de l'inclure en série dans le circuit des capteurs. Dans ce dernier cas, une pompe à air est également introduite dans le circuit. Cette pompe fait circuler l'air dans les capteurs par les conduits (6) et (8) le conduit (5) (figure 13b) étant fermé durant ce processus. Le produit de déshumidification(l 1 l)(figure 14b) est par exemple un gel de silice pouvant être régénéré par la chaleur lorsqu'il est gorgé d'eau(chaleur fournie par un dispositif utilisant l'effet de serre par exemple). La phase de régénération évapore l'humidité du produit de déshumidification qui sort par un conduit(l 14)(figure 14b). Lorsque le capteur est constitué de plaques de verre parallèles, il constitue un double vitrage dont l'intercalaire ne contient pas de produit déshydratant. Les doubles vitrage en circuit de ce type n'ont pas besoin de contenir un déshydratant dans leur intercalaire et leur durabilité quant à maintenir un air sec est sans limite puisque le système de déshumidification est régénéré. Ils peuvent donc être déshumidifiés même après avoir été rempli d'eau. Le système de déshumidification peut être assuré par un appareil de déshumidification du marché assurant une condensation de la vapeur d'eau contenue dans le circuit des capteurs.
Le système de communication avec la pression atmosphérique(figure 14a) comporte un système de sortie d'air ou de vapeur(107)et 108) (figure 14a) et un système d'entrée d'air (105)(figure 14a) qui ne fonctionnent que dans un seul sens. Dans le cas où le dispositif passif ne suffît pas, un petit compresseur(108) (figure 14a) par exemple permet de récupérer la vapeur et de la réintroduire dans le circuit sous forme liquide en la faisant passer dans un condenseur éventuellement.
A partir de cet ensemble de technologies de base, l'originalité de l'invention réside aussi dans le mode de captage de l'énergie solaire selon les deux grandes branches de variantes, occultant ou non le passage de la lumière après captage plus ou moins efficace de l'énergie solaire. Dans les deux branches de variantes, l'originalité de l'invention réside également dans la capacité du capteur à incorporer des fonctionnalités assurées jusque là par des dispositifs spécifiques comme la fonction de radiateur ou celle de surface vitrée laissant passer la lumière.
Variantes de capteurs thermiques/photovoltaïques occultant totalement le passage de Ia lumière :
Capteurs thermiques incorporant des cellules photovoltaïques pour production d'électricité
- le capteur est constitué d'un boîtier en tôle dont la surface est traitée pour résister aux intempéries. Dans un mode de réalisation préférentiel, le boîtier est de forme rectangulaire, la largeur étant très nettement inférieure à la longueur par exemple un mètre sur deuy piètres, et l'épaisseur encore plus réduite par rapport aux deux autres dimensions. - selon une variante de réalisation le capteur est, de préférence, destiné à être; positionné couché horizontalement sur l'un des côtés de sa longueur, et incliné par rapport à la ligne d'horizon de 15° à 90° selon l'application et la latitude de l'installation ou l'inclinaison du support existant. - le boîtier est ouvert sur sa face supérieure orientée au Sud et il intègre sur ses flans et sur la partie arrière un matériau isolant(10)(fïgure 2a). La partie supérieure du boîtier comporte des rebords recouvrant le matériau isolant de la partie supérieure du boîtier.
- le capteur comporte deux chambres recouvrant l'absorbeur et transparentes au rayonnement solaire lequel les traverse pour atteindre la surface de l'absorbeur. La première chambre(13) est délimitée par une plaque vitrée extérieure (15) d'une part et par une deuxième plaque transparente (14) du côté intérieur au capteur. La plaque de verre extérieure est fixée aux rebords du boîtier du capteur de préférence par un joint silicone haute température %x autre moyen de fixation.
- la deuxième chambre est délimitée par la surface de l'absorbeur(17) et par la deuxième plaque transparente(14). Cette deuxième chambre est, par exemple, constituée d'un caisson plan fixé sur la partie arrière du boîtier par des pieds(non représentés) traversant la couche d'isolant(lθ). Le caisson est par exemple constitué d'un cadre sous forme de profilés en acier inoxydable. Le profilé des flans droit, gauche et bas a la forme d'une marche d'escalier(29) tandis que le profilé du haut est constitué par l'assemblage de deux profilés(à l'intérieur(9) en forme de U renforcé et à l'extérieur(30) fixés l'un à l'autre par des vis traversant chacune un cylindre permettant de ménager un espace(8) entre les deux profilés. La plaque transparente(14), en verre par exemple, est fixée sur les rebords des profilés (29) et (30) par un joint plicone haute température, ou autre mode de fixation étanche.
- L'absorbeur(17) est constitué d'une plaque de verre spécial absorbant le rayonnement infrarouge proche (entre 800 et 1400nm et au delà) reposant sur des tiges, en métal par exemple(18) , formant un cadre autour de l'absorbeur. Les tiges(18) permettent de délimiter une troisième chambre(25) entre l'absorbeur(17) et le fond du caisson(24). Cette troisième chambre(25) communique avec la deuxième chambre(20) par des passages dans les tiges (18) du haut et du bas du capteur. Le fond du caisson(24) est une plaque de cellules photovoltaïques recevant le rayonnement UV et visible du rayonnement solaire, recouverte par une couche de verre ou tout autre matériau transparent ayant un coefficient de transfert thermique aussi élevé que possible. La plaque de cellules photovoltaïques (24) est fixée par collage ou tout autre moyen de fixation aux profilés du caisson (12) pour fermer de façon étanche la troisième chambre(20). Les deux fils conducteurs(26) d'électricité sortant de la plaque de cellules photovoltaïques sont gainés d'un matériau isolant et sont connectés au câble du réseau électrique longeant les conduites du circuit d'eau.
Dans le haut de la deuxième chambre(20) l'air contenue dans celle-ci peut librement s'échapper par l'espace entre le profilé en U(9) et le profilé extérieur (30). Ainsi le circuit est toujours en communication avec la pression atmosphérique, ce qui élimine tout risque de surpression. Ce circuit n'a pas besoin de vase d'expansion.
Au cours de sa montée vers le haut du capteur, l'eau se réchauffe au contact des surfaces supérieure et inférieure de l'absorbeur(17) et au contact de la surface supérieure de la plaque de cellules photo voltaïque(24). De plus l'eau se réchauffe en absorbant le rayonnement solaire infrarouge au-delà de 1400nm et pour cela l'épaisseur d'eau totale des deuxième et troisième chambres (20) et (25) doit être de un centimètre d'eau au moins. Le circuit air
Une autre variante permet d'utiliser alternativement l'air ou l'eau comme fluide caloporteur sur une même surface de capteurs selon l'invention. Pour cela deux chambres supplémentaires l'une pour la circulation d'air entrant dans les capteurs(31) et l'autre pour l'évacuation de l'air sortant des capteurs (32) sont ajoutées sous la troisième chambre (25). La communication entre la chambre d'entré d'air (31) et les chambres (20) et (25) a lieu par l'espace ménagé(8) entre le profilé en U(9) et le profilé externe(30). Plus exactement, la chambre d'arrivée d'air(31) ne communique avec les chambres(20) et (24) par l'espace ménagé(8) que sur la moitié droite du capteur comme le montre la figure 7, tandis que la chambre(32) de sortie de l'air du capteur communique avec la chambre où se trouve l'absorbeur que par la moitié gauche du capteur.
Afin de répartir le flux d'air sur toute la surface de l'absorbeur(17) et pour "créer un phénomène de turbulence favorisant l'échange de chaleur entre l'absorbeur(17) et l'air ou l'eau, des tiges(l 1) par exemple, en métal bon conducteur de chaleur, sont disposées verticalement sur la surface de l'absorbeur(fîgure 7). Ces tiges en contact avec Pabsorbeur(17), permettent de le caler tout en laissant un jeu permettant sa dilatation.
Le dispositif permettant le soufflage et l'extraction d'air d'un ensemble de capteurs ainsi que la circulation d'air à l'intérieur de cet ensemble de capteurs est représenté dans la figure 9. Une conduite d'arrivée d'air générale (47) débouche en bas à droite d'un ensemble de capteurs dans la chambre d'arrivée(31) du capteur qui se trouve au-dessus d'elle. L'extraction de l'air du même ensemble de capteurs emprunte une conduite(44) débouchant en haut et à gauche du même ensemble de capteurs, dans la chambre de sortie d'air(32) du capteur qui se trouve juste au-dessus d'elle. L'air est extrait par un ventilateur situé sur la conduite de sortie d'air des capteurs(44). L'arrivée d'air(47) dans les capteurs est de préférence relié à un filtre par lequel passe l'air extérieur frais à préchauffer pour le renouvellement de l'air du local, j II y a incompatibilité de fonctionnement simultané du circuit d'eau et du circuit d'air sur une même surface de capteurs. C'est pourquoi des moyens de basculement de l'un vers l'autre des modes de fonctionnement sont contrôlés par la régulation : le basculement en circuit d'air par la régulation consiste : 1) à déclencher la vidange eau des capteurs comme indiqué précédemment, 2) à déclencher la mise en route du ventilateur. L'opération inverse consiste à 1) arrêter le ventilateur, 2) déclencher la circulation d'eau comme indiquée plus haut.
L'air peut également et simultanément être soufflé dans les capteurs par un ventilateur par l'entrée (47) tout en étant extrait des mêmes capteurs par la sortie(44) grâce à un deuxième ventilateur.
Une autre variante de capteur hybride incorpore un système de lamelles , par exemple(95)(figure 13a) selon le principe d'un store vénitien. Les lamelles sons* mobiles et peuvent être relevées ou inclinées par un dispositif actionnable de l'extérieur de l'espace situé entre les deux plaques, dans le but de laisser passer plus ou moins la lumière ou l'occulter pour les cellules photo voltaïques. La surface des lamelles est recouverte d'une couche de couleur noire capable d'absorber le rayonnement solaire. Cela permet de choisir précisément la fraction de l'énergie solaire dédiée à la production d'eau chaude ou d'air chaud selon le fluide caloporteur utilisé et celle dédiée à la production d'électricité. Les lamelles servent également d'absorbeur pour chauffer l'air lorsque ce fluide est le fluide caloporteur. Dans ce cas, le capteur est d'une part partagé en partie gauche et partie droite, afin que l'air parcourt l'ensemble de la surface du capteur, d'autre part les lamelles sont disposées alternativement proche de la vitre arrière ou proche de la vitre avant ïβn que le llux d'air soit en contact avec les surfaces de toutes les lamelles(non représenté) (figure 7).
Une autre variante de capteur hybride incorpore des cellules photovoltaïques dans les lamelles elles-mêmes (par exemple des cellules PV en bi-verre, les câbles électriques souples des cellules PV étant fixés régulièrement à l'échelle (92)(fîgure 13a) du système de suspension des lamelles). La plaque de fond est alors un absorbeur recouvert d'une couche en E.T.F.E
(Ethylène Tétrafluor Ethylène) ou l'un de ses dérivés ou un produit équivalent, noir et ayant des propriétés de non adhérence. L'ouverture plus ou moins grande des lamelles permet ici aussi de choisir entre la fraction de l'énergie solaire à consacrer au thermique et celle à consacrer au photovoltaïque.
Une autre variante de ce même capteur comporte une plaque d'isolant située à l'arrière du capteur( 10) (figure 2a) rétractable, par exemple un panneau coulissant ou une lame d'air fermée par un film transparent enroulable. Lorsque cette plaque est rétractée, la plaque arrière du caisson n'est plus isolée de l'intérieur du local et elle le réchauffe directement par PénergieWaire.
Il est alors possible d'utiliser le circuit de ce type de capteur comme circuit de radiateurs en hiver, en le raccordant à un système de chauffage classique( de préférence avec une chaudière dont le corps de chauffe est en acier inoxydable et les conduits en polycarbonates réticulés par exemple). Cela permet de profiter du rayonnement solaire pour le chauffage en hiver et de produire de Pélectricité(avec une réduction de performance des cellules PV de 20%), tout en gagnant un nouvel emplacement dans les murs pour les capteurs solaires.
Les ventilateurs, la pompe et la régulation peuvent être alimentés en électricité par les plaques de cellules photovoltaïques rendant ainsi le système totalement autonome.
Capteurs occultant la lumière n'incorporant pas de cellules photovoltaïque -0
Un capteur de ce type est caractérisé en ce que les deux plaques sont en métal.
La plaque supérieure est traitée pour absorber de façon sélective le rayonnement solaire sur sa surface exposée au rayonnement solaire(7) (figure 2a) Une lame d'air(13)(figure 2a) sert d'isolant et de producteur d'effet de serre. Sur les flans et à l'arrière le capteur est isolé(10)(figure 2a).
Une autre variante de ce même capteur comporte une plaque d'isolant située à l'arrière du capteur( 10)(figure 2a) rétractable, par exemple un panneau coulissant ou une lame d'air fermée par un film transparent enroulable. Lorsque cette plaque est rétractée, la plaque arrière du caisson n'est plus isolée de l'intérieur du local et elle le réchauffe directement par l'énergie solaire. Il est alors possible en plus d'utiliser le circuit de ce type de capteur comme circuit de radiateurs en hiver, en le raccordant à un système de chauffage classique( de préférence avec une chaudière dont le corps de chauffe est en acier inoxydable et les conduits en polycarbonates réticulé par exemple). Ce complément de chauffage permet de compléter l'apport d'énergie solaire pour atteindre une température d'eau adéquate pour le chauffage (jusqu'à 65°C par exemple). Cela permet de profiter du rayonnement solaire pour le chauffage en hiver et de produire de l'électricité, tout en gagnant un nouvel emplacement dans les murs pour les capteurs solaires( qui prennent simplement la place des radiateurs existants).
Variantes de capteurs thermiques/photovoltaïques permettant le passage de Ia lumière :
Afin de faciliter la mise en œuvre de cette technologie sur des ouvertures devant permettre de laisser pénétrer la lumière, une autre série de variantes, produites selo$ la même technologie de base de l'invention, consiste en un double vitrage dans lequel de l'eau peut circuler. L'eau pénètre, par exemple, par un tube en bas à gauche(3) (figure 13b), remplit l'espace entre les deux plaques de verre puis sort par le tube haut droit. Le tube haut gauche(8) (figure 13b) sert de conduit d'air en contact avec la pression atmosphérique.
-Une autre variante de ce double vitrage peut comporter entre les deux plaques de verre , des lamelles (95)(figure 13a) de store vénitien, relevables ou non et inclinables dont la surface est noire. La lamelle est en métal recouvert d'un composite noir à base d' E.T.F.E (Ethylène Tétrafluor Ethylène) ou l'un de ses dérivés ou un produit équivalent, ou autre revêtement absorbant le rayonnement solaire et peu adhérent. Ce double vitrage peut être isolé de l'extérieur par une lame d'air (13) (figure 13a)d'environ 28 mm, en rajoutant une troisième plaque de verre vers l'extérieur(15)(figure 13a). De même une lame d'air située à l'arrière (101)(figure 13a) l'isole de l'intérieur du local. La plaques arrière(102)(figure 13a) peut soit être une plaque de verre fixe, soit une plaque de verre mobile(comme une porte coulissante), soit encore un film transparent de polycarbonates ou E.T.F.E. enroulable. Si cette plaque (102)(figure 13a) est fermée, il y aura plus de production d'eau chaude et le local est isolé de la chaleur du soleil, ce qui est utile en été. Si cette plaque (102)(figure 13a) est rétractée, le local profite de la chaleur du soleil et se réchauffe ce qui peut être utile en hiver. Les lamelles pouvant être fermées complètement, permettent d'occulter la vue de l'extérieur du local.
-Une autre variante de ce double vitrage, lorsque la plaque (102)(figure 13a) est mobile (sous forme de plaque de verre coulissante ou de film transparent enroulable par extiiple) peut servir également de circuit de RADIATEURS en hiver, en le raccordant à un système de chauffage d'un nouveau genre : soit un système de chauffage classique et un échangeur adapté pour qu'il n'y ait aucun dépôt de calcaire ou autre sel, soit un système de chauffage classique direct( de préférence avec une chaudière dont le corps de chauffe est en acier inoxydable et les conduits en polycarbonates réticulés par exemple). Ce complément de chauffage permet de compléter l'apport d'énergie solaire pour atteindre une température d'eau adéquate pour le chauffage (jusqu'à 650C par exemple).
Cela permet de profiter du rayonnement solaire pour le chauffage en hiver, tout en gagnant un emplacement dans les surfaces vitrées pour les capteurs solaires. - Une autre variante de ce double vitrage incorpore des cellules photovoltaïques dans les lamelles(95) elles-mêmes (par exemple des cellules PV en bi-verre, les câbles électriques des cellules PV étant fixés le long de la corde (92)(figure 13a) d'inclinaison des lamelles par exemple). Cette variante apporte une production d'électricité en même temps qu'une production d'eau chaude en été et en demi-saison, tout en permettant que ce même circuit serve de radiateurs en hiver et bénéficie d'un supplément d'énergie solaire thermique.
- Une autre variante de ce double vitrage incorpore un store vénitien à base de lamelles absorbant le rayonnement solaire et incorporant ou non des cellules photovoltaïques. Cette variante utilise l'air comme fluide caloporteur. Les lamelles sont disposées alternativement vers la plaque intérieure au local, laissant 5mm entre elles et la plaque extérieure, et vers la plaque extérieure au local, laissant 5 mm entre elles et la plaque intérieure au local, afin que l'air circule sur toutes les surfaces de toutes les lamelles de bas en haut du capteur. Les conduits d'air d'alimentation du double vitrage par le bas à gauche par exemple et de sortie par le haut à droite sont de section rectangulaire et d'épaisseur identique à l'épaisseur de l'intercalaire du double vitrage. Ce type de capteur peut permettre de produire de l'air chaud dans une
Figure imgf000018_0001
de bâtiment, soit pour le chauffage du bâtiment en hiver, en particulier le préchauffage de l'air frais de renouvellement d'air du bâtiment, soit pour entrer dans le cycle d'un système D.E.C de production de froid pour la climatisation en été. Contrairement aux double vitrage existants, le présent double vitrage ne comporte pas un déshydratant dans l'intercalaire métallique du double vitrage. Le système de déshydratation (figure 14b) assure cette fonction lorsque c'est nécessaire. - Une autre variante de ce même double vitrage utilisant l'air comme fluide caloporteur, utilise les lamelles du store vénitien, suspendu entre les deux plaques du double vitrage, comme conduits de fluide caloporteur liquide; lamelles constituées par exemple d'une plaque en arc de cercle sur sa largeur et d'une plaque plane fixées l'une à l'autre sur toute leur longueur et enfermant un tube de diamètre 4 mm par exemple servant d'axe de rotation et de cç,μduit du fluide caloporteur liquide. L'embout gauche de ce tube est raccordé au tube de la lamelle d'en dessous tandis que l'embout droit de ce tube est raccordé au tube de la lamelle située au dessus. Le mode de raccordement permet une rotation d'un quart de tour au moins de chaque tube de lamelle. Pour permettre que les lamelles puissent être relevées vers le haut, le mode de raccordement utilise par exemple un tube en matériau flexible permettant à la fois la rotation des tubes des lamelles lorsque le store est manœuvré pour incliner les lamelles et le rapprochement des lamelles lorsque le store est manœuvré pour être relevé. Le tube de la dernière lamelle inférieure du store vénitien est raccordé à un tube flexible (3) enroulé en serpentin qui rejoint le tube d'alimentation(6). Le tube de la dernière lamelle supérieure du store vénitien est raccordé à un tube flexible (4) rejoignant le conduit (5). Ce dispositif permet d'utiliser un liquide caloporteur liquide circulant dans les lamelles et l'air comme fluide caloporteur circulant sur les surfaces extérieures des lamelles dans le même double vitrage, les deux fluides circulant simultanément ou non. II est possible d'utiliser la présente technologie et une combinaison de variâtes de capteurs occultant ou non le passage de la lumière, selon l'invention, pour construire des façades d'immeubles remplissant plusieurs fonctions attendues dans un bâtiment.
On comprendra mieux l'invention et la richesse des possibilités de mise en œuvre à l'aide de la description illustrée par les figures suivantes:
- la figure 1 est un schéma à titre d'exemple de la variante la plus simple du capteur suivant une coupe BB de la figure 2a . En pointillé les conduits d'arrivée(ό) et (3) et de sortie (4) et (5) du circuit d'eau dans le capteur. Le capteur comporte un boîtier(l) et à l'intérieur de ce boîtier un caisson(2) dont le profilé supérieur(9) est en forme de U. Une isolation(lθ) du caisson (2) est assurée. Un conduit rigide d'air(8) assure la sortie d'air lors du remplissage et l'entrée d'air lors de la vidange du capteur. Des tiges en métal(l 1) assurent une répartition de l'eau sur toute la surface de Pabsorbeur(7) lequel constitue la paroi métallique supérieure du caisson.
- la figure 2a est une coupe suivant AA de la figure 1 montrant le circuit d'eau lorsque la pompe est en fonctionnement. La vitre(15) du boîtier(l) permet l'effet de serre. La chambre (13) dont l'épaisseur est inférieure à 30 mm constitue une couche isolant le caisson en limitant les pertes de chaleur par convection. L'absorbeur (7) est totalement en contact sur sa face inférieure(19) avec le fluide caloporteur.
- la figure 2b représente à titre d'exemple l'état du capteur lorsque la pompe vient d'être arrêtée. Le conduit d'alimentation sert de conduit de vidange.
- la figure 3a représente en coupe suivant CC de la figure 3b, un exemple <# capteur selon l'invention, comportant une plaque de cellules photovoltaïques(24). Afin que les cellules photo voltaïques fonctionnent à une température moindre, un absorbeur sélectif (17) est interposé juste au-dessus qui repose sur un cadre métallique(18) et sur des tiges métalliques |f 1) qui se trouvent dans la chambre(25) et dans la chambre(20) non représentées dans cette figure mais visualisées dans la figure 3b. Le profilé en U (9) sert à collecter l'eau qui s'y déverse par gravité dans la partie supérieure du capteur. Le profilé(29) est utilisé dans les flans bas, gauche et droit du caisson(2). Les fils conducteurs d'électricité(26) du panneau de cellules photo voltaïques sont connectés à un câble arrivant jusqu'au local technique.
- la figure 3b représente une coupe du capteur suivant AA de la figure 3a. Le cadre métallique(18) dans lequel est fixé l'absorbeur en verre sélectif spécial( 17) comporte un jeu permettant de tenir compte de la dilatation latérale du métal et de l'absorbeur. Il en est de même des tiges(l 1) qui bloquent l'absorbeur tout en permettant la diffusion de l'eau et de l'air sur toute la surface de l'absorbeur. φ
- la figure 3c représente à titre d'exemple la forme du cadre(18) qui permet à l'eau et à l'air de circuler sur les deux surfaces de Pabsorbeur(17). Les tiges(l 1) constituent un support de Pabsorbeur(17) et un calage de l'absorbeur sur la partie supérieure de celui-ci. - la figure 4 représente en coupe un capteur selon l'invention, permettant de rendre compatibles le circuit d'eau avec le circuit d'air grâce à un profilé supérieur en U(9) dans lequel circule l'eau, fixé à un profilé externe(30) par lequel l'air entre et sort de l'espace où se trouve l'absorbeur.
- Ia figure 5a représente à titre d'exemple une coupe d'un capteur à air ou eau comportant un panneau de cellules photo voltaïques. L'agencement des différents compartiments rend compatibles le circuit d'eau et le circuit d'air. Le profilé en U(9) sert de collecteur à l'eau
Φ qui s'y déverse par gravité. Il est connecté à un conduit d'évacuation(4) qui rejoint un collecteur(5) par lesquels l'eau s'écoule par gravité. Les chambres(31) et (32) sont les conduits d'arrivée et de sortie d'air des capteurs. L'espace ménagé entre le profilé(9) et le profilé(30) permet la communication entre la chambre contenant l'absorbeur et les chambres(31) et (32). Voir figures 8a et 8b pour plus de détails sur cette communication.
- Ia figure 5b représente à titre d'exemple un capteur simple à air et à eau dont l'unique absorbeur(24) est un panneau de cellules photovoltaïques, qui ici assure les deux fonctions de conversion de l'énergie solaire en électricité et la fonction d'absorbeur convertissant le reste de l'énergie solaire en chaleur transférée au fluide caloporteur, eau ou air.
- la figure 6a représente à titre d'exemple un capteur à air, à eau et PV en coupe suivant AA de la figure 6b. Les fils électriques(26) sortant du panneau PV(24) sont connecfΛ s au câble électrique du réseau des capteurs dans le conduit d'air (32). L'absorbeur(17) repose sur un cadre(18). Le profilé en U(9) est percé pour le passage des vis qui le fixent au profilé(30). Les vis passent dans des cylindres dont le diamètre est plus grand que l'orifice par lequel passe la vis dans les deux profilés(9) et (30). Ainsi un espace est ménagé entre les deux profilés.
- la figure 6b représente le même capteur par une coupe suivant BB de la figure 6a. Les tiges(18) constituent un cadre pour l'absorbeur(17) et les tiges (11) permettent à la fois de répartir la circulation de l'air et de l'eau sur toute la surface de l'absorbeur et de caler ce dernier.
- la figure 7 représente à titre d'exemple la circulation de l'air ou autre gaz sur la surface d'un absorbeur plan ; l'air pénètre par la partie supérieure droite(31) dans le caisson en provenance de la chambre(31) représentée dans la figure 8b, et sort par la partie supérieure gauche(32) par laquelle il rejoint la chambre(32) représentée dans la figure 8a.
- la figure 8a représente à titre d'exemple la circulation de l'air sur la moitié gauche du capteur et montre la voie de communication entre la chambre(20) et la chambre(25) où se trouve l'absorbeur(17) et la chambre(32) par laquelle l'air est évacué des capteurs. v
- la figure 8b représente à titre d'exemple la circulation de l'air sur la moitié droite du capteur et montre la voie de communication entre la chambre(20) et la chambre(25) où se trouve
Pabsorbeur(17) et la chambre(31) par laquelle l'air arrive dans les capteurs.
- la figure 9 représente à titre d'exemple une coupe d'un ensemble de capteurs élémentaires, selon l'invention, constituant un ensemble de caissons juxtaposés surmonté par une verrière(50) surplombant la surface supérieure des caissons de moins de 30mm. A la périphérie de cette verrière(50) se trouve une couche d'isolant(48) ainsi que sous les caissons. La verrière est constituée par exemple de cadres en profilés d'aluminium(non représentés) de un mètre de haut sur cinquante centimètres de large fixés quatre par quatre au-dessus de chaque caisson. Ces cadres permettent de fixer par collage les plaques de verre de la verrière. L'alimen;#μon en eau de cet ensemble de caissons est véhiculée par les conduits(5). Au début de chaque rangée le conduit(5) comporte un robinet(51) de réglage du débit d'alimentation de cette rangée afin de l'ajuster au débit d'eau qui s'écoule par gravité des capteurs de la rangée. La sortie d'eau est assurée par le conduit(6). Un robinet supplémentaire(52) permet de régler l'excès de débit général vers le conduit d'évacuation(6) par un conduit spécifique(53).
Le circuit d'air, à titre d'exemple, pour cet ensemble de caissons est constitué par une entrée d'air(47) dans la chambre(31) du premier caisson de la première rangée. Les deux chanibres(31) et (32) du premier caisson sont en communication avec les chambres correspondantes du deuxième caisson par une pièce en tôle qui s'emboîte de part et d'autre pour chaque chambre(31) et(32) latéralement(42). Le dernier caisson de la première rangée est également en communication avec le caisson situé au-dessus de lui sur la rangée de niveau supérieur(41). Il s'agit ici d'une communication verticale ; la chambre(31) du caisson de la première rangée est en communication avec la chambre correspondante de la rangée située au dessus d'elle sur la moitié droite des deux caissons, alors que les chambre(32) des δeux caissons communiquent entre elles sur la moitié gauche de ces mêmes deux caissons, chacune des deux types de chambre ayant une pièce emboîtée de part et d'autre(41). Le circuit d'air est ainsi organisé pour parcourir rangée par rangée(45) les surfaces des absorbeurs(46) jusqu'à la conduite de sortie de l'ensemble de caissons(44).
- la figure 10 représente à titre d'exemple, le système de transfert de l'énergie au circuit de distribution d'eau chaude(71). Le collecteur de rangée (5) rejoint un collecteur vertical d'évacuation qui conduit l'eau réchauffée par les capteurs dans un réservoir calorifugé(63) d'où elle s'écoule par un conduit(65) toujours par gravité jusqu'à la pompe (66) qui la refoule dans le réservoir de stockage (70) au travers d'un échangeur (68) dans lequel elle perd la chaleur emmagasinée puis elle est remontée vers les capteurs par la pompe et le cycle reccÉmence. Le réservoir de stockage(70) est alimenté en eau froide du réseau par le conduit(67). Le tube(62) permet à l'air du réservoir(63) de sortir et d'entrer librement lorsque le réservoir se remplit ou se vide. Ce tube permet également de récupérer l'eau qui sort sous forme de vapeur en la condensant grâce à un échangeur(non représenté) raccordé au circuit d'eau froide du réseau. Dans le cas d'un capteur simple sans circuit d'air, le conduit d'air des capteurs(figure 2a/8) est raccordé à la partie supérieure du tube(62). Ainsi le système n'a qu'une seule voie de communication avec l'air extérieur par laquelle un filtre est mis et la vapeur d'eau est récupérée. Selon l'invention, l'eau contenue dans les capteurs est vidangée tous les soirs dans un réservoir calorifuge dédié (63). Pour cela la régulation est programmée pour 1) arrêter la pompe (66) , 2) basculer la vanne deux voies (69) en position vidange. L'eau du capteur emprunte .glors le conduit d'alimentation (3) puis le collecteur(6) pour se vider dans le réservoir calorifugé(63) l'écoulement ayant lieu par gravité. Si la température de l'eau du réservoir (63) est supérieure à un certain seuil à celle du réservoir de distribution(70) la régulation déclenche la pompe (66). L'eau du réservoir (63) circule alors dans l'échangeur(68) pour transférer sa chaleur à l'eau du réservoir de distribution (70). Dés que la différence de température est inférieure à un deuxième seuil par exemple 2 °C, la régulation arrête la pompe(66). Ainsi le système ne présente aucune perte de chaleur par inertie, quelle que soit la quantité d'eau circulant dans les capteurs. Le lendemain matin, si les conditions de température le permettent, la régulation remet en route le circuit d'eau dans les capteurs : 1) la vanne deux voies est fermée, 2) la pompe (66) est déclenchée.
La figure 10 montre un exemple d'installation dans laquelle il est possible d'arrêter totalement la production d'eau chaude sanitaire par les capteurs et de laisser entièrement cette charge au chauffage d'appoint. Le réservoir d'eau chaude sanitaire(76) est de toutcCuçon maintenu à 60°C toute l'année. Le réservoir d'eau solaire (70) est porté à plus de 60°C(70°C) une fois par jour pour éliminer les microbes. Pour cela la pompe(73) fait circuler l'eau du réservoir(76) dans le réservoir(70). Si la production d'eau chaude solaire est arrêtée, l'eau contenue dans le réservoir solaire(70) finit rapidement par se refroidir par les tirages d'eau et l'entrée de l'eau froide(67). Dés lors, il n'y a plus besoin de déclencher la procédure anti- légionellose pour ce réservoir solaire tant que la production d'eau chaude solaire est arrêtée. Ainsi en périodes d'ensoleillement faible, l'énergie solaire est utilisée pour la production d'air chaud pour le chauffage par air chaud, permettant d'utiliser de façon optimale l'énergie solaire disponible. Si la surface totale des capteurs est divisée en deux circuits d'eau au niveaiμdes capteurs(ensemble de capteurs (61) et ensemble de capteurs (78) par exemple, avec une vanne deux voies(79) qui isole le circuit des capteurs(78), il est possible de produire de l'air chaud avec les capteurs(78) et de l'eau chaude avec les capteurs(όl) par exemple pour climatiser ou sécher en été et continuer à produire de l'eau chaude simultanément. Dans le cas où des capteurs comportent des panneaux de cellules photovoltaïques(78), un deuxième circuit d'eau est raccordé au ballon (80) dans lequel arrive l'eau froide du réseau en premier. Ce deuxième ballon(80) est connecté au ballon (70). Ainsi, si des puisages d'eau sanitaire ont lieu, le ballon(80) est refroidi en premier par l'entrée d'eau froide(67) et sera en tout cas à une température inférieure à celle du ballon(70). - la figure 11 représente à titre d'exemple, une variante du caisson du capteur à air, à eau k< et à PV, dans laquelle le panneau de cellules photovoltaïques est isolé de l'absorbeur(17) absorbant les infrarouges, par un espace(25). Dans cet espace (25) le dispositif permettant la circulation d'air et alternativement la circulation d'eau est reproduit entre la plaque(17) de l'absorbeur et la plaque (24) de cellules photovoltaïques. Ce dispositif comprend un conduit carré d'alimentation en eau(81) et un conduit carré d'évacuation d'eau(82) raccordés à un réservoir(80 de la figure 10) propre ainsi que le système d'arrivée et de sortie d'air(8). Ce dispositif constitue donc un circuit d'eau indépendant du circuit d'eau situé au dessus de l'absorbeur(17) dans l'espace (20) dont le conduit carré d'arrivée d'eau(6) et le conduit carré d'évacuation d'eau(5) sont raccordés à un réservoir (70 de la figure 10). Dans cet exemple de réalisation, le conduit d'arrivée d'eau(6) est percé d'orifices(3) par lesquels l'eau pénètre dans l'espace(20). De même, le conduit d'évacuation d'eau (5) est percé d'orifices(4) par lesquels l'eau sort de l'espace(20). Le même système est reproduit pour Pespace(25). L'objectif est d'assurer une température de fonctionnement des cellules photovoltaïques qui ne dépasse pas le seuil de 25°C par exemple. Pour cela, selon la période de l'année ou de la journée, dans Pespace(25), soit de l'air circule, soit de l'eau si sa température est inférieure au seuil de 250C. Par exemple, en été, le circuit de refroidissement des cellules photovoltaïques peut être dédié au chauffage de l'eau de piscine. Le liquide caloporteur peut contenir un colorant favorisant l'absorption du rayonnement infrarouge, tout en étant transparent au rayonnement visible.
- la figure 12a représente une variante de caisson à air, à eau et à PV, dans laquelle le circuit d'air passe par les deux espaces (20) et (25) en entrée d'air sur la moitié droite du caisson.
- la figure 12b représente une variante de caisson à air, à eau et à PV, dans laquelle le circuit d'air passe par les deux espaces (20) et (25) en sortie d'air sur la moitié gauche du caisson.
- la figure 13a représente une variante de caisson à double vitrage, à eau et à store vénitien dont les lamelles (95) sont traitées pour jouer le rôle d'absorbeur du rayonnement solaire. La figure montre le mode de suspension de l'échelle du store : la corde centrale de relevage(90) est suspendue au cabestan (cylindre permettant d'enrouler la corde pour relever toutes les lamelles vers la partie supérieure et dégager totalement la vue sur l'extérieur). Deux des quatre cordes de l'échelle(92) sont enroulées sur une poulie(93). Le passage des cordes vers leurs supports de suspension est assuré par des orifices dans lesquels on a fait passer un tube(96). Et par un orifice dans le profilé en U(9) lequel orifice sert en même temps de passage pour la circulation de l'eau dans le profilé (9). Dans le bas la barre(98) assure le maintien en tension du store par son poids. Le caisson est isolé vers l'intérieur par une lame d'air(lθl) fermée par une plaque de verre(102). Le caisson est également isolé vers l'extérieur par une lame d'air(13) fermée par une plaque de verre(15) . •$
- la figure 13b est une vue de face de la figure 13a. Dans cette figure l'eau qui alimente le caisson arrive par le conduit (6) entre par le conduit (3) dans le profilé (29) lequel est percé de deux orifices par lesquels l'eau pénètre dans l'espace entre les deux plaques de verre. Arrivée dans la partie supérieure du caisson, l'eau pénètre dans le profilé en U(9) lequel est raccordé sur sa gauche au conduit (8) de sortie ou d'entrée d'air et sur sa partie droite au conduit (4)( figure 13b) par lequel l'eau se déverse par gravité dans le conduit(5).Le store vénitien est suspendu à un cabestan pour les cordes de relevage(90) et à une poulie(93) pour les cordes d'inclinaison des lamelles. La barre(98) assure le maintien en tension du store par son poids. Le robinet (52) permet d'ajuster le débit d'entrée d'eau.
- la figure 14a représente le système de communication avec la pression atmosphérique comportant un mode de récupération de la vapeur d'eau par un dispositif de sortie d'air/vapeur(107)et 108) et un système d'entrée d'air (105). Le conduit (106) provenant du circuit des capteurs pénètre dans le réservoir jusqu'à atteindre la partie contenant de l'eau(l 10). Dans le cas où le dispositif passif (comprenant un réservoir à moitié rempli d'eau(i'lθ) et d'air(109) dans lequel la vapeur d'eau arrivant par le conduit(lθό) est condensée lorsqu'elle traverse l'eau rafraîchie du réservoir(l 10)) ne suffit pas, un petit compresseur(l 08) par exemple permet de récupérer la vapeur et de la réintroduire dans le circuit sous forme liquide en la faisant passer dans un condenseur éventuellement.
- la figure 14b représente le système de déshumidification placé quelque part dans le circuit(l 12) et (115) du circuit des capteurs avec des moyens permettant de l'isoler du circuit des capteurs (116), lorsque celui-ci est rempli d'eau, ou de l'inclure en série dans le circuit des capteurs. Dans ce dernier cas, une pompe à air est également introduite dans le circuit. Cette pompe fait circuler l'air dans les capteurs par les conduits (6) et (8)(figure 13b) le conduit (5) (figure 13b) étant fermé durant ce processus. Le produit de déshumidification(l 1 Vβst par exemple un gel de silice pouvant être régénéré par la chaleur lorsqu'il est gorgé d'eau(chaleur fournie par un dispositif utilisant l'effet de serre par exemple). La phase de régénération évapore l'humidité du produit de déshumidification qui sort par un conduit(l 14). Modes de réalisation non limitatifs
Les différents modes de réalisation de la présente invention tels qu'ils sont décrits dans le présent document ne sont donnés qu'à titre indicatif pour illustrer de façon aussi simple que possible les principes à la base de la présente invention afin que cette invention soit facilement comprise grâce à quelques unes des applications dans lesquelles elles peut être mise en oeuvre. De nombreuses autres mises en œuvre n'ont pas été évoquées, par exemple celles qui étendent la compatibilité du circuit d'eau et du circuit d'air non seulement au niveau de l'intégralité du
V'1 capteur mais aussi au niveau des conduits jusqu'à un point de séparation des deux circuits qui peut être situé dans le local technique.
Enfin toutes sortes de combinaisons des différentes variantes de capteurs décrites dans ce document font partie de l'invention dont l'un des objectifs est d'optimiser l'utilisation des emplacements mobilisables d'un bâtiment. Par exemple une façade d'immeuble peut comporter des capteurs vitrés incorporant des stores vénitiens dont le fluide caloporteur est l'eau(figure 13a) et pouvant servir de radiateurs en hiver et de producteur d'eau chaude en été, en alternance sur chaque étage, avec des capteurs vitrés incorporant des stores vénitiens dont le fluide caloporteur est l'air produisant de l'air chaud et de l'électricité.
Ces autres mises en œuvre d'un fluide caloporteur entre deux plaques récupérant l'énergie solaire ne sauraient sortir pour autant du cadre de la présente invention, dans la mesure où des changements et des modifications divers apparaissent évidentes pour des personnes du métier.

Claims

REVENDICATIONS [1] Caisson (2) de captage de rayonnement solaire caractérisé en ce que :
1. Le caisson est constitué de deux plaques parallèles de part et d'autre d'un cadre métallique, enfermant un espace entre elles.
2. Le cadre métallique comporte, sur son côté supérieur, un profilé en forme de U(9)(figure 2a) permettant à la fois la fixation de la plaque inférieure et l'évacuation d'un liquide caloporteur. 3. Lorsqu'il y a lieu de vider le fluide caloporteur, .celui-ci s'écoule par,,gravité par le dispositif d'alimentation situé sur le côté inférieur du cadre métallique.
4. Le caisson(2) permet de faire circuler de Peau(ou un autre liquide transparent) sur les surfaces de l'absorbeur afin de la chauffer. Pour cela un conduit d'alimentation (6)(figure 2a) desservant plusieurs caissons traverse le caisson sur sa longueur. Sur ce conduit est raccordé le conduit d'alimentation individuel du caisson (3)(figure 2a) qui débouche dans ce dernier par un orifice pratiqué dans le profilé inférieur et dans le bas du caisson. L'eau remplit l'espace situé entre la plaque supérieure(14)(figure 8a) et la plaque inférieure(24) (figure 8a). L'eau arrive jusqu'à la partie supérieure du caisson(Figure 2a). Elle rencontre le profilé en U (9)(figure 2a) dans lequel elle se déverse par gravité sur toute la longueur de ce profilé en U(9). Ce profilé en U(9)
Figure imgf000027_0001
comporte un orifice débouchant sur le conduit d'évacuation(4)(figϋre 2a) lequel permet à l'eau de rejoindre par gravité le collecteur d'évacuation(5)(figure 2a) commun à plusieurs caissons situés sur une même rangée.
5. Un dispositif d'évacuation et d'entrée d'air est situé sur la partie supérieure du cadre(8)(figure 2a), auquel est fixé le profilé en forme de U(9).
[2] Caisson (2) selon la revendication [1] caractérisé en ce que :
1. Le dispositif permettant la sortie et l'entrée d'air, est un tube rigide(8)(figure 2a) qui rejoint le local technique. Ce tube permet la communication du circuit avec l'air ambiant en chaufferie, où il est réfrigéré pour condenser la vapeur éventuelle et en récupérer l'eau.
[3] Caisson (2) selon la revendication [1] caractérisé en ce que : 1. Le dispositif permettant la sortie et l'entrée d'air, est constitué par le fj^anc supérieur du cadre métallique lequel comporte un premier profilé en forme de U(9)(figure 5b) fixé à un deuxième profilé(30) (figure 5b) de sorte qu'un espace(8)(figure 5b) est ménagé entre les deux profilés. 2. Une chambre(32)(figure 5b) et une chambre(31)(figure 8b) communiquent avec l'espace situé entre la plaque supérieure(14)(figure 8a) et la plaque inférieure(24) (figure 8a) par l'espace(8) ménagé entre les profilés (9) et (30).
3. Plus précisément(figure 7), la chambre(31)(figure 8b) communique avec l'espace situé entre la plaque supérieure(14)(figure 8b) et la plaque inférieure(24) (figure 8b), sur la moitié droite du caisson(2) par le passage(8)(figure 8b).
4. Tandis que la chambre(32)(figure 8a) communique avec l'espace situé entre la plaque supérieure(14)(figure 8a) et la plaque inférieure(24) (figure 8a) jïar l'espace(8) ménagé entre les profilés (9) et (30)(figure 8a) sur la moitié gauche du caisson(2) par le passage(8)(figure 8a). 5. Des chicanes(l l)(figure 7) sont disposées dans l'espace situé entre la plaque supérieure(14)(figure 8a) et la plaque inférieure(24) (figure 8a), pour répartir le flux d'air sur toutes les surfaces tout en créant un phénomène de turbulence favorisant le transfert d'énergie au gaz utilisé comme fluide caloporteur.
[4] Caisson (2) selon l'une quelconque des revendications [1] à [3] caractérisé en ce que :
1. Les deux plaques sont en verre.
2. La plaque de verre fixée au profilé en forme de U(9)(figure 2a) est constituée d'un verre absorbant le rayonnement infrarouge proche, et transmettant le rayonnement visible..
[5] Caisson (2) selon l'une quelconque des revendications [1] à [3] caractérisé en ce que :
1. Les deux plaques sont en métal. 2. La plaque supérieure est traitée pour absorber de façon sélective le rayonnement solaire.
[6] Caisson (2) selon l'une quelconque des revendications [1] à [3] caractérisé en ce que :
1. Le caisson est constitué de trois plaques, la plaque supérieure(14) en verre transparent au rayonnement solaire, la plaque fixée au profilé en U(9) qui est un panneau de cellules photo voltaïques(24) et une troisième plaque(17) positionnée entre ces deux plaques, constituée d'un verre absorbant les infrarouges proches.
2. Le panneau de cellules photo voltaïques comporte une couche supérieure transparente et étanche comme du verre ou tout autre matériau dont le coefficient de transfert de chaleur est le plus grand possible. 3. La plaque de verre absorbant les infrarouges(17) est encadrée par un cadre (18)
(figure 3 c) permettant de ménager un espace entre le panneau de cellules photo voltaïque(24) et la plaque(17). Le cadre(18)(figure 3 a) permet la circulation du fluide entre les deux espaces(20) et (25).
4. Le liquide caloporteur peut contenir un colorant favorisant l'absorption du rayonnement infrarouge, tout en étant transparent au rayonnement visible.
[7] Caisson (2) selon l'une quelconque des revendications [1] à [3] caractérisé en ce que :
1. Le caisson est constitué de trois plaques(figure 11), la plaque supérieure(14) en verre transparent au rayonnement solaire, la plaque(24) qui est un panneau de cellules photo voltaïques et une troisième plaque(17), positionnée entre ces deux plaques, constituée d'un verre absorbant les infrarouges proches.
2. Le panneau de cellules photo voltaïques comporte une couche supérieure transparente et étanche comme du verre ou tout autre matériau dont le coefficient de transfert de chaleur est le plus grand possible. La plaque de cellules photovoltaïques est fixée sur les conduits (81) et (82) d'alimentation et d'évacuation d'eau de l'espace (25) compris entre le panneau de cellules photovoltaïques (24) et la plaque de verre (17) absorbant le rayonnement infrarouge. 3. Dans l'espace(25) est reproduit un dispositif de circulation d'eau ou d'air indépendant de celui de Pespace(20). Les deux espaces(20) et (25)( figures 12a et 12b) peuvent comporter tous les deux un circuit d'air pénétrant par la moitié droite du caisson et sortant par la moitié gauche du caisson. 4. Le liquide caloporteur peut contenir un colorant favorisant l'absorption du rayonnement infrarouge, tout en étant transparent au rayonnement visible.
[8] Ensemble de caissons selon l'une quelconque des revendications [1] à |f j caractérisé en ce que :
1. Un ensemble de caissons(figure 9), est composé de caissons(2) juxtaposés protégés par une verrière(50) surplombant la surface des caissons exposée au rayonnement incident du soleil d'une épaisseur inférieure à 30mm.
2. Les caissons sont fixés par leur flanc supérieur et inférieur sur des profilés eux-mêmes fixés à la charpente du toit(non représenté) ou à un mur. A la périphérie de cette verrière(50) se trouve une couche d'isolant(48).
3. La verrière est constituée par exemple de cadres en profilés d'aluminium(non représentés) de un mètre de haut sur cinquante centimètres de large positionnés quatre par quatre au-dessus de chaque caisson, et fixés comme les caissons aux profilés haut et bas eux-mêmes fixés à la charpente ou au mur. Ces cadres permettent d'y fixer par collage, ou autre mode de fixation, les plaques de verre constituant la verrière.
4. L'alimentation en eau de cet ensemble de caissons est véhiculée par les conduits(5). Au début de chaque rangée le conduit(5) comporte un robinet(51) de réglage du débit d'alimentation de cette rangée afin de l'ajuster au débit d'eau qui s'écoule par gravité des caissons de la rangée. La sortie d'eau est assurée par le conduit(6). Un robinet supplémentaire(52) permet d'ajuster le débit d'alimentation général au débit d'écoulement des caissons en évacuant directement l'excès éventuel vers le conduit d'évacuation(ό) par un conduit spécifique(53).
5. Lorsque les caissons de l'ensemble de caissons comportent des panneaux de cellules photovoltaïques, un deuxième circuit(non représenté) ,identique, de liquide caloporteur est installé pour refroidir les cellules photovoltaïques et récupérer leur chaleur.
[9] Ensemble de caissons selon l'une quelconque des revendications [1] à [7] caractérisé en ce que :
1 . Le circuit d'air pour cet ensemble de caissons est constitué par une entrée d'air(47) dans la chambre(31) du premier caisson de la première rangée. Les deux chambres(31) et (32) du premier caisson sont en communication avec les chambres correspondantes du deuxième caisson par une pièce en tôle qui s'emboîte de part et d'autre pour chaque chambre(31) et (32) latéralement(42). 2. Le dernier caisson de la première rangée est également en communication avec le caisson situé au-dessus de lui sur la rangée de niveau immédiatement supérieur (41). Il s'agit ici d'une communication verticale : la chambre(31) du caisson ^f la première rangée est en communication avec la chambre correspondante de la rangée supérieure sur la moitié droite des deux caissons, alors que les chambres(32) des deux caissons communiquent entre elles sur la moitié gauche de ces mêmes deux caissons, chacune des deux types de chambre ayant une pièce en tôle emboîtée de part et d'autre(41). 3. Le circuit d'air est ainsi organisé pour parcourir rangée par rangée(45) les surfaces des absorbeurs(46) jusqu'à la conduite de sortie de l'ensemble de caissons(44) par lequel l'air est aspiré. 4. L'air peut également et simultanément être soufflé dans les caissons par un ventilateur par l'entrée (47) tout en étant extrait des mêmes caissons par la sortie(44) grâce à un deuxième ventilateur.
[10] Ensemble de caissons selon l'une quelconque des revendications [1] à [7] caractérisé en ce que :
1 . L'ensemble de caissons comporte une isolation à l'arrière des caissons.
2. L'isolation arrière de chaque caisson (10)(figure 2b) peut être un panneau d'isolant amovible, par exemple un panneau coulissant.
[11] Système de transfert de l'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications [1] à [10] caractérisé en ce que :
1. Le collecteur de rangée de caissons (5) (figure 10) rejoint un collecteur vertical d'évacuation qui conduit l'eau réchauffée par les caissons dans un réservoir calorifugé(63) d'où elle s'écoule par un conduit(65) toujours par gravité jusqu'à la pompe (66) qui la refoule dans le réservoir de stockage (70) au travers d'ur$îchangeur (68) dans lequel elle perd la chaleur emmagasinée, puis elle est remontée vers les caissons par la pompe et le cycle recommence.
2. Le réservoir de stockage(70) est alimenté en eau froide du réseau par le conduit(67). Le tube(62) permet à l'air du réservoir(63) de sortir et d'entrer librement lorsque le réservoir se remplit ou se vide.
3. Le tube(62) permet également de récupérer l'eau qui sort sous forme de vapeur en la condensant grâce à un échangeur(non représenté) raccordé au circuit d'eau froide du réseau arrivant dans le réservoir de stockage(70). Ainsi, en cas de surchauffe entraînant une évaporation d'eau du circuit, la vapeur est condensée et l'eau récupérée dans le réservoir(63)(figurelO). L'extrémité de ce tube comporte un filtre à air(non représenté).
4. L'eau contenue dans les caissons est vidangée tous les soirs dans un réservoir calorifuge dédié (63). Pour cela la régulation est programmée pour 1) arrêter la pompe (66) , 2) basculer la vanne deux voies (69) en position vidange. L'eau du caisson emprunte alors le conduit d'alimentation (3) puis le collecteur(6) pour se vider dans le réseïVoir calorifugé(63) l'écoulement ayant lieu par gravité.
5. Si pendant la nuit, la température de l'eau du réservoir (63) est supérieure à un certain seuil supérieur à la température du réservoir de distribution(70) par exemple 7°C, la régulation déclenche la pompe (66) sur une vitesse basse. L'eau du réservoir (63) circule alors dans Péchangeur(68) pour transférer sa chaleur à l'eau du réservoir de distribution (70). Dés que la différence de température est inférieure à un deuxième seuil par exemple 2 0C, la régulation arrête la pompe(66). Ainsi le système ne présente aucune perte de chaleur par inertie, quelle que soit la quantité d'eau circulant dans les caissons.
6. Le lendemain matin, si les conditions de température le permettent, la régulation remet en route le circuit d'eau dans les capteurs : 1) la vanne deux voies(69) est fern'fe, 2) la pompe (66) est remise en route.
[ 12] Système de transfert de l'énergie solaire selon la revendication [11] rattachée à Ia revendication [8] caractérisé en ce que :
1. Le conduit d'air(8) des caissons(figure 2a) est raccordé à la partie supérieure du tube(62). Ainsi le système n'a qu'une seule voie de communication avec l'air extérieur, par laquelle l'eau de la vapeur d'eau éventuelle est récupérée.
[13] Système de transfert de l'énergie solaire selon la revendication [11] caractérisé en ce que :
1. Le système de transfert est caractérisé en ce qu'il permet l'arrêt total de la production d'eau chaude solaire et de l'air chaud est produit, (figure 10). ,$
[14] Système de transfert de l'énergie solaire selon la revendication [11] ou [12] caractérisé en ce que : 1 . Si la surface totale des capteurs est divisée en deux circuits d'eau au niveau des capteurs(ensemble de caissons (61) et ensemble de caissons (78)), avec une vanne deux voies(79) qui isole le circuit des capteurs(78), il est possible de produire soit de l'air chaud avec les capteurs(78) et de l'eau chaude avec les capteurs(όl) simultanément, soit uniquement de l'eau chaude, soit uniquement de l'air chaud.
[15] Caisson (2) selon la revendications [1] à [2] caractérisé en ce que :
1. Les deux plaques sont en verre. 2. Entre les deux plaques en verre est fixé un store dont les lamelles sont mobiles et peuvent être relevées ou inclinées par un dispositif actionnable de l'extérieur de l'espace situé entre les deux plaques, dans le but de laisser passer plus ou moins la lumière ou l'occulter.
3. La surface des lamelles est recouverte soit d'un film de couleur noire capable d'absorber le rayonnement solaire et de la transformer en chaleur, soit de cellules photovoltaïques transformant une fraction du rayonnement solaire en électricité et le reste en chaleur.
4. Le caisson(2) peut être isolé de l'extérieur par une couche d'air(13) fermée par une troisième plaque(15) et de l'intérieur par une couche d'air fermée par une plaque de verre fixe ou mobile( coulissante par exemple) ou par un film transparent rétractable par enroulement sur lui-même par exemple.
[16] Caisson (2) selon la revendication [15] caractérisé en ce que :
1. Lorsque le caisson(2) est vidé de fluide liquide, un système de déshumidification d'air (à base de déshydratant, préalablement régénéré par action de la râleur sur le déshydratant, ou un dispositif de condensation) est ouvert sur le circuit et l'air du circuit est mis en circulation pour être déshumidifié. Les doubles vitrage en circuit de ce type n'ont pas besoin de contenir un déshydratant dans leur intercalaire et leur durabilité quant à maintenir un air sec est sans limite puisque le système est régénéré. Ils peuvent donc être déshumidifiés même après avoir été rempli d'eau.
2. Lorsque le circuit dégage de la vapeur, la récupération de l'eau de cette vapeur peut être faite par un système passif à base d'un bac contenant de l'eau froide dans lequel barbotte la vapeur, complété éventuellement par un compresseur et un condenseur puis retournée au circuit sous forme liquide. [17] Caisson (2) selon Ia revendication [15] et [16] caractérisé en ce que :
1. Le fluide caloporteur est un liquide transparent(fîgures 13a et 13b), les conduits (3)(4)(5)et(6) (figure 13b) sont cylindriques. Le dispositif est isolé l'intérieur par une couche d'air fermée par une plaque de verre amovible( coulissante par exemple) ou par un film transparent rétractable par enroulement sur lui-même par exemple. Le dispositif peut servir de radiateur en faisant circuler de l'eau chauffée par un système classique au travers d'un échangeur ou directement avec des précautions( corps de chauffe en acier et tubes type polycarbonates réticulé eau chaude par exemple). Ce complément de chauffage permet de compléter l'apport d'énergie solaire pour atteindre une température adéquate pour le chauffage (jusqu'à 650C). [18] Caisson (2) selon la revendication [15] et [16] caractérisé en ce que :
1. Le fluide caloporteur est un gaz, de l'air par exemple. Le dispositif comporte des conduits qui peuvent être de section rectangulaire et de même épaisseur que l'intercalaire des deux plaques de verre, l'un entrant par le flan gau'4'S près du bas du capteur, et l'autre sortant par le flan droit près du haut du capteur. Les deux conduits rejoignent un circuit d'air pouvant servir soit à réchauffer le local en hiver, soit à entrer dans le cycle d'un système D.E.C. de production de froid par énergie solaire.
2. Les lamelles sont disposées alternativement vers la plaque intérieure au local, laissant 5 mm entre elles et la plaque extérieure, et vers la plaque extérieure au local, laissant 5 mm entre elles et la plaque intérieure au local, afin que l'air circule sur toutes les surfaces de toutes les lamelles de bas en haut du capteur.
3. Les lamelles du store vénitien, suspendu entre les deux plaques du double vitrage, peuvent être utilisées comme conduits de fluide caloporteur liquide; lamelles constituées par exemple d'une plaque en arc de cercle sur sa largeur et d'une plaque plane fixées l'une à l'autre sur toute leur longueur et enfermant un tube de diamètre 4 mm, par exemple, servant d'axe de rotation et de conduit du fluide caloporteur liquide. L'embout gauche de ce tube est raccordé au tube de la lamelle d'en dessous tandis que l'embout droit de ce tube est raccordé au tube de la lamelle située au dessus. Le mode de raccordement permet une rotation d'un quart de tour au moins de chaque ensemble lamelle et tube fixés solidairement l'un à l'autre. Pour permettre que les lamelles puissent être relevées vers le haut, le mode de raccordement utilise par exemple un tube en matériau flexible permettant à la fois la rotation des tubes des lamelles lorsque le store est manœuvré pour incliner les lamelles et le rapprochement des lamelles lorsque le store est manœuvré pour être relevé.
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