| JP2012127576 | SOLAR COLLECTOR AND COOPERATIVE SOLAR COLLECTOR SYSTEM |
| JP2012242042 | SOLAR HEAT COLLECTOR HAVING MULTIPLE TROUGH TYPE REFLECTORS |
| WO/2002/103256 | A PARABOLIC SOLAR CONCENTRATOR |
MULCEY, Philippe (2 Chemin de Montjay, Bures Sur Yvette, F-91440, FR)
| REVENDICATIONS 1 . Panneau solaire thermique (10), du type comprenant au moins un élément de collecte thermique (18) destiné à recevoir des rayons solaires, caractérisé en ce que le panneau comporte : - un logement (20) pour l'élément de collecte thermique (18), ce logement (20) étant délimité par des parois (22, 24, 26) entourant l'élément de collecte thermique (18), au moins une paroi (26) du logement (20) comportant au moins une fente (28) de passage des rayons solaires, de préférence une pluralité de fentes (28), - au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique (18), cette zone réfléchissante étant propre à réfléchir un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique (18), - au moins une bande réfléchissante (30), agencée en dehors du logement (20), chaque bande réfléchissante (30) étant agencée en regard d'une fente (28) respective de façon à focaliser un rayonnement reçu vers cette fente (28), et - une pluralité d'éléments réfléchissants allongés (32), chaque élément réfléchissant allongé (32) comportant une base plane (34) et deux surfaces concaves (36), de sorte que l'élément réfléchissant allongé (32) présente une section transversale sensiblement triangulaire, les éléments réfléchissants allongés (32) étant agencés côte à côte de sorte que leurs bases planes (34) sont coplanaires et forment ensemble la paroi de logement (26) munie de fentes (28), chaque fente (28) étant formée par un espace entre deux éléments réfléchissants allongés (32) adjacents, et chaque surface concave (36) étant agencée en regard d'une bande réfléchissante (30), de sorte qu'un rayonnement réfléchi par une surface concave (36) soit focalisé vers la bande réfléchissante (30) correspondante. 2. Panneau solaire thermique (10) selon la revendication 1 , dans lequel : - chaque paire d'éléments réfléchissants (32) adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente (28) en son centre, - la bande réfléchissante (30) agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants (32) forme un miroir secondaire hyperbolique convexe, - les éléments réfléchissants (32) et la bande réfléchissante (30) sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que la ligne focale du miroir primaire parabolique coïncide avec celle du miroir hyperbolique. 3. Panneau solaire thermique (10) selon la revendication 1 , dans lequel : - chaque paire d'éléments réfléchissants (32) adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente (28) en son centre, - la bande réfléchissante (30) agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants (32) forme un miroir secondaire elliptique concave, - les éléments réfléchissants (32) et la bande réfléchissante (30) sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que la ligne focale du miroir primaire parabolique coïncide avec celle du miroir elliptique. 4. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque paroi (22, 24, 26) du logement comporte au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique (18), cette zone réfléchissante s'étendant de préférence sur toute cette paroi (22, 24, 26). 5. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le logement (20) comporte des entretoises (46) d'isolation thermique, agencés entre l'élément de collecte thermique (18) et au moins une paroi (22) du logement (20). 6. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, de forme générale parallélépipédique définie par des faces latérales (16A, 16B), une face inférieure (14) et une face supérieure (12), délimitant ensemble un espace intérieur (17) dans lequel est agencé le logement (20), de sorte que : - le logement comporte une paroi inférieure (22) formée par la face inférieure (14), - le logement comporte des parois latérales (24) formées par les faces latérales (16A, 16B), - le logement comporte une paroi supérieure (26), agencée entre les faces supérieure (12) et inférieure (14) du panneau (10), parallèlement à ces faces (12, 14), comprenant la au moins une fente (28), - la face supérieure (12) est formée par une plaque transparente, de préférence en verre. 7. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens de transport thermique, comprenant : - un échangeur thermique (52) entre l'élément de collecte thermique (18) et un fluide caloporteur (54), logé dans l'élément de collecte thermique (18), - au moins un élément tubulaire (60, 62) de transfert du fluide caloporteur (54), reliant l'échangeur thermique (52) avec l'extérieur du panneau solaire (10), en passant à travers un orifice (63) ménagé dans une paroi du logement, et - au moins un joint (64) étanche et isolant thermiquement, intercalé entre l'élément tubulaire (60, 62) et l'orifice (63). 8. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de collecte thermique comporte une enveloppe (48) susceptible d'absorber le rayonnement solaire et/ou thermique, de préférence métallique, enveloppant un matériau à changement de phase (50). 9. Panneau solaire thermique (10) selon la revendication 8, dans lequel le matériau à changement de phase (50) est choisi parmi de l'anthraquinone, ou de l'aluminium. 10. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de collecte thermique (18) est formé par un élément tubulaire, dans lequel circule un fluide caloporteur, cet élément tubulaire (18) étant de préférence pourvu d'un revêtement extérieur fortement absorbant thermiquement et présentant une faible émissivité thermique. 1 1 . Panneau solaire thermique (10) selon la revendication 10, dans lequel une zone réfléchissante est formée par un élément tubulaire de réflexion (70), entourant coaxialement l'élément tubulaire de collecte thermique (18), cet élément tubulaire de réflexion (70) étant formé par un matériau isolant dont la surface interne est traitée, par exemple métallisée, pour la rendre réfléchissante au rayonnement thermique résiduel émis par l'élément tubulaire de collecte thermique (18), et comportant sur sa génératrice supérieure une fente (72) destinée à laisser passer le rayonnement thermique incident. 12. Panneau solaire thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément (76) d'introduction ou d'évacuation du fluide thermique, relié à l'ensemble des éléments de collecte thermique (18), logé dans une enceinte prolongeant latéralement le panneau (10), délimitée par des parois (80, 81 ) en matériau isolant thermiquement. |
La présente invention concerne un panneau solaire thermique, destiné à stocker et à restituer de l'énergie thermique solaire.
On connaît déjà, dans l'état de la technique, un panneau solaire thermique du type comprenant au moins un élément de collecte thermique destiné à recevoir des rayons solaires. Un tel panneau solaire est par exemple destiné à être couplé à une machine thermique, pour la transformation de l'énergie solaire thermique en énergie électrique ou mécanique. En variante, l'énergie solaire thermique peut également être récupérée pour produire de la chaleur ou du froid, par exemple pour une installation de chauffage ou de réfrigération.
Habituellement, l'élément de collecte thermique présente une forme générale tubulaire, et il est agencé dans un tube en verre sous vide, coaxialement à ce tube en verre. Le panneau solaire comporte en outre des éléments réfléchissants, agencés de façon à focaliser des rayons solaires reçus vers l'élément de collecte thermique.
L'énergie thermique des rayons solaires est alors restituée au moyen d'un fluide caloporteur, circulant au cœur de l'élément de collecte thermique, par transfert thermique entre l'élément de collecte et ce fluide caloporteur.
Le rendement thermique d'un tel panneau solaire est généralement limité par des pertes thermiques, dues à un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique. Ce rayonnement thermique est notamment important lorsque la température et la surface de l'élément de collecte sont importantes.
Ainsi, un tel panneau solaire présente généralement un rendement faible à haute température, par exemple à température supérieure à 400 °C.
La présente invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en fournissant un panneau solaire thermique présentant un rendement satisfaisant, même à température élevée.
A cet effet, l'invention a notamment pour objet un panneau solaire thermique, du type comprenant au moins un élément de collecte thermique destiné à recevoir des rayons solaires, caractérisé en ce que le panneau comporte :
- un logement pour l'élément de collecte thermique, ce logement étant délimité par des parois entourant l'élément de collecte thermique, au moins une paroi du logement comportant au moins une fente de passage des rayons solaires, de préférence une pluralité de fentes,
- au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique, cette zone réfléchissante étant propre à réfléchir un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique,
- au moins une bande réfléchissante, agencée en dehors du logement, chaque bande réfléchissante étant agencée en regard d'une fente respective de façon à focaliser un rayonnement reçu vers cette fente, et
- une pluralité d'éléments réfléchissants allongés, chaque élément réfléchissant allongé comportant une base plane et deux surfaces concaves, de sorte que l'élément réfléchissant allongé présente une section transversale sensiblement triangulaire, les éléments réfléchissants allongés étant agencés côte à côte de sorte que leurs bases planes sont coplanaires et forment ensemble la paroi de logement munie de fentes, chaque fente étant formée par un espace entre deux éléments réfléchissants allongés adjacents, et chaque surface concave étant agencée en regard d'une bande réfléchissante, de sorte qu'un rayonnement réfléchi par une surface concave soit focalisé vers la bande réfléchissante correspondante.
Du fait de la paroi au moins partiellement réfléchissante du logement, au moins une partie du rayonnement thermique émis par l'élément de collecte est réfléchie par la zone réfléchissante, pour être à nouveau absorbée par cet élément de collecte.
Ainsi, le rayonnement thermique n'est pas perdu en totalité. En d'autres termes, les pertes thermiques sont limitées, et le rendement thermique du panneau solaire est donc augmenté.
Par ailleurs, on notera que la focalisation du rayonnement thermique par miroirs présente un meilleur rendement qu'une focalisation par lentilles connue dans l'état de la technique.
En effet, un dispositif de focalisation par lentilles présente des effets d'achromatisme indésirables, du fait que l'angle de réfraction des rayons lumineux par les lentilles dépend de leur longueur d'onde, ce qui conduit à un élargissement de l'image qui ne peut être corrigé que par l'ajout d'une lentille correctrice. Il en résulte qu'un tel dispositif de focalisation par lentilles est relativement complexe, et permet un rendement de transmission du rayonnement solaire moins important qu'un dispositif de focalisation par miroirs.
De préférence, un panneau solaire thermique selon l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
- Chaque paire d'éléments réfléchissants adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente en son centre, la bande réfléchissante agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants forme un miroir secondaire hyperbolique convexe, et les éléments réfléchissants et la bande réfléchissante sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que le foyer du miroir primaire parabolique coïncide avec l'un des foyers du miroir hyperbolique.
- Chaque paire d'éléments réfléchissants adjacents forme un miroir primaire parabolique, présentant une fente en son centre, la bande réfléchissante agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants forme un miroir secondaire elliptique concave, les éléments réfléchissants et la bande réfléchissante sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire et secondaire coïncident, et que le foyer du miroir primaire parabolique coïncide avec l'un des foyers du miroir elliptique.
- Chaque paroi du logement comporte au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique, cette zone réfléchissante s'étendant de préférence sur toute cette paroi.
- Le logement comporte des entretoises d'isolation thermique, agencés entre l'élément de collecte thermique et au moins une paroi du logement.
- Le panneau solaire thermique présente une forme générale parallélépipédique définie par des faces latérales, une face inférieure et une face supérieure, délimitant ensemble un espace intérieur dans lequel est agencé le logement, de sorte que le logement comporte une paroi inférieure formée par la face inférieure, le logement comporte des parois latérales formées par les faces latérales, le logement comporte une paroi supérieure, agencée entre les faces supérieure et inférieure du panneau, parallèlement à ces faces, comprenant la au moins une fente, et la face supérieure est formée par une plaque transparente, de préférence en verre. - Le panneau solaire thermique comporte des moyens de transport thermique, comprenant : un échangeur thermique entre l'élément de collecte thermique et un fluide caloporteur, logé dans l'élément de collecte thermique, au moins un élément tubulaire de transfert du fluide caloporteur, reliant l'échangeur thermique avec l'extérieur du panneau solaire, en passant à travers un orifice ménagé dans une paroi du logement, et au moins un joint étanche et isolant thermiquement, intercalé entre l'élément tubulaire et l'orifice.
- L'élément de collecte thermique comporte une enveloppe susceptible d'absorber le rayonnement solaire et/ou thermique, de préférence métallique, enveloppant un matériau à changement de phase.
- Le matériau à changement de phase est choisi parmi de l'anthraquinone, ou de l'aluminium.
- L'élément de collecte thermique est formé par un élément tubulaire, dans lequel circule un fluide caloporteur, cet élément tubulaire étant de préférence pourvu d'un revêtement extérieur fortement absorbant thermiquement et présentant une faible émissivité thermique.
- Une zone réfléchissante est formée par un élément tubulaire de réflexion, entourant coaxialement l'élément tubulaire de collecte thermique, cet élément tubulaire de réflexion étant formé par un matériau isolant dont la surface interne est traitée, par exemple métallisée, pour la rendre réfléchissante au rayonnement thermique résiduel émis par l'élément tubulaire de collecte thermique, et comportant sur sa génératrice supérieure une fente destinée à laisser passer le rayonnement thermique incident.
- Le panneau solaire thermique comporte au moins un élément d'introduction ou d'évacuation du fluide thermique, relié à l'ensemble des éléments de collecte thermique, logé dans une enceinte prolongeant latéralement le panneau, délimitée par des parois en matériau isolant thermiquement.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un panneau solaire, coupé transversalement, selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du panneau solaire de la figure 1 dans son ensemble ;
- les figures 3 et 4 sont des vues en perspective d'éléments réfléchissants équipant le panneau solaire de la figure 1 ;
- la figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif de focalisation de rayonnement thermique, comportant des éléments réfléchissants tel que celui de la figure 3 ;
- la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, d'un dispositif de focalisation de rayonnement thermique selon une variante de réalisation ;
- la figure 7 est une vue en perspective d'un élément de collecte thermique équipant le panneau solaire de la figure 1 ,
- la figure 8 est une vue en coupe transversale d'un panneau solaire selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 9 est une vue en coupe transversale d'un élément de collecte thermique équipant le panneau solaire de la figure 8
- la figure 10 est une vue de dessus d'un élément de stockage thermique équipant le panneau solaire de la figure 8.
On a représenté sur les figures 1 et 2 un panneau solaire thermique 10 selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention.
Le panneau solaire 10 a une forme générale parallélépipédique, délimitée par une face supérieure 12 destinée à être tournée vers le soleil afin de recevoir des rayons solaires, une face inférieure 14, opposée à la face supérieure 12 et des faces latérales, respectivement longitudinales 16A et transversales 16B, joignant les faces supérieure 12 et inférieure 14 entre elles. Le panneau solaire 10 présente par exemple des longueur et largeur, définies par les faces supérieure 12 et inférieure 14, d'environ 1 m chacune, et une épaisseur, définie par les faces latérales 16A, 16B, comprise entre 8 et 20 cm.
Les faces supérieure 12, inférieure 14 et latérales 16A, 16B définissent ensemble un espace interne fermé 17, et sont reliées de manière étanche entre elles, par exemple par collage, de sorte que cet espace interne 17 soit isolé de manière étanche à l'air par rapport à l'extérieur du panneau solaire 10.
Avantageusement, l'air est extrait de l'espace interne 17 afin d'y faire le vide. Ainsi, les éléments agencés à l'intérieur de cet espace interne 17, qui seront décrits ultérieurement, ne sont pas soumis à une dégradation par oxydation au contact de l'air.
La face supérieure 12 est formée par une plaque transparente, apte à laisser passer les rayons solaires. Par exemple, cette plaque transparente 12 est réalisée en verre, de préférence à faible teneur en fer, de façon à présenter un coefficient optimal de transmission des rayons solaires.
Avantageusement, la surface externe de la plaque transparente 12 comporte un revêtement anti-reflet, destiné à optimiser son coefficient de transmission des rayons solaires.
La plaque transparente 12 présente une forme sensiblement plane, afin de ne pas dévier les rayons solaires passant à travers cette plaque transparente 12. Par exemple, la plaque transparente 12 présente des longueur et largeur d'environ 1 m chacune, et une épaisseur comprise entre 1 et 2 cm.
Afin de présenter une telle forme plane malgré le vide réalisé à l'intérieur du panneau solaire 10, la plaque transparente 12 est fournie bombée lors de la fabrication du panneau solaire 10, de sorte que la déformation de cette plaque transparente 12, par la pesanteur et par le vide réalisé dans le panneau solaire 10, s'oppose à ce bombement de façon à conduire à sa planéité.
Par ailleurs, les faces latérales 16A, 16B et la face inférieure 14 sont de préférence formées par des plaques opaques aux rayons solaires.
Le panneau solaire thermique 10 comporte au moins un élément de collecte thermique 18, destiné à recevoir les rayons solaires, logé dans un logement 20 ménagé dans l'espace interne 17.
Avantageusement, cet élément de collecte thermique 18 présente une forme générale parallélépipédique, de façon à présenter un volume optimal dans le panneau solaire 10.
Le logement 20 est délimité par une paroi inférieure 22, des parois latérales 24 et une paroi supérieure 26.
La paroi inférieure 22 est formée par la plaque opaque formant la face inférieure 14. Par ailleurs, les parois latérales 24 sont formées par les plaques latérales formant les faces latérales 16A, 16B. Enfin, la paroi supérieure 26 est agencée entre les faces supérieure 12 et inférieure 14 du panneau 10, parallèlement à ces faces 12, 14, et comporte des fentes 28 de passage des rayons solaires vers l'intérieur du logement 20.
Afin de limiter les pertes thermiques émises par l'élément de collecte thermique 18, le panneau thermique 10 comporte au moins une zone réfléchissante agencée en regard de l'élément de collecte thermique 18. Une telle zone réfléchissante est propre à réfléchir un rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique 18.
Conformément à ce premier mode de réalisation décrit, au moins une paroi, parmi la paroi inférieure 22, les parois latérales 24 et la paroi supérieure 26, comprend une telle zone réfléchissante. Avantageusement, chaque paroi 22, 24 et 26 du logement 20 comporte une telle zone réfléchissante, et chacune de ces zones réfléchissantes s'étend sur toute la paroi correspondante. Ainsi, la quasi- totalité du rayonnement thermique émis par l'élément de collecte 18 est réfléchie par les parois 22, 24 et 26 du logement 20, pour être absorbée de nouveau par cet élément de collecte thermique 18. Les pertes thermiques, dues au rayonnement thermique émis par l'élément de collecte 18, sont donc ainsi limitées, et le rendement thermique du panneau 10 est particulièrement élevé.
Par exemple, chaque zone réfléchissante est formée par un revêtement réfléchissant, par exemple un revêtement aluminium, appliqué sur la paroi 22, 24, 26 correspondante.
On notera que la qualité de la réflexion par ces zones réfléchissantes est conservée au cours du temps, du fait que l'intérieur du panneau solaire 10 est sous vide, donc que ces zones réfléchissantes ne sont pas soumises à oxydation par l'air.
Afin de limiter également le rayonnement thermique passant à travers les fentes 28, des bandes réfléchissantes 30 sont agencées dans l'espace interne 17, en dehors du logement 20. A cet effet, chaque bande réfléchissante est agencée entre le logement 20 et la face supérieure 12 du panneau solaire 10, s'étendant parallèlement aux faces latérales longitudinales 16A, en regard d'une fente 28 respective. De préférence, chaque bande réfléchissante 30 est agencée sur une face intérieure de la plaque transparente 12, et sa largeur est sensiblement identique à la largeur de la fente 28 en regard de laquelle elle s'étend. Ainsi, le rayonnement thermique émis par l'élément de collecte 18 et passant par les fentes 28 est réfléchi et renvoyé en quasi totalité, par ces bandes réfléchissantes 30 en direction de l'élément de collecte thermique 18.
Les bandes réfléchissantes 30 sont par exemple réalisées par dépôt d'une couche réfléchissante, par exemple d'aluminium ou d'argent, sur la face intérieure de la plaque transparente 12.
On notera que la qualité de la réflexion par ces bandes réfléchissantes 30 est également conservée au cours du temps, du fait que l'intérieur du panneau solaire 10, dans lequel sont logées ces bandes réfléchissantes 30, est sous vide.
Afin d'assurer qu'un maximum de rayons solaires soit focalisé vers l'élément de collecte thermique 18, dans le logement 20, à travers les fentes 28, le panneau solaire 10 comporte une pluralité d'éléments réfléchissants 32, tels que représentés plus en détail sur la figure 3.
Chaque élément réfléchissant 32 présente une forme générale allongée de façon à s'étendre le long d'une dimension, par exemple sur toute la longueur, du panneau solaire 10. Ces éléments allongés 32 sont en outre juxtaposés le long d'une autre dimension, par exemple sur toute la largeur, de ce panneau solaire 10.
Comme cela est représenté sur la figure 3, chaque élément réfléchissant 32 comporte une base plane 34 et deux surfaces concaves paraboliques 36, de façon à présenter une section transversale sensiblement triangulaire curviligne.
Comme cela est représenté sur la figure 1 , les éléments réfléchissants 32 sont juxtaposés de sorte que leurs bases 34 soient coplanaires, et de sorte que ces bases 34 forment ensemble la paroi supérieure 26 du logement 20. Chaque fente 28 de cette paroi supérieure 26 est alors formée par un espace laissé entre deux éléments réfléchissants 32 adjacents.
On notera que la base plane 34 de chaque élément réfléchissant 32 est recouverte d'un revêtement réfléchissant, par exemple d'aluminium, de façon à former la zone réfléchissante de la paroi supérieure 26.
Chaque surface parabolique 36 est agencée en regard d'une bande réfléchissante 30, de sorte que les rayons solaires réfléchis par chaque surface parabolique 36 soient focalisés vers la bande réfléchissante 30 correspondante, qui focalise à son tour ces rayons solaires vers l'élément de collecte thermique 18, à travers les fentes 28. Avantageusement, chaque paire d'éléments réfléchissants 32 adjacents forme un miroir primaire parabolique 36, présentant une fente 28 en son centre, et la bande réfléchissante 30, agencée en regard de cette paire d'éléments réfléchissants 32, forme un miroir secondaire hyperbolique convexe, tel que représenté sur la figure 5. Une telle bande réfléchissante 30 hyperbolique convexe est de préférence rapportée, par exemple par collage, sur la face intérieure de la plaque transparente 12.
En variante, représentée sur la figure 6, la bande réfléchissante 30 forme un miroir secondaire elliptique concave. Une telle bande réfléchissante 30 elliptique est de préférence réalisée en creusant la face intérieure de la plaque transparente 12 de façon à obtenir cette forme elliptique concave, puis par dépôt d'une couche réfléchissante.
Dans les deux cas, les éléments réfléchissants 32 et la bande réfléchissante 30 sont agencés de sorte que les axes optiques des miroirs primaire 36 et secondaire 30 coïncident, et que le foyer du miroir primaire parabolique 36 coïncide avec un premier foyer du miroir secondaire hyperbolique ou elliptique.
Les rayons solaires sont reflétés sur le miroir primaire parabolique 36 en direction du foyer de ce miroir parabolique. Ce foyer étant également le premier foyer du miroir secondaire hyperbolique ou elliptique 30, les rayons sont alors réfléchis vers un second foyer de ce miroir secondaire 30.
Il est alors possible de focaliser de manière fiable et précise le rayonnement solaire vers l'ouverture 28.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1 , le panneau solaire 10 comporte également deux éléments réfléchissants allongés latéraux 38, représentés plus en détail sur la figure 4. Ces éléments latéraux 38 comportent chacun une base plane 40, agencée de manière coplanaire avec les bases 34 des éléments réfléchissants 32, une face concave 42 agencée en regard d'une bande réfléchissante 30 correspondante, et une face plane 44 destinée à être fixée en appui sur les plaques latérales formant les faces latérales longitudinales 16A.
On notera que chaque élément réfléchissant allongé 32, 38 est fixé par ses extrémités longitudinales aux faces latérales transversales 16B du panneau solaire 10. Par exemple, un rebord (non représenté) est prévu sur chacune des faces latérales transversales 16B, les extrémités longitudinales de chaque élément réfléchissant allongé 32, 38 reposant et étant collée sur un rebord respectif.
Les éléments réfléchissants allongés 32, 38 sont par exemple réalisés en verre, par moulage ou par extrusion, et recouverts d'un revêtement réfléchissant, par exemple d'aluminium, afin de leur conférer leur fonction réfléchissante. Conformément au mode de réalisation décrit, chaque élément réfléchissant allongé 32 (respectivement 38), présente une longueur de 1 m, une largeur de 10 cm (respectivement 5 cm), et une hauteur de 2 cm.
On notera que la qualité de la réflexion par ces éléments réfléchissants allongés 32, 38 est conservée au cours du temps, du fait que l'intérieur du panneau solaire 10, dans lequel sont logés ces éléments réfléchissants allongés 32, 38, est sous vide.
Afin d'optimiser le rendement du panneau solaire thermique 10, en limitant les pertes thermiques de l'élément de collecte 18, le logement 20 comporte avantageusement des entretoises 46 d'isolation thermique, agencées entre l'élément de collecte thermique 18 et la paroi inférieure du logement 20. Ainsi, l'élément de collecte thermique 18 ne repose pas directement sur la paroi inférieure 22, et n'échange donc pas de chaleur par conduction avec cette paroi inférieure 22.
On a représenté sur la figure 7 un exemple d'élément de collecte thermique 18. Cet élément de collecte thermique 18 comporte une enveloppe 48, susceptible d'absorber le rayonnement solaire et/ou thermique, enveloppant un matériau à changement de phase 50.
L'enveloppe 48 est de préférence métallique, et réalisé dans un matériau choisi en fonction de la température devant être atteinte par l'élément de collecte thermique 18. La surface de cette enveloppe 48 est traitée, par des moyens classiques, de façon à lui conférer une capacité d'absorption optimale de l'énergie thermique reçue. Par exemple, l'enveloppe 48 est recouverte d'un revêtement de couleur noire.
On rappelle qu'un matériau à changement de phase est un matériau susceptible d'accumuler ou de céder de l'énergie thermique à température constante par un changement d'état physique à cette température. La grandeur utilisée pour quantifier l'énergie mise en jeu lors d'un changement de phase est la chaleur latente.
Ainsi, l'élément de collecte thermique 18 selon l'invention présente une fonction d'accumulateur thermique en plus de sa fonction de collecte thermique.
Le matériau à changement de phase 50 est choisi en fonction de la température de travail de l'élément de collecte thermique 18.
Par exemple, à basse température (inférieure à 100°C), le matériau à changement de phase 50 est choisi parmi de la paraffine ou de l'acide stéarique.
A température élevée (supérieure à 300 °C), le matériau à changement de phase 50 est par exemple de l'aluminium (dont la température de fusion est de 658 °C et la chaleur latente de fusion de 395 kJ/kg).
A température moyenne (entre 150 et 300 °C), le matériau à changement de phase 50 est par exemple de l'anthraquinone (dont la température de fusion est de 286 °C et la chaleur latente de fusion de 157 kJ/kg). La chaleur latente de fusion de ce matériau est suffisamment élevée pour qu'une quantité raisonnable de celui-ci (entre 40 et 100 kg par m 2 de panneau) puisse permettre de réaliser une restitution thermique sur 24 heures à une température constante égale à la température de fusion citée ci-dessus. Par ailleurs, l'innocuité de l'anthraquinone permet de le manipuler en toute sécurité lors de la fabrication du panneau solaire 10. Enfin, l'anthraquinone, étant un corps pur, a pour avantage de ne pas être sujette à décomposition thermique comme cela est le cas pour certains matériaux mis en œuvre dans l'état de l'art.
De préférence, l'élément de collecte thermique 18 comporte également un échangeur thermique 52, logé dans l'enveloppe 48, destiné à échanger de la chaleur entre le matériau à changement de phase 50 et un fluide caloporteur 54 circulant dans cet échangeur thermique. L'échangeur thermique 52 comporte de préférence des ailettes 56 plongées dans le matériau à changement de phase 50.
Le fluide caloporteur 54 circule dans l'enveloppe 48 dans un tube de circulation 58, autour duquel s'étendent les ailettes 56. Le tube de circulation 58 s'étend dans l'élément de collecte thermique 18, par exemple en boustrophédon. Ce tube de circulation 58 est relié à une machine thermique de type classique (non représentée), extérieure au panneau solaire 20, par l'intermédiaire d'un élément tubulaire d'entrée 60 et d'un élément tubulaire de sortie 62 de transfert du fluide caloporteur 54. Par exemple, la machine thermique est adaptée pour convertir l'énergie thermique en énergie mécanique ou électrique. En variante, l'énergie thermique pourrait également être récupérée pour produire de la chaleur ou du froid, par exemple pour une installation de chauffage ou de réfrigération, industrielle ou domestique.
Les éléments tubulaires d'entrée 60 et de sortie 62 passent à travers des orifices 63 respectifs ménagés dans une face latérale du logement 20, par exemple une face latérale transversale 16B, comme cela est représenté sur la figure 2, en direction de la machine thermique.
De préférence, un joint 64 est agencé entre l'élément tubulaire 60 et l'orifice correspondant. Ce joint 64 est étanche de façon à permettre la conservation du vide dans le panneau solaire 20, et ce joint 64 est isolant thermiquement pour ne pas entraîner de pertes de chaleur.
Pour un fonctionnement optimal, le panneau solaire est orienté, lors de sa construction, vers le sud. En outre, le panneau solaire 10 est manœuvré par un dispositif d'orientation de ce panneau solaire 10, destiné à maintenir la face supérieure 12 du panneau solaire 10 dans une direction perpendiculaire au plan de l'écliptique, afin d'assurer un ensoleillement important.
Lorsque le panneau solaire 10 est exposé au soleil, les rayons solaires traversent la face supérieure transparente 12. Ces rayons solaires sont réfléchis sur les faces concaves 36, 42 des éléments réfléchissants 32, 38, de façon à focaliser ces rayons sur les bandes réfléchissantes 30.
Chaque bande réfléchissante 30 focalise alors les rayons solaires reçus, à travers la fente 28 correspondante, vers l'élément de collecte thermique 18.
Le panneau solaire 10 selon l'invention permet de réduire les pertes thermiques émises par l'élément de collecte thermique 18.
En particulier, la mise sous vide d'air de l'intérieur du panneau solaire 10 limite la convection autour de l'élément de collecte thermique 18. En outre, les entretoises 46 d'isolation thermique, agencés entre l'élément de collecte thermique 18 et la paroi inférieure 22 du logement 20, limitent la conduction entre cet élément de collecte thermique 18 et cette paroi inférieure 22. Par ailleurs, le rayonnement thermique émis par l'élément de collecte thermique 18 est confiné à l'intérieur du panneau solaire 18 du fait que les parois du logement 20 sont traitées pour réfléchir ce rayonnement thermique.
En outre, la surface externe de l'enveloppe 48 de l'élément de collecte thermique 18 est traitée pour absorber au maximum le rayonnement solaire transmis par les bandes réfléchissantes 30 et le rayonnement thermique réfléchi par les faces du logement 20.
La faible fraction de ce rayonnement thermique émise vers l'extérieur du logement 20, à travers les fentes 28, est renvoyée en quasi-totalité vers l'élément de collecte thermique 18 par les bandes réfléchissantes 30.
On a représenté sur la figure 8 un panneau solaire 10 selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, les éléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références identiques.
Conformément à ce deuxième mode de réalisation, le panneau solaire 10 comporte une pluralité d'éléments de collecte thermique 18, notamment un élément de collecte thermique 18 par ensemble de miroirs primaire 36 et secondaire 30.
Chacun de ces éléments de collecte thermique 18 présente une fonction de transfert thermique vers un élément de stockage thermique agencé par exemple à l'extérieur du panneau thermique 10, qui sera décrit ultérieurement en référence à la figure 10.
De préférence, le panneau solaire thermique 10 comporte des entretoises 65, agencées entre deux éléments de collecte thermique 18 adjacents, et s'étendant entre la base plane 34 d'un élément réfléchissant 32 et la face inférieure 14 du panneau 10, de façon à délimiter des logements respectifs pour les éléments de collecte thermiques. Avantageusement, ces entretoises 65 comportent un revêtement réfléchissant.
Un exemple d'élément de collecte thermique 18 est représenté sur la figure 8.
Cet élément de collecte thermique 18 est formé par un élément tubulaire de transfert thermique dans lequel circule un fluide caloporteur 66, assurant le transfert thermique. De préférence, cet élément tubulaire de collecte thermique 18 est pourvu d'un revêtement extérieur fortement absorbant (assurant une absorption thermique aussi proche que possible de 100%) et présentant une faible émissivité thermique pour que l'élément tubulaire 18 émette un minimum de rayonnement thermique, même lorsqu'il est porté à haute température.
Un exemple d'un tel revêtement est défini dans la publication « Optimization of a solution chemically derived spectrally sélective solar absorbing surface », de Bostrom T., Westin G. & Wàkelgard E., dans « Solar Energy Materials and Solar Cells - 2007, vol. 91 , pp. 38-43 », ou dans la publication « Some aspects regarding I.R. absorbing materials based on thin alumina films for solar-thermal energy conversion, using X-ray diffraction technique », de Mitrea S. A., Hodorogea S. M., Duta A., Isac L, Purghel E. & Voinea M., dans « Engineering and Technology - 2008, vol. 47 - World Academy of Science ».
De préférence, l'élément tubulaire 18 de collecte thermique est agencé de sorte que les éléments réfléchissants 32 et les bandes réfléchissantes 30 focalisent les rayons solaires sur la génératrice supérieure de cet élément tubulaire 18. En particulier, cette génératrice supérieure coïncide avec la ligne focale du miroir secondaire hyperbolique ou elliptique 30.
Conformément à ce deuxième mode de réalisation, une zone réfléchissante est portée par un élément tubulaire de réflexion 70, entourant coaxialement l'élément tubulaire de collecte thermique 18.
Cet élément tubulaire de réflexion 70 est de préférence formé par un matériau isolant dont la surface interne est métallisée pour la rendre réfléchissante au rayonnement thermique résiduel émis par l'élément tubulaire de transfert thermique 18, et comportant sur sa génératrice supérieure une fente 72 destinée à laisser passer les rayons solaires incidents.
Afin de maintenir l'élément de collecte thermique dans l'élément tubulaire de réflexion 70, cet élément tubulaire de réflexion 70 est entrecoupé de bagues de centrage, de préférence réalisées dans le même matériau isolant que l'élément tubulaire 70, et munies de pointes internes 74. Ces pointes internes 74 permettent notamment de maintenir fixe la position de la génératrice supérieure de l'élément tubulaire de collecte thermique 18, quelle que soit la température du fluide caloporteur 66. De préférence, les pointes 74 sont réalisées dans un matériau isolant, et présentent une forme conique dont le sommet coopère avec l'élément tubulaire de collecte thermique 18 afin de minimiser le contact entre ces pointes 74 et l'élément de collecte thermique 18. Ainsi, on minimise les pertes thermiques par contact de l'élément de collecte thermique 18 avec ces pointes 74.
On a représenté sur la figure 10 un élément 76 d'introduction ou d'évacuation du fluide thermique, agencé à l'intérieur du panneau 10. De tels éléments 76 d'introduction d'une part, et d'évacuation d'autre part, sont agencés respectivement de part et d'autre du panneau 10, à l'intérieur de ce panneau 10. Les éléments d'introduction et d'évacuation sont identiques, et assurent respectivement l'introduction du fluide thermique à réchauffer, et l'évacuation du fluide thermique réchauffé.
Chaque élément 76 est relié aux éléments de collecte thermique 18 afin d'introduire ou d'évacuer le fluide thermique circulant dans ces éléments de collecte thermique 18.
Avantageusement, l'élément 76 comporte des portions 78 en forme de soufflet, permettant une dilatation thermique longitudinale de cet élément 76.
L'élément 76 est logé dans une enceinte prolongeant latéralement le panneau 10, délimitée par des parois 80 en matériau isolant thermiquement, et par un élément d'obturation 81 .
De préférence, ces parois 80 sont munies d'une surface intérieure réfléchissante. On notera que cette enceinte est suffisamment spacieuse pour permettre une dilatation thermique radiale de l'élément 76.
Au moins l'une des parois 80 est munie d'ouvertures 82 pour le passage des éléments de collecte thermique 18 provenant du panneau 10 jusqu'à l'élément 76. De préférence, chaque ouverture 82 est complétée d'un joint isolant thermique, destiné à éviter les pertes de chaleur par cette ouverture, de manière similaire aux ouvertures 63 et aux joints étanches et isolants 64 décrits précédemment en référence à la figure 2. On notera que cette paroi 80 munie d'ouverture forme généralement une paroi latérale 16B du panneau.
De préférence, lorsque le panneau 10 est agencé incliné par rapport à l'horizontale, notamment pour être perpendiculaire aux rayons solaires, l'enceinte dans lequel l'élément d'introduction du fluide thermique à réchauffer est agencé forme une partie basse du panneau, et l'enceinte dans lequel l'élément d'évacuation du fluide thermique réchauffé est agencé forme une partie haute du panneau.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits et pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications.
En particulier, on peut prévoir un ensemble de panneaux solaires, comportant une pluralité de panneaux solaires tels que définis précédemment, agencés de façon que leurs faces supérieures transparentes 12 soient agencés dans un même plan.
Dans ce cas, les parois latérales de panneaux adjacents peuvent présenter des ouvertures, de sorte que les espaces internes de ces panneaux solaires adjacents communiquent entre eux, l'ensemble de ces espaces intérieurs restant étanche par rapport à l'extérieur. Il est ainsi possible de faire le vide dans ces panneaux solaires adjacents en une seule opération. En outre, le circuit de fluide caloporteur 54 peut passer à travers plusieurs panneaux solaires tout en restant dans un environnement sous vide.