La présente invention se rapporte aux dispositifs multicouches collecteurs d'énergie thermique utilisés pour alimenter la source thermique d'un échangeur de chaleur et/ou améliorer la puissance électrique fournie par un générateur photovoltaïque (PV). Elle concerne particulièrement de tels dispositifs qui fonctionnent avec une réserve thermique et qui comprennent au moins un échangeur de chaleur et un convertisseur photonique exploitant un ou plusieurs procédés radiatifs parmi la production de chaleur par absorption du rayonnement solaire, la production d'électricité par conversion photovoltaïque du rayonnement solaire et le refroidissement radiatif par rayonnement infrarouge (IR) sur l'espace.

Au sens de la présente invention et des revendications qui s'y rapportent, les expressions suivantes sont définies comme suit :

L'expression « Rayonnement infrarouge » signifie rayonnement photonique ayant une longueur d'onde supérieure à 0,8μm.

L'expression « Rayonnement visible » signifie rayonnement photonique ayant une longueur d'onde comprise entre 0,4μm et 0,8μm.

L'expression « Rayonnement solaire » signifie rayonnement issu du soleil et incluant le visible. L'expression « Rayonnement atmosphérique » signifie rayonnement du ciel incluant le rayonnement infrarouge.

L'expression « fenêtre atmosphérique » signifie bande du rayonnement atmosphérique correspondant aux longueurs d'ondes infrarouges comprises entre 8μm et 13μm. L'émissivité atmosphérique dans cette bande varie en particulier en fonction de la teneur en eau de l'atmosphère et de la nébulosité.

L'expression « température de l'air ambiant » signifie température sèche de l'air ambiant enregistrée sous abri ventilé.

L'expression « surface spectralement sélective [8μm-13μm] » se réfère à une surface rayonnant idéalement comme un corps noir dans la bande des longueurs d'ondes comprises entre 8μm et 13μm et réfléchissant le rayonnement visible et infrarouge à l'extérieur de cette bande.

L'expression « convertisseur photothermique du rayonnement de

L'atmosphère » signifie convertisseur photothermique utilisant le refroidissement radiatif par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère.

L'expression « convertisseur photothermique du rayonnement solaire » signifie convertisseur photothermique utilisant le chauffage radiatif par absorption du rayonnement solaire dans la bande des longueurs d'ondes du rayonnement visible. L'expression « température de fonctionnement actif du convertisseur » se réfère à la température du convertisseur lorsqu'il produit de l'énergie calorifique et qu'il alimente la source chaude d'un échangeur de chaleur ou à la température du convertisseur lorsqu'il produit de l'énergie frigorifique et qu'il alimente la source froide d'un échangeur de chaleur.

II est connu d'utiliser le refroidissement radiatif par rayonnement infrarouge sur l'espace pour alimenter la source froide d'un échangeur de chaleur dans un dispositif décrit dans un brevet tel que U. S 3,043,112 Method and means for producing réfrigération by sélective radiation, 10 juillet 1962. Ce dispositif comprend un convertisseur photothermique du rayonnement de l'atmosphère constitué d'un panneau en contact étroit avec un échangeur de chaleur de manière à optimiser les transferts de chaleur par transmission et dont la face active spectralement sélective dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » est séparée d'une lame d'air sec et d'un film transparent au rayonnement infrarouge.

Des comptes-rendus de l'Académie des Sciences, Paris tels que CR. Acad. Sc. Paris, t.256, N°9, 25 février 1963, 2013-2015 (F. TROMBE) ou tel que CR. Acad. Sc. Paris, t.258, 8 juin 1964, 5685-5688 (F. TROMBE, M et Mme LE PHAT VINH) décrivent des expériences dans des dispositifs similaires sur les grands abaissements de température dépassant 36°C en dessous de la température ambiante, obtenus par le rayonnement du corps noir sur l'espace.

Il est connu que les performances du refroidissement radiatif par rayonnement infrarouge sur l'espace sont d'autant plus importantes que l'atmosphère présente une grande transparence dans la « fenêtre atmosphérique [8μm- 13μm] ». Il est donc d'usage pour augmenter les performances des convertisseurs photoniques utilisant un tel procédé de refroidissement radiatif, d'implanter ces derniers dans les régions réputées sèches à ciel clair. En effet,

ces régions bénéficient d'une atmosphère présentant une grande transparence dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ».

Il est connu que la transparence de l'atmosphère dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » diminue lorsque l'angle zénithal augmente, parallèlement son émissivité se rapproche de celle d'un corps noir. Il est donc d'usage, pour optimiser le refroidissement radiatif par rayonnement IR sur l'espace, d'orienter la face active du convertisseur le plus possible vers le zénith ou de dévier la fraction du rayonnement atmosphérique ne provenant pas du zénith en vue de limiter l'échauffement du convertisseur par absorption du rayonnement atmosphérique.

Il est connu d'utiliser des convertisseurs photothermiques du rayonnement de l'espace et de l'atmosphère constitués des panneaux dont la face active spectralement sélective rayonne idéalement comme un corps noir dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » et réfléchit idéalement le rayonnement solaire et infrarouge à l'extérieure de cette fenêtre en vue d'alimenter la source froide d'un échangeur de chaleur à une température inférieure à l'air ambiant. Cependant pour de petits abaissements de températures (généralement comprises entre 0 ⁰ C et 10 ⁰ C en dessous de la température ambiante) la puissance rayonnée par un corps noir est supérieure à celle que rayonnerait une surface spectralement sélective telle que décrite ci dessus. Conséquemment, cette solution ne s'avère pas optimisée pour les petits abaissements de températures, car dans ce cas un corps noir offre une puissance frigorifique supérieure à celle d'un corps spectralement sélectif dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ».

Il est connu que les dispositifs multicouches exploitant le refroidissement radiatif sont mis en œuvre selon deux principaux modes de réalisation.

Le premier mode de réalisation concerne les dispositifs dans lesquels le flux de chaleur absorbé par le convertisseur est inférieur au flux de chaleur qu'émettrait le même convertisseur à la température de l'air ambiant, dans ce cas la température du convertisseur est inférieure à l'air ambiant. Dans ce mode de réalisation, il est d'usage de recouvrir le convertisseur d'une couche

thermiquement isolante et transparente au rayonnement IR au moins dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » en vue de limiter les apports de chaleur convectifs et transmissifs sur le convertisseur tout en permettant le refroidissement de ce dernier par rayonnement infrarouge dans ia « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ».

Le deuxième mode de réalisation concerne les dispositifs multicouches dans lesquels le flux de chaleur absorbé par le convertisseur est supérieur au flux de chaleur qu'émettrait le même convertisseur à la température de l'air ambiant, dans ce cas, la température de fonctionnement du convertisseur est supérieure à la température de l'air ambiant. Dans ce mode de réalisation, il est d'usage de ne pas recouvrir la couche transparente d'isolation thermique en vue de favoriser le refroidissement du convertisseur par convection et par transmission avec l'air ambiant.

Les convertisseurs photothermiques du rayonnement atmosphérique ont une température de fonctionnement qui dépend non seulement de la transparence de l'atmosphère dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] », mais aussi de sa température. Cela a pour effet de faire varier continuellement la température du convertisseur car la température de l'atmosphère varie continuellement. Consécutivement, la température de la source froide de l'échangeur thermique varie aussi, car le convertisseur alimente directement cette dernière par transmission thermique. En outre lorsque le ciel est couvert ou que la teneur en eau est importante, les performances du refroidissement radiatif sur l'espace diminuent, car l'émissivité de l'atmosphère dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » augmente quand sa teneur en eau augmente. Dans ce cas, le convertisseur ne peut généralement plus alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur en puissance suffisante.

Il est connu, pour assurer la climatisation des espaces intérieurs de vie ou de travail, implantés dans les régions sèches à ciel clair, d'utiliser un dispositif exploitant le refroidissement radiatif nocturne, le chauffage radiatif par absorption du rayonnement solaire et le stockage en chaleur sensible tel que décrit dans la publication Heating Expériments with Radiative Cooling System du périodique scientifique Building and Environment, Vol 31, No. 6, pp.509- 517 1996 ou. Ce dispositif est particulièrement adapté aux régions qui sont

suffisamment chaudes en été pour justifier une climatisation en réfrigération et suffisamment froides en hiver pour justifier une climatisation en chauffage. Il comprend une surface sélective qui rayonne comme un corps noir dans le spectre solaire et IR. Cela a pour effet de chauffer le convertisseur, le jour, par absorption du rayonnement solaire et de refroidir le convertisseur, la nuit, par rayonnement IR vers l'espace et l'atmosphère.

Dans le cas de la climatisation en chauffage, la réserve thermique est chauffée par circulation forcée diurne dans un échangeur de chaleur en contact étroit avec le convertisseur pour favoriser les échanges thermiques par transmission. Elle sert de liquide caloporteur pour chauffer l'espace. Elle permet le lissage de la température de la source chaude, et l'alimentation de cette dernière la nuit ou lorsque le ciel est couvert.

Dans le cas de la climatisation en réfrigération, la reserve thermique est refroidie par circulation forcée nocturne dans un échangeur de chaleur en contact étroit avec le convertisseur pour favoriser les échanges thermiques par transmission. Elle sert de liquide caloporteur pour refroidir l'espace. Elle permet le lissage de la température de la source froide et l'alimentation de cette dernière le jour ou lorsque le ciel est couvert.

Cependant la chaleur sensible et la densité d'un liquide sont telles qu'il est d'usage, pour lisser la température de ce dernier et assurer l'alimentation de la source chaude la nuit ou lorsque ciel est couvert, ou pour assurer l'alimentation de la source froide le jour ou lorsque le ciel est couvert, d'utiliser des capacités thermiques nécessairement volumineuses qui demandent en outre beaucoup d'énergie pour leur brassage.

Il est connu pour alimenter la source chaude d'un échangeur thermique d'utiliser un dispositif multicouche exploitant le chauffage radiatif par absorption du rayonnement solaire. Ce dispositif comprend un échangeur de chaleur et un convertisseur photothermique du rayonnement solaire constitué d'un panneau dont la face active réfléchit idéalement le rayonnement infrarouge et possède un facteur d'émission qui se rapproche de celui d'un corps noir dans le visible. Le panneau est orienté vers le soleil pour optimiser

le flux d'énergie solaire incident et favoriser ainsi l'échauffement du convertisseur, car les effets du rayonnement solaire incident provoquent un échauffement du convertisseur d'autant plus important que le flux solaire incident est grand. Ce panneau est en contact étroit avec un échangeur thermique pour optimiser le flux chaleur par transmission et assurer ainsi l'alimentation de la source chaude de l'échangeur de chaleur. Les convertisseurs photothermiques, gardant ces propriétés spectrales à des températures telles que 800 ⁰ K, sont rares et chers.

II est connu que les convertisseurs photothermiques du rayonnement solaire ont une température de fonctionnement qui dépend de l'éclairement solaire incident et de la température de l'air ambiant. Cela a pour effet de faire varier continuellement la température du convertisseur, car l'éclairement solaire incident, la température de l'air ambiant varient continuellement. Consécutivement la température de la source chaude de l'échangeur de chaleur varie aussi car le convertisseur est en contact étroit avec l'échangeur de chaleur. En outre, la nuit ou par temps couvert, les performances de la conversion photothermique du rayonnement solaire sont respectivement nulles ou bien très affaiblies, car l'éclairement solaire direct est nul la nuit et très faible par temps couvert. Dans ce cas, le convertisseur ne peut généralement plus alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur en puissance suffisante.

Pour pallier ces inconvénients, le brevet US 2005/0061312 (Szymocha), 24 mars 2005 décrit un dispositif multicouche comprenant une couche de stockage en chaleur latente, une couche transparente, un convertisseur photothermique du rayonnement solaire séparé de la couche transparente par une couche d'air. Cette solution permet, grâce à la couche de stockage en chaleur latente, le lissage de la température de la source chaude, et l'alimentation de cette dernière, la nuit ou lorsque le ciel est couvert. En outre la couche d'air permet d'isoler le dispositif des déperditions thermiques par convection transmission avec l'air ambiant. Cependant les déperditions thermiques par rayonnement infrarouge sur l'espace via le convertisseur ou la couche transparente restent très importantes, notamment dans une

atmosphère faiblement émissive ou possédant une faible température de radiation.

En outre il est d'intérêt d'installer ces dispositifs dans des zones claires et sèches correspondant par exemple au zones désertiques, semi désertiques ou d'altitude pour optimiser le rayonnement solaire incident et donc l'échauffement du convertisseur, car le gisement solaire dépend de la teneur en eau et de la nébulosité de l'atmosphère.

Cependant, l'augmentation du gisement solaire par le choix de la zone d'implantation de ces dispositifs, s'accompagne d'une diminution de l'émissivité de l'atmosphère, particulièrement dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] », car l'émissivité de l'atmosphère diminue lorsque sa teneur en eau ou sa nébulosité augmente et d'une diminution de la température de radiation de l'atmosphère notamment la nuit, consécutivement les pertes de chaleur par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère sont plus importantes, ce qui contrebalance le choix d'une implantation dans une zone où le gisement solaire est très important.

Il est connu, pour augmenter la puissance électrique d'un générateur PV d'utiliser un dispositif de protection contre réchauffement car les performances d'une cellule se dégradent lorsque sa température de fonctionnement augmente.

Le brevet EP-A-I 162 659 (MERCK PATENT GMBH) 12 décembre 2001 décrit une réserve thermique en chaleur latente de grande conductivité thermique, utilisée pour le (dé)stockage de chaleur à température constante dans le domaine de la protection contre l'échauffement des dispositifs à semi conducteur telles que les cellules PV. Le brevet JP 11 108467 (NOMOTO SO) 7 octobre 1997 décrit un générateur PV utilisant un dispositif multicouche d'évacuation de chaleur comprenant un échangeur de chaleur de type convectif et une réserve thermique composite en chaleur latente.

Les panneaux PV sont des organes coûteux et fragiles, en outre le flux solaire direct ne les amène nullement à saturation en ce qui concerne la conversion photovoltaïque. Il est donc d'usage, pour augmenter la puissance électrique d'un panneau photovoltaïque de dimension donnée, de concentrer la lumière

solaire sur la face active des cellules qui le recouvrent. Les effets du flux solaire provenant du concentrateur sont les mêmes que ceux du flux solaire direct et entraînent donc un échauffement supplémentaire du panneau solaire d'autant plus grand que la concentration est plus grande et, consécutivement, une baisse du rendement photovoltaïque, car les performances d'une cellule se dégradent lorsque sa température de fonctionnement augmente. Ce phénomène contrebalance donc l'effet de l'utilisation d'un concentrateur. Le brevet US-3 999 283 (DEAN ET AL) 28 décembre 1976, décrit un générateur PV à concentration comprenant un dispositif d'évacuation de la chaleur tel qu'un échangeur de chaleur à ailettes de refroidissement convectif. Le brevet US 5,498,297 (O'NEILL et AL) 12 Mars 1996, décrit un dispositif similaire dans lequel la cellule PV est encapsulée et fixée à l'échangeur à ailette de refroidissement par un film Tefzel adhésif notamment résistant, étanche et transparent.

Le gisement solaire dépend de la teneur en eau et de la nébulosité de l'atmosphère. Il est donc préférable d'installer ces dispositifs dans des zones claires et sèches correspondant par exemple aux zones désertiques, semi désertiques ou d'altitude pour optimiser le rayonnement solaire incident et donc la production d'énergie électrique et/ou calorifique du convertisseur, car cette dernière dépend du rayonnement solaire incident.

En outre, l'augmentation du gisement solaire par le choix de la zone d'implantation de ces dispositifs s'accompagne d'une diminution de l'émissivité de l'atmosphère car l'émissivité de cette dernière diminue lorsque sa teneur en eau ou sa nébulosité augmente. Consécutivement il est dommageable que ces dispositifs ne soit pas conçus en vue d'optimiser le refroidissement diurne du convertisseur par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère lorsque le dispositif produit de l'énergie électrique et de limiter par exemple les déperditions thermiques nocturne par rayonnement infrarouge sur l'atmosphère et l'espace lorsque le dispositif alimente aussi la source chaude d'un échangeur de chaleur la nuit.

Pour pallier ces inconvénients, la présente invention propose un dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique comprenant au moins un échangeur de chaleur (3), une couche composite de stockage en chaleur

latente (2), constituée de graphite naturel expansé (GNE) compressé et imprégné d'un matériau à changement de phase (MCP), et un convertisseur photovoltaïque ou photothermique (1), caractérisé en ce que le dispositif utilise une technique de gestion du refroidissement radiatif par rayonnement infrarouge appliquée à la conversion photothermique du rayonnement atmosphérique, solaire et à la conversion photovoltaïque du rayonnement solaire dans une atmosphère claire et sèche présentant une grande transparence et une faible émissivité dans la « fenêtre atmosphérique [8μm- 13μm] ».

Selon une autre caractéristique, le dispositif fonctionne à une température proche de la température de changement de phase du MCP et comprise entre 250 ⁰ K et 800 ⁰ K.

Selon une autre caractéristique le dispositif fonctionne dans un cycle à deux temps, un temps d'évacuation de chaleur par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère et/ou par convection - transmission avec l'air ambiant, matérialisé par la solidification à température constante du MCP, un temps d'absorption de chaleur par absorption du rayonnement solaire, atmosphérique et/ou par convection - transmission avec l'air ambiant, matérialisé par la fusion à température constante du MCP.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte au moins une couche supplémentaire constituant la face active (4) du convertisseur (1) rayonnant idéalement comme un corps noir dans la « fenêtre atmosphérique [8μm- 13μm] » vers le zénith ou dans un angle zénithal compris entre 0° et 30° lorsqu'il est utilisé pour alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur (2) ou pour augmenter la puissance électrique fournie par un générateur PV.

Selon une autre caractéristique, la face active (4) du convertisseur (1) est une surface spectralement sélective dans la « fenêtre atmosphérique [8μm- 13μm] » lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur si, pour une dimension donnée et une température de fonctionnement actif identiques du convertisseur (1), une telle face active (4)

rayonne plus d'énergie qu'une face active (4) qui rayonnerait comme un corps noir sur tout le spectre infrarouge et réfléchirait le visible. A titre d'exemple non limitatif le convertisseur est un panneau métallique réfléchissant le rayonnement visible et infrarouge tel qu'un panneau d'aluminium poli recouvert d'une couche spectralement sélective dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » tel qu'un revêtement de monoxyde de silicium (SIO) en épaisseur de lμm, tel qu'un revêtement de monoxyde de magnésium (MGO) en épaisseur de 1,1mm, tel qu'un revêtement de fluorure de lithium (LiF) en épaisseur de 0,54mm ou tel qu'un film de polyvinylfluorure (PVF Tedlar) en épaisseur de 125μm. Les publications des périodiques scientifiques Applied Optics, Vol.23, No.3, 370-372 (P. BERDAHL), 1 février 198 ; Thin Solid Film, 90 (1982) 187-190 (CG. GRANQVIST, A.HJORTSBERG AND T.S. ERIKSSON) ; J. Appl. PHYs. 52 (6), June 1981, Radiative cooling to low températures : General considération and application to selectively emitting SIO films 190 (CG. GRANQVIST, A.HJORTSBERG) décrivent des techniques de mise en œuvre et d'optimisation de l'épaisseur de couches fines sur des substrats métalliques en vue d'obtenir une surface spectralement sélective dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ».

Selon une autre caractéristique, la face active (4) du convertisseur (1) rayonne idéalement comme un corps noir sur tout le spectre infrarouge et réfléchit le visible en vue de produire du froid (3) si, pour une dimension donnée et une température de fonctionnement actif identiques du convertisseur (1), une telle face active (4) rayonne plus d'énergie qu'une face active (4) qui serait spectralement sélective dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ».

A titre d'exemple non limitatif le convertisseur (1) est un panneau métallique réfléchissant le rayonnement visible et infrarouge tel qu'un panneau d'aluminium poli recouvert d'une couche très émissive du rayonnement infrarouge tel qu'une couche d'alumine (AL ₂ O ₃ ) en épaisseur de lOμm ou 15μm ou d'une couche de peinture blanche riche en dioxyde de titane (TiO ₂ ).

Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte une couche concentratrice du rayonnement solaire transparente au rayonnement visible et au rayonnement infrarouge gravée en échelon de Fresnel (7) disposée au

dessus du convertisseur pour concentrer le rayonnement solaire incident sur ce dernier, la transparence de la couche concentratrice (7) au rayonnement infrarouge permettant au convertisseur de rayonner librement vers l'espace par rayonnement infrarouge une grande partie de la chaleur induite par l'absorption du rayonnement solaire. Dans ce cas le convertisseur (1) est constitué d'une ou plusieurs cellule PV dont la face active (4) est recouverte d'un film transparent au rayonnement solaire qui rayonne idéalement comme un corps noir dans le spectre infrarouge. A titre d'exemple non limitatif, le convertisseur (1) est recouvert d'un film Dupont Teflon® FEP, Dupont Teflon® TPFE ou Dupont Tefzel®T ² en épaisseur de 62μm.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte une couche supplémentaire (5) de grande résistance thermique recouvrant la face active du convertisseur (1), transparente au rayonnement infrarouge dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » pour réduire les apports de chaleur par transmission - convection avec l'air extérieur et favoriser l'évacuation de chaleur par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère, lorsque la température de fonctionnement actif du convertisseur est inférieure à l'air ambiant et lorsque le dispositif alimente la source froide de l'échangeur de chaleur. Une telle couche (5) est constituée à titre d'exemple non limitatif d'une ou de plusieurs lames d'air sec en épaisseur de 19 mm, séparées par des parois (10) de polyéthylène basse densité en épaisseur généralement comprise entre 50 et 200μm ou par des parois de verre de chalcogénure, dans ce cas pour obtenir des températures plus basses et optimisé la puissance froid utile, la lame d'air sec peut être remplacée par du vide, excellent isolant thermique.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte une couche supplémentaire (5) de grande résistance thermique recouvrant la face active du convertisseur (1) réfléchissant le rayonnement infrarouge et transmettant le rayonnement solaire pour réduire les déperditions thermiques par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère et par transmission- convection avec l'air extérieur et permettre le chauffage du convertisseur par absorption du rayonnement solaire lorsque le dispositif alimente la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) à une température supérieure à l'air

ambiant, constituée d'une ou de plusieurs lames d'air sec en épaisseur de 19 mm ou de vide en même épaisseur séparées par des parois (10) de verre transparent au rayonnement solaire, l'une de ces parois (10) au moins, étant recouverte à titre d'exemple non limitatif d'un revêtement triple couche de type TiO2/Ag/TiO2 où chacune des couches présente une épaisseur de 18nm. De telles parois multicouches et leur procédé de fabrication associé sont décrites dans le brevet US 4,822,120 (FAN ETAL) 18 avril 1989.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte une couche supplémentaire d'isolation thermique amovible (8) constituée dans un matériau de faible conductivité thermique recouverte sur sa face extérieure (12) d'un film réfléchissant le rayonnement visible et infrarouge. Cette couche (8) est disposée sur le dispositif lorsque la température de fonctionnement du convertisseur (1) devient supérieure à Ia température de changement de phase du MCP pour réduire les apports de chaleur par absorption du rayonnement atmosphérique et/ou solaire et réserver la plus grande partie de la chaleur latente de fusion du MCP à l'alimentation de la source froide de l'échangeur de chaleur (3) lorsque le dispositif alimente la source froide de l'échangeur de chaleur (3). La couche (8) est retirée lorsqu'une surface spectralement identique à la face active (4) du convertisseur (1) rayonnant dans les mêmes conditions que le convertisseur (1) et dans un dispositif identique ne comportant pas la couche d'isolation thermique amovible (8) atteint une température inférieure à la température de changement de phase du MCP.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte une couche supplémentaire d'isolation thermique amovible (8) constituée dans un matériau de faible conductivité thermique recouverte sur sa face intérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement infrarouge. Cette couche est disposée sur le dispositif lorsque la température de fonctionnement du convertisseur (1) devient inférieure à la température de changement de phase du MCP pour réduire les déperditions thermiques via le convertisseur (1) par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère et réserver la plus grande partie de la chaleur latente de solidification du MCP à l'alimentation de la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) lorsque le dispositif alimente la

source chaude de l'échangeur de chaleur (3). La couche (8) est retirée lorsqu'une surface spectralement identique à la face active (4) du convertisseur (1) rayonnant dans les mêmes conditions que le convertisseur (1) et dans un dispositif identique ne comportant pas la couche d'isolation amovible (8) atteint une température supérieure à la température de changement de phase du MCP.

Selon une autre caractéristique, la température de changement de phase du MCP est supérieure la température de fonctionnement actif du convertisseur (1) pour permettre sa solidification lorsque le dispositif alimente la source froide de I' échangeur de chaleur (2).

Selon une autre caractéristique, la température de changement de phase du MCP est inférieure à la température de fonctionnement actif du convertisseur (1) pour permettre sa fusion lorsque le dispositif alimente la source chaude de l'échangeur de chaleur (3).

Selon une autre caractéristique, la couche de stockage en chaleur latente (2) est un composite de grande conductivité thermique et de haute densité énergétique placé en contact étroit avec le convertisseur (1) et l'échangeur de chaleur (3) pour favoriser les échanges de chaleur par transmission et en ce que sa résistance thermique et sa masse lui permettent de maintenir la température du convertisseur (1) et de l'échangeur de chaleur (3) à un niveau proche de la température de changement de phase du MCP.

à titre d'exemple non limitatif, la couche composite de stockage en chaleur latente (2) est réalisée avec du graphite naturel expansé (GNE) compressé à 150Kg/m ³ et imprégné d'un matériau à changement de phase tel qu'un alcane ou un mélange d'alcanes et possède une densité énergétique de l'ordre de 150KJ/Kg et une conductivité thermique de l'ordre de 25W/m.K dans une direction de l'espace. Le convertisseur photonique (1) et l'échangeur de chaleur (3) sont alors positionnés perpendiculairement à son axe de plus grande conductivité thermique pour favoriser les échanges de chaleur par transmission. Au regard des autres capacités thermiques connues dans l'art et de même conductivité thermique, elle présente, outre une plus grande densité

énergétique, une mise en œuvre plus simple. Ces avantages, et notamment sa grande conductivité thermique associée à sa haute densité énergétique et à un large éventail de choix de matériaux à changement de phase, permettent la mise en œuvre dans une gamme importante de températures, de systèmes de stockage thermique fixes, simples, adaptables, efficaces, et peu volumineux en comparaison des autres systèmes de stockage en chaleur sensible ou latente. Le brevet EP-A-I 162 659 (MERCK PATENT GMBH) 12 décembre 2001 et la publication du périodique scientifique International Journal of Heath and Mass Transfer 44(2001) 2727-2737 (X.PY) décrivent des techniques de mise en œuvre de la matrice GNE à des taux de compression différents imprégnée de différents types de MCP.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d "exemple non limitatif au regard des figures annexées qui représentent selon l'invention:

- La figure 1, une vue, une vue en coupe, d'un dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique utilisé pour alimenter la source froide d'un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes et à circulation d'eau forcée dans le cas où la température de fonctionnement actif du convertisseur est inférieure à la température de l'air ambiant.

- La figure 2, une vue, dans les mêmes conditions, d'un dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique utilisé : a) Soit pour alimenter de manière non simultanée la source froide et la source chaude d'un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes à circulation d'eau forcée, b) Soit pour alimenter la source froide d'un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes et à circulation d'eau forcée dans le cas où la température de fonctionnement actif du convertisseur est supérieure à la température de l'air ambiant. - La figure 3, une vue dans les mêmes conditions d'un dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique utilisé pour alimenter la source chaude d'un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes et à circulation d'eau forcée.

- La figure 4, une vue, dans les mêmes conditions, d'un dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique utilisé pour améliorer la

puissance électrique fournie par un générateur PV et alimenter la source chaude d'un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes et à circulation d'eau forcée.

La présente invention consiste donc à disposer la couche composite de stockage en chaleur latente (2) en contact étroit avec le convertisseur (1) et l'échangeur de chaleur (3) de manière à favoriser les échanges thermiques par transmission. Lorsque le dispositif est uniquement utilisé pour alimenter la source froide d'un échangeur thermique (3) et que la température de fonctionnement actif du convertisseur (1) est supérieure à la température de l'air ambiant, on utilise généralement un dispositif multicouche tel que représenté en figure 1, comprenant un convertisseur photothermique du rayonnement de l'atmosphère spectralement sélectif dans la « fenêtre atmosphérique [8μm- 13μm] » constitué à titre d'exemple non limitatif d'un panneau d'aluminium poli recouvert d'une couche de monoxyde de silicium (SIO) en épaisseur de lμm constituant la face active (4) du convertisseur (1). Cela à pour effet de réduire les apports de chaleur par absorption du rayonnement atmosphérique et solaire et de favoriser le refroidissement radiatif du convertisseur dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » en dessous de la température ambiante.

Un tel dispositif comprend en outre deux couches d'isolation thermique supplémentaires :

- La première (5) recouvre le convertisseur (X). Elle est transparente au rayonnement IR au moins dans la «fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ».

Elle est constituée de deux lames d'air sec (9) d'une épaisseur de 19 mm séparées par des parois de polyéthylène basse densité en épaisseur de 30μm (10) transparentes à la lumière IR.

- La seconde (6), située sous l'échangeur de chaleur est constituée d'un matériau de faible conductivité thermique tel que du polystyrène extrudé en épaisseur de 10cm recouvert sur sa face extérieure (13) d'un film réfléchissant le rayonnement visible et infrarouge.

Cela a pour effet de réduire les apports de chaleur sur le dispositif par convection, transmission avec l'air ambiant tout en permettant au convertisseur (1) d'émettre vers l'espace dans la «fenêtre atmosphérique

[8μm-13μm] », sous atmosphère sèche et claire à une température inférieure à l'air ambiant.

Durant le temps d'évacuation de chaleur correspondant aux périodes claires, sèches, et nocturnes, la face active du convertisseur (4) est orientée le plus possible vers le zénith pour optimiser le refroidissement radiatif. Cette dernière (4) se refroidit rapidement par rayonnement IR sur l'espace à travers la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » jusqu'à une température légèrement inférieure à la température de changement de phase du MCP contenu dans la couche de stockage en chaleur latente (2). Lorsqu'il atteint cette température, le MCP entre en solidification à température constante. Parallèlement, une partie du froid induit par rayonnement IR sur l'espace alimente aussi par transmission, via la couche de stockage en chaleur latente (2) de faible résistance thermique, la source froide de l'échangeur de chaleur (3). Durant le temps d'absorption de chaleur correspondant aux périodes couvertes, humides, ou diurnes, lorsque température du convertisseur devient supérieure à la température de changement de phase du MCP, le dispositif est recouvert d'une couche d'isolation thermique amovible (8) fabriquée dans un matériau de faible conductivité thermique recouverte sur sa face extérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement IR et solaire. Cela a pour effet de limiter les apports de chaleur par convection et transmission avec l'air ambiant et absorption du rayonnement solaire et/ou atmosphérique. Consécutivement cela permet de réserver une plus grande partie de l'absorption de chaleur matérialisée par la fusion de la couche de stockage en chaleur latente (2) à l'alimentation de la source froide de l'échangeur de chaleur (3).

Dans une variante, lorsque le dispositif est uniquement utilisé pour alimenter la source froide d'un échangeur de chaleur (3) et que la température de fonctionnement actif du convertisseur (1) est supérieure à la température de l'air ambiant, on utilise généralement un dispositif multicouche tel que représenté en figure 2, comprenant un convertisseur (1) photothermique du rayonnement de l'atmosphère et de l'espace en contact direct avec l'air ambiant, réfléchissant le rayonnement visible et rayonnant comme un corps noir au moins dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μnn] » constitué à titre d'exemple non limitatif d'un panneau d'aluminium poli recouvert d'une couche d'alumine en épaisseur de lOμm constituant la face active (4) du convertisseur

(1). Cela à pour effet de réduire les apports de chaleur par absorption du rayonnement solaire et d'optimiser le refroidissement radiatif du convertisseur par rayonnement infrarouge sur l'atmosphère et sur l'espace. Durant le temps d'évacuation de la chaleur, la face active du convertisseur (4) est orientée le plus possible vers le zénith pour optimiser le refroidissement radiatif. Cette dernière (4) se refroidit rapidement jusqu'à une température légèrement inférieure à la température de changement de phase du MCP, par transmission - convection avec l'air ambiant et par rayonnement IR sur l'atmosphère et sur l'espace. Lorsqu'elle atteint cette température, le MCP entre en solidification à température constante. Parallèlement, une partie du froid induit par transmission - convection avec l'air ambiant et rayonnement IR sur l'espace et l'atmosphère alimente aussi par transmission via la couche de stockage en chaleur latente (2) de faible résistance thermique, la source froide de l'échangeur de chaleur (3). Durant le temps d'absorption de chaleur correspondant aux périodes couvertes, humides, ou diurnes, lorsque température du convertisseur devient supérieure à la température de changement de phase du MCP, le dispositif est recouvert d'une couche d'isolation thermique amovible (8) fabriquée dans un matériau de faible conductivité thermique recouverte sur sa face extérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement IR et solaire. Cela a pour effet de limiter les apports de chaleur par convection et transmission avec l'air ambiant et absorption du rayonnement solaire et/ou atmosphérique. Consécutivement cela permet de réserver une plus grande partie de l'absorption de chaleur matérialisée par la fusion de la couche de stockage en chaleur latente (2) à l'alimentation de la source froide de l'échangeur de chaleur (3).

En outre si la température de l'air ambiant devient supérieure à la température de fonctionnement de l'échangeur de chaleur une couche d'isolation thermique amovible (6) est mise en place sous l'échangeur de chaleur. Elle est constituée dans un matériau de faible conductivité thermique tel que du polystyrène extrudé en épaisseur de 10cm et recouverte sur sa face extérieure (13) d'un film réfléchissant le rayonnement visible et jftjtarouge. Cela a pour effet de limiter les apports de chaleur par convection et transmission avec Vû ^' sr ambiant. Consécutivement cela permet de réserver une plus grande partie de l'absorption de chaleur matérialisée par la fusion de

la couche de stockage en chaleur latente (2) à l'alimentation de la source froide de l'échangeur de chaleur (3).

Dans une autre variante, lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter de manière non simultanée la source froide et la source chaude d'un échangeur de chaleur (3), on utilise généralement un dispositif multicouche tel que représenté en figure 2 et comprenant un convertisseur photothermique du rayonnement de l'atmosphère et du soleil (1) rayonnant idéalement comme un corps noir dans le visible et l'infrarouge pour permettre le chauffage diurne du convertisseur par absorption du rayonnement solaire et le refroidissement radiatif nocturne du convertisseur par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère constitué à titre d'exemple non limitatif d'une plaque de résine PPO (polypheniloxyde) constituant la face active (4) du convertisseur (1). Lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur, le convertisseur (1) se refroidit rapidement durant le temps d'évacuation de chaleur correspondant au période nocturne et sèche, jusqu'à une température légèrement inférieure à la température de changement de phase du MCP, par rayonnement IR sur l'atmosphère et sur l'espace et/ou transmission - convection avec l'air ambiant. Lorsqu'elle atteint cette température, le MCP entre en solidification à température constante. Parallèlement, une partie du froid induit par transmission - convection avec l'air ambiant et rayonnement IR sur l'espace et l'atmosphère alimente aussi par transmission via la couche de stockage en chaleur latente (2) de faible résistance thermique, la source froide de l'échangeur de chaleur (3), Durant le temps d'absorption de chaleur correspondant aux périodes couvertes, humides, ou diurnes, lorsque température du convertisseur devient supérieure à la température de changement de phase du MCP, le dispositif est recouvert d'une couche d'isolation thermique amovible (8) fabriquée dans un matériau de très faible conductivité thermique recouvert sur sa face intérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement IR et sur sa face extérieure (12) d'un film réfléchissant le rayonnement IR et visible.

Cela a pour effet de limiter les apports de chaleur par convection et transmission avec l'air ambiant et absorption du rayonnement solaire et/ou atmosphérique. Consécutivement cela permet de réserver une plus grande partie de l'absorption de chaleur matérialisée par la fusion de la couche de

stockage en chaleur latente (2) à l'alimentation de la source froide de l'échangeur de chaleur (3).

En outre si la température de l'air ambiant devient supérieure à la température de fonctionnement de l'échangeur de chaleur une couche d'isolation amovible (6) est mise en place sous l'échangeur de chaleur. Elle est constituée dans un matériau de faible conductivité thermique tel que du polystyrène extrudé en épaisseur de 10cm recouvert sur sa face extérieure (13) d'un film réfléchissant le rayonnement visible et infrarouge. Cela a pour effet de limiter les apports de chaleur par rayonnement convection et transmission avec l'air ambiant. Consécutivement cela permet de réserver une plus grande partie de l'absorption de chaleur matérialisée par la fusion de la couche de stockage en chaleur latente (2) à l'alimentation de la source froide de l'échangeur de chaleur (3). Lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3), le convertisseur (1) se réchauffe à une température légèrement supérieure à la température de changement de phase du MCP par absorption du rayonnement solaire durant le temps d'absorption de la chaleur correspondant aux périodes diurnes et dégagées. Cela a pour effet de faire fondre à température constante la couche composite de stockage en chaleur latente (2). Parallèlement, une partie de la chaleur induite par l'absorption du rayonnement solaire au niveau du convertisseur (1) alimente aussi par transmission via la couche de stockage en chaleur latente (2) de grande conductivité thermique, la source chaude de l'échangeur de chaleur (3). Durant le temps d'évacuation de la chaleur correspondant aux périodes nocturnes, couvertes, lorsque la température du convertisseur (1) atteint une température inférieure à la température de changement de phase du MCP, la couche d'isolation thermique amovible (8) est disposée sur le convertisseur (1) en vue de limiter les déperditions thermiques par convection avec l'air ambiant et rayonnement IR vers l'espace et l'atmosphère. Cela a pour effet de réserver une grande partie du dégagement de chaleur matérialisée par la solidification du MCP à l'alimentation de la source chaude de l'échangeur de chaleur (3).

En outre si la température de l'air ambiant devient inférieure à la température de fonctionnement de l'échangeur de chaleur une couche d'isolation thermique amovible (6) est mise en place sous l'échangeur de chaleur. Elle est constituée

dans un matériau de faible conductivité thermique tel que du polystyrène extrudé en épaisseur de 10cm recouvert sur sa face intérieure d'un film réfléchissant le rayonnement infrarouge. Cela a pour effet de limiter les déperditions thermiques par convection et transmission avec l'air ambiant et rayonnement infrarouge. Consécutivement cela permet de réserver une plus grande partie de l'absorption de chaleur matérialisée par la fusion de la couche de stockage en chaleur latente (2) g l'alimentation de la source froide de l'échangeur de chaleur (3). ;

Lorsque le dispositif multicouche est uniquement utilisé pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3), on utilise généralement un dispositif multicouche tel que représenté en figure 3 et comprenant un convertisseur photothermique du rayonnement solaire (1) constitué d'un panneau dont la face active (4) faiblement émissive du rayonnement infrarouge rayonne idéalement comme un corps noir dans le visible constituée à titre d'exemple non limitatif de chrome noir. Cela a pour effet de favoriser réchauffement du convertisseur par absorption du rayonnement solaire et réduction des déperdition thermique par rayonnement IR sur l'atmosphère et l'espace en particulier dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ». Durant le temps d'absorption de chaleur, correspondant aux périodes diurne et claires, la face active du convertisseur (4) est orientée vers le soleil de manière à optimiser réchauffement du convertisseur (1) par absorption du rayonnement solaire. Cela a pour effet de faire fondre la couche de stockage en chaleur latente (2), car la température de changement de phase de cette dernière (2) est inférieure à la température de fonctionnement du convertisseur (1). Parallèlement, une partie de la chaleur induite par l'absorption du rayonnement solaire au niveau du convertisseur (1) alimente aussi par transmission via la couche de stockage en chaleur latente (2) de grande conductivité thermique, la source chaude de l'échangeur de chaleur (3).

Durant le temps d'évacuation de chaleur par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère et convection transmission avec l'air ambiant, correspondant au périodes nocturnes ou couverte, l'alimentation de la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) est assurée par le dégagement de

chaleur matérialisé par la solidification à température constante, de la couche composite de stockage en chaleur latente (2).

Un tel dispositif comprend deux couches supplémentaires :

- La première (5) recouvre le convertisseur (1). Elle est transparente au rayonnement visible et réfléchit le rayonnement IR. à titre d'exemple non limitatif, cette couche (5) est constituée de deux lames d'air sec (9) d'une épaisseur de 19 mm séparées par des parois (10) réalisées dans du verre transparent au rayonnement visible l'une d'entre elles au moins étant recouverte d'un revêtement triple couches de type TiO ₂ ZAg/ TiO ₂ où chacune des couches présente une épaisseur de 18nm.

- La seconde (6), située sous l'échangeur de chaleur est constituée d'un matériau de faible conductibilité thermique. à titre d'exemple non limitatif, cette couche (6) peut être constituée de polystyrène extrudé en épaisseur de 10cm recouverte sur sa face intérieure d'un film réfléchissant le rayonnement infrarouge.

Le caractère isolant des lames d'air permet de réduire la température de la paroi (10) supérieure du dispositif et ainsi les déperditions thermique par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère de la dite paroi, mais aussi les déperditions thermiques par convection, transmission entre le convertisseur (1) et l'air ambiant. En outre la paroi de verre recouverte d'un revêtement triple couches de type TiO ₂ ZAg/ TiO ₂ réfléchissant le rayonnement infrarouge et transparente au rayonnement visible, permet le chauffage solaire du convertisseur et limite considérablement son refroidissement par rayonnement infrarouge sur l'espace. Consécutivement, la puissance calorifique du dispositif est augmentée.

Lorsque le flux solaire direct incident est insuffisant pour alimenter la source chaude de l'échangeur thermique (3), on augmente l'éclaïrement solaire sur le convertisseur (1) avec une couche supplémentaire transparente au rayonnement solaire et gravée en échelon de Fresnel (7) de manière à concentrer le flux solaire sur le convertisseur (1). L'usage d'autres concentrateurs est possible comme par exemple celui de concentrateurs réfléchissants plans, paraboliques ou cylindroparaboliques ou de forme différente, combinés ou non avec une lentille de Fresnel, mais ces concentrateurs sont souvent plus coûteux et plus encombrants.

Cela a pour effet d'augmenter la température du convertisseur (1), car les effets de flux solaire concentré sont (es mêmes que ceux du flux solaire direct et provoquent un échauffement du convertisseur (1) d'autant plus grand que la concentration est grande. La nuit ou par temps couvert, lorsque la température du convertisseur est inférieure à la température de changement de phase du MCP, les déperditions thermiques du dispositif sont supérieures aux apports de chaleur et sont d'autant plus importantes que la température de changement de phase du MCP et de la face active du dispositif est élevée, que la température de l'air ambiant est faible et que l'atmosphère est sèche et présente une faible émissivité en particulier dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ». Pour limiter ces déperditions thermiques et ainsi améliorer les performances du dispositif, on installe sur ce dernier une couche supplémentaire d'isolation thermique amovible (8) fabriquée dans un matériau de faible conductivité thermique recouverte sur sa face intérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement IR. Elle est retirée le jour, par temps clair pour assurer l'éclairement du convertisseur (1) et consécutivement permettre son échauffement au dessus de la température de changement de phase du MCP. Cela a pour effet de faire fondre la couche de stockage en chaleur latente (2). Parallèlement, une partie de la chaleur induite par l'absorption du rayonnement solaire au niveau du convertisseur (1) alimente aussi par transmission via la couche de stockage en chaleur latente (2) de grande conductivité thermique, la source chaude de l'échangeur de chaleur (3).

Dans une variante, lorsque le dispositif est utilisé non seulement pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) mais aussi pour augmenter la puissance électrique d'un générateur PV, on utilise généralement un dispositif multicouche tel que représenté en figure 4, comprenant une couche concentratrice du rayonnement solaire gravée en échelon de Fresnel transparente au rayonnement visible et au rayonnement infrarouge notamment dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] » (7), et un convertisseur photovoltaïque du rayonnement solaire et photothermique du rayonnement de l'espace et de l'atmosphère (1) constitué d'un panneau recouvert d'une ou plusieurs cellules PV dont la face active (4) est recouverte d'un film transparent au rayonnement visible et rayonnant idéalement comme

un corps noir constitué à titre d'exemple non limitatif d'un film Dupont Tefzel®T ² en épaisseur de 62μm constituant la face active (4) du convertisseur (1).

La couche concentratrice du rayonnement solaire (7) est positionnées au dessus du convertisseurs de manière à concentrer le rayonnement solaire sur la face active (4) du convertisseur (1).

Cela a pour effet d'augmenter la température du convertisseur (1) car les effets de flux solaire concentré sont les mêmes que ceux du flux solaire direct et provoquent un échauffement du convertisseur (1) d'autant plus grand que la concentration est grande. Cela permet donc au convertisseur (1) d'alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) et de produire de l'électricité.

Parallèlement cela a aussi pour effet de favoriser le refroidissement du convertisseur (1) par rayonnement IR sur l'espace et sur l'atmosphère car le rayonnement infrarouge et d'autant plus important que la température du convertisseur est grande et que la couche concentratrice (7) et transparente au rayonnement infrarouge dans la « fenêtre atmosphérique [8μm-13μm] ». Consécutivement, cela permet pour une température donnée une augmentation du taux de concentration du flux solaire incident dans la limite de la température maximale de fonctionnement du convertisseur (1) en vue d'augmenter la puissance électrique fournie par le convertisseur (1). à titre d'exemples non limitatifs, on peut réaliser la couche concentratrice (7) à partir d'une feuille de polyéthylène haute densité épaisseur la plus fine possible de manière à augmenter sa transparence, car cette dernière diminue quand son épaisseur augmente. En outre, en vue de permettre le refroidissement convectif du convertisseur l'air ambiant peur circuler librement entre le convertisseur et la couche concentratrice du rayonnement solaire (7). Cela favorise dans certaine proportion l'évacuation de chaleur par convection et transmission avec l'air ambiant et permet d'optimiser dans la même proportion le flux solaire concentré en vue d'augmenter la puissance électrique fournie par le convertisseur (1).

Durant le temps d'absorption de chaleur, le convertisseur (1) est orienté vers le soleil de manière à optimiser son éclairement. Ce dernier (1) s'échauffe donc rapidement par absorption du rayonnement solaire jusqu'à une température légèrement supérieure à la température de changement de phase

du MCP contenu dans la couche de stockage en chaleur latente (2). Lorsqu'il atteint cette température, le MCP entre en fusion à température constante. Cela à pour effet de ralentir considérablement réchauffement du convertisseur (1), car la résistance thermique et la masse de la couche composite de stockage en chaleur latente (2) permettent de maintenir la température du convertisseur à un niveau proche de la température de changement de phase du MCP.

Parallèlement, une partie de la chaleur induite par réchauffement de la face active (4) du convertisseur (1) alimente aussi par transmission via la couche composite de stockage en chaleur latente (2) de faible résistance thermique, la source chaude de l'échangeur de chaleur (3).

Pendant le temps d'évacuation de chaleur, lorsque la température de fonctionnement du convertisseur (1) est inférieure à la température de changement de phase du MCP ce dernier se solidifie en cédant de la chaleur par convection, transmission et rayonnement via le convertisseur (1).

Pour améliorer ses performances thermiques un tel dispositif comprend deux couches supplémentaires :

- La première est une couche d'isolation thermique amovible (8) qui recouvre la face active du dispositif lorsque la température du convertisseur (1) est inférieure à la température de changement de phase du MCP et lorsque la quantité de chaleur évacuée via l'échangeur est suffisante pour solidifier à elle seule la couche de stockage en chaleur latente (2). Cette couche d'isolation thermique amovible (8) est recouverte sur sa face intérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement IR et elle est fabriquée dans un matériau de faible conductivité thermique. Cela a pour effet de limiter les déperditions thermiques par convection et transmission avec l'air ambiant, et par rayonnement IR vers l'espace et vers l'atmosphère. Consécutivement cela permet de réserver une plus grande partie du dégagement de chaleur matérialisé par la solidification de la couche composite de stockage en chaleur latente (2) à l'alimentation de la source chaude de l'échangeur chaleur (3). La couche d'isolation thermique amovible (8) est retirée le jour pour assurer l'éclairement du convertisseur et consécutivement permettre son échauffement et la production d'énergie électrique.

- La seconde (6) est située sous l'échangeur de chaleur (3). Elle est constituée d'un matériau de faible conductivité thermique. à titre d'exemple non limitatif, cette couche (6) peut être constituée de polystyrène extrudé en épaisseur de 10cm recouverte sur sa face intérieure d'un film réfléchissant le rayonnement infrarouge.

Cela a pour effet de réduire les déperditions thermiques via l'échangeur (3) par convection et transmission avec l'air ambiant. Consécutivement cela permet d'augmenter la quantité de chaleur alimentant la source chaude de l'échangeur (3). En outre, lorsque la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) est insuffisamment sollicitée durant le temps d'évacuation de chaleur assurant la solidification de la couche de stockage en chaleur latente (2), le dispositif n'est pas recouvert de la couche amovible d'isolation thermique (8). Cela permet au convertisseur (1) de se refroidir par rayonnement IR sur l'espace et sur l'atmosphère et par convection - transmission avec l'air ambiant pour assurer la solidification de la couche composite de stockage en chaleur latente (2).