FR2902182A1

FR2902182A1 - Dispositif multicouche collecteur d'ernergie thermique pour convertisseur photonique du rayonnement solaire, du rayonnement atmospherique et du rayonnement de l'espace

Info

Publication number: FR2902182A1
Application number: FR0605132A
Authority: FR
Inventors: Pascal Henri Pierre Fayet
Original assignee: FAYET JASMINA PASCALE
Current assignee: FAYET JASMINA PASCALE
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-14
Also published as: WO2007141431A3; WO2007141431A2

Abstract

Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique comprenant un échangeur de chaleur (3), une couche composite de stockage en chaleur latente (2) et un convertisseur photonique (1), et exploitant au moins un procédé radiatif 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 sur l'espace et/ou l'atmosphère. Ce dispositif est principalement caractérisé en ce qu'il comporte, pour améliorer ses performances électriques et/ou thermiques, une ou plusieurs couches supplémentaires et en ce que la face active du convertisseur photonique possède un facteur d'émission ou de réflexion proche de 1 ou de 0 dans la « fenêtre atmosphérique [8&mum-13&mum] ».

Description

La présente invention se rapporte aux dispositifs multicouches collecteurs

d'énergie thermique utilisés pour alimenter la source chaude ou froide 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 ~o rayonnement infrarouge (IR) sur l'espace et/ou l'atmosphère. 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 bande des longueurs d'ondes photoniques 15 comprises entre 8pm et 13pm et que la quantité de chaleur qu'elle rayonne est faible. En outre, celles de la production de chaleur par absorption du rayonnement solaire ou la production d'électricité par conversion photovoltaïque du rayonnement solaire sont d'autant moins importantes que le gisement solaire est faible. 20 Il est donc connu, pour augmenter les performances des convertisseurs photoniques utilisant de tels procédés, d'implanter ces derniers dans les régions réputées sèches à ciel clair. En effet, ces régions bénéficient le plus souvent d'un gisement solaire important et d'une atmosphère présentant une grande transparence et une faible émissivité dans la bande des longueurs 25 d'ondes photoniques comprises entre 8pm et 13pm, nommée au sens de la présente invention et des revendications qui s'y rapportent fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] .

Il est connu, pour alimenter la source froide d'un échangeur de chaleur, 30 d'utiliser un dispositif multicouche exploitant le refroidissement radiatif par rayonnement IR sur l'espace. Ce dispositif comprend un convertisseur photonique constitué d'un panneau dont la face active rayonne vers l'espace et l'atmosphère. Ce panneau est en contact étroit avec un échangeur de chaleur de manière à optimiser les transferts de chaleur par transmission. Il convertit 35 la plus grande partie des flux d'énergie radiatifs, transmissifs et convectifs qu'il absorbe directement ou via l'échangeur, en un flux radiatif de photons possédant une longueur d'onde comprise entre 8pm et 13pm. La transparence de l'atmosphère aux photons de la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] diminue lorsqu'on s'écarte du zénith. Il est donc connu, pour optimiser le refroidissement radiatif par rayonnement IR sur l'espace, d'orienter la face active du convertisseur vers le zénith, car les performances du refroidissement radiatif sont d'autant plus importantes que l'atmosphère présente une grande transparence aux photons de la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . to Selon l'art antérieur, les dispositifs multicouches exploitant le refroidissement radiatif sont mis en oeuvre selon deux principaux modes de réalisation. Le premier mode de réalisation concerne les dispositifs dans lesquels le flux de chaleur convectif, radiatif et transmissif absorbé directement par le 15 convertisseur ou indirectement via l'échangeur est inférieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant. Dans ce mode de réalisation, on utilise généralement comme convertisseur un panneau dont la face active, spectralement sélective, réfléchit le rayonnement solaire, rayonne idéalement comme un corps noir dans la 20 fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] et réfléchit le rayonnement IR à l'extérieur de cette dernière. En outre, on limite généralement les échanges de chaleur non radiatifs entre le convertisseur et l'air ambiant à 1W/m2.K. Pour cela, il est d'usage de recouvrir le panneau d'une couche thermiquement isolante et transparente au 25 rayonnement IR au moins dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Cela a pour effet, sous ciel clair et sec, de limiter suffisamment les apports de chaleur radiatifs, convectifs et transmissifs absorbés directement par le convertisseur pour permettre à ce dernier de se refroidir par rayonnement infrarouge sur l'espace à une température inférieure à celle de l'air ambiant. 30 Consécutivement cela permet au convertisseur d'alimenter par transmission la source froide de l'échangeur de chaleur, car le convertisseur est en contact étroit avec ce dernier pour favoriser les transferts de chaleur par transmission.

Le deuxième mode de réalisation concerne les dispositifs multicouches dans 35 lesquels le flux de chaleur convectif, radiatif et transmissif absorbé par le convertisseur, directement ou via l'échangeur est supérieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant. Dans ce mode de réalisation, on utilise généralement un panneau dont la face active, spectralement sélective, rayonne idéalement comme un corps noir sur le spectre IR et réfléchit intégralement le rayonnement solaire. En outre, le panneau n'est pas recouvert de la couche transparente d'isolation thermique. Cela a pour effet de favoriser le refroidissement du convertisseur par convection et par transmission avec l'air ambiant mais aussi par rayonnement io IR vers l'atmosphère et vers l'espace à travers la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Les convertisseurs photoniques exploitant le refroidissement radiatif par rayonnement IR sur l'espace ont une température de fonctionnement qui dépend non seulement de la transparence de l'atmosphère dans la fenêtre 15 atmosphérique [8pm-13pm] , mais aussi de la quantité de chaleur que l'atmosphère rayonne sur le spectre IR. Ces caractéristiques spectrales dépendent principalement de la teneur en eau de l'atmosphère mais aussi de la température de cette dernière. Cela a pour effet de faire varier continuellement la température du 20 convertisseur photonique 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, 25 les performances du refroidissement radiatif diminuent, car l'atmosphère devient alors fortement émissive dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Dans ce cas le convertisseur ne peut plus généralement, alimenter la source froide en puissance suffisante. Pour s'affranchir de ces inconvénients, il est connu d'utiliser un dispositif 30 exploitant le refroidissement radiatif en vue de refroidir une réserve thermique liquide en chaleur sensible. Cette reserve thermique est refroidie par circulation forcée dans un échangeur de chaleur en contact étroit avec le convertisseur et sert de liquide caloporteur pour alimenter la source froide d'un autre échangeur de chaleur. 35 Elle permet d'une part le lissage de la température de la source froide, et d'autre part l'alimentation de cette dernière lorsque la température de l'air ambiant ou la teneur en eau de l'atmosphère sont trop importantes. Or 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 froide par temps chaud ou couvert, d'utiliser des capacités thermiques nécessairement volumineuses et qui demandent en outre beaucoup d'énergie pour leur brassage.

~o 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 convertisseur photonique constitué d'un panneau dont la face active est faiblement émissive dans le spectre IR et possède un 15 facteur d'émission qui se rapproche de celui d'un corps noir dans la bande d'émission solaire. Le panneau est orienté vers le soleil de manière à optimiser le flux d'énergie solaire incident. Cela a pour effet de favoriser l'échauffement du convertisseur, car les effets du rayonnement solaire incident provoquent un échauffement du convertisseur d'autant plus important que le flux solaire 20 incident est grand et que le spectre d'émission du convertisseur se rapproche de celui d'un corps noir dans la bande d'émission solaire. Ce panneau est en contact étroit avec un échangeur thermique de manière à optimiser le flux chaleur par transmission et à assurer ainsi l'alimentation de la source chaude de l'échangeur thermique. 25 Lorsque le flux solaire direct incident est insuffisant pour alimenter la source chaude de l'échangeur thermique, il est d'usage de concentrer le rayonnement solaire sur le convertisseur. Cela à pour effet d'augmenter la température du convertisseur car les effets du flux solaire provenant du concentrateur sont les mêmes que ceux du flux solaire direct et entraînent 30 donc un échauffement supplémentaire du convertisseur d'autant plus grand que la concentration est plus grande. Pour cela on utilise généralement, soit un panneau transparent au rayonnement solaire et gravé en échelon de Fresnel, soit un concentrateur réfléchissant le rayonnement solaire plan, parabolique ou cylindroparabolique.

Les convertisseurs photoniques qui exploitent le chauffage radiatif par absorption du rayonnement solaire ont une température de fonctionnement qui dépend de l'éclairement solaire incident. Cela a pour effet de faire varier continuellement la température du convertisseur, car l'éclairement solaire incident varie continuellement. Consécutivement la température de la source chaude de l'échangeur thermique varie aussi car le convertisseur alimente directement cette dernière par transmission thermique. En outre, la nuit ou par temps couvert, les performances de la conversion photothermique du rayonnement solaire sont respectivement nulles ou bien ~o 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 thermique en puissance suffisante. Pour s'affranchir de ces inconvénients, il est connu d'utiliser un dispositif exploitant le chauffage radiatif par absorption du rayonnement solaire en vue 15 de chauffer une reserve thermique liquide en chaleur sensible. Cette reserve thermique est chauffée par circulation forcée dans un échangeur de chaleur en contact étroit avec le convertisseur et sert de liquide caloporteur pour alimenter la source chaude d'un autre échangeur. Elle permet d'une part le lissage de la température de la source chaude, et 20 d'autre part l'alimentation de cette dernière la nuit ou lorsque le ciel est couvert. Or 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, d'utiliser des capacités thermiques 25 nécessairement volumineuses et qui demandent en outre beaucoup d'énergie pour leur brassage. Par ailleurs, aux températures usuelles, la longueur d'onde des photons émis par le convertisseur est en grande partie comprise entre 8pm et 13pm. Cela a pour effet, lorsque l'atmosphère est sèche et claire, de favoriser le 30 refroidissement radiatif du convertisseur par rayonnement IR sur l'espace à travers la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] et consécutivement de réduire la puissance calorifique du convertisseur photonique.

Il est connu, pour assurer la climatisation des espaces intérieurs de vie ou 35 de travail, implantés dans les régions sèches à ciel clair, d'utiliser un dispositif multicouche exploitant le refroidissement radiatif nocturne, le chauffage radiatif par absorption du rayonnement solaire et le stockage en chaleur sensible. 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. Ce dispositif comprend un convertisseur photonique, constitué d'un panneau dont la face active est orientée vers le soleil avec une inclinaison par rapport à l'horizontal de 15 pour favoriser non seulement la conversion photothermique (diurne) du rayonnement solaire, mais aussi le to refroidissement radiatif nocturne. Idéalement, on utilise 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. 15 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 20 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. 25 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. Or 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 30 source froide le jour ou lorsque le ciel est couvert, d'utiliser des capacités thermiques nécessairement volumineuses et qui demandent en outre beaucoup d'énergie pour leur brassage.

Il est connu, pour alimenter la source chaude d'un échangeur de chaleur et 35 augmenter la puissance électrique d'un générateur PV, d'utiliser un dispositif multicouche exploitant la conversion photothermique et photovoltaïque du rayonnement solaire. Ce dispositif comprend un convertisseur photonique constitué d'un panneau recouvert d'au moins une cellule photovoltaïque (PV) dont la face active est orientée vers le soleil de manière à optimiser le flux d'énergie solaire incident. 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 connu, pour augmenter la puissance électrique d'un panneau ~o photovoltaïque de dimension donnée, de concentrer la lumière solaire sur la face active des cellules qui le recouvrent. Pour cela on utilise généralement, soit un concentrateur de Fresnel transparent au rayonnement solaire et/ ou un concentrateur réfléchissant le rayonnement solaire. 15 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 20 température de fonctionnement augmente. Ce phénomène contrebalance donc l'effet de l'utilisation d'un concentrateur. Il est donc connu, pour d'une part alimenter la source chaude d'un échangeur thermique et d'autre part, pour protéger le convertisseur contre l'échauffement induit par la concentration du rayonnement solaire, d'utiliser 25 une réserve thermique liquide qui circule le jour dans un échangeur de chaleur en contact étroit avec le convertisseur de manière à favoriser les échanges thermiques par transmission. Cela a pour effet non seulement de chauffer la réserve thermique mais aussi de refroidir le convertisseur et consécutivement d'augmenter sa production d'énergie électrique. 30 Or 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 d'une source chaude, la nuit ou lorsque ciel est couvert, d'utiliser des capacités thermiques nécessairement volumineuses et qui demandent en outre beaucoup d'énergie pour leur brassage.

Par ailleurs, le jour, un liquide caloporteur doit circuler en permanence dans le dispositif pour refroidir le convertisseur, même lorsque l'alimentation de la source chaude de l'échangeur thermique n'est pas sollicitée.

Pour pallier ces inconvénients, la présente invention propose un dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique comprenant un échangeur de chaleur, une couche composite de stockage en chaleur latente, et un convertisseur photonique, et exploitant au moins un procédé radiatif parmi la production de chaleur par absorption du rayonnement solaire, la production ~o d'électricité par conversion photovoltaïque du rayonnement solaire et le refroidissement radiatif par rayonnement infrarouge sur l'espace et/ou l'atmosphère. Ce dispositif est principalement caractérisé en ce qu'il comporte, pour améliorer ses performances électriques et/ou thermiques, une ou plusieurs couches supplémentaires et en ce que la face active du convertisseur 15 photonique possède un facteur d'émission ou de réflexion proche de 1 ou de 0 dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Selon une autre caractéristique, la couche de stockage en chaleur latente est un composite anisotrope composé de graphite naturel expansé (GNE) compressé et imprégné d'un matériau à changement de phase (MCP) et 20 possédant une densité énergétique d'au moins 150KJ/Kg et une conductibilité thermique d'au moins 25W/m.K dans une direction de l'espace. Elle est placée en contact étroit avec le convertisseur photonique et l'échangeur de chaleur qui sont positionnés perpendiculairement à son axe de plus grande conductibilité thermique pour favoriser les échanges de chaleur par 25 transmission. À titre d'exemple non limitatif, on peut réaliser cette couche composite de stockage en chaleur latente en épaisseur de 20cm environ, avec du graphite naturel expansé (GNE) compressé à 15OKg/m3 et imprégné d'un matériau à changement de phase tel qu'un alcane ou un mélange d'alcanes. 30 Au regard des autres capacités thermiques connues dans l'art et de même conductibilité thermique, elle présente, outre une plus grande densité énergétique, un coût moins important et une mise en oeuvre plus simple. Ces avantages, et notamment sa grande conductibilité thermique associée à sa haute densité énergétique et à un large éventail de choix de matériaux à 35 changement de phase, permettent la mise en oeuvre 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. Selon une autre caractéristique, l'échangeur de chaleur est un échangeur tubulaire à ailettes et à circulation forcée. Cependant l'usage d'autres types d'échangeurs de chaleur est possible comme par exemple les échangeurs à plaque, à circulation naturelle ou forcée. Selon une autre caractéristique, lorsque le dispositif est utilisé en vue d'alimenter la source chaude d'un échangeur de chaleur, le MCP contenu dans to la couche composite de stockage en chaleur latente possède une température de changement de phase supérieure à la température de la source chaude de l'échangeur de chaleur et inférieure à la température de fonctionnement du convertisseur. Selon une autre caractéristique, lorsque le dispositif est utilisé en vue 15 d'alimenter la source froide d'un échangeur de chaleur, le MCP contenu dans la couche composite de stockage en chaleur latente possède une température de changement de phase inférieure à la température de la source froide de l'échangeur de chaleur et supérieure à la température de fonctionnement du convertisseur. 20 Selon une autre caractéristique, la résistance thermique et la masse de la couche composite de stockage en chaleur latente permettent de maintenir la température du convertisseur et de l'échangeur de chaleur à un niveau le plus proche possible de la température de changement de phase du MCP. Selon une autre caractéristique, ce dispositif fonctionne dans un cycle à 25 deux temps : 1) Pour les dispositifs utilisés en vue d'alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur, le premier temps correspond aux périodes diurnes ensoleillées. Il est caractérisé par le stockage de la chaleur induite par l'absorption du rayonnement solaire et il est matérialisé par la fusion à 30 température constante d'une partie du MCP. Le deuxième temps correspond aux périodes nocturnes ou couvertes. Il est caractérisé par l'évacuation, via l'échangeur et le convertisseur, de la totalité de la quantité de chaleur stockée dans le premier temps, et il est matérialisé par la solidification à température constante du matériau à changement de 35 phase. 2) Pour les dispositifs utilisés en vue d'alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur, le premier temps est caractérisé par une évacuation de chaleur par rayonnement infrarouge vers l'espace et/ou l'atmosphère et/ou convection - transmission avec l'air ambiant. Il est matérialisée par la solidification à température constante de la totalité ou d'une partie du MCP. Le deuxième temps est caractérisé par une absorption de chaleur via l'échangeur de chaleur et/ou le convertisseur. Il est matérialisé par la fusion à température constante de la totalité ou d'une partie du MCP solidifié dans le premier temps. Dans ce cas, la température de changement de phase du MCP est suffisamment importante pour permettre la solidification de ce dernier par convection -transmission avec l'air ambiant et/ou rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère durant le premier temps. Selon un premier mode de fonctionnement lorsque la production de froid est assurée seulement par rayonnement IR sur l'espace à travers la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] , le flux de chaleur absorbé par le convertisseur est au moins inférieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant. Dans ce cas, - Le premier temps correspond aux périodes claires, sèches ou sèches et nocturnes. Durant ce temps, le flux de chaleur évacué par le convertisseur à la température de changement de phase du MCP est supérieur au flux de chaleur absorbé, via le convertisseur ou l'échangeur de chaleur, par la couche de stockage en chaleur latente. - Le deuxième temps correspond aux périodes couvertes, humides ou humides et diurnes. Durant ce temps, le flux de chaleur évacué par le convertisseur à la température de changement de phase du MCP est inférieure au flux de chaleur absorbé par la couche de stockage en chaleur latente via le convertisseur ou l'échangeur de chaleur. Selon un second mode de fonctionnement, lorsque la production de froid est assurée par rayonnement IR sur l'espace et sur l'atmosphère et par convection -transmission avec l'air ambiant, le flux de chaleur absorbé par le convertisseur est au moins supérieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant.

Dans ce cas, Le premier temps correspond le plus souvent aux périodes nocturnes. Durant ce temps, le flux de chaleur évacué par le convertisseur à la température de changement de phase du MCP, est supérieure au flux de chaleur absorbé, via le convertisseur ou l'échangeur de chaleur, par la couche de stockage en chaleur latente. - Le deuxième temps correspond le plus souvent aux périodes diurnes. Durant ce temps le flux de chaleur évacué par le convertisseur à la température de changement de phase du MCP est inférieure au flux de chaleur absorbé par la couche de stockage en chaleur latente via le convertisseur ou l'échangeur de chaleur. 3) Lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur et augmenter la puissance électrique d'un générateur PV, le premier temps correspond aux périodes diurnes ensoleillées. Il est caractérisé par le stockage de la chaleur induite par absorption du rayonnement solaire et il est matérialisé par la fusion, à température constante, d'une partie du MCP. Le deuxième temps correspond aux périodes nocturnes ou couvertes. Il est principalement caractérisé par l'évacuation, via l'échangeur et/ou le convertisseur, de la totalité de la quantité de chaleur stockée dans le premier temps. Il est matérialisé par la solidification à température constante du matériau à changement de phase. Dans ce cas, le MCP contenu dans la couche composite de stockage en chaleur latente possède une température de changement de phase suffisamment importante pour permettre la solidification de cette dernière par convection - transmission avec l'air ambiant et rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère durant le deuxième temps du cycle et lorsque les apports de chaleur sont maxima (teneur en eau et température nocturne de l'atmosphère maximum enregistrées sur le site d'implantation). 4) Lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur et augmenter la puissance électrique d'un générateur PV, le premier temps est matérialisé par une évacuation de chaleur par rayonnement infrarouge vers l'espace et/ou l'atmosphère et/ou convection - transmission avec l'air ambiant. Il est matérialisée par la solidification à température constante de la totalité du MCP et correspond aux périodes nocturnes. Le deuxième temps correspond aux périodes diurnes et il caractérisé par une absorption de chaleur via la source froide de l'échangeur et le convertisseur, matérialisée par la fusion à température constante du MCP solidifié dans le premier temps. 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: lo - La figure 1, une vue en coupe 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 2, une vue, dans les mêmes conditions, d'un dispositif 15 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 figure 3, une vue, dans les mêmes conditions, d'un dispositif 20 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 et où le flux de chaleur absorbé par le convertisseur durant le premier temps est inférieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant. 25 La figure 4, 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 ou chaude d'un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes et à circulation d'eau forcée, 30 b) Soit pour alimenter la source froide seulement d'un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes et à circulation d'eau forcée dans et où le flux de chaleur absorbé par le convertisseur durant le premier temps est supérieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant. - La figure 5, une vue, dans les mêmes conditions, d'un dispositif multicouche pour augmenter la puissance électrique fournie par un générateur PV et alimenter la source froide 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 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 1 et comprenant comme convertisseur photonique (1) un panneau dont la face active (4) rayonne idéalement comme un corps noir dans le spectre d'émission solaire. Durant le premier temps, la face active du convertisseur (4) est orientée vers le soleil de manière à optimiser l'échauffement 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 conductibilité thermique, la source chaude de l'échangeur de chaleur (3). Durant le deuxième temps, l'alimentation de la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) est assurée par le dégagement de chaleur induit par la solidification à température constante, de la couche composite de stockage en chaleur latente (2). Pour améliorer les performances du dispositif, le convertisseur (1) comprend quatre couches supplémentaires : - La première (5) recouvre le convertisseur (1). Elle est transparente au rayonnement solaire et réfléchit le rayonnement IR. À titre d'exemple non limitatif, cette couche (5) peut être constituée d'une ou plusieurs lames d'air sec (9), d'une épaisseur de 19 mm séparées par des parois (10) de ver. Ces parois sont réalisées dans du verre transparent au rayonnement solaire. En outre, l'une d'entre elles au moins est recouverte d'un revêtement triple couches de type TiO2/Ag/TiO2 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, 5 cette couche (6) peut être constituée de polystyrène extrudé en épaisseur de 10cm environ. Cela a pour effet de réduire les déperditions thermiques par convection, transmission avec l'air ambiant, mais aussi par rayonnement IR sur l'espace et vers l'atmosphère. Consécutivement, la puissance calorifique du dispositif est ~o augmentée. Lorsque le flux solaire direct incident est insuffisant pour alimenter la source chaude de l'échangeur thermique (3), on augmente l'éclairement solaire sur le convertisseur (1) avec une troisième couche transparente au rayonnement solaire, gravée en échelon de Fresnel (7) et installée de manière 15 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. 20 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. La nuit ou par temps couvert, les déperditions thermiques du dispositif sont 25 supérieures aux apports de chaleur et sont d'autant plus importantes que la température de changement de phase du MCP contenu dans la couche de stockage en chaleur latente (2) est élevée, que la température de l'air ambiant est faible et que l'atmosphère est sèche. Pour limiter ces déperditions thermiques et ainsi améliorer les 30 performances du dispositif, on installe sur ce dernier, durant le deuxième temps, une quatrième couche d'isolation thermique amovible (8) fabriquée dans un matériau de très faible conductibilité thermique et recouvert sur sa face intérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement IR. Elle est retirée le jour, par temps clair, durant le premier temps pour assurer l'éclairement du 35 convertisseur (1) et consécutivement permettre son échauffement.

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 2, et comprenant comme convertisseur photonique (1) un panneau de faible resistance thermique dans son épaisseur recouvert d'une ou plusieurs cellules PV dont la face active est orientée de manière à optimiser l'éclairement solaire incident. Ce convertisseur photonique (1) est un organe coûteux et fragile. En outre to le flux solaire direct ne l'amène nullement à saturation en ce qui concerne la conversion photovoltaïque. Il est donc connu, pour augmenter sa puissance électrique de concentrer la lumière solaire sur la face active des cellules qui le recouvrent. Pour cela on utilise une couche transparente au rayonnement solaire 15 gravée en échelon de Fresnel (7), et installée 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 20 encombrants. 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) (dans la 25 limite de sa température maximale de fonctionnement) d'alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) et de produire de l'électricité. Cependant, lorsqu'on augmente la concentration du flux solaire sur le convertisseur (1), le rendement photovoltaïque de ce dernier diminue, car les performances d'une cellule PV se dégradent lorsque sa température de 30 fonctionnement augmente. Toutefois le convertisseur (1) peut être exploité avantageusement pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3). En effet, la chute de rendement induite par l'échauffement nécessaire du convertisseur (1) pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) peut être largement contrebalancer par une augmentation supplémentaire 35 du taux de concentration du rayonnement solaire sur le convertisseur (1), à condition que ce dernier (1) soit protégé contre l'échauffement supplémentaire induit par cette augmentation : Durant le premier temps, 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 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 l'échauffement du convertisseur (1), car la resistance 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 l'échauffement 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). Durant le deuxième temps, lorsque le convertisseur (1) n'est pas suffisamment éclairé pour s'échauffer à une température supérieure à la température de changement de phase de la couche composite de stockage en chaleur latente (2), cette dernière (2) se solidifie en cédant de la chaleur à par convection, transmission et rayonnement via l'échangeur de chaleur (3) et le convertisseur (1). Pour améliorer les performances thermiques du dispositif, le convertisseur (1) comprend généralement deux couches supplémentaires : - La première est une couche d'isolation thermique amovible (8) qui recouvre la face active du dispositif durant le deuxième temps 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 très faible conductibilité 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 induit par la solidification de la couche composite de stockage en chaleur latente (2) à l'alimentation de la source chaude de l'échangeur thermique (3). La couche d'isolation thermique amovible (8) est retirée le jour, durant le premier temps, pour assurer l'éclairement du convertisseur et consécutivement permettre son échauffement et la production d'énergie électrique optimisée. - La seconde (6) est située sous l'échangeur de chaleur (3). Elle est fixe dans ce cas, et 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. ~o 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). Pour améliorer les performances électriques du dispositif, la face active du 15 convertisseur (4) possède un facteur d'émission proche de 1 en particulier dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Pour cela, les cellules PV du convertisseur (1) sont recouvertes, sur leur face active, d'un film de protection transparent au rayonnement solaire et fortement émissif du rayonnement IR en particulier dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . La panneau 20 concentrateur de Fresnel (7) est alors transparent non seulement au rayonnement solaire, mais aussi au rayonnement IR en particulier dans fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Son épaisseur est la plus fine possible de manière à augmenter sa transparence, car cette dernière diminue quand son épaisseur augmente. En outre, l'air ambiant peut généralement 25 circuler librement entre le convertisseur et le panneau concentrateur de Fresnel (7). À titre d'exemples non limitatifs, on peut réaliser ce panneau (7) à partir de polyéthylène haute densité et recouvrir la face active des cellules PV avec un film de polyvinylfluoride en épaisseur de 12,5pm ; en outre, le panneau 30 concentrateur de Fresnel (7) présente généralement, sur ses cotés, des orifices d'un diamètre de 3cm tous les 10cm pour laisser circuler l'air ambiant. Cela a pour effet de favoriser le refroidissement du convertisseur (1) par rayonnement IR sur l'espace et sur l'atmosphère et par convection et transmission avec l'air ambiant. Consécutivement, pour une température de 35 fonctionnement donnée du convertisseur (1), cela permet une augmentation supplémentaire du flux solaire concentré en vue d'augmenter la puissance électrique fournie par le convertisseur (1). En outre, lorsque la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) est insuffisamment sollicitée durant le deuxième temps pour assurer 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 et consécutivement d'assurer la solidification de la couche composite de stockage en chaleur latente (2), car la température de changement de phase du MCP est suffisamment importante pour permettre la solidification de cette dernière par convection - transmission avec l'air ambiant et rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère.

Dans une autre variante, lorsque le dispositif est uniquement utilisé pour alimenter la source froide de l'échangeur thermique (3) et que le flux de chaleur absorbé durant le premier temps par le convertisseur (1) est inférieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant, on utilise généralement un dispositif multicouche tel que représenté en figure 3 et comprenant comme convertisseur photonique (1) un panneau dont la face active (4), spectralement sélective, rayonne idéalement comme un corps noir dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] et réfléchit le rayonnement infrarouge et solaire à l'extérieur de cette fenêtre. À titre d'exemple non limitatif, on peut utiliser comme convertisseur (1) un panneau d'aluminium poli dont la face active est recouverte d'une couche de monoxyde de silicium (SIO) en épaisseur de 1pm. Durant le premier temps, 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 [8pm-13pm] jusqu'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 resistance thermique, la source froide de l'échangeur de chaleur (3). Pour améliorer les performances du dispositif, le convertisseur (1) comprend généralement trois couches supplémentaires : - La première (5) recouvre le convertisseur (1). Elle est transparente au rayonnement IR au moins dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . À titre d'exemple non limitatif, cette couche (5) peut être constituée de plusieurs lames d'air sec (9) d'une épaisseur de 19 mm séparées par des parois (10) transparentes à la lumière IR au moins dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Le nombre de lames d'air est tel que les échanges de chaleur non radiatif entre l'air ambiant et le convertisseur sont de l'ordre de 1 W/m2.K. Les parois (10) sont généralement des films de polyéthylène basse densité en épaisseur comprise entre 50 et 200 pm. - La seconde (6), située sous l'échangeur de chaleur. Elle est fixe dans ce cas, et 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 et recouverte sur sa face extérieure (13) d'un film réfléchissant le rayonnement infrarouge. Cela a pour effet de réduire les apports de chaleur sur le dispositif par convection, transmission avec l'air ambiant et rayonnement atmosphérique tout en permettant au convertisseur (1) d'émettre vers l'espace dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] , sous atmosphère sèche et claire, à une température inférieure à l'air ambiant. Consécutivement cela permet d'augmenter la puissance frigorifique du convertisseur.

En outre, lorsque le flux de chaleur absorbé par le convertisseur, issu du rayonnement atmosphérique et solaire et de la convection - transmission avec l'air ambiant, est supérieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de changement de phase du MCP, le dispositif est recouvert d'une troisième couche d'isolation thermique amovible (8), fabriquée dans un matériau de très faible conductibilité thermique et recouverte sur sa face extérieure (12) 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 induite 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 uniquement utilisé pour alimenter la source froide d'un échangeur thermique (3) et que le flux de chaleur convectif, radiatif ou transmissif absorbé pendant le premier temps par le convertisseur (1) est supérieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant, on utilise généralement un dispositif multicouche tel que représenté en figure 4, et comprenant comme to convertisseur (1) un panneau dont la face active (4), spectralement sélective, rayonne idéalement comme un corps noir dans la bande des longueurs d'ondes photoniques du spectre IR et réfléchit le rayonnement solaire à l'extérieur de cette bande. À titre d'exemple, on peut utiliser comme convertisseur (1) un panneau d'aluminium poli en épaisseur de 2mm et dont 15 la face active est recouverte d'une couche d'alumine (Al2O3) en épaisseur de 10pm ou 15pm. Durant le premier temps, 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 la température de changement de 20 phase du MCP, par transmission - convection avec l'air ambiant et par rayonnement IR sur l'atmosphère et sur l'espace à travers la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Lorsqu'elle atteint cette température, le MCP entre en solidification à température constante. Parallèlement, une partie du froid induit par transmission - convection 25 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). En vue d'améliorer les performances du dispositif et lorsque la température de la source froide de l'échangeur de chaleur est inférieure durant le deuxième 30 temps à la température de l'air ambiant le dispositif comporte généralement deux couches supplémentaires : - la première est une couche d'isolation thermique amovible (8) qui recouvre le dispositif durant le deuxième temps lorsque la température de la source froide de l'échangeur de chaleur est 35 inférieure à la température de l'air ambiant. Elle est fabriquée dans un matériau de très faible conductibilité thermique et recouverte sur sa face extérieure (12) d'un film réfléchissant le rayonnement IR et solaire. La seconde (6) est située sous l'échangeur de chaleur et constituée d'un matériau de faible conductibilité thermique recouverte sur sa face extérieure (13) d'un film rélechissant le rayonnement infrarouge. Elle est amovible dans ce cas, et mise en place durant le deuxième temps lorsque la température de la source froide de l'échangeur de chaleur est inférieure durant à la température de l'air lo ambiant. Cela a pour effet de limiter les apports de chaleur sur le dispositif via le convertisseur (1) et l'échangeur de chaleur (3), par convection et transmission avec l'air ambiant et par absorption du rayonnement solaire et/ou atmosphérique. Consécutivement cela permet de réserver la plus grande 15 partie de l'absorption de chaleur induite 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). Par ailleurs, lorsque la température de la source froide de l'échangeur de chaleur est supérieure durant les deux temps du cycle à la température de l'air 20 ambiant le dispositif ne comporte généralement pas ces deux couches supplémentaires (6) et (8). Cela a pour effet d'augmenter la puissance frigorifique du dispositif par convection et transmission avec l'air ambiant et par rayonnement infrarouge sur l'espace et l'atmosphère. 25 Dans une autre variante, lorsque le dispositif est utilisé non seulement pour alimenter la source froide d'un échangeur de chaleur (3), mais aussi pour produire de l'électricité et que le flux de chaleur convectif, radiatif ou transmissif absorbé pendant le premier temps par le convertisseur (1) est 30 supérieur au flux de chaleur qu'émettrait un corps noir à la température de l'air ambiant, on utilise généralement un dispositif multicouche tel que représenté en figure 5 et comprenant comme convertisseur photonique (1) un panneau de faible resistance thermique dans son épaisseur recouvert d'une ou plusieurs cellules PV dont la face active est orientée de manière à optimiser 35 l'éclairement solaire incident.

En outre, le MCP contenu dans la couche de stockage composite (2) possède une température de changement de phase inférieure à la température normale (hors dispositif) de fonctionnement diurne du convertisseur (1). Durant le premier temps, une partie du froid produit au niveau du convertisseur (1), par rayonnement IR sur l'espace et sur l'atmosphère, et par transmission et convection avec l'air ambiant, permet la solidification du MCP et alimente aussi parallèlement par transmission, via la couche de stockage en chaleur latente (2) de faible résistance thermique, la source froide de l'échangeur de chaleur (3). ~o Durant le deuxième temps, la face active du convertisseur (1) est orientée vers le soleil de manière à optimiser son éclairement. Cette dernière (1) s'échauffe rapidement par absorption du rayonnement solaire jusqu'à la température de changement de phase du MCP contenu dans la couche de stockage en chaleur latente (2). Lorsque la face active atteint cette 15 température, le MCP (2) entre en fusion à température constante. Cela a pour effet de ralentir considérablement et de limiter l'échauffement du convertisseur (1), car la résistance thermique et la masse de la couche composite de stockage en chaleur latente (2) permet de maintenir la température du convertisseur (1) à un niveau proche de la température de 20 changement de phase du MCP. Consécutivement, son rendement augmente car les performances d'une cellule PV augmentent lorsque sa température diminue. Pour améliorer les performances thermiques et électriques du dispositif, la face active du convertisseur (4) possède un facteur d'émission proche de 1, 25 en particulier dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . Pour cela, les cellules PV du convertisseur (1) sont recouvertes sur leur face active d'un film de protection transparent au rayonnement solaire et fortement émissif du rayonnement IR, en particulier dans la fenêtre atmosphérique [8pm-13pm] . À titre d'exemple non limitatif, on peut utiliser comme film de 30 protection du convertisseur un film de polyvinylfluoride en épaisseur de 12,5pm. Cela a pour effet de favoriser l'évacuation de la chaleur, par rayonnement IR sur l'espace et l'atmosphère et consécutivement d'augmenter la puissance frigorifique et électrique du dispositif.

En outre, durant le deuxième temps, lorsque la température de la source froide de l'échangeur de chaleur est inférieure à la température de l'air ambiant le dispositif comporte généralement une couche supplémentaires (6) située sous l'échangeur de chaleur et constituée d'un matériau de faible conductibilité thermique recouverte sur sa face extérieure (13) d'un film rélechissant le rayonnement infrarouge. Elle est amovible dans ce cas, et retirée durant le premier temps. Cela a pour effet de réduire les apports de chaleur radiatif, convectif et transmissif sur l'échangeur (3) et consécutivement d'améliorer la puissance lo frigorifique du dispositif.

Dans une dernière variante, lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter de manière non simultanée la source froide ou la source chaude d'un échangeur de chaleur (3), on utilise généralement un dispositif multicouche tel 15 que représenté en figure 4 et comprenant comme convertisseur photonique (1) un panneau dont la face active (4) rayonne idéalement comme un corps noir dans spectre solaire et IR. À titre d'exemple non limitatif on peut utiliser comme convertisseur une plaque de résine PPO (polyphenyleoxyde). Le convertisseur photonique (1), est orienté vers le soleil avec une inclinaison par 20 rapport à l'horizontal de 15 pour favoriser non seulement la conversion photothermique (diurne) du rayonnement solaire, mais aussi le refroidissement radiatif nocturne. Pour améliorer les performances thermiques du dispositif, ce dernier comporte généralement deux couches supplémentaires : 25 - La première est une couche d'isolation thermique amovible (8) qui recouvre le dispositif. Elle est fabriquée dans un matériau de très faible conductibilité thermique et recouverte sur sa face intérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement IR et sur sa face extérieure (12) d'un film réfléchissant le rayonnement solaire.

30 La seconde (6) est située sous l'échangeur de chaleur et constituée d'un matériau de faible conductibilité thermique recouverte sur sa face extérieure (13) d'un film rélechissant le rayonnement infrarouge. Elle est le plus souvent fixe dans ce cas. Lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter la source froide de 35 l'échangeur de chaleur (3), la couche d'isolation thermique amovible (8) est disposée sur le convertisseur (1) durant le deuxième temps du cycle. Cela a pour effet de limiter les apports de chaleur sur le convertisseur (1), par absorption du rayonnement solaire et/ou du rayonnement atmosphérique. Consécutivement, cela permet de réserver une plus grande partie de l'absorption de chaleur induite par la fusion du PCM, à l'alimentation de la source froide de l'échangeur de chaleur (3). Durant le premier temps, la couche d'isolation thermique amovible (8) est retirée. Cela à pour effet de refroidir le convertisseur (1) par rayonnement IR sur l'espace et sur l'atmosphère et/ou convection et transmission avec l'air 10 ambiant. Parallèlement, une partie de la puissance frigorifique induite par le refroidissement du convertisseur (1) alimente aussi par transmission via la couche de stockage en chaleur latente (2) de grande conductibilité thermique, la source froide de l'échangeur de chaleur (3).

15 Lorsque le dispositif est utilisé pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3), la face active du convertisseur (4), orientée vers le soleil s'échauffe durant le premier temps par absorption du rayonnement solaire. Cela a pour effet de faire fondre à température constante, la couche composite de stockage en chaleur latente (2), car la température de 20 changement de phase du MCP 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 25 conductibilité thermique, la source chaude de l'échangeur de chaleur (3). Durant le deuxième temps, l'alimentation de la source chaude de l'échangeur thermique (3) est assurée par la solidification à température constante de la couche composite de stockage en chaleur latente (2). En vue de limiter les déperditions thermiques par convection avec l'air ambiant 30 et rayonnement vers l'espace et vers l'atmosphère, la couche d'isolation thermique amovible (8) est disposée sur le convertisseur (1) durant le deuxième temps. Cela a pour effet de réserver une grande partie du dégagement de chaleur induit par la solidification du MCP à l'alimentation de la source chaude de l'échangeur de chaleur (3). 35

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique comprenant au moins un échangeur de chaleur (3), une couche composite de stockage en chaleur latente (2) et un convertisseur photonique (1) principalement caractérisé en ce que le convertisseur photonique (1) exploite un ou plusieurs procédés radiatifs parmi la conversion photovoltaïque du rayonnement solaire, la conversion photothermique du rayonnement to solaire et la conversion photothermique du rayonnement atmosphérique et du rayonnement de l'espace (refroidissement radiatif sur l'espace et l'atmosphère).

2. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon la 15 revendication 1, caractérisé en ce que la couche composite de stockage en chaleur latente (2) est un corps anisotrope d'une conductibilité thermique directionnelle d'au moins 25W/m.K, composé de graphite naturel expansé (GNE) et d'un matériau à changement de phase (MCP) d'une densité énergétique d'au moins 150KJ/Kg et d'une température de changement de 20 phase supérieure à la température de la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) et inférieure à la température de fonctionnement du convertisseur photonique (1) lorsque le dispositif alimente la source chaude de l'échangeur de chaleur (3). 25

3. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche composite de stockage en chaleur latente (2) est un corps anisotrope d'une conductibilité thermique directionnelle d'au moins 25W/m.K, composé de graphite naturel expansé (GNE) et d'un matériau à changement de phase (MCP) d'une densité 30 énergétique d'au moins 150G/Kg et d'une température de changement de phase inférieure à la température de la source froide de l'échangeur de chaleur (3) et supérieure à la température de fonctionnement du convertisseur photonique (1) lorsque le dispositif alimente la source froide de l'échangeur de chaleur (3). 35

4. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, ou 3, caractérisé en ce que la couche composite de stockage en chaleur latente (2) est placée en contact étroit avec le convertisseur photonique (1) et l'échangeur de chaleur (3) pour favoriser les échanges thermiques par transmission et en ce que la résistance thermique et la masse de la couche composite de stockage en chaleur latente (2) lui permettent de maintenir la température du convertisseur photonique (1) et de l'échangeur de chaleur (3) à un niveau proche de la température de changement de phase du MCP. 10

5. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, ou 4, caractérisé en ce que, pour produire de l'électricité et alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3), le convertisseur photonique (1) est un convertisseur 15 photovoltaïque du rayonnement solaire et photothermique du rayonnement atmosphérique et du rayonnement de l'espace, possédant une faible résistance thermique dans son épaisseur et dont la face active (4) possède un facteur d'émission proche de 1 dans le spectre IR ou dans la bande des longueurs d'ondes comprises entre 8pm et 13pm. 20

6. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 3, ou 4, caractérisé en ce que, pour produire de l'électricité et alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur (3), le convertisseur photonique (1) est un convertisseur 25 photovoltaïque du rayonnement solaire et photothermique du rayonnement atmosphérique et du rayonnement de l'espace, possédant une faible résistance thermique dans son épaisseur et dont la face active (4) possède un facteur d'émission proche de 1 dans le spectre IR ou dans la bande des longueurs d'ondes comprises entre 8pm et 13pm. 30

7. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, ou 4, caractérisé en ce que pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur, le convertisseur photonique (1) est un convertisseur photothermique du rayonnement 35 solaire, de faible résistance thermique dans son épaisseur, et dont la faceactive (4), possédant un facteur d'absorption du rayonnement solaire proche de 1, est recouverte d'une couche fixe d'isolation thermique (5) transparente au rayonnement solaire, réfléchissant le rayonnement IR et de faible conductibilité thermique.

8. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 3, ou 4, caractérisé en ce que pour alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur (3), le convertisseur photonique (1) est un convertisseur photothermique du rayonnement ld atmosphérique et du rayonnement de l'espace, de faible résistance thermique dans son épaisseur et dont la face active (4) possède un facteur d'absorption proche de 1 dans le spectre IR ou dans la bande des longueurs d'ondes comprises entre 8pm et 13pm. 15

9. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, ou 4, caractérisé en ce que pour alimenter la source chaude ou froide de l'échangeur de chaleur (3), le convertisseur photonique (1) est un convertisseur photothermique du 20 rayonnement atmosphérique, du rayonnement de l'espace, et du rayonnement solaire, de faible résistance thermique dans son épaisseur et dont la face active (4) possède un facteur d'absorption proche de 1 dans le spectre solaire et le spectre IR. 25

10. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 4, ou 8, caractérisé en ce que pour alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur (3) à une température inférieure à celle de l'air ambiant, la face active du convertisseur photonique (4) est recouverte d'une couche fixe d'isolation 30 thermique (5) transparente au rayonnement IR ou dans la bande des longueurs d'ondes comprises entre 8pm et 13pm et dont la résistance thermique est de l'ordre de 1W/m2.K.

11. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une 35 quelconque des revendications 1, 2, 4, 7 caractérisé en ce que la couched'isolation thermique fixe (5) est constituée d'une ou de plusieurs lames d'air sec en épaisseur de 19 mm, séparée par des parois (10) de verre, transparentes au rayonnement solaire ; l'une de ces parois (10) au moins, étant recouverte d'un revêtement triple couche de type Ti02/Ag/TiO2 où chacune des couches présente une épaisseur de 18nm.

12. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4, ou 5, caractérisé en ce que, pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3), une couche fixe, concentratrice du rayonnement solaire (7), constituée d'un panneau gravé en échelon de Fresnel, transparent au rayonnement solaire et au rayonnement IR (particulièrement dans la bande des longueurs d'ondes photoniques comprises entre 8pm et 13pm), est disposée sur la face supérieure du dispositif du côté de la face active convertisseur photonique ]5 (4) afin de concentrer le flux solaire sur cette dernière.

13. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4, 7, ou 11 caractérisé en ce qu' une couche fixe, concentratrice du rayonnement solaire, constituée d'un 20 panneau gravé en échelon de Fresnel transparent au rayonnement solaire est disposée sur la face supérieure du dispositif du côté de la face active convertisseur photonique (1) afin de concentrer le flux solaire sur cette dernière. 25

14. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 4, 8, ou 10, caractérisé en ce que la couche d'isolation thermique fixe (5) est constituée d'une ou de plusieurs lames d'air sec (9) en épaisseur de 19 mm, séparée par des parois (10) de polyéthylène basse densité, transparent au rayonnement IR ou dans la 30 bande des longueurs d'ondes photoniques comprises entre 8pm et 13pm.

15. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4, 5, 7, 9, 12 ou 13, caractérisé en ce que pour alimenter la source chaude de l'échangeur thermique (3), une 35 couche d'isolation thermique amovible (8) constituée dans un matériau de 29 faible conductibilité thermique et recouverte sur sa face inférieure d'un film (11) réfléchissant le rayonnement solaire et infrarouge, est retirée la nuit et disposée le jour, au-dessus de la couche supérieure du dispositif et du côté de la face active du convertisseur photonique (4).

16. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 4, 6, 8, 9, 10, ou 14 caractérisé en ce que pour alimenter la source froide de l'échangeur thermique à une température inférieure à celle de l'air ambiant, une couche d'isolation IO thermique amovible (8) constituée dans un matériau de faible conductibilité thermique et recouverte sur sa face supérieure (11) d'un film réfléchissant le rayonnement solaire et infrarouge, est retirée la nuit et disposée, le jour au-dessus de la couche supérieure du dispositif et du côté de la face active du convertisseur photonique (4). ï5

17. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon les revendications 1, 2, 4, 5, 7, 9, 11, 12, 13, ou 15 caractérisé en ce que, pour alimenter la source chaude de l'échangeur de chaleur (3) à une température supérieure à la température ambiante, une couche d'isolation 20 thermique (6), constituée dans un matériau de faible conductibilité thermique, est disposée sous l'échangeur de chaleur (3) pour réduire les fuites thermiques entre l'échangeur de chaleur (3) et l'ambiance.

18. Dispositif multicouche collecteur d'énergie thermique, selon les 25 revendications 1, 3, 4, 6, 8, 9, 10, 14 ou 16 caractérisé en ce que, pour alimenter la source froide de l'échangeur de chaleur (3) à une température inférieure à la température ambiante, une couche d'isolation thermique (6), constituée dans un matériau de faible conductibilité thermique et recouverte sur sa face extérieure d'un film (13) réfléchissant 30 le rayonnement IR et le rayonnement solaire, est disposée sous l'échangeur de chaleur (3) pour réduire les fuites thermiques entre l'échangeur de chaleur et l'ambiance.