[0001] La présente invention concerne un arrangement de modules photovoltaïques qui comprend une structure de support supportant une pluralité de modules photovoltaïques.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0002] On connaît des systèmes photovoltaïques qui utilisent des cellules photovoltaïques ou "cellules solaires" communément en silicium cristallin et assemblées en panneaux rigides. Ces panneaux solaires rigides sont positionnés sur des structures métalliques ou intégrés dans des bâtiments.
[0003] Récemment, des cellules solaires à couche mince ont été développées et fabriquées. Elles sont utilisées pour la réalisation de panneaux photovoltaïques ou plutôt de feuilles photovoltaïques qui permettent d'intéressantes applications, tandis que les panneaux solaires plus traditionnels souffrent de plusieurs désavantages dûs à leur rigidité et à leur épaisseur importante. D'abord, il est pratiquement impossible de modifier la forme de ces panneaux solaires traditionnels sans les fissurer ou briser. Ensuite, leur épaisseur les rend non seulement assez lourds mais également assez chers. Par contre, les panneaux - ou plutôt "feuilles" - solaires susmentionnés et dits "à couche mince" possèdent des caractéristiques qui leur permettent d'être installés sur des structures non-planaires de forme spéciale.
[0004] Cette technologie à couche mince permet en outre une réduction marquante des phases du travail pour la réalisation, dans un procédé unique, de toutes les parties d'un panneau solaire, en éliminant les phases coûteuses de l'assemblage des cellules classiques rigides et de leur connexion électrique, typiques de la technologie à silicium mono ou polycristallin. Le remplacement des panneaux solaires a base de cellules solaires épaisses, donc rigides et assez lourdes, par des panneaux/feuilles solaires à couche mince, donc flexibles et assez légers, permet non seulement une augmentation du nombre de leurs applications, mais aussi un degré élevé d'automation de leur fabrication.
[0005] En outre, l'utilisation de la technologie photovoltaïque en zones habitées est accompagnée de toutes sortes de problèmes.
[0006] 1) D'abord, les générateurs photovoltaïques terrestres ont besoin d'importantes structures de support pour en réaliser à des échelles assez grandes, sauf s'ils sont installés sur les toits de bâtiments existants.
[0007] 2) Ensuite, il est impossible de réaliser des installations photovoltaïques d'intérêt industriel (centaines de MW) sans envahir les espaces indispensables pour l'agriculture, au moins en zones qui ne sont pas désertiques.
[0008] 3) Les systèmes terrestres sont caractérisés par des coûts élevés de construction, ce qui rend peu économique la réalisation de générateurs photovoltaïques de grandes dimensions.
[0009] 4) Bien que dans ces dernières années une réduction progressive du coût de l'énergie produite par les systèmes photovoltaïques ait été enregistrée, il n'est pas encore compétitif avec le coût de l'énergie électrique produite par les sources traditionnelles.
L'INVENTION
[0010] L'invention a pour but de permettre à un arrangement de modules photovoltaïques d'être installé dans la mer ou dans un lac, notamment près de la côte ou de la rive, à un prix raisonnable.
[0011] A cet effet, selon un premier aspect de l'invention, l'arrangement selon l'invention est caractérisé en ce que la structure de support comporte des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) susceptibles de flotter sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer, et sur lesquelles sont supportés des éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) auxquels sont attachés ou intégrés au moins une partie des modules photovoltaïques (C) de la pluralité de modules photovoltaïques. L'utilisation d'éléments flottants destinés à flotter sur une surface d'eau est une solution idéale pour créer des fondements adaptifs pour un arrangement de modules photovoltaïques. En outre, l'invention contribue à surmonter les quatre problèmes susmentionnés pour la production d'énergie électrique par technologie photovoltaïque.
[0012] De préférence, les éléments flottants (A1, A2, B1, B2) sont arrangés de manière espacée avec un espacement entre des éléments flottants voisins. Cela permet l'installation d'éléments porteurs en forme de plate-forme ou en forme de ponts qui s'étendent entre divers éléments flottants tout en reliant ces-derniers pour garantir la cohésion d'un tel arrangement de modules d'une part et un écart minimal entre des éléments flottants voisins, c'est-à-dire une certaine rigidité de l'arrangement tout entier d'autre part.
[0013] Dans un mode d'exécution préféré de l'invention, cet espacement est maintenu par une rigidité desdits éléments porteurs (D, F, Z1, Z2) qui s'étendent entre des éléments flottants voisins (A1, A2, B1, B2) et écartent ces-derniers. Les éléments porteurs peuvent être réalisés de nombreuses manières tels que des profilés ou des tuyaux ou d'autres corps oblongs qui ne sont guère étirables ou compressibles selon la ligne reliant les points d'attachement où sont attachés les extrémités des éléments porteurs aux éléments flottants. Néanmoins, ces corps oblongs devraient être déformables par flexion selon une direction perpendiculaire à ladite ligne reliant les points d'attachement des éléments porteurs.
[0014] Les éléments flottants (A1, A2, B1, B2) peuvent être constitués par des corps creux, ce qui confère aux éléments flottants de l'arrangement suffisamment de flottabilité de sorte que ce-dernier puisse supporter un poids assez important de modules photovoltaïques.
[0015] Dans un mode préféré de l'invention, les éléments flottants sont constitués par un ou plusieurs premiers tuyaux (A1, A2) ou par de premières bouées enchaînées définissant un premier moyen de flottaison en forme de ligne d'une part, et par un ou plusieurs seconds tuyaux (B1, B2) ou par de secondes bouées enchaînées définissant un second moyen de flottaison en forme de ligne d'autre part. En outre, les éléments porteurs rigides (D, F, Z1, Z2, G, H) présentent des première (G) et seconde (H) extrémités. La première extrémité (G) d'un élément porteur est supportée par le premier moyen de flottaison (A1, A2) et la seconde extrémité (H) de cet élément porteur est supportée par le second moyen de flottaison (B1, B2). La rigidité des éléments porteurs permet que les premier et second moyens de flottaison restent écartés les uns des autres.
[0016] Dans un mode de réalisation particulièrement intéressant de l'arrangement, le premier moyen de flottaison (A1, A2) s'étend selon une première ligne sensiblement circulaire et avec un premier diamètre, tandis que le second moyen de flottaison (B1, B2) s'étend selon une seconde ligne, concentrique à la première, sensiblement circulaire et avec un second diamètre inférieur audit premier diamètre. Les éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) s'étendent, en tant que rayons, entre les première et seconde lignes circulaires.
Cette géométrie permet la limitation de tout l'arrangement par des éléments flottants qui non seulement confèrent à l'arrangement de la flottabilité, mais constituent en outre des "pare-chocs" susceptibles d'amortir des chocs qui peuvent se produire lorsque l'arrangement flottant de déplace sur et le long de la surface de la mer ou d'un lac et vient se heurter contre un obstacle comme par exemple un arrangement voisins du même type.
[0017] De préférence, les éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) comprennent une enceinte délimitée par des parois flexibles (D, F) définissant un espace hermétique (S) à l'intérieur de l'enceinte et reliée ou susceptible d'être reliée à une source de gaz comprimé (P) de façon à maintenir gonflée ou gonfler l'enceinte porteuse de modules photovoltaïques. Cette enceinte gonflable, qui peut être constituée d'un seul caisson ou de plusieurs caissons, forme donc un corps creux dont la forme et le volume sont déterminés par la quantité et la pression du gaz de gonflement. Ce type d'éléments porteurs ultralégers, en tant qu'enceinte flexible, contribue à la légèreté globale de l'arrangement selon l'invention.
[0018] Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, les modules photovoltaïques (C) sont du type à couche mince (E) et sont attachés sur la paroi flexible supérieure (D), exposée au rayonnement solaire, de cette enceinte flexible. En gonflant l'enceinte, la courbure de sa paroi flexible supérieure se modifie sans que la superficie de la paroi flexible soit modifie. Ce comportement de la paroi supérieure exposée au soleil est garanti par deux mesures avantageuses:
[0019] D'abord, la paroi est constituée d'un matériau en forme de couche mince sur laquelle est attachée, par exemple par adhésion, soudure ou couture, un module photovoltaïque à couche mince. Au lieu de cette structure de module photovoltaïque à couche mince attaché à une couche de base (non-photovoltaïque), on peut utiliser une structure de paroi flexible alternative dans laquelle une partie ou la totalité de la paroi flexible (non-photovoltaïque) est remplacée par un module photovoltaïque à couche mince. Les bordures de couches minces adjacentes peuvent être arrangées d'une manière chevauchante et attachées les unes aux autres, par exemple par adhésion, soudure ou couture, dans les zones de superposition.
Dans ces mesures d'attachement (adhésion, soudure, couture, etc.), il est important de veiller à ce que les zones d'attachement soient étanches à l'air afin de ne pas compromettre le caractère hermétique de l'enceinte flexible.
[0020] Ensuite, le matériau de la paroi de base (non-photovoltaïque) ainsi que le matériau des modules photovoltaïques à couche mince ont un module d'élasticité assez élevé de sorte que l'étirement de ces matériaux, en forme de couche mince ou de feuille, lors du gonflement de l'enceinte est négligeable, ce qui permet la flexion des couches minces ou feuilles de ces matériaux tout en conservant leurs superficies constantes.
[0021] De préférence, chaque élément porteur (D, F, Z1, Z2, G, H) comprend une enceinte oblongue s'étendant sensiblement le long d'un axe longitudinal entre une première zone de support (G) qui supporte ou à laquelle est attachée (I) une première extrémité de l'élément porteur et une seconde zone de support (H) qui supporte ou à laquelle est attachée (I) une seconde extrémité de l'élément porteur. Cette structure confère aux éléments porteurs un caractère de ponts ultra-léger.
[0022] Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, cette enceinte oblongue (D, F, S) est encadrée par un cadre élastique (Z1, Z2, G, H) également oblong à l'intérieur duquel sont tendues les parois flexibles (D, F) de l'enceinte. Lors du gonflement de l'enceinte, le cadre élastique subit une déformation qui est plus prononcée pour les côtés longs que pour les côtés courts du cadre. Les côtés du cadre peuvent être réalisés en métal ou en polymère, de préférence sous la forme de tuyaux ou de profilés. La déformation du cadre, due au gonflement de l'enceinte attachée au cadre, est plus importante au milieu de l'enceinte oblongue, c'est-à-dire à moitié de la distance entre les deux extrémités, qu'au niveau des extrémités.
En d'autres termes, plus on s'éloigne des extrémités du cadre et de l'enceinte le long de leur axe longitudinal, plus la déformation élastique du cadre et le gonflement de l'enceinte sont importants. Le rapprochement des côtés longs du cadre dans la direction transversale du cadre est alors plus important au milieu à moitié de la longueur de l'enceinte. Il y a donc plus de gonflement de l'enceinte oblongue au niveau de son milieu à moitié de sa longueur.
[0023] De préférence, les parois flexibles supérieure et inférieure (D, F) de l'enceinte sont superposées, et les bordures (les périphéries) de la paroi supérieure (D) et de la paroi inférieure (F) sont attachées à des points d'attachement parois-cadre à l'intérieur du cadre (Z1, Z2, G, H). Avantageusement, le cadre est un cadre sensiblement planaire, c'est-à-dire les côtés du cadre s'étendent tous sensiblement dans un même plan. Un tel cadre peut être un cadre trapézoïdal ou rectangulaire. Les barres ou profilés (Z1, Z2, G, H) constituant le cadre sont alors susceptibles de fléchir élastiquement sous l'effet d'une traction provoquée par un gonflement de l'enceinte (D, F, S) et agissant aux points d'attachement parois-cadre du cadre (Z1, Z2, G, H).
[0024] Dans un mode de réalisation intéressant, les éléments flottants (A1, A2, B1, B2) constitués par des corps creux sont susceptibles d'être au moins partiellement remplis d'un liquide, notamment d'eau, afin de modifier leur rapport poids-volume et donc leur flottabilité.
[0025] D'une manière similaire, dans un autre mode de réalisation intéressant, les éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) avec leur enceinte (D, F, S), délimitée par des parois flexibles (D, F) et définissant un espace hermétique (S), sont susceptibles d'être gonflés au moins partiellement par un gaz, notamment par de l'air, afin de modifier leur forme.
[0026] Pour assurer le remplissage au moins partiel des éléments flottants par un liquide, une première partie des éléments flottants (A1, B1) sont branchés, via une ligne hydraulique (2), à une unité de pressurisation (P).
[0027] Pour assurer le gonflement au moins partiel des éléments flottants par un gaz, une seconde partie des éléments flottants (A2, B2) sont branchés, via une ligne pneumatique (1), à une unité de pressurisation (P).
[0028] De préférence, les éléments porteurs avec leur enceinte gonflable (D, F, Z1, Z2, G, H) sont raccordés à l'unité de pressurisation via la seconde partie des éléments flottants (A2, B2) et la ligne pneumatique (1).
[0029] Les modules photovoltaïques peuvent être branchés en série et/ou en parallèle, via une ligne électrique (3), à une unité de gestion électrique (W) qui commande l'unité de pressurisation. De préférence, cette unité de pressurisation comporte un compresseur pour comprimer de l'air et pressuriser la ligne pneumatique d'une part et une pompe à eau pour pressuriser la ligne hydraulique d'autre part. Les éléments flottants (partiellement remplis d'eau et/ou d'air) et les éléments porteurs (gonflés par de l'air) peuvent être équipés de capteurs, notamment de capteurs de pression, pour déterminer leur état de remplissement ou de gonflement.
Les signaux des capteurs peuvent être transmis à l'unité de gestion électrique pour permettre à cette-dernière de commander l'unité de pressurisation, c'est-à-dire le compresseur et la pompe à eau, en fonction de l'état de remplissement et/ou de gonflement des éléments flottants et des éléments porteurs.
[0030] L'unité de pressurisation (P) susmentionnée peut être positionnée sur une bouée (Q). De même, l'unité de gestion électrique (W) peut être positionnée sur une bouée (Q). De préférence, l'unité de pressurisation (P) et l'unité de gestion électrique (W) sont positionnées sur une seule bouée (Q). De préférence, la bouée (Q) est susceptible de flotter, indépendamment des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) et indépendamment des éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H), sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer.
Par la présence de cette bouée qui peut être réalisée en tant que corps métallique et/ou corps polymère creux par exemple du type bidon métallique ou du type écume formant une mousse polymère, l'unité de pressurisation et l'unité de gestion électrique, qui constituent des unités actives et sensibles, sont toujours maintenues au-dessus de la surface de l'eau. En plus, cette bouée est idéale pour l'ancrage de l'arrangement de modules photovoltaïques. De préférence, ce-dernier est positionné de façon concentrique autour de la bouée centrale d'ancrage et maintenue dans cette position concentrique par des câbles de fixation qui relient la bouée centrale et les éléments flottants entourant cette-dernière.
[0031] Selon un second aspect de l'invention, l'arrangement de modules photovoltaïques est caractérisé en ce qu'au moins une partie des modules photovoltaïques sont gonflables. Cela permet un ajustement de la flottabilité de l'arrangement par une simple augmentation ou réduction de degré de gonflement des modules photovoltaïques gonflables. De préférence, tous les modules photovoltaïques de l'arrangement sont gonflables.
[0032] De préférence, la structure de support comporte des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) susceptibles de flotter sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer, et susceptibles d'être au moins partiellement submergés sous cette surface d'eau.
[0033] De préférence, la totalité des modules photovoltaïques est subdivisée en des unités modulaires de support constituées par des éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) auxquels sont attachés ou dans lesquels sont intégrés au moins une partie des modules photovoltaïques (C) de ladite totalité de modules photovoltaïques.
[0034] Les structures préférées des éléments flottants et des éléments porteurs selon le second aspect de l'invention sont identiques aux structures préférées du premier aspect de l'invention décrites dans les paragraphes précédents.
[0035] Avec l'arrangement de l'invention, le gonflement des modules photovoltaïques peut donc être utilisé pour ajuster la flottabilité de l'arrangement et la forme des modules photovoltaïques. Lorsqu'il fait beau et le vent ainsi que les vagues sont faibles, on peut gonfler pleinement les modules photovoltaïques gonflables et ne submerger les éléments flottants que faiblement. Par contre, lorsqu'il fait mauvais et le vent ainsi que les vagues sont forts, on peut gonfler les modules photovoltaïques faiblement et submerger les éléments flottants au maximum.
Cette gestion de la hauteur de l'arrangement au-dessus du niveau de l'eau, par son gonflement et donc sa forme d'une part et par le degré de sa submersion d'autre part, permet de minimiser la surface d'attaque exposée aux vents et par conséquent de minimiser le risque d'endommagement et de détérioration prématurée de l'arrangement selon l'invention.
[0036] Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs modes d'exécution de l'invention.
<tb>La fig. 1 <sep>est une vue schématique en perspective d'un module photovoltaïque et d'une partie de la structure de support d'un mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et flottant sur une surface d'eau.
<tb>La fig. 2 <sep>est une vue schématique en perspective du module photovoltaïque coupé selon un plan vertical passant par la ligne A-A de la fig. 1, sensiblement au milieu de l'étendue longitudinale du module et orthogonal à la surface d'eau.
<tb>La fig. 3 <sep>est une vue plus en détail de certains éléments de la structure de support de l'arrangement de la fig. 1selon l'invention.
<tb>La fig. 4 <sep>est une vue schématique en perspective, similaire à celle de la fig. 1, de plusieurs modules photovoltaïques adjacents et d'une partie de la structure de support d'un arrangement selon l'invention d'une part, et représente de façon schématique un système de commande associé à l'arrangement pour le contrôle et la gestion de ce-dernier.
<tb>La fig. 5 <sep>est une vue globale d'en haut d'une structure de support d'un mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et destinée à recevoir des modules photovoltaïques selon l'invention.
<tb>La fig. 6 <sep>est une vue globale d'en haut, similaire à celle de la fig. 5, d'une structure de support d'un arrangement selon l'invention et complétée de modules photovoltaïques selon l'invention.
<tb>La fig. 7 <sep>est une vue globale d'en haut d'une structure de support d'un autre mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et destinée à recevoir des modules photovoltaïques selon l'invention.
MEILLEURE REALISATION DE L'INVENTION
[0037] Les fig. 1 à 5 illustrent schématiquement divers éléments de l'invention. La fig. 1montre un module photovoltaïque formé par deux toiles D et F, dont une toile inférieure F et une toile supérieure D, comme on le voit dans la fig. 2. Ces deux couches D et F se joignent le long de leur bordures longitudinales et transversales formant ainsi une enceinte hermétique à l'intérieur de laquelle un espace S est délimité. Une couche photovoltaïque E réalisée par technologie à couche mince est attachée à la surface inférieure de la couche D, c'est-à-dire à l'intérieur de l'enceinte. Les couches D et F sont réalisées en polymère.
Un polymère préféré et bien adapté à l'emploi en mer M est Péthylène-tetrafluoro-éthylène (ETFE), pour ses qualités mécaniques (résistance mécanique très élevée) et chimiques/biologiques (basse adhésivité au biofilms, suppression du biofouling).
[0038] L'enceinte formée par les deux couches flexibles D et F est entourée d'un cadre Z1, Z2, G, H dont les quatre côtés peuvent être formés par barres ou profilés, deux barres relativement longues Z1 et Z2 ainsi que deux barres relativement courtes G et H. Les barres longues constituent des lests Z1 et Z2. La forme caractéristique de l'enceinte observable en section dans la fig. 2 (selon un plan vertical passant par la ligne A-A de la fig. 1 ) s'obtient sensiblement grâce à l'interaction de la pressurisation de l'espace S à l'intérieur de l'enceinte, grâce au poids et à la déformation élastique des lests Z1 et Z2 (le poids et la déformation des barres G et H étant négligeables), et grâce au poids et à la déformation des couches D et F et l'interaction de la surface de l'eau avec la couche inférieure F.
[0039] Cette modalité de réalisation rend possible l'élimination de toutes les structures intermédiaires de soutien, permettant ainsi une économie constructive considérable.
[0040] Le panneau flexible C se trouvant environ à moitié de la distance entre les extrémités G, H de l'enceinte encadrée et visible à la fig. 1, si gonflé d'air, assume une forme de voûte visible aux figures 1 et 2, et si vidé de l'air, assume une forme aplatie utile en phase d'immersion, non pas visibles aux fig. 1 et 2, mais plutôt correspondant à la forme aplatie des panneaux flexibles, visibles à la fig. 1, près des deux extrémités G, H de l'enceinte encadrée.
[0041] En principe, selon l'invention, les couches ou panneaux F et D constituant les parois de l'enceinte sont tendus à l'intérieur du cadre sensiblement rectangulaire ou trapézoïdal formé par les barres Z1, Z2, G et H. Pour garantir la forme aplatie de l'enceinte à l'état évacué, les couches D et F et/ou les barres Z1, Z2, G et H doivent être déformables élastiquement.
[0042] Pour éviter l'étirement d'une couche mince photovoltaïque E attachée à ou intégré dans une couche supérieure D, visible à la fig. 2, il est nécessaire que la couche D ne subisse sensiblement aucun étirement afin d'éviter des ruptures de la couche mince photovoltaïque. La déformation élastique de l'enceinte lors de son gonflement s'obtient donc grâce à la déformation élastique, c'est-à-dire la flexion, des barres élastiques Z1, Z2. II en résulte une forme plus voûtée de l'enceinte près de la moitié de sa longueur (près du panneau C de la fig. 1) qui correspond à une flèche plus importante de la flexion des barres ou lests Z1, Z2 d'une part, et une forme moins voûtée, voire aplatie, près des deux extrémités G, H de l'enceinte.
[0043] Néanmoins, selon l'invention, l'utilisation d'un cadre Z1, Z2, G, H sensiblement rigide n'est pas exclue. Dans ce cas, la couche photovoltaïque devrait être composée d'une pluralité d'unités photovoltaïques adjacentes, chacune d'une superficie suffisamment limitée, afin de ne pas se briser lorsque leur support polymérique définissant l'enceinte subit un étirement lors du gonflement de l'enceinte. Le branchement de ces unités photovoltaïques séparées est réalisé avec des raccords déformables entre les unités photovoltaïques, tels que des fils ou bandes métalliques en forme de zigzag ou de méandre ou des régions polymériques du support rendues conductrices, par exemple par dopage.
Au lieu de subir des ruptures incontrôlables, les unités photovoltaïques adjacentes s'éloignent l'une de l'autre lors du gonflement de l'enceinte, l'augmentation de la distance entre deux unités adjacentes étant absorbée par ces raccords déformables.
[0044] Les éléments flottants extérieurs A1, A2 et intérieurs B1, B2 peuvent avoir la forme de couronnes constituées par des tuyaux réalisés en polymère, de préférence en polyéthylène haute densité (PEHD). La couronne extérieure A1, A2 et la couronne intérieure B1, B2 sont reliées par des rayons rigides R s'étendant sensiblement radialement entre les couronnes extérieure A1, A2 et intérieure B1, B2 et espacés angulairement selon la direction circonférentielle des couronnes. Les rayons peuvent être réalisés en même matériau que les couronnes, de préférence sous la forme de profilés du type U ou du type H.
[0045] L'énergie électrique produite par les couches minces photovoltaïques E, ou panneaux flexibles, rejoigne une unité de gestion électrique W, ou tableau électrique, par des lignes électriques K, ou câbles électriques. Cette énergie électrique est rendue utilisable pour un consommateur U par l'unité de gestion électrique W, notamment par un onduleur produisant du courant alternatif à partir du courant continu généré par les panneaux photovoltaïques flexibles. Cette unité de gestion électrique W est logée à bord d'une bouée Q.
[0046] La gestion des phases d'immersion/émersion est réalisée au moyen d'un système P apte à pressuriser et dépressuriser les panneaux photovoltaïques avec du gaz et à remplir ou vider avec de l'eau les parties creuses des structures tubulaires des couronnes extérieure A1, A2 et intérieure B1, B2. Le système de pressurisation P est logé sur la bouée Q à côté de l'unité de gestion électrique W (fig. 4). L'unité de pressurisation P est reliée aux couronnes flottantes intérieures B1, B2 par deux conduites T1 et T2, rigides ou flexibles. Comme on le voit à la fig. 6, la conduite T1 est destinée à l'envoi d'air pressurisé, vers les enceintes D, F des éléments porteurs D, F, Z1, Z2, G, H (fig. 1) auxquels sont attachés ou intégrés 0 au moins une partie des modules photovoltaïques C.
La conduite T1 forme donc un tronçon de la ligne pneumatique 1 vers le tuyau B2 des éléments flottants intérieurs B1, B2 (fig. 1). Comme on le voit également à la fig. 6, la conduite T2 est destinée à l'envoi d'eau vers les éléments flottants intérieurs B1, B2. La conduite T2 forme donc un tronçon de la ligne hydraulique 2 vers le tuyau B2 des éléments flottants intérieurs B1, B2.
[0047] Un système d'amarrage (qui n'est pas représenté dans les figures) relie les modules photovoltaïques C, les éléments flottants A1, A2, B1, B2, les éléments porteurs D, F, Z1, Z2, G, H et la bouée Q avec le fond marin par le biais d'ancres et/ou de corps morts.
[0048] Comme cellules photovoltaïques à couche mince E peuvent être utilisées soit des cellules au silicium amorphe (a-Si), soit les cellules CIS ou des cellules de CdTe. Aujourd'hui, il est préférable d'utiliser la technologie a-Si à cause de la nature non-toxique du silicium et l'abondance de cette matière première, mais aussi à cause de la moindre consommation d'énergie dans la fabrication de cellules solaires à base de couches minces du type a-Si par rapport à la fabrication de cellules solaires du type CIS ou en CdTe.
[0049] Les éléments de raccordement ou d'attachement G, H et I entre les couronnes et les panneaux solaires C sont réalisés en polymère, de préférence en PEHD, notamment du type PE100.
[0050] La fig. 5 est une vue globale d'en haut de la structure de support d'un mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et destinée à recevoir des modules photovoltaïques selon l'invention. Cette structure est réalisée par des couronnes sensiblement circulaires A1, A2 et B1, B2 réalisées sous forme de tuyaux extérieurs A1, A2 et sous forme de tuyaux intérieurs B1, B2. Le rapport concentrique entre la couronne extérieure A1, A2 et la couronne intérieure B1, B2 est obtenu et maintenu par huit rayons R assez rigides qui s'étendent radialement entre la couronne intérieure et la couronne extérieure. Cette structure définit alors huit secteurs L dont chacun est délimité par un tronçon de la couronne extérieure A1, A2, un tronçon de la couronne intérieure B1, B2 et de deux rayons R.
De préférence, au moins les rayons R sont rigides, séparant ainsi les couronnes extérieure A1, A2 et intérieure B1, B2. Les tronçons de couronne constituant les limites extérieure et intérieure d'un secteur L peuvent être réalisés soit sous forme de structure rigide, soit sous forme de structure flexible. La bouée Q se trouve au centre commun des deux couronnes concentriques extérieure A1, A2 et intérieure B1, B2.
[0051] La fig. 6 est une vue globale d'en haut, similaire à celle de la fig. 5, d'une structure de support d'un arrangement selon l'invention et complétée de modules photovoltaïques C selon l'invention. Les modules photovoltaïques C ont une forme dont la vue en plan est trapézoïdale, permettant de remplir un secteur L par dix modules photovoltaïques C de ce type. Chaque module C est attaché avec son côté extérieur à la couronne extérieure A1, A2 par un certain nombre de moyens de fixation I (par exemple deux), tandis que le côté intérieur du module C, plus court que son côté extérieur, est attaché à la couronne intérieure B1, B2 par un nombre plus petit de moyens de fixation I (par exemple un seul).
Par conséquent, il y a au moins trois de ces points de fixations I arrangés dans les trois coins d'un triangle déterminant le plan dans lequel s'étend le module C. Cette structure obtient une grande stabilité avec un minimum de moyens de fixation I. Les câbles K permettent le branchement électrique des modules C à l'unité de gestion d'énergie. Les conduites T1 et T2 permettent le branchement pneumatique des éléments porteurs D, F, Z1, Z2, G, H et le branchement hydraulique des éléments flottants A1, A2, B1, B2 à l'unité de pressurisation P (fig. 4).
[0052] La fig. 7 est une vue globale d'en haut d'une structure de support d'un autre mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et destinée à recevoir des modules photovoltaïques selon l'invention.
[0053] Cette structure est réalisée par trois couronnes sensiblement circulaires A1, A2 et A1, A2 et A1, A2 réalisées sous forme de tuyaux. Le rapport concentrique entre la couronne extérieure A1, A2 et la couronne moyenne A1, A2 est obtenu et maintenu par huit rayons R assez rigides qui s'étendent radialement entre les deux couronnes A1, A2 et A1, A2 radialement adjacentes. Cette structure définit alors huit secteurs L dont chacun est délimité par un tronçon de la couronne extérieure A1, A2, un tronçon de la couronne moyenne A1, A2 et de deux rayons R. Le rapport concentrique entre la couronne moyenne A1, A2 et la couronne intérieure A1, A2 est obtenu et maintenu par huit rayons R' également assez rigides qui s'étendent radialement entre les deux couronnes A1, A2 et A1, A2 radialement adjacentes.
Cette structure définit alors huit secteurs L' dont chacun est délimité par un tronçon de la couronne moyenne A1, A2, un tronçon de la couronne intérieure A1, A2 et de deux rayons R.
[0054] Comme dans le mode d'exécution de la fig. 5, au moins les rayons R et R peuvent être rigides, séparant ainsi les couronnes extérieure A1, A2, moyenne A1, A2 et intérieure A1, A2. Les tronçons de couronne constituant les limites extérieure et moyenne d'un secteur L ou bien les limites moyenne et intérieure d'un secteur L peuvent être réalisés soit sous forme de structure rigide, soit sous forme de structure flexible. La bouée Q se trouve également au centre commun des trois couronnes concentriques extérieure A1, A2, moyenne A1, A2 et intérieure A1, A2.
[0055] En somme, l'arrangement selon le premier mode d'exécution de l'invention illustré dans les fig. 1à 6comporte les éléments suivants:
1) des structures tubulaires A1 et A2 formant une couronne qui délimite extérieurement les modules photovoltaïques C;
2) des structures tubulaires B1 et B2, concentriques à la précédente, formant une couronne qui délimite intérieurement les modules photovoltaïques C;
3) ces deux structures creuses, réalisées en matériau polymère et construites avec des épaisseurs de matériau selon les besoins de support et selon les besoins de capacité de résistance désirés pour résister aux sollicitations dynamiques par le vent et l'eau, peuvent être remplies d'air pressurisé ou d'eau selon les besoins, par exemple pour faire flotter l'arrangement sur la surface de l'eau M ou pour le faire plonger sous la surface de l'eau M;
4) des structures rigides R formant des rayons entre les couronnes A1, A2 et B1, B2 concentriques et raccordés par leur première extrémité à la couronne extérieure A1, A2 et par leur seconde extrémité à la couronne intérieure B1, B2, définissant plusieurs secteurs L destinés à recevoir des modules photovoltaïques C;
5) des panneaux photovoltaïques C dont chacun est composé par
une toile supérieure D en matériau polymérique, transparent au rayonnement solaire, qui englobe, en le scellant hermétiquement, la partie photo-active E de façon à protéger les cellules et leurs contacts métalliques contre les conditions ambiantes (p.ex. humidité);
une toile inférieure F, elle aussi en matériau polymérique, en contact avec la surface de l'eau M;
deux têtes G, H, une pour chaque extrémité du panneau photovoltaïque, équipés de systèmes opportuns 1, de liaison aux structures A1, A2 et B1, B2, pour compléter le panneau;
le panneau C maintenant sa forme grâce à la pressurisation de l'espace S existant entre les deux toiles D et F d'une part et grâce à la présence et au poids de deux lests Z1, Z2 mis en position latérale de chaque côté du panneau C, s'étendant le long de chaque bordure longue du panneau et constamment immergés dans l'eau;
6) un système P de pressurisation et dépressurisation composé par des compresseurs d'air et pompes centrifuges pour l'eau qui, au moyen de vannes spéciales V gérées par un contrôleur électronique Y, est apte à
pressuriser les panneaux C via les tuyaux B2 et la conduite pneumatique 1 et/ou les tuyaux B1 de flottaison via la conduite pneumatique 1 pendant la phase d'émersion d'une part, et apte à
dépressuriser les panneaux C et/ou les tuyaux B1 via les mêmes conduites et/ou pomper de l'eau dans les tuyaux B1 de flottaison pendant la phase d'immersion d'autre part;7) une bouée centrale Q
abritant les dispositifs W et P, nécessaires respectivement à la gestion électrique et au contrôle des phases d'immersion/émersion de l'arrangement;
branchée électriquement au module au moyen de câbles K pour la gestion de l'énergie U générée par les panneaux C;
et
branchée pneumatiquement et hydrauliquement à travers les conduites flexibles T1 et T2.
[0056] En somme, l'arrangement selon le second mode d'exécution de l'invention illustré dans la fig. 7comporte les éléments susmentionnés avec, en outre, une troisième structure tubulaire, c'est-à-dire:
1) des structures tubulaires A1 et A2 formant une couronne extérieure qui délimite à l'extérieur les modules photovoltaïques C;
2) des structures tubulaires A1 et A2, concentriques à la précédente, formant une couronne moyenne qui délimite plus à l'intérieur les modules photovoltaïques C;
3) des structures tubulaires A1et A2, concentriques à la précédente, formant une couronne intérieure qui délimite le plus à l'intérieur les modules photovoltaïques C;
4) des structures rigides R formant des rayons entre les couronnes A1, A2 et A1, A2 concentriques et raccordés par leur première extrémité à la couronne extérieure A1, A2 et par leur seconde extrémité à la couronne moyenne A1, A2, définissant plusieurs secteurs L destinés à recevoir des modules photovoltaïques C;
5) des structures rigides R' formant des rayons entre les couronnes A1, A2 et A1, A2 concentriques et raccordés par leur première extrémité à la couronne moyenne A1, A2 et par leur seconde extrémité à la couronne intérieure A1, A2, définissant plusieurs secteurs L' destinés à recevoir des modules photovoltaïques C.
APPLICATION INDUSTRIELLE
[0057] Les installations techniques, commes décrites en détail, réalisées selon la présente invention concernent la création d'installations modulaires à bas coût, basées sur un systèmes à modules flottant pourvus de panneaux photovoltaïques flexibles définissant une ou plusieurs enceintes gonflables par un gaz et/ou un liquide, notamment de l'air et de l'eau, ces-derniers devenant donc éléments structuraux, garantissant soutien, forme et résistance.
[0058] Les avantages dérivant de la présente invention permettent de:
1) rendre possible la réalisation de centrales électriques photovoltaïques offshore, de configurer des installations de grande taille en raison de leur modularité, aussi avec l'utilisation de systèmes d'amarrage (qui ne sont pas illustrés dans les figures), adaptés aux différentes bathymétries et aux spécificités des fonds marins;
2) améliorer les rendements des cellules à couche mince, montées dans la configuration adoptée dans la présente invention, les échanges thermiques avec le support liquide augmentant l'efficacité du refroidissement du panneau et, même en conditions de radiation solaire très élevée, les cellules photovoltaïques n'atteignant pas des températures telles à provoquer des détériorations de leur rendement;
3) réaliser des structures avec des panneaux photovoltaïques gonflables, de géométries les plus variées, celles représentées dans les figures ne constituant qu'une seule des possibles combinaisons structurales et apte à supporter les situations marines difficiles;
4) réaliser des générateurs photovoltaïques marins flottants et immergeables en profondeur, afin d'annuler l'effet dynamique des vagues en conditions climatiques extrêmes.
[0059] Cette invention permet donc la réalisation de "champs solaires" off-shore très efficients et avec une productivité énergétique stable dans le temps.
The present invention relates to an arrangement of photovoltaic modules which comprises a support structure supporting a plurality of photovoltaic modules.
STATE OF THE ART
Photovoltaic systems are known that use photovoltaic cells or "solar cells" commonly made of crystalline silicon and assembled into rigid panels. These rigid solar panels are positioned on metal structures or integrated into buildings.
[0003] Recently, thin-film solar cells have been developed and manufactured. They are used for the realization of photovoltaic panels or rather photovoltaic sheets that allow interesting applications, while the more traditional solar panels suffer from several disadvantages due to their rigidity and their significant thickness. First, it is virtually impossible to change the shape of these traditional solar panels without cracking or breaking them. Then, their thickness makes them not only heavy but also quite expensive. By cons, panels - or rather "sheets" - said solar and said "thin film" have characteristics that allow them to be installed on non-planar structures of special shape.
[0004] This thin-film technology also allows a striking reduction of the phases of the work for the realization, in a single process, of all the parts of a solar panel, by eliminating the expensive phases of the assembly of the conventional rigid cells. and their electrical connection, typical of mono or polycrystalline silicon technology. The replacement of solar panels based on thick solar cells, therefore rigid and quite heavy, by thin-film solar panels / sheets, thus flexible and light enough, allows not only an increase in the number of their applications, but also a high degree automation of their manufacture.
In addition, the use of photovoltaic technology in populated areas is accompanied by all kinds of problems.
[0006] 1) In the first place, terrestrial photovoltaic generators require large support structures to make them on rather large scales, unless they are installed on the roofs of existing buildings.
2) Then, it is impossible to realize photovoltaic facilities of industrial interest (hundreds of MW) without invading the spaces essential for agriculture, at least in areas that are not desert.
3) The terrestrial systems are characterized by high construction costs, which makes it uneconomical the realization of large photovoltaic generators.
4) Although in recent years a gradual reduction in the cost of energy produced by photovoltaic systems has been recorded, it is not yet competitive with the cost of electrical energy produced by traditional sources.
THE INVENTION
The invention aims to allow an arrangement of photovoltaic modules to be installed in the sea or in a lake, including near the coast or the shore, at a reasonable price.
For this purpose, according to a first aspect of the invention, the arrangement according to the invention is characterized in that the support structure comprises floating elements (A1, A2, B1, B2) capable of floating on a water surface, in particular of a lake or the sea, and on which support elements (D, F, Z1, Z2, G, H) are supported to which are attached or integrated at least a part of the photovoltaic modules (C ) of the plurality of photovoltaic modules. The use of floating elements intended to float on a water surface is an ideal solution for creating adaptive foundations for a photovoltaic module arrangement. In addition, the invention contributes to overcoming the four problems mentioned above for the production of electrical energy by photovoltaic technology.
Preferably, the floating elements (A1, A2, B1, B2) are arranged spaced apart with a spacing between adjacent floating elements. This allows the installation of platform-like or bridge-shaped bearing elements that extend between various floating elements while connecting the latter to ensure the cohesion of such an arrangement of modules on the one hand and a minimal distance between neighboring floating elements, that is to say a certain rigidity of the entire arrangement on the other hand.
In a preferred embodiment of the invention, this spacing is maintained by a rigidity of said carrier elements (D, F, Z1, Z2) which extend between adjacent floating elements (A1, A2, B1, B2) and discard these. The carrier elements can be made in many ways such as profiles or pipes or other elongated bodies that are hardly stretchable or compressible along the line connecting the points of attachment where the ends of the supporting elements are attached to the floating elements. Nevertheless, these oblong bodies should be deformable by bending in a direction perpendicular to said line connecting the points of attachment of the carrier elements.
The floating elements (A1, A2, B1, B2) may be constituted by hollow bodies, which gives the floating elements of the arrangement enough buoyancy so that it can support a fairly large weight of modules PV.
In a preferred embodiment of the invention, the floating elements consist of one or more first pipes (A1, A2) or of first chained buoys defining a first line-shaped flotation means on the one hand, and by one or more second pipes (B1, B2) or by second chained buoys defining a second line-shaped flotation means on the other hand. In addition, the rigid support elements (D, F, Z1, Z2, G, H) have first (G) and second (H) ends. The first end (G) of a carrier member is supported by the first buoyancy means (A1, A2) and the second end (H) of the carrier member is supported by the second buoyancy means (B1, B2). The rigidity of the carrier elements allows the first and second flotation means remain spaced from each other.
In a particularly advantageous embodiment of the arrangement, the first flotation means (A1, A2) extends along a first substantially circular line and with a first diameter, while the second flotation means (B1, B2) extends along a second line, concentric with the first, substantially circular and with a second diameter smaller than said first diameter. The carrier elements (D, F, Z1, Z2, G, H) extend as radii between the first and second circular lines.
This geometry allows the limitation of the entire arrangement by floating elements which not only confer on the arrangement of the buoyancy, but also constitute "bumpers" which can dampen shocks that may occur when the arrangement floating moves on and along the surface of the sea or lake and comes crashing against an obstacle such as a neighboring arrangement of the same type.
Preferably, the carrier elements (D, F, Z1, Z2, G, H) comprise an enclosure delimited by flexible walls (D, F) defining a hermetic space (S) inside the enclosure and connected or capable of being connected to a source of compressed gas (P) so as to keep inflated or inflated the carrier enclosure of photovoltaic modules. This inflatable chamber, which may consist of a single box or several boxes, thus forms a hollow body whose shape and volume are determined by the amount and pressure of the swelling gas. This type of ultralight carrier elements, as a flexible enclosure, contributes to the overall lightness of the arrangement according to the invention.
In a particularly preferred embodiment, the photovoltaic modules (C) are of the thin film type (E) and are attached to the upper flexible wall (D), exposed to solar radiation, of this flexible enclosure. By inflating the enclosure, the curvature of its upper flexible wall changes without changing the area of the flexible wall. This behavior of the upper wall exposed to the sun is guaranteed by two advantageous measures:
First, the wall is made of a thin-layer material on which is attached, for example by adhesion, welding or sewing, a thin-film photovoltaic module. Instead of this thin film photovoltaic module structure attached to a base layer (non-photovoltaic), it is possible to use an alternative flexible wall structure in which part or all of the flexible wall (non-photovoltaic) is replaced by a thin-film photovoltaic module. Adjacent thin film borders may be arranged in an overlapping manner and attached to each other, for example by adhesion, soldering or stitching, in the overlapping areas.
In these attachment measures (adhesion, welding, sewing, etc.), it is important to ensure that the attachment areas are airtight so as not to compromise the hermetic nature of the flexible enclosure.
Then, the material of the base wall (non-photovoltaic) and the material of the thin-film photovoltaic modules have a high modulus of elasticity so that the stretching of these materials, in the form of a thin layer or leaf, when swelling the enclosure is negligible, which allows the bending of thin layers or sheets of these materials while maintaining their constant areas.
Preferably, each carrier element (D, F, Z1, Z2, G, H) comprises an oblong enclosure extending substantially along a longitudinal axis between a first support zone (G) which supports or which is attached (I) a first end of the carrier element and a second support zone (H) which supports or to which is attached (I) a second end of the carrier element. This structure gives the supporting elements an ultra-lightweight bridging character.
In a particularly advantageous embodiment, this oblong enclosure (D, F, S) is framed by an elastic frame (Z1, Z2, G, H) also oblong inside which are stretched flexible walls (D , F) of the enclosure. When the enclosure swells, the elastic frame undergoes a deformation which is more pronounced for the long sides than for the short sides of the frame. The sides of the frame can be made of metal or polymer, preferably in the form of pipes or profiles. The deformation of the frame, due to the swelling of the enclosure attached to the frame, is greater in the middle of the oblong enclosure, that is to say half the distance between the two ends, that at the ends .
In other words, the further one moves away from the ends of the frame and the enclosure along their longitudinal axis, the more the elastic deformation of the frame and the swelling of the enclosure are important. The approximation of the long sides of the frame in the transverse direction of the frame is then greater in the middle to half the length of the enclosure. There is therefore more swelling of the oblong enclosure at its middle half its length.
Preferably, the upper and lower flexible walls (D, F) of the enclosure are superimposed, and the borders (the peripheries) of the upper wall (D) and the lower wall (F) are attached to wall-frame attachment points inside the frame (Z1, Z2, G, H). Advantageously, the frame is a substantially planar frame, that is to say the sides of the frame all extend substantially in the same plane. Such a frame may be a trapezoidal or rectangular frame. The bars or profiles (Z1, Z2, G, H) constituting the frame are then likely to flex elastically under the effect of traction caused by swelling of the enclosure (D, F, S) and acting at the points d frame-frame attachment (Z1, Z2, G, H).
In an advantageous embodiment, the floating elements (A1, A2, B1, B2) constituted by hollow bodies may be at least partially filled with a liquid, in particular water, in order to modify their weight-volume ratio and therefore their buoyancy.
In a similar manner, in another interesting embodiment, the carrier elements (D, F, Z1, Z2, G, H) with their enclosure (D, F, S) delimited by flexible walls ( D, F) and defining a hermetic space (S), are capable of being inflated at least partially by a gas, in particular by air, in order to modify their shape.
To ensure the at least partial filling of the floating elements with a liquid, a first portion of the floating elements (A1, B1) are connected via a hydraulic line (2) to a pressurizing unit (P).
To ensure at least partial swelling of the floating elements by a gas, a second part of the floating elements (A2, B2) are connected via a pneumatic line (1) to a pressurizing unit (P).
Preferably, the carrier elements with their inflatable enclosure (D, F, Z1, Z2, G, H) are connected to the pressurization unit via the second part of the floating elements (A2, B2) and the pneumatic line. (1).
The photovoltaic modules can be connected in series and / or in parallel, via an electrical line (3), to an electrical management unit (W) which controls the pressurization unit. Preferably, this pressurizing unit comprises a compressor for compressing air and pressurizing the pneumatic line on the one hand and a water pump for pressurizing the hydraulic line on the other hand. The floating elements (partially filled with water and / or air) and the carrier elements (inflated by air) can be equipped with sensors, including pressure sensors, to determine their state of filling or swelling.
The signals from the sensors can be transmitted to the electrical management unit to enable the latter to control the pressurization unit, that is to say the compressor and the water pump, depending on the state of the system. filling and / or swelling of floating elements and load-bearing members.
The aforementioned pressurization unit (P) can be positioned on a buoy (Q). Similarly, the electrical management unit (W) can be positioned on a buoy (Q). Preferably, the pressurization unit (P) and the electrical management unit (W) are positioned on a single buoy (Q). Preferably, the buoy (Q) is floatable, independently of the floating elements (A1, A2, B1, B2) and independently of the carrier elements (D, F, Z1, Z2, G, H), on a surface of water, including a lake or sea.
By the presence of this buoy which can be made as a metal body and / or hollow polymer body for example of the metal drum type or foam type forming a polymer foam, the pressurizing unit and the electrical management unit, which are active and sensitive units, are always maintained above the surface of the water. In addition, this buoy is ideal for anchoring the arrangement of photovoltaic modules. Preferably, the latter is positioned concentrically around the central anchoring buoy and held in this concentric position by fixing cables which connect the central buoy and the floating elements surrounding the latter.
According to a second aspect of the invention, the arrangement of photovoltaic modules is characterized in that at least a portion of the photovoltaic modules are inflatable. This allows adjustment of the buoyancy of the arrangement by simply increasing or reducing the degree of swelling of the inflatable photovoltaic modules. Preferably, all the photovoltaic modules of the arrangement are inflatable.
Preferably, the support structure comprises floating elements (A1, A2, B1, B2) capable of floating on a surface of water, in particular of a lake or the sea, and capable of being at least partially submerged under this water surface.
Preferably, the totality of the photovoltaic modules is subdivided into modular support units consisting of carrier elements (D, F, Z1, Z2, G, H) to which are attached or in which at least some of the elements are integrated. photovoltaic modules (C) of said total of photovoltaic modules.
The preferred structures of the floating elements and carrier elements according to the second aspect of the invention are identical to the preferred structures of the first aspect of the invention described in the preceding paragraphs.
With the arrangement of the invention, the swelling of the photovoltaic modules can be used to adjust the buoyancy of the arrangement and the shape of the photovoltaic modules. When the weather is nice and the wind and the waves are weak, you can fully inflate the photovoltaic modules inflatable and submerge the floating elements only slightly. On the other hand, when it is bad and the wind as well as the waves are strong, one can inflate the photovoltaic modules weakly and submerge the floating elements to the maximum.
This management of the height of the arrangement above the water level, by its swelling and thus its shape on the one hand and by the degree of its submersion on the other, minimizes the attack surface. exposed to winds and therefore minimize the risk of damage and premature deterioration of the arrangement according to the invention.
The appended drawing shows, by way of example, several embodiments of the invention.
<tb> Fig. 1 <sep> is a schematic perspective view of a photovoltaic module and a part of the support structure of an embodiment of the arrangement according to the invention and floating on a surface of water.
<tb> Fig. 2 <sep> is a schematic perspective view of the photovoltaic module cut along a vertical plane passing through the line A-A of FIG. 1, substantially in the middle of the longitudinal extent of the module and orthogonal to the water surface.
<tb> Fig. 3 <sep> is a more detailed view of some elements of the support structure of the arrangement of FIG. 1according to the invention.
<tb> Fig. 4 <sep> is a schematic perspective view, similar to that of FIG. 1, several adjacent photovoltaic modules and a part of the support structure of an arrangement according to the invention on the one hand, and schematically represents a control system associated with the arrangement for control and management of the last.
<tb> Fig. 5 <sep> is a global view from above of a support structure of an embodiment of the arrangement according to the invention and intended to receive photovoltaic modules according to the invention.
<tb> Fig. 6 <sep> is a global view from above, similar to that of fig. 5, a support structure of an arrangement according to the invention and supplemented with photovoltaic modules according to the invention.
<tb> Fig. 7 <sep> is an overall view from above of a support structure of another embodiment of the arrangement according to the invention and intended to receive photovoltaic modules according to the invention.
BEST IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Figs. 1 to 5 schematically illustrate various elements of the invention. Fig. 1shows a photovoltaic module formed by two canvases D and F, including a lower fabric F and an upper fabric D, as seen in FIG. 2. These two layers D and F join along their longitudinal and transverse edges thus forming a hermetic enclosure within which a space S is delimited. A photovoltaic layer E made by thin film technology is attached to the lower surface of the layer D, that is to say inside the enclosure. Layers D and F are made of polymer.
A preferred and well-suited polymer for use at sea M is ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), for its mechanical qualities (very high mechanical strength) and chemical / biological (low adhesiveness to biofilms, removal of biofouling).
The enclosure formed by the two flexible layers D and F is surrounded by a frame Z1, Z2, G, H whose four sides can be formed by bars or profiles, two relatively long bars Z1 and Z2 and two relatively short bars G and H. The long bars constitute weights Z1 and Z2. The characteristic shape of the observable chamber in section in FIG. 2 (in a vertical plane passing through the line AA of Fig. 1) is obtained substantially by the interaction of the pressurization of the space S inside the enclosure, thanks to the weight and the deformation elastic Z1 and Z2 weights (the weight and deformation of the bars G and H being negligible), and thanks to the weight and deformation of the layers D and F and the interaction of the surface of the water with the lower layer F .
This embodiment makes possible the elimination of all intermediate support structures, thus allowing a considerable constructive economy.
The flexible panel C is about half the distance between the ends G, H of the enclosure framed and visible in FIG. 1, if inflated with air, assumes a vault shape visible in Figures 1 and 2, and if emptied of air, assumes a flat shape useful in the immersion phase, not visible in Figs. 1 and 2, but rather corresponding to the flattened shape of the flexible panels, visible in FIG. 1, near the two ends G, H of the framed enclosure.
In principle, according to the invention, the layers or panels F and D constituting the walls of the enclosure are stretched within the substantially rectangular or trapezoidal frame formed by the bars Z1, Z2, G and H. to guarantee the flattened form of the enclosure in the evacuated state, the layers D and F and / or the bars Z1, Z2, G and H must be elastically deformable.
To avoid the stretching of a photovoltaic thin film E attached to or integrated in an upper layer D, visible in FIG. 2, it is necessary for the layer D to undergo substantially no stretching in order to avoid breaks in the photovoltaic thin layer. The elastic deformation of the enclosure during its swelling is thus obtained through the elastic deformation, that is to say the bending, of the elastic bars Z1, Z2. This results in a more vaulted shape of the enclosure close to half its length (near the panel C of Fig. 1) which corresponds to a greater deflection of the bending of the bars or weights Z1, Z2 on the one hand. , and a less vaulted shape, even flattened, near the two ends G, H of the enclosure.
However, according to the invention, the use of a frame Z1, Z2, G, H substantially rigid is not excluded. In this case, the photovoltaic layer should be composed of a plurality of adjacent photovoltaic units, each of a sufficiently limited area, so as not to break when their polymeric support defining the enclosure undergoes a stretch during the swelling of the 'pregnant. The connection of these separated photovoltaic units is made with deformable connections between the photovoltaic units, such as metal wires or strips in the form of zigzag or meander or polymer regions of the support made conductive, for example by doping.
Instead of undergoing uncontrollable breaks, the adjacent photovoltaic units move away from each other as the enclosure expands, with the increase in distance between two adjacent units being absorbed by these deformable connectors.
The external floating elements A1, A2 and inner B1, B2 may be in the form of rings consisting of pipes made of polymer, preferably high density polyethylene (HDPE). The outer ring A1, A2 and the inner ring B1, B2 are connected by rigid spokes R extending substantially radially between the outer rings A1, A2 and inner B1, B2 and angularly spaced in the circumferential direction of the rings. The spokes can be made of the same material as the crowns, preferably in the form of U-type or H-type profiles.
The electrical energy produced by the photovoltaic thin layers E, or flexible panels, joins an electrical management unit W, or electrical panel, by electrical lines K, or electrical cables. This electrical energy is made usable for a consumer U by the electrical management unit W, in particular by an inverter producing alternating current from the direct current generated by the flexible photovoltaic panels. This electrical management unit W is housed aboard a buoy Q.
The management of the immersion / emersion phases is achieved by means of a system P able to pressurize and depressurize the photovoltaic panels with gas and to fill or empty with water the hollow parts of the tubular structures of the rings A1, A2 and inner B1, B2. The pressurization system P is housed on the buoy Q next to the electrical management unit W (FIG 4). The pressurizing unit P is connected to the inner floating rings B1, B2 by two lines T1 and T2, rigid or flexible. As seen in fig. 6, the pipe T1 is intended for the supply of pressurized air, to the enclosures D, F of the carrier elements D, F, Z1, Z2, G, H (FIG.1) to which are attached or integrated at least one part of the photovoltaic modules C.
The pipe T1 thus forms a section of the pneumatic line 1 towards the pipe B2 of the inner floating elements B1, B2 (FIG 1). As can also be seen in fig. 6, the line T2 is intended for sending water to the inner floating elements B1, B2. The line T2 thus forms a section of the hydraulic line 2 to the pipe B2 of the internal floating elements B1, B2.
A docking system (which is not shown in the figures) connects the photovoltaic modules C, the floating elements A1, A2, B1, B2, the carrier elements D, F, Z1, Z2, G, H and buoy Q with the seabed through anchors and / or dead bodies.
As thin-film photovoltaic cells E can be used either amorphous silicon cells (a-Si), or CIS cells or CdTe cells. Today, it is better to use the a-Si technology because of the non-toxic nature of silicon and the abundance of this raw material, but also because of the lower energy consumption in the manufacture of cells. based on a-Si thin films compared to the manufacture of CIS or CdTe solar cells.
The connecting elements or attachment G, H and I between the rings and the solar panels C are made of polymer, preferably HDPE, including the PE100 type.
FIG. 5 is an overall view from above of the support structure of an embodiment of the arrangement according to the invention and intended to receive photovoltaic modules according to the invention. This structure is produced by substantially circular rings A1, A2 and B1, B2 made in the form of external pipes A1, A2 and in the form of inner pipes B1, B2. The concentric ratio between the outer ring A1, A2 and the inner ring B1, B2 is obtained and maintained by eight fairly rigid radii R which extend radially between the inner ring and the outer ring. This structure then defines eight sectors L, each of which is delimited by a section of the outer ring A1, A2, a section of the inner ring B1, B2 and two rays R.
Preferably, at least the rays R are rigid, thus separating the outer rings A1, A2 and inner B1, B2. The crown sections constituting the outer and inner limits of a sector L can be made either in the form of a rigid structure or in the form of a flexible structure. Buoy Q is at the common center of the two outer concentric rings A1, A2 and inner B1, B2.
FIG. 6 is an overall view from above, similar to that of FIG. 5, a support structure of an arrangement according to the invention and supplemented with photovoltaic modules C according to the invention. The photovoltaic modules C have a shape whose plan view is trapezoidal, making it possible to fill a sector L with ten photovoltaic modules C of this type. Each module C is attached with its outer side to the outer ring A1, A2 by a number of fastening means I (for example two), while the inner side of the module C, shorter than its outer side, is attached to the inner ring B1, B2 by a smaller number of fastening means I (for example only one).
Consequently, there are at least three of these fixing points I arranged in the three corners of a triangle determining the plane in which the module C extends. This structure obtains great stability with a minimum of fastening means. The K cables allow the electrical connection of the C modules to the energy management unit. The pipes T1 and T2 allow the pneumatic connection of the carrier elements D, F, Z1, Z2, G, H and the hydraulic connection of the floating elements A1, A2, B1, B2 to the pressurization unit P (FIG 4).
FIG. 7 is an overall view from above of a support structure of another embodiment of the arrangement according to the invention and intended to receive photovoltaic modules according to the invention.
This structure is formed by three substantially circular rings A1, A2 and A1, A2 and A1, A2 made in the form of pipes. The concentric ratio between the outer ring A1, A2 and the middle ring A1, A2 is obtained and maintained by eight fairly rigid radii R which extend radially between the two rings A1, A2 and A1, A2 radially adjacent. This structure then defines eight sectors L, each of which is delimited by a section of the outer ring A1, A2, a section of the middle ring A1, A2 and two rays R. The concentric ratio between the middle ring A1, A2 and the ring Inner A1, A2 is obtained and maintained by eight radii R 'also quite rigid which extend radially between the two rings A1, A2 and A1, A2 radially adjacent.
This structure then defines eight sectors L 'each of which is delimited by a section of the middle ring A1, A2, a section of the inner ring A1, A2 and two rays R.
As in the embodiment of FIG. 5, at least the radii R and R may be rigid, thus separating the outer crowns A1, A2, average A1, A2 and inner A1, A2. The crown sections constituting the outer and middle limits of a sector L or the average and internal limits of a sector L can be made either in the form of a rigid structure or in the form of a flexible structure. Buoy Q is also at the common center of the three concentric outer rings A1, A2, average A1, A2 and inner A1, A2.
In sum, the arrangement according to the first embodiment of the invention illustrated in FIGS. 1 to 6comprises the following elements:
1) tubular structures A1 and A2 forming a ring which externally delimits the photovoltaic modules C;
2) tubular structures B1 and B2, concentric to the previous one, forming a ring which internally delimits the photovoltaic modules C;
3) these two hollow structures, made of polymeric material and constructed with material thicknesses according to the support requirements and the resistance capacity requirements desired to withstand dynamic stresses by wind and water, can be filled with pressurized air or water as required, for example to float the arrangement on the surface of the water M or to dive under the surface of the water M;
4) rigid R structures forming radii between concentric rings A1, A2 and B1, B2 and connected by their first end to the outer ring A1, A2 and by their second end to the inner ring B1, B2, defining several sectors L intended to receive photovoltaic modules C;
5) photovoltaic panels C each of which is composed by
an upper web D of polymeric material, transparent to solar radiation, which includes, hermetically sealing, the photoactive part E so as to protect the cells and their metal contacts against the ambient conditions (eg humidity);
a lower fabric F, also made of polymeric material, in contact with the surface of the water M;
two heads G, H, one for each end of the photovoltaic panel, equipped with suitable systems 1, linking to structures A1, A2 and B1, B2, to complete the panel;
the panel C maintaining its shape thanks to the pressurization of the space S existing between the two canvases D and F on the one hand and thanks to the presence and the weight of two weights Z1, Z2 placed in lateral position on each side of the panel C, extending along each long edge of the panel and constantly submerged in water;
6) a system P of pressurization and depressurization composed by air compressors and centrifugal pumps for water which, by means of special valves V managed by an electronic controller Y, is adapted to
pressurizing the panels C via the pipes B2 and the pneumatic pipe 1 and / or the flotation pipes B1 via the pneumatic pipe 1 during the emergence phase on the one hand, and able to
depressurize the panels C and / or the pipes B1 via the same pipes and / or pump water into the flotation pipes B1 during the immersion phase on the other hand 7) a central buoy Q
sheltering the W and P devices, necessary respectively for the electrical management and the control of the immersion / emergence phases of the arrangement;
electrically connected to the module by means of cables K for the management of the energy U generated by the panels C;
and
pneumatically and hydraulically connected through the flexible lines T1 and T2.
In sum, the arrangement according to the second embodiment of the invention illustrated in FIG. 7comporte the aforementioned elements with, in addition, a third tubular structure, that is to say:
1) tubular structures A1 and A2 forming an outer ring which delimits on the outside photovoltaic modules C;
2) tubular structures A1 and A2, concentric to the previous one, forming an average ring which delimits more inside the photovoltaic modules C;
3) tubular structures A1 and A2, concentric to the previous one, forming an inner ring which delimits the innermost photovoltaic modules C;
4) R rigid structures forming radii between the concentric rings A1, A2 and A1, A2 and connected at their first end to the outer ring A1, A2 and at their second end to the middle ring A1, A2, defining several sectors L intended to receive photovoltaic modules C;
5) rigid structures R 'forming rays between the concentric rings A1, A2 and A1, A2 and connected at their first end to the middle ring A1, A2 and at their second end to the inner ring A1, A2, defining several sectors; The intended to receive photovoltaic modules C.
INDUSTRIAL APPLICATION
The technical installations, as described in detail, carried out according to the present invention concern the creation of low-cost modular installations, based on floating module systems provided with flexible photovoltaic panels defining one or more inflatable enclosures by a gas and and / or a liquid, in particular air and water, these latter thus becoming structural elements, guaranteeing support, shape and resistance.
The advantages deriving from the present invention make it possible to:
1) make possible the realization of offshore photovoltaic power plants, to configure large installations because of their modularity, also with the use of mooring systems (which are not illustrated in the figures), adapted to different bathymetries and the specificities of the seabed;
2) improve the yields of the thin-film cells, mounted in the configuration adopted in the present invention, the heat exchange with the liquid carrier increasing the cooling efficiency of the panel and, even under very high solar radiation conditions, the photovoltaic cells not reaching temperatures such as to cause deterioration of their yield;
3) to make structures with inflatable photovoltaic panels, of the most varied geometries, those represented in the figures constituting only one of the possible structural combinations and able to withstand difficult marine situations;
4) build marine photovoltaic generators floating and immersible in depth, to cancel the dynamic effect of waves in extreme weather conditions.
This invention therefore allows the realization of "solar fields" off-shore very efficient and with a stable energy productivity over time.