CH717565A1 - Installation photovoltaïque et procédé de construction d'une telle installation. - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une installation photovoltaïque comprenant une structure verticale (41), une pluralité d'éléments photovoltaïques, chaque élément photovoltaïque comprenant une poutre soutenue en porte-à-faux par la structure verticale (41) portant des panneaux photovoltaïques, caractérisée en ce que les poutres comprennent des pales de éoliennes réutilisée ou en des sections de pales de éoliennes réutilisée, ou en ce que la structure verticale (41) est un mât d'éolienne. L'invention concerne également un procédé de construction d'une installation photovoltaïque.

Description

Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un système modulaire permettant la conception, la réalisation, la modification, l'installation et l'entretien aisés de systèmes photovoltaïques en particulier, mais pas exclusivement, en proximité des Eoliennes.
Etat de la technique
[0002] Les installations photovoltaïques revêtent déjà une importance significative et leur nombre est toujours en croissance grâce, entre autres, au prix toujours plus faible des panneaux photovoltaïques en silicium. Les installations solaires restent toutefois visuellement imposantes et occupent des surfaces imposantes. En dehors des toitures, il est difficile de trouver des locations pouvant accueillir des nouvelles installations.
[0003] On connait, par exemple par WO 20083450 A1 et WO 20038537 A1 des sites de production d'énergie renouvelable hybrides, combinant une ou plusieurs éoliennes configurées pour transformer l'énergie cinétique du vent en énergie électrique, et des panneaux photovoltaïques pour capter l'énergie du rayonnement solaire. Les sites d'implantation des éoliennes présentes souvent des bonnes conditions d'ensoleillement, sont dotés d'un branchement au réseau électrique et disposent de fondations résistantes à des conditions extrêmes et de voies d'accès. Par ailleurs, les panneaux solaires peuvent pallier, au moins en partie, au caractère aléatoire de l'énergie éolienne, lié à l'intermittence du vent.
[0004] L'utilisation d'espace supplémentaire et la condamnation d'espace au sol pour l'entretien à proximité des éoliennes est toutefois un facteur limitant la diffusion de ces sites hybrides.
[0005] Le traitement de fin de vie des pales d'éolienne est un thème d'attention mondiale. Il arrive régulièrement que les pales soient démontées pour faire place à des nouvelles pales plus performantes. La majorité des pales sont fabriquées en matériaux composites de résines thermodurcissables et fibres de verre, aramide ou carbone qui ne sont pas recyclables par les procédés usuels. Les pales sont généralement traitées comme déchets à la fin de leur vie technique. Elles sont incinérées, avec émission de polluants et microparticules, ou parfois, par manque de procédés économiques pour le broyer ou concasser, simplement ensevelies dans des terrains de décharge. Les anciennes pales non utilisées ont un coût important comme la seule composante non recyclable d'une éolienne.
[0006] Les installations photovoltaïques en des milieux isolés ou de montagne présentent des défis spéciaux, par exemple elles doivent supporter les rigueurs du climat, et les chutes de neiges.
[0007] Il y a dès lors un besoin d'un produit solaire permettant la réalisation d'installations solaires efficaces et économique.
Bref résumé de l'invention
[0008] Un but, parmi d'autres, de la présente invention est de proposer un système photovoltaïque exempt des limitations des susmentionnées.
[0009] Un autre but de l'invention est de proposer une réutilisation des pales d'éoliennes en fin de vie pour éviter qu'elles ne deviennent des déchets. Ce but peut être combiné avec d'autres, ou indépendant.
[0010] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen de l'objet des revendications annexées, et notamment par une Installation photovoltaïque comprenant une structure verticale, une pluralité d'éléments photovoltaïques, chaque élément photovoltaïque comprenant au moins une poutre soutenue en porte-à-faux par la structure verticale et une pluralité de panneaux photovoltaïques, caractérisée en ce que les poutres comprennent des pales d'éolienne ou en des sections de pales d'éolienne, ou en ce que la structure verticale est un mât d'éolienne.
[0011] L'invention est aussi réalisée par un procédé de construction d'une installation photovoltaïque comprenant les étapes de : procurer une pluralité de pales d'éolienne ou de sections de pale d'éolienne formant des poutres : assembler une pluralité de éléments photovoltaïques chacun comprenant un ensemble de panneaux photovoltaïques reliés à une poutre ou à plusieurs poutres ; relier une extrémité des poutres à une structure verticale pour soutenir les modules photovoltaïques en porte-à-faux.
[0012] Les revendications dépendantes illustrent des caractéristiques avantageuses mais pas essentielles de l'invention, parmi lesquelles : le fait que les poutres comprennent des pales d'éolienne réutilisées, ou des sections de pales d'éolienne réutilisées; les panneaux photovoltaïques de chaque élément photovoltaïque disposés dans un plan, par exemple horizontal ; la capacité de pivoter les poutres autour de l'axe de la structure verticale et/ou de les incliner par rapport à l'horizontale par pivotement autour d'un axe horizontal ; une pluralité de colliers pivotables autour de l'axe de la structure verticale sur lesquels sont montés les éléments photovoltaïques; l'utilisation de panneaux photovoltaïques bifaciaux ou d'un moignon de mât d'éolienne désaffectée pour la structure verticale.
[0013] Par rapport à l'art antérieur, l'invention permet plusieurs avantages : On peut déployer des importantes surfaces photovoltaïques par éolienne équipés, avec un coût matériel réduit, et en réutilisant des pales de éoliennes de récupération qui normalement représentent un coût. On estime la production photovoltaïque de l'invention à 1-3 GWh par éolienne équipée. L'invention est compatible avec les installations existantes et ne demande pas de modifications importantes aux éoliennes et utilise les infrastructures électriques déjà en place.
[0014] De plus, l'invention permet de concentrer l'impact des ressources (EROI) et l'utilisation du sol tout en offrant des avantages collatéraux important pour la faune, l'agriculture, le bruit, et réduit les dangers liés aux projections des pales.
[0015] L'invention fait usage, dans des modes de réalisation, de pales d'éolienne réutilisées. A différence du recyclage qui permet de réintroduire les matériaux des produits en fin de vie dans la fabrication de nouveaux produits, la réutilisation conserve la structure du produit tout en l'affectant à un emploi différent. Dans le contexte de l'invention, cela comprend des structures aérodynamiques conçues pour l'utilisation dans un rotor d'éolienne qui sont affectée à un autre usage après l'utilisation initiale. On inclut aussi dans les pales réutilisées des produits neufs qui n'ont jamais été utilisés dans l'application initialement prévue, soit car non conformes aux spécifications, soit pour d'autres raisons. La réutilisation, (aussi appelée reciblage) ne nécessite pas de broyer ou concasser le produit original, mais peut inclure quelques étapes de préparation et transformation, par exemple de coupe, peinture, perçage, assemblage, et ainsi de suite. Dans le contexte de l'invention, on peut par exemple utiliser soit des pales entières, soit des sections de pales coupées à la longueur voulue.
Brève description des figures
[0016] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : • Les figures 1a et 1b illustrent une installation photovoltaïque selon l'invention, installée sur un mât d'une éolienne, en configuration déployée. • La figure 2 illustre l'installation photovoltaïque de l'invention en configuration compacte. • La figure 3 montre un module photovoltaïque monté sur une pale d'éolienne • La figure 4 illustre certains avantages de l'installation photovoltaïque de l'invention en exercice en sur un mât d'éolienne • La figure 5 montre l'installation photovoltaïque de l'invention après la fin de vie de l'éolienne associée. • La figure 6 illustre une variante de l'invention.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0017] Lafigure 1aillustre un exemple de site hybride de production d'énergie comprenant une éolienne et une installation photovoltaïque selon l'invention. L'éolienne illustrée est de type à axe horizontal, avec un mât41portant une nacelle43qui abrite les machines électriques nécessaires à la conversion de l'énergie kinétique du rotor45en électricité. L'éolienne de lafigure 1aest un exemple non limitant. L'invention eut être appliquée à des mâts d'éoliennes avec une structure différente, par exemple à double rotor, ou à axe vertical, ou à n'importe quelle structure verticale appropriée.
[0018] L'installation photovoltaïque comporte une pluralité de modules16, préférablement identiques, dont un exemple est illustré sur lafigure 3. Chaque module est soutenu par une structure idéalement constituée d'une pale réutilisée d'éolienne25, ou par une section de pale d'éolienne, qui est connectée en porte-à-faux par la structure verticale41. Avantageusement, les pales d'éolienne, même après plusieurs ans de service, ont la capacité de supporter des charges statiques et dynamiques très importantes, et peuvent très bien soutenir une importante surface de panneaux solaires18.
[0019] Dans une variante de l'invention les panneaux solaires18des modules16sont des structures planes, nommés aussi „feuilles“, comme illustré par lafigure 3. Les panneaux solaires18sont préférablement bifaciaux pour récolter, en plus du rayonnement solaire direct, aussi la lumière diffusée par le sol, par la végétation et par la neige.
[0020] Lafigure 3illustre des modules16comprenant chacun une seule poutre25. L'invention comprend toutefois aussi des variantes, non illustrées, avec plusieurs poutres en chaque module16. Les poutres peuvent être arrangés parallèles, en „V“, ou dans n'importe quelle disposition appropriée et peuvent comporter une ou plusieurs pales d'éolienne ou sections de pales d'éolienne. Les pales d'éolienne peuvent aussi participer à la construction des nervures26ou du cadre28.
[0021] Malgré l'ombre projetée par le mât41et le rotor45, les conditions d'ensoleillement des éoliennes sont souvent excellentes. Les sites d'implantation des éoliennes sont reliés au réseau de transmission électrique, sont généralement pourvu d'une route d'accès, et l'installation d'installation photovoltaïques y est très favorable. Par ailleurs, l'énergie générée par les panneaux photovoltaïques peut être utilisée par l'éolienne en situation de calme de vent, pour faire fonctionner des équipements de service ou démarrer le rotor lorsqu'il n'est pas possible ou envisageable prélever l'énergie requise du réseau électrique.
[0022] On peut aussi concevoir de coupler l'installation photovoltaïque avec un système de stockage d'énergie, par exemple un électrolyseur pour générer de l'hydrogène, des pompes pour refouler de l'eau dans un bassin idoine, des batteries, ou tout autre système de stockage, On peut également utiliser l'énergie sur place, par exemple pour désaliniser de l'eau de mer.
[0023] La structure de la „feuille“ photovoltaïque16permet avantageusement de replier les modules et/ou réduire la surface photovoltaïque active, comme illustrée sur lesfigures 1a,1bet2. A ce but, Is modules16sont montés à différent niveaux sur des colliers de support23, de manière à pouvoir se chevaucher. La surface active de l'installation peut alors être changée en faisant pivoter les colliers autours de l'axe vertical71(voir figure 1b) du mât41ou de la structure verticale de support. Lesfigures 1a et 1bmontrent une configuration complètement déployée qui maximise la surface active, tandis que lafigure 2montre une possible configuration repliée, pour minimiser la prise au vent ou pour faire tomber la neige, par exemple. Cette structure repliée peut potentiellement reposer sur un pilier de soutien, non illustrée dans la figure, pour supporter des charges plus élevées dans cette configuration.
[0024] Les figures montrent deux modules solaires sur chaque collier23. Cette configuration et équilibrée et permet de limiter la hauteur de la structure, mais on peut envisager des variantes permettant un repliement plus serré, dans lesquelles chaque collier porte une seule „feuille“ photovoltaïque16. On peut aussi imaginer des variantes avec deux, trois ou plus „feuilles“16par collier.
[0025] Le mouvement des collier23et des modules16est assuré par des moteurs électriques, préférablement contrôlés automatiquement ou à distance, non illustrés.
[0026] L'installation photovoltaïque de l'invention offre plusieurs avantages. Lafigure 4illustre une installation hybride selon l'invention : les panneaux18couvrent une vaste zone50au pied du mât41qui est protégée du rayonnement solaire, et du givre. Elle peut être utilisée comme zone ombragée pour le bétail, pour des cultures, et pour protéger des pistes de ski ou des chemins de randonnée des projections de glace. Les modules solaires15permettent aussi d'atténuer considérablement, dans une zone déterminée, le bruit produit par le rotor45.
[0027] Par ailleurs, on peut utiliser la structure photovoltaïque de l'invention dans des études sur les collisions d'oiseaux et chauve-souris avec le rotor de l'éolienne. Ces études sont normalement difficiles et cher en raison de la végétation, et comportent des coupes régulières des herbes au pied du mât, Grâce à l'invention, les victimes des chocs tombant sur les panneaux solaires (flèche60) peuvent être facilement comptées et reconnues visuellement.
[0028] A la fin de vie de l'éolienne, le mât et les machines électriques sont recyclés. Les fondations, cependant, sont souvent abandonnés sur place, ou bien seulement les couches superficielles des fondations sont démantelées. On peut avantageusement conserver un moignon de mât42pour soutenir l'installation photovoltaïque et continuer la production d'énergie électrique, comme visible sur lafigure 5.
[0029] Le mouvement des modules photovoltaïques ne se limite pas forcement à une rotation autour de l'axe vertical. On peut envisager des variantes dans lesquelles les modules photovoltaïques peuvent être inclinés par rapport à l'horizontale, comme illustrés par lafigure 6. Pour simplifier le dessin, lafigure 6montre seulement quatre pales25sans la couverture de panneaux photovoltaïques18. Dans cet exemple les modules photovoltaïques pivotent autour d'un axe73(voir figure 3) orthogonal à l'axe longitudinal des pales25, mais on peut concevoir aussi des variantes dans lesquelles dans laquelle les modules photovoltaïques peuvent être orientés par un pivotement autour de l'axe longitudinal72des pales25.
[0030] Une possible variante de l'invention comporte l'installation de modules photovoltaïques sur un mât d'éolienne comme décrit auparavant, sur des poutres de n'importe quelle nature, si l'on ne dispose pas de pales d'éolienne ayant les caractéristiques requises. Les poutres seront préférablement réalisées en métal, en bois, ou en un matériau recyclable ou réutilisable.
Numéros de référence employés sur les figures
[0031] 15installation photovoltaïque16module photovoltaïque18panneaux photovoltaïques23collier de support25pale d'éolienne réutilisée, poutre26nervure28cadre41mât42structure verticale, moignon de mât43nacelle45pale d'éolienne en service, rotor50zone protégée60chute71axe vertical72axe longitudinal de la poutre73axe transversal de la poutre

Claims (9)

1. Installation photovoltaïque comprenant une structure verticale (41, 42), une pluralité de modules'photovoltaïques (16), chaque module photovoltaïque (16) comprenant au moins une poutre (25) soutenue en porte-à-faux par la structure verticale (41, 42) et une pluralité de panneaux photovoltaïques (18), caractérisée en ce que les poutres (25) comprennent des pales d'éolienne ou en des sections de pales d'éolienne, ou en ce que la structure verticale est un mât d'éolienne (41).
2. Installation photovoltaïque selon la revendication précédente, dans laquelle les poutres (25) comprennent des pales d'éolienne réutilisées, ou des sections de pales d'éolienne réutilisées.
3. Installation photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les panneaux photovoltaïques (18) de chaque élément photovoltaïque (25) sont disposés dans un plan.
4. Installation photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, les poutres (25) pouvant pivoter autour de l'axe (71) de la structure verticale et/ou étant inclinables par rapport à l'horizontale par pivotement autour d'un axe horizontal (72, 73).
5. Installation photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de colliers (23) sur la structure verticale (41, 42), les colliers (23) étant pivotables autour de l'axe (71) de la structure verticale, les modules photovoltaïques (16) étant montés par les poutres (25) sur les colliers (23).
6. Installation photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les panneaux photovoltaïques (18) sont bifaciaux.
7. Installation photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la structure verticale est un moignon (42) d'un mât d'une éolienne désaffectée.
8. Procédé de construction d'une installation photovoltaïque (15) comprenant les étapes de : procurer une pluralité de pales d'éolienne ou de sections de pale d'éolienne (25) formant des poutres : assembler une pluralité de modules photovoltaïques (16) chacun comprenant un ensemble de panneaux photovoltaïques (18) reliés à une poutre ou à plusieurs poutres; relier une extrémité des poutres (25) à une structure verticale (41, 42) pour soutenir les modules photovoltaïques en porte-à-faux.
9. Procédé de construction selon la revendication précédente, comprenant en l'installation d'une pluralité de colliers (23) sur la structure verticale (41, 42), les colliers étant pivotables autour d'un axe vertical (71), dans lequel les extrémités des poutres (25) sont reliés aux colliers (23).
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