CH718791A2 - Module et installation photovoltaïques. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un module photovoltaïque (16) comprenant au moins une pale d'éolienne à axe horizontal réutilisé ou une section de pale d'éolienne à axe horizontal réutilisée formant une poutre (25) caractérisé par une pluralité de traverses (26) fixées sur la poutre (25), chaque traverse portant des panneaux photovoltaïques (18). L'invention concerne également une installation photovoltaïque munie de tels modules.
Description
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un système modulaire permettant la conception, l'installation, la réalisation, la modification et l'entretien aisé de systèmes photovoltaïques en particulier, mais pas exclusivement, en proximité des routes et des autoroutes.
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 connaît aussi des installations pour transformer l'énergie cinétique du vent en énergie électrique. Les plus répandues actuellement sont les génératrices éoliennes à axe horizontal comportant, de façon générale, une nacelle positionnée au sommet d'un mât. La nacelle peut pivoter selon la direction instantanée du vent et supporte une turbine que le vent fait tourner autour d'un axe horizontal. Ces structures peuvent atteindre des tailles considérables, et les pales des turbines plus puissantes ont désormais des longueurs de 80 mètres et plus.
[0004] 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. On connaît des procédés de recyclage de ces produits, comportant par exemple la thermolyse ou solvolyse de la matrice thermodurcissable pour récupérer la composante fibreuse. Ces procédés ont cependant des coûts énergétiques et économiques considérables et donnent un produit recyclé de médiocre qualité.
[0005] Le plus souvent les pales d'éolienne en fin de vie sont incinérées, avec émission de polluants et microparticules, ou parfois, par manque de procédés économiques pour les broyer ou concasser, simplement ensevelies dans des terrains de décharge. Plusieurs pays interdisent ou envisagent d'interdire cette pratique.
[0006] Les anciennes pales non utilisées ont un coût important comme la seule composante non recyclable d'une éolienne. Il y a dès lors un besoin d'une voie de réutilisation efficace et économique de ces produits.
Bref résumé de l'invention
[0007] Un but parmi d'autres de la présente invention est de proposer un système photovoltaïque adaptable à une grande variété de lieux d'installation.
[0008] 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.
[0009] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen de l'objet des revendications annexées, et notamment par un module photovoltaïque comprenant au moins une pale d'éolienne à axe horizontal réutilisé ou une section de pale d'éolienne à axe horizontal réutilisée formant une poutre, caractérisé par une pluralité de traverses fixées sur la poutre, chaque traverse portant des panneaux photovoltaïques.
[0010] Les revendications dépendantes introduisent des caractéristiques utiles, avantageuses ou souhaitables, mais pas essentielles. Elles portent par exemple sur le fait que les traverses sont fixées sur la poutre à angle droit en leur milieu, ou bien qu'elle s'éloigne de la poutre selon un angle aigu, chaque traverse peut porter une double rangée de panneaux photovoltaïques et peut avoir comportant une structure de serrage en son milieu, configurée pour serrer la pale d'éolienne ou la section de pale d'éolienne formant la poutre sur l'extrados et sur l'intrados. Les modules peuvent être soutenu en position horizontale par un pilier vertical à une extrémité et, de préférence par un pilier secondaire soutenant la seconde extrémité opposée.
[0011] Les modules de l'invention se prêtent à plusieurs usages. Un exemple remarquable est une „autoroute solaire“ comprenant une pluralité de modules photovoltaïques horizontaux disposés l'un après l'autre le long d'une route, les piliers de chaque module étant implantés de deux côtés opposés de la route, en sorte que chaque module forme un pont enjambant la route.
[0012] 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.
[0013] Lorsqu'on indique que les modules photovoltaïques sont „plats“ ou gisent dans un plan, il ne faut pas entendre par cela que les modules sont contenus dans un plan géométrique idéal, mais que leur disposition est essentiellement planaire, tout en admettant les déformations inévitables due à la flexibilité des matériaux. Les pales d'éolienne à axe horizontal ont la capacité de supporter des charges statiques et dynamiques très importantes et peuvent très bien soutenir une importante surface de panneaux solaires. Il s'agit pourtant de structures élastiques qui peuvent développer une flèche considérable sous charge. Compte tenu de leurs grandes dimensions, ces déformations restent modestes.
Brève description des figures
[0014] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
La figures 1 et 2 illustrent une disposition du module photovoltaïque de l'invention sur une pale d'éolienne à axe horizontal réutilisée
La figure 3 illustre une réalisation possible de la liaison entre une pale d'éolienne à axe horizontal et le module photovoltaïque de l'invention.
Les figures 4 et 5 montrent une partie d'un module photovoltaïque de l'invention en situation déchargée, respectivement en flexion.
Les figure 6 et 7 illustrent schématiquement une utilisation des modules photovoltaïques de l'invention dans un parc photovoltaïque le long d'une autoroute, respectivement d'une voie de chemin de fer.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0015] Selon l'invention les modules photovoltaïques16sont des structures planes comportant plusieurs panneaux photovoltaïques comme illustré par lafigure 1. Les panneaux solaires18sont préférablement bifaciaux pour récolter, en plus du rayonnement solaire direct, aussi la lumière diffusée provenant du bas. Chaque module comporte au moins une poutre de support25qui est une pale d'éolienne à axe horizontal réutilisée, ou bien une section de pale d'éolienne à axe horizontal.
[0016] La figure 1 montre une disposition des panneaux photovoltaïques dans un module photovoltaïque. En cette variante, la pale25porte une pluralité de traverses26qui la coupent à angle droit dans leur milieu et sont régulièrement distribuées sur la longueur. Chaque traverse26est fixée sur la pale25, par exemple par des structures27qui serrent la pale25s'appuyant sur l'extrados et sur l'intrados, comme il est représenté sur lafigure 3. Les traverses s'étendent symétriquement des deux côtés de la pale 25. La géométrie du serrage sera étudiée en fonction de la structure interne de la pale d'éolienne25, notamment par rapport à la position des renforts internes de la pale25(représentés sommairement en section).
[0017] Chaque traverse est équipée d'une double rangée de modules photovoltaïques18. Avantageusement, les traverses26sont indépendantes les unes des autres, et peuvent suivre les flexions inévitables de la pale25sans transmettre des efforts dangereux aux panneaux18.
[0018] Lafigure 2illustre une variante des modules16comprenant elle aussi une seule poutre25ainsi que des traverses26. Les traverses en cette variante s'éloignent de l'axe longitudinal72de la poutre selon un angle aigu. L'invention comprend 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 traverses26ou du cadre28.
[0019] On montrera par la suite des exemples d'utilisation des modules photovoltaïques16de l'invention dans lesquels la poutre 25 et les traverses 26 gisent essentiellement à l'horizontale. L'invention n'est pas limitée à cette disposition, cependant.
[0020] Comme mentionné plus haut, il est préférable que les traverses 26 soient indépendantes les unes des autres de façon à pouvoir suivre les flexions de la pale d'éolienne25. La figure4représente une partie d'un module photovoltaïque selon l'invention dans lequel la poutre formée par la pale25n'est pas déformée. Les panneaux photovoltaïques18gisent essentiellement dans un même plan horizontal. On peut voir les patins de serrage27qui solidarisent chacune des traverses26avec la pale25indépendamment. La ligne électrique31comporte des câbles flexibles et transmet l'énergie électrique produite par les panneaux photovoltaïques18à une extrémité du module.
[0021] La figure5montre le même module photovoltaïque avec la poutre25fortement déformée. La figure n'est pas à l'échelle. Les déformations et les flèches sont exagérées pour les rendre plus visibles. La courbure globale de la pale d'éolienne25déplace les panneaux photovoltaïques18du plan nominal. Grâce à l'indépendance des traverses, aucun effort mécanique n'est transmis aux panneaux. Les espaces vides entre les rangées de panneaux sont dimensionnés en fonction des déformations maximales attendues de façon à éviter tout choc entre les panneaux. La figure 7 illustre une déformation présentant une concavité vers le haut, telle que l'on attend lorsque la poutre25est posée entre deux supports, mais les modules photovoltaïques de l'invention peuvent tolérer aussi des déformations ayant une concavité vers le bas si la poutre25est soutenue en porte-à-faux, ainsi que des déformations plus complexes, par exemple des torsions.
[0022] La figure6illustre une installation photovoltaïque selon la présente invention dans laquelle une pluralité de modules photovoltaïques sont disposé l'un après l'autre le long d'une voie de communication, par exemple d'une route de grande circulation ou d'une autoroute80. Les voies de communication offrent souvent des conditions désirables pour des telles installations photovoltaïques : Les conditions d'ensoleillement sont en général favorables et l'accès est excellent. De plus, les routes sont souvent longées par de lignes électriques permettant de distribuer l'énergie qui ne peut pas être utilisée sur place. Les figures illustrent des modules photovoltaïques approximativement triangulaires disposés en alternance de façon à maximiser la couverture, mais d'autres dispositions sont possibles.
[0023] Les modules sont soutenus par un pilier principal42à une extrémité et, préférablement, par un pilier auxiliaire48positionné plus loin le long la poutre25. Avantageusement, la poutre25peut être boulonnée au pilier principal par l'emplanture (non représentée) prévue à l'origine pour relier la pale au moyeu d'une turbine éolienne. Le pilier principal42et le pilier auxiliaire48sont emplantés de deux côtés opposés de la route, en sorte que le module photovoltaïque16enjambe la route horizontalement et le véhicules passent au-dessus. En plus de la production d'énergie photovoltaïque, les modules de l'invention peuvent soutenir la signalisation routière, des caméras de surveillance, ou tout autre dispositif utile à la gestion et au contrôle de la route et de la circulation.
[0024] Comme illustré sur la figure7, les modules photovoltaïques16de l'invention peuvent être disposés aussi le long d'autres voies de communications, par exemple de voies ferrées81, avec les mêmes avantages que les routes et les autoroutes. Selon la largeur e la structure à couvrir, l'implantation des modules peut être orthogonale ou bien diagonale, comme ici illustré. Les voies de communication auxquelles cette variante de l'invention est applicable comprennent aussi les canaux et les cours d'eau navigables.
[0025] Par ailleurs, les modules16peuvent être également disposés le long des rivières, fleuves, torrents, aqueducs, canaux d'irrigation, pipelines pour le transport de gaz, huile, conduites forcées, etc.
[0026] Les modules photovoltaïques16de l'invention peuvent aussi servir de barrière pour dissimuler la circulation, atténuer le bruit, protéger du soleil et de la pluie. Il va de soi que la même installation, ou des installations similaires, peuvent être appliquées à d'autres espaces ouverts tels que réservoirs, chemins pédestres, parkings, installations sportives, gares, espaces urbains et ainsi de suite.
Numéros de référence employés sur les figures
[0027] 16 module photovoltaïque 18 panneaux photovoltaïques 25 pale d'éolienne réutilisée, poutre 26 nervure 27 moyens de serrage 28 cadre 31 câbles 42 pilier principal 48 pilier auxiliaire 72 axe longitudinal de la poutre 80 autoroute 81 voie ferrée
Claims (6)
1. Module photovoltaïque (16) comprenant au moins une pale d'éolienne à axe horizontal réutilisé ou une section de pale d'éolienne à axe horizontal réutilisée formant une poutre (25) caractérisé par une pluralité de traverses (26) fixées sur la poutre (25), chaque traverse portant des panneaux photovoltaïques (18).
2. Module photovoltaïque selon la revendication précédente, dans lequel les traverses (26) sont fixées sur la poutre à angle droit en leur milieu, chaque traverse portant une double rangée de panneaux photovoltaïques (18).
3. Module photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, chaque traverse (26) comportant une structure de serrage (27) en son milieu, configurée pour serrer la pale d'éolienne ou la section de pale d'éolienne formant la poutre (25).
4. Module photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, comprenant un premier pilier vertical sur lequel appuie une première extrémité de la poutre (25) et un pilier secondaire soutenant une seconde extrémité de la poutre (25), en sorte que la poutre (25) les traverses (26) et les panneaux photovoltaïques (18) gisent dans un même plan horizontal.
5. Installation photovoltaïque comprenant une pluralité de modules photovoltaïques (16) horizontaux selon la revendication précédente disposés l'un après l'autre le long d'une voie de communication (80, 81), ou d'un cours d'eau.
6. Installation photovoltaïque selon la revendication précédente, dans laquelle les modules photovoltaïques (16) sont disposés avec la poutre (25) orthogonale à la voie de communication (80, 81) ou du cours d'eau.
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