EP2815188A1 - Installation photovoltaïque adaptée à l'altitude - Google Patents
Installation photovoltaïque adaptée à l'altitudeInfo
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- EP2815188A1 EP2815188A1 EP13707572.7A EP13707572A EP2815188A1 EP 2815188 A1 EP2815188 A1 EP 2815188A1 EP 13707572 A EP13707572 A EP 13707572A EP 2815188 A1 EP2815188 A1 EP 2815188A1
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Abstract
La présente invention concerne une installation photovoltaïque caractérisée par le fait qu'elle comprend une pluralité de panneaux photovoltaïques disposés en dièdre, chaque dièdre (4) étant destiné à être positionné sur un toit de bâtiment de sorte que l'angle dièdre soit destiné à former un angle saillant disposé au regard dut toit (7) et forme avec le toit (7), un conduit d'air configuré pour recevoir et permettre la circulation de l'air issu du bâtiment ou bien autre, dont la température sera: l'hiver supérieure à celle de la fonte de la neige ou du givre et glace; l'été inférieure à celle de l'air extérieur au dièdre. L'invention trouvera son application dans les régions d'altitude où l'ensoleillement et le rayonnement sont les plus élevés et où le rendement des panneaux photovoltaïques est le plus fort en éliminant les inconvénients et les aléas de l'enneigement qui y fait obstacle.
Description
« Installation photovoltaïque adaptée à l'altitude »
La présente invention concerne une installation photovoltaïque adaptée à une utilisation en montagne.
L'invention trouvera son application dans les régions d'altitude où l'ensoleillement permet l'utilisation de panneaux photovoltaïques mais où l'enneigement fait obstacle à l'utilisation de cette technologie.
L'exploitation de l'énergie photovoltaïque se développe de manière croissante pour tenter de trouver des énergies renouvelables alternatives à l'énergie fossile.
Le choix de l'emplacement des panneaux photovoltaïques doit être étudié pour obtenir un rendement satisfaisant. Le rendement des panneaux photovoltaïques est fonction de l'ensoleillement et du rayonnement. Or l'ensoleillement, soit le nombre d'heures de soleil, et le rayonnement en joules par cm2, augmentent avec l'altitude.
Il est donc très intéressant d'envisager la mise en place de panneaux photovoltaïques en altitude.
A ce jour, ce type d'exploitation n'est cependant pas envisagé car la neige et le givre présents en altitude tendent à recouvrir les panneaux photovoltaïques une large période de l'année engendrant une perte nette de rendement qui empêche ce type d'installation d'être rentable.
Il existe donc le besoin de proposer une installation photovoltaïque adaptée aux conditions climatiques d'altitude.
A cet effet, la présente invention concerne une installation de panneaux photovoltaïques où les panneaux sont disposés en dièdre. Le dièdre, plus précisément l'angle saillant du dièdre, fait face à un toit ou à une base où l'installation est montée. Les panneaux forment ainsi, avec le toit ou la base, un conduit où débouche une arrivée d'air. L'air est issu préférentiellement d'un bâtiment sur lequel l'installation est montée. Avantageusement, l'air est issu de l'intérieur du bâtiment. Le conduit formé par les panneaux photovoltaïques positionnés en dièdre est configuré pour permettre une circulation d'air sous les panneaux et limiter l'accumulation de neige et/ou de givre sur les panneaux photovoltaïques. La forme du dièdre favorise la chute de la neige et avantageusement l'air y circulant amène un réchauffement général des panneaux photovoltaïques entraînant la fonte de la neige et/ou du givre. Cette configuration est intéressante car elle permet de limiter l'accumulation de neige sur les panneaux. Il est en effet préféré de limiter la pose et l'accumulation de la neige et/ou du givre plutôt que de tenter de faire fondre ce qui s'est accumulé.
Selon un mode de réalisation préféré, l'air est issu d'une ventilation mécanique contrôlée, ou VMC, ou du chauffage hors-gel d'un bâtiment, préférentiellement du bâtiment sur lequel est placée l'installation photovoltaïque. L'air issu de la ventilation est avantageusement à une température supérieure à la température ambiante extérieure hivernale.
D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui suit qui présente un mode de réalisation de l'invention illustratif mais non limitatif.
La présente invention concerne une installation photovoltaïque caractérisée par le fait qu'elle comprend une pluralité de panneaux photovoltaïques disposés en dièdre, destinée à être positionnée sur un toit de bâtiment de sorte que l'angle dièdre soit destiné à former un angle saillant disposé au regard du toit et forme avec le toit, un conduit d'air configuré pour recevoir et permettre une circulation d'air issu du bâtiment.
Suivant des variantes préférées mais non limitatives, l'invention est telle que : - le conduit comprend un moyen d'évacuation de l'air hors du conduit ;
- le moyen d'évacuation est disposé au niveau d'une première extrémité débouchante du conduit ;
- la deuxième extrémité du conduit est obstruée ;
- le conduit comprend une arrivée d'air issue du bâtiment, située à proximité de la deuxième extrémité obstruée du conduit ;
- le conduit est incliné de sorte que la première extrémité débouchante est disposée à un niveau de hauteur supérieur au niveau de hauteur de la deuxième extrémité obstruée du conduit ;
- le conduit comprend à sa première extrémité débouchante une portion supérieure débouchante et une portion inférieure obstruée et le moyen d'évacuation comprend une pièce configurée pour orienter l'air circulant vers la portion inférieure puis vers la portion supérieure ;
- les panneaux photovoltaïques sont assemblés entre eux par le sommet du dièdre ;
- l'air issu du bâtiment est issu d'une ventilation mécanique contrôlée du bâtiment ;
- l'air issu du bâtiment est issu d'un chauffage hors-gel du bâtiment ;
- les panneaux photovoltaïques ne sont pas isolés thermiquement ;
- le conduit s'étend selon une direction principale et présente selon une coupe transversale à cette direction principale, une forme de triangle dont deux côtés adjacents sont formés par les panneaux photovoltaïques et l'autre côté est formé par le toit ;
- le triangle est un triangle isocèle ;
- les panneaux photovoltaïques sont assemblés entre eux et sur le toit de sorte à former un conduit étanche à l'air à l'exception d'une arrivée d'air et d'un moyen d'évacuation d'air ;
- les panneaux photovoltaïques sont assemblés entre eux et sur le toit de sorte à former un conduit d'air étanche à l'eau extérieure ;
L'invention concerne également un procédé de montage d'une installation photovoltaïque telle que décrite précédemment caractérisé en ce qu'il comprend la pose sur le toit d'un bâtiment d'une pluralité de panneaux photovoltaïques disposés en dièdre dont l'angle dièdre saillant est disposé au regard du toit pour former avec le toit un conduit recevant de l'air issu du bâtiment.
Avantageusement dans le procédé de montage, le toit est rendu étanche avant la pose des panneaux photovoltaïques
Les figures ci-jointes sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément.
La figure 1 représente une vue du dessus d'une installation photovoltaïque selon l'invention.
La figure 2 représente une vue de côté d'une installation photovoltaïque selon l'invention placée au niveau du toit d'un bâtiment.
La figure 3 est une vue selon la coupe AA de la figure 1.
La figure 4 est une vue selon la coupe BB de la figure 2.
Les figures 5 à 8 illustrent plusieurs exemples non limitatifs du dièdre formé par les panneaux photovoltaïques selon l'invention.
L'installation photovoltaïque selon l'invention comprend au moins deux panneaux photovoltaïques 1 avantageusement disposés en dièdre 4.
Préférentiellement, l'installation comprend une pluralité de panneaux photovoltaïques 1 agencés les uns par rapport aux autres pour former avec une base un conduit 2. Les panneaux 1 sont positionnés en dièdre 4 avantageusement sur une base. Le dièdre 4 est orienté de sorte que l'angle saillant du dièdre 3 soit face à la base. Le conduit 2 prend ainsi une forme triangulaire dans laquelle deux côtés sont constitués de panneaux photovoltaïquesl , le troisième côté étant formé par la base.
Le conduit 2 s'étend selon une direction principale et présente selon une coupe transversale à cette direction principale, une forme de triangle, par exemple de triangle isocèle, dont les côtés de même longueur sont formés par au moins deux panneaux photovoltaïques 1 réunis à leur sommet et dont l'autre côté est formé par la base.
Cette configuration en dièdre des panneaux photovoltaïques facilite l'écoulement de l'eau et de la neige pouvant s'y poser.
Avantageusement, cette forme de dièdre augmente la surface de panneaux photovoltaïques 1 pour une surface de base donnée. Le rendement de l'installation photovoltaïque selon l'invention est ainsi amélioré.
L'installation photovoltaïque 1 est montée sur une base 18 préférentiellement placée au dessus d'un plénum 16. Cette base 18, ou plénum 16, peut être disposée sur un toit 7 d'un bâtiment que ce soit à usage d'habitation, industriel, d'une cabane...
Le conduit 2 comprend une première extrémité 9 et une deuxième extrémité 10. Une des deux extrémités 9, 10 est au moins partiellement obstruée, préférentiellement totalement obstruée et l'autre extrémité est débouchante.
Avantageusement, le conduit 2 comprend une arrivée d'air 8. Préférentiellement, l'air 5 débouche et circule dans le conduit 2 par l'arrivée d'air 8.
Il est préféré que l'arrivée d'air 8 soit agencée à proximité de l'extrémité obstruée 10 de manière que l'air 5 injecté dans le conduit 2 parcourt la plus grande longueur possible jusqu'à un moyen d'évacuation. Le moyen d'évacuation d'air est agencé préférentiellement au niveau de la première extrémité 9 qui est avantageusement débouchante.
L'air 5 est préférentiellement issu du bâtiment adjacent à l'installation ou sur lequel elle est directement montée. Le bâtiment définit un volume intérieur dont l'air 5 est préférentiellement issu. L'air 5 issu du bâtiment, plus précisément de l'intérieur du bâtiment, est réchauffé.
L'air 5 est préférentiellement utilisé pour contrôler la température des panneaux photovoltaïques 1 , ca r e n altitude pendant la période hivernale, les panneaux photovoltaïques 1 risquent couramment d'être recouverts de givre et/ou de neige limitant fortement l'utilisation de l'installation photovoltaïque.
Il est donc primordial de limiter l'accumulation de givre et/ou de neige. A cet effet, l'air 5 est avantageusement à une température différente de la température ambiante extérieure au conduit 2. Par exemple, pendant l'hiver, dès les premières gelées nocturnes, l'air 5 est à une température supérieu re à la température ambiante extérieure. Préférentiellement, l'air 5 est à une température au-dessus d'une température-seuil où la neige et le givre risquent de s'accumuler sur les panneaux photovoltaïques 1 .
Selon un mode de réalisation préféré, en été également, l'air 5 contrôle la température des panneaux photovoltaïques 1 cette fois ci en étant à une température inférieure à la température ambiante extérieure au conduit 2.
L'installation selon l'invention est particulièrement efficace lorsque les panneaux photovoltaïques 1 ne présentent pas d'isolation sur leurs faces tournées vers l'intérieur du conduit 2, aussi dénommées faces internes des panneaux photovoltaïques 1 . De cette manière, l'échange thermique entre l'air 5 et les panneaux photovoltaïques 4 est plutôt optimal.
Les pan neaux photovoltaïques 1 sont configu rés pou r transmettre leu r échauffement dû à leur fonctionnement à l'air 5 circulant dans le circuit 2. Ceci permet de réchauffer l'air du conduit 2.
Selon une possibilité, l'air issu du bâtiment est amené dans le conduit 2 au moyen d'une ventilation.
La ventilation expulsant l'air 5 dans le conduit 2 peut être une ventilation classique avec contrôle de la température de l'air 5 ou avantageusement c'est une ventilation mécaniquement contrôlée (ou VMC) du bâtiment sur lequel est installée l'installation photovoltaïque. Une VMC est un ensemble de dispositifs destinés à assurer le renouvellement de l'air à l'intérieur d'un bâtiment. La ventilation est également liée au système de chauffage hors-gel qui permet de maintenir les canalisations d'un bâtiment à une température supérieure à la température de gel.
L'air 5 issu d'un bâtiment et injecté dans le conduit 2 d'une installation selon l'invention a donc au préalable circulé dans le bâtiment. L'air 5 est donc à une température relativement constante tout au long de l'année par exemple 20°C ± 5°C. En hiver, l'air 5 dans cette gamme de températures sera plus chaud que l'air extérieur, et avantageusement que la température des panneaux photovoltaïques 1 , permettant de chauffer les panneaux photovoltaïques 1 , empêchant ou limitant l'accumulation de givre et/ou de neige. A contrario en été, l'air 5 est avantageusement plus frais que l'air extérieur, et avantageusement que la température des panneaux photovoltaïques 1 , permettant de refroidir les panneaux photovoltaïques 1 pour limiter ou réduire leur échauffement et améliorant également le rendement de l'installation.
La base 18, placée par exemple sur le toit 7 et formant la base du conduit 2 est un isolant, par exemple un multi-plis en bois et/ou polyuréthane. La base 18 est avantageusement étanche à l'air ou à l'eau.
Le plénum 16, espace dans lequel de l'air est présent, est avantageusement isolé thermiquement pour limiter les échanges thermiques avec le bâtiment plus particulièrement lorsque le bâtiment est à usage d'habitation.
De préférence, le conduit 2 est configuré pour être étanche à l'eau et l'air hormis l'extrémité débouchante 9 et l'arrivée d'air 8. Pour cela, les panneaux photovoltaïques 1 sont assemblés les uns aux autres par le sommet du dièdre 4 par des moyens de fixation 15 créant une étanchéité à l'air et à l'eau. L'étanchéité doit se faire vis-à-vis de l'eau extérieure au conduit 2 pour limiter toute entrée d'eau dans le conduit 2 tandis que l'étanchéité à l'air se fait vis-à-vis de l'air circulant 5 dans le conduit 2 pour que celui-ci s'évacue uniquement par le moyen d'évacuation. Chaque pan du dièdre 4 peut être formé d'un ou plusieurs panneaux photovoltaïques 1 également préférentiellement assemblés les uns aux autres par des moyens de fixation étanches à l'air et à l'eau.
Le dièdre 4 est fixé sur la base 18, plus généralement sur le toit 7. Chaque pan du dièdre 4 est fixé en partie inférieure par un moyen de fixation 15 étanche à l'air et à l'eau.
Selon une possibilité avantageuse, l'installation comprend des moyens d'isolation thermique 1 4 d isposés entre les moyens de fixation 15 et les panneaux photovoltaïques 1 . Le moyen d'isolation 14 avantageusement placé dans les angles du dièdre 4 est préférentiellement en polyuréthane.
Selon un mode de réalisation préféré, le conduit 2 de l'installation est incliné. Préférentiellement, l'extrémité obstruée 10 est placée à un niveau de hauteur inférieur à celui de l'extrémité débouchante 9.
L'inclinaison du conduit 2 favorise la circulation de l'air 5 dans le conduit 2 puisque l'air 5 le plus chaud a tendance à s'élever en altitude. L'air 5 qui arrive de l'arrivée d'air 8, disposée avantageusement au plus proche de l'extrémité obstruée 10, chemine naturellement en direction de l'extrémité débouchante 9 qui est à un niveau de hauteur supérieur. L'air 5 agit ainsi sur l'ensemble de la longueur du conduit 2.
Selon une possibilité préférée, l'extrémité débouchante 9 comprend une portion inférieure 12 obstruée, au plus près de la base, du toit 7, du plénum 16 et une portion supérieure 1 1 débouchante. La portion supérieure 1 1 est située au niveau du sommet du dièdre 4 tandis que la portion inférieure 12 est située à la base du dièdre 4.
A titre préféré, le moyen d'évacuation disposé au niveau de l'extrémité débouchante 9 du conduit 2 comprend une pièce obstruant la portion supérieure 1 1 de l'extrémité débouchante 9 et laissant la portion inférieure 12 débouchante. Le moyen d'évacuation oriente la circulation d'air de sorte que l'air passe d'abord par la portion inférieure 12 puis reste vers la portion supérieure 1 1 .
A titre d'exemple, la pièce obstruante est en polyuréthane. De même, l'extrémité obstruée 10 est obstruée par une pièce en polyuréthane.
Cette disposition de la pièce obstruant partiellement l'extrémité débouchante 9 dans la portion supérieure 1 1 permet de maintenir l'air 5 dans le conduit 2 tant que sa tem pératu re n 'a pas ch uté et q u 'i l est donc uti le à réchauffer les pa n neaux photovoltaïques 1 .
En effet, l'air 5 arrivant au niveau de l'extrémité débouchante 9 est bloqué par la pièce obstruante dans la portion supérieure 1 1 du conduit 2. L'air 5 se refroidit progressivement et tend à s'abaisser en altitude dans le conduit 2, il peut alors s'échapper par la portion inférieure 1 1 de l'extrémité débouchante 9.
La variation de température entre l'air 5 situé en portion supérieure 12 et l'air 5 s'échappant par la portion inférieure 1 1 est de l'ordre de 2 à 4° C.
Comme illustré en figure 3, la pièce obstruante a préférentiellement une forme complémentaire au sommet du dièdre 4 et comprend un pan incliné en direction du sommet du dièdre 4 et du sommet du conduit 2 en partie inférieure de sorte à accompagner l'évacuation de l'air 5. Il est préféré dans ce cas de placer une plaque de protection 17 à l'extrémité débouchante 9 du conduit 2 pour limiter les intrusions d'air et d'eau
En ce qui concerne l'inclinaison du conduit 2, il est préféré que l'extrémité débouchante 9 la plus haute soit orientée vers le nord tandis que l'extrémité obstruée 10, la plus basse des deux extrémités, soit orientée vers le sud. Cette orientation
augment l'exposition de l'installation et donc son rendement. L'inclinaison du conduit 2 est avantageusement comprise entre 10° et 45° par rapport à l'horizontale.
Selon l'invention, l'inclinaison et l'orientation du conduit 2 peuvent être distinctes de celles du toit 7 sur lequel l'installation est placée.
L'an gl e d i èd re 3 est étu d ié en fonction d es con d ition s cl i matiq u es et géographiques de l'installation. Les angles de base du conduit 2, soit les deux autres angles du conduit 2 complémentaire à l'angle dièdre 3 saillant, peuvent être ou non identiques. Les angles sont avantageusement compris entre 20° et 60° . I ls sont préférentiellement déterminés selon l'inclinaison du conduit 2.
Les dimensions des panneaux photovoltaïques peuvent être différentes entre les conduits 2 ainsi qu'entre les deux pans d'un dièdre.
L'installation peut comprendre plusieurs conduits 2 qui peuvent chacun avoir une inclinaison et une forme de dièdre adaptée.
Lorsque plusieurs conduits 2 sont disposés sur un toit, l'installation comprend avantageusement des chéneaux 13 placés entre les cond u its 2 pou r faci liter l'écoulement de l'eau et/ou de la neige fondue. Les chéneaux 13 sont par exemple formés par une plaque métallique faisant la jonction entre un pan de chaque dièdre 4 de sorte à récupérer l'eau s'écoulant sur chacun des pans.
Préférentiellement, les chéneaux 13 sont formés par le moyen de fixation des pans du dièdre. Le moyen de fixation de deux pans adjacents de deux dièdres consécutifs permet simultanément l'assemblage des pans au toit et la formation d'un chéneau 13. Le moyen de fixation est alors formé par une pièce présentant une forme en « U » évasée.
Selon une possibilité, le plénum 16 est disposé sur des poutres porteuses 6 préférentiellement s'étendant sensiblement perpendiculaire et dans un plan parallèle au conduit 2.
Les panneaux photovoltaïques 1 sont eux-mêmes soumis à de fortes variations de température allant de +50°C à -50°C. Il est donc préféré d'utiliser des panneaux photovoltaïques 1 monocristallins.
REFERENCES
1 . Panneau photovoltaïque
2. Conduit
3. Angle dièdre
4. Dièdre
5. Circulation d'air
6. Poutre porteuse
7. Toit
8. Arrivée d'air
9. Extrémité débouchante
10. Extrémité obstruée
1 1 . Portion supérieure
12. Portion inférieure
13. Chéneau
14. Moyen d'isolation
15. Moyen de fixation
16. Plénum
17. Plaque de protection
18. Base
Claims
1 . Installation photovoltaïque caractérisée par le fait qu'elle comprend une pluralité de panneaux photovoltaïques (1 ) disposés en dièdre (4), destiné à être positionné sur un toit de bâtiment de sorte que l'angle dièdre (3) soit destiné à former un angle saillant disposé au regard du toit (7) et forme avec le toit (7), un conduit (2) d'air configuré pour recevoir et permettre une circulation d'air (5) issu du bâtiment.
2. Installation selon la revendication 1 dans laquelle le conduit (2) comprend un moyen d'évacuation de l'air hors du conduit (2).
3. Installation selon la revendication précédente dans laquelle le moyen d'évacuation est disposé au niveau d'une première extrémité débouchante (9) du conduit (2).
4. Installation selon la revendication précédente dans laquelle la deuxième extrémité du conduit (2) est obstruée.
5. Installation selon la revendication précédente dans laquelle le conduit (2) comprend une arrivée d'air (8) issue du bâtiment, située à proximité de la deuxième extrémité obstruée (10) du conduit (2).
6. Installation selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans laquelle le conduit (2) est incliné de sorte que la première extrémité débouchante (9) est disposée à un niveau de hauteur supérieur au niveau de hauteur de la deuxième extrémité obstruée (10) du conduit (2).
7. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 dans laquelle le conduit (2) comprend à sa première extrémité débouchante (9) une portion supérieure (1 1 ) débouchante et une portion inférieure (12) obstruée et le moyen d'évacuation comprend une pièce configurée pour orienter l'air circulant vers la portion inférieure (12) puis vers la portion supérieure (1 1 ).
8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les panneaux photovoltaïques (1 ) sont assemblés entre eux par le sommet du dièdre (4).
9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'air issu du bâtiment est issu d'une ventilation mécanique contrôlée du bâtiment.
10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'air issu du bâtiment est issu d'un chauffage hors-gel du bâtiment.
1 1 . Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les panneaux photovoltaïques (1 ) ne sont pas isolés thermiquement.
12. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le conduit (2) s'étend selon une direction principale et présente selon une coupe transversale à cette direction principale, une forme de triangle dont deux côtés adjacents sont formés par les panneaux photovoltaïques (1 ) et l'autre côté est formé par le toit (7).
13. Installation selon la revendication précédente dans laquelle le triangle est un triangle isocèle.
14. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les panneaux photovoltaïques (1 ) sont assemblés entre eux et sur le toit (7) de sorte à former un conduit (2) étanche à l'air à l'exception d'une arrivée d'air (8) et d'un moyen d'évacuation d'air.
15. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les panneaux photovoltaïques (1 ) sont assemblés entre eux et sur le toit (7) de sorte à former un conduit (2) d'air étanche à l'eau extérieure.
16. Procédé de montage d'une installation photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend la pose sur le toit (7) d'un bâtiment d'une pluralité de panneaux photovoltaïques (1 ) disposés en dièdre dont l'angle dièdre (3) saillant est disposé au regard du toit (7) pour former avec le toit (7) un conduit (2) recevant de l'air issu du bâtiment.
17. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le toit (7) est rendu étanche avant la pose des panneaux photovoltaïques (1 ).
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