FR2869461A1 - Photovoltaic cell cooling system for e.g. vertical blinds, has canvas made of synthetic fibers and constituted of metallic pattern, tubular slats supporting photovoltaic cells, and Fresnel lenses maintained on cells via arches and tubes - Google Patents

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Abstract

The system has a canvas (1) made of synthetic fibers and constituted of metallic pattern, and metallic tubular slats (30) supporting photovoltaic cells, where coolant fluid circulates insides the slats. Fresnel lenses (2) are positioned and maintained on the photovoltaic cells through arches and inflated tubes. A frontal bar supports a heat exchanger and a cooling circuit.

Description

DESCRIPTIONDESCRIPTION

L'invention concerne les toiles photogénératrices dont la structure est adaptée pour dissiper la chaleur accumulée par le suivi de la course du soleil ou par l'emploi de lentilles de Fresnel souples, planes ou cintrées. Cette élévation de température nuit au rendement des cellules photovoltaïques, il est donc nécessaire de mettre au point différents systèmes de refroidissement des supports des cellules.  The invention relates to photogenerating webs whose structure is adapted to dissipate the heat accumulated by the tracking of the race of the sun or by the use of soft Fresnel lenses, flat or curved. This rise in temperature affects the performance of photovoltaic cells, so it is necessary to develop different cooling systems of cell supports.

L'objet de l'invention est de réunir les fonctions de refroidissement des supports et d'utiliser les procédés dont la consommation électrique est la plus basse.  The object of the invention is to combine the cooling functions of the supports and to use the processes whose power consumption is the lowest.

Ces systèmes se heurtent à différentes difficultés, parmi lesquelles figure la diversité des vitesses d'élévation de température liées à l'utilisation de différents types de cellules photovoltaïques et des différents équipements.  These systems face various difficulties, among which is the diversity of the rates of temperature rise related to the use of different types of photovoltaic cells and different equipment.

i; Les cellules sont rigides ou souples et elles peuvent, ou non, être recouvertes de lentilles de Fresnel cintrées ou planes. La température des cellules de silicium nues s'élèvent à plus de 80 en été, les mêmes cellules équipées de lentilles de Fresnel cintrées à faible concentration atteignent une température de 160 et les cellules multi-jonctions dépassent 250 lorsqu'elles sont surmontées de lentilles planes à plus forte concentration. D'autres contraintes techniques doivent également être surmontées, il s'agit de maintenir les différentes cellules entre 25 et 60 alors que le volume du fluide calovecteur utilisé doit être le plus faible possible.  i; The cells are rigid or flexible and they may or may not be covered with curved or flat Fresnel lenses. The temperature of the bare silicon cells rises to more than 80 in the summer, the same cells equipped with curved Fresnel lenses at low concentration reach a temperature of 160 and the multi-junction cells exceed 250 when they are surmounted by flat lenses. at higher concentration. Other technical constraints must also be overcome, it is to maintain the different cells between 25 and 60 while the volume of the calovector fluid used must be as low as possible.

Selon l'invention la toile (1) photogénératrice est réalisée par le contrecollage d'une toile traditionnelle en coton ou en fibres synthétiques (polyester, polypropylène ou acrylique) et d'un tissage métallique constitué de fil d'alliage d'aluminium ou de cuivre dont la forte conductivité _30 thermique dissipe la chaleur. Cette structure reçoit sur sa face supérieure des lames (3) d'aluminium recouvertes de cellules (5) photovoltaïques.  According to the invention, the photogenerating fabric (1) is produced by the lamination of a traditional cotton or synthetic fibers fabric (polyester, polypropylene or acrylic) and a metal weave made of aluminum alloy wire or copper whose high thermal conductivity dissipates heat. This structure receives on its upper face blades (3) of aluminum covered with photovoltaic cells (5).

S io 25 3oS io 25 3o

2869461 2 Afin de donner plus de souplesse et de réduire le poids d'une telle structure il est possible de tisser une toile composée de fibres naturelles ou synthétiques et de fils métalliques, la chaleur des lames collées sur cet ensemble se dissipe grâce aux fils métalliques.  2869461 2 In order to give more flexibility and reduce the weight of such a structure it is possible to weave a fabric composed of natural or synthetic fibers and metal threads, the heat of the blades glued on this set dissipates thanks to the metal wires .

Le premier principe pour refroidir cette structure consiste à humidifier son revers. Lorsque cette toile photogénératrice est portée par des supports tubulaires ou par des bras, ce qui est le cas des stores pour les terrasses et les vitrines, des séries de buses de pulvérisation sont fixées aux bras (10), des io tubes flexibles relient les buses au réservoir et une pompe diffuse l'eau sous forme de fines gouttelettes. La toile absorbe le liquide et la chaleur transmise par les fils métalliques sera consommée par l'évaporation de l'eau.  The first principle to cool this structure is to moisten the backhand. When this photogenerating fabric is carried by tubular supports or arms, which is the case of the blinds for terraces and showcases, sets of spray nozzles are attached to the arms (10), flexible tubes connect the nozzles to the tank and a pump diffuses the water in the form of fine droplets. The cloth absorbs the liquid and the heat transmitted by the metal wires will be consumed by the evaporation of the water.

Le second principe de refroidissement des cellules nécessite l'emploi de lames (3) tubulaires à l'intérieur desquelles circule un fluide. Dans le cas de la simple circulation de l'air, une pompe ou un compresseur assure la pression et son renouvellement dès que la température est trop élevée. Bien que la conductivité thermique de l'air soit très basse ce système est applicable aux cellules surmontées de lentilles (2) de Fresnel. En effet la pression de l'air permet le positionnement et le maintien des lentilles sur des arceaux (4) et des tubes (6) gonflés. L'air chaud, par convection naturelle, monte dans les arceaux puis dans les tubes et la chaleur s'évacue au contact de l'air extérieur. Une micro-porosité des tubes facilite l'évacuation de l'air chaud mais elle implique le fonctionnement quasi permanent du compresseur d'air.  The second principle of cooling the cells requires the use of tubular blades (3) within which a fluid circulates. In the case of simple circulation of air, a pump or a compressor ensures the pressure and its renewal as soon as the temperature is too high. Although the thermal conductivity of the air is very low, this system is applicable to cells surmounted by Fresnel lenses (2). Indeed the air pressure allows the positioning and maintenance of the lenses on arches (4) and tubes (6) inflated. The hot air, by natural convection, rises in the arches then in the tubes and the heat is evacuated in contact with the outside air. A micro-porosity of the tubes facilitates the evacuation of hot air but it implies the almost permanent operation of the air compressor.

Le remplacement de l'air par un gaz à basse température stocké dans une bouteille sous pression apporte simultanément plusieurs solutions: o Une température extrêmement basse dans le cas de l'azote.  Replacing the air with a low-temperature gas stored in a pressure bottle provides several solutions simultaneously: o An extremely low temperature in the case of nitrogen.

o Un fonctionnement souple et silencieux sous une forte pression et à débit variable, commandé par une vanne, immédiatement adaptable aux changements de température.  o Flexible and silent operation under high pressure and variable flow, controlled by a valve, immediately adaptable to changes in temperature.

2869461 3 Selon ce principe de refroidissement par la circulation d'un fluide dans des lames tubulaires en aluminium l'emploi d'un liquide calovecteur apporte une autre solution à moindre coût. Sous l'effet d'une pompe le fluide véhicule la chaleur des lames et la restitue lors de son passage dans un échangeur thermique situé dans la barre (Il) frontale d'un store ou sur le faîtage dans le cas d'une banne ou d'une toile de tonnelle ou situé dans le bassin dans le cas d'une couverture de piscine.  According to this principle of cooling by the circulation of a fluid in tubular aluminum blades the use of a calovector liquid provides another solution at lower cost. Under the effect of a pump the fluid conveys the heat of the blades and returns it when it passes through a heat exchanger located in the bar (II) front of a blind or on the ridge in the case of an awning or of an arbor canvas or located in the pool in the case of a pool cover.

La surface de l'échangeur, la différence de température entre le milieu io ambiant et le fluide, l'installation d'un ventilateur permettent d'abaisser considérablement la température des lames recouvertes de cellules nues.  The surface of the exchanger, the temperature difference between the ambient medium and the fluid, the installation of a fan can significantly lower the temperature of the blades covered with bare cells.

En revanche l'installation de lentilles de Fresnel engendre un important flux de chaleur, celui-ci est évacué en abaissant la température du fluide par l'utilisation d'un échangeur à plaque. Un fluide cryogénique ou un groupe froid de faible puissance comprenant un compresseur, un condenseur et un évaporateur abaisse la température de l'échangeur à plaque dans lequel vient circuler le fluide.  In contrast, the installation of Fresnel lenses generates a large heat flow, which is evacuated by lowering the temperature of the fluid by the use of a plate heat exchanger. A cryogenic fluid or a low power refrigeration unit comprising a compressor, a condenser and an evaporator lowers the temperature of the plate heat exchanger in which the fluid flows.

L'emploi d'un liquide calovecteur présente toutefois une contrainte lors du stockage ou de l'enroulement de la toile, celui-ci doit être pompé et stocké dans un vase d'expansion sans ouvrir le circuit. En complément de l'échangeur ventilé ou de l'échangeur à plaque il est donc nécessaire d'installer ce récipient et une pompe immergée.  However, the use of a heat exchange fluid has a constraint during the storage or winding of the fabric, it must be pumped and stored in an expansion tank without opening the circuit. In addition to the ventilated exchanger or the plate heat exchanger it is therefore necessary to install this container and a submerged pump.

Le liquide calovecteur est une solution à base d'eau et de glycol, d'eau et de sels, d'éthylène et de glycol, de propylène et de glycol et dans les cas extrême un lubrifiant synthétique ou un fluide frigorigène. io  The calovector liquid is a solution based on water and glycol, water and salts, ethylene and glycol, propylene and glycol and in extreme cases a synthetic lubricant or a refrigerant. io

Le troisième système de refroidissement des cellules présente plusieurs améliorations techniques. Les lames métalliques, support des cellules photovoltaïques souples ou rigides, ne reposent pas directement sur la structure décrite précédemment. Elles peuvent être plus fines et suffisamment flexibles pour être intégrées à un tube (7) souple et transparent en silicone ou en PVC, la face extérieure de la lame métallique supporte les cellules alors que la face inférieure est en contact avec le fluide de refroidissement sous pression dans le tube. Ce tube souple est solidaire de la toile classique, sans tissage métallique, par l'intermédiaire d'un jonc (7).  The third cell cooling system has several technical improvements. The metal blades, support flexible photovoltaic cells or rigid, do not rest directly on the structure described above. They can be thinner and flexible enough to be integrated into a flexible and transparent silicone or PVC tube (7), the outer face of the metal blade supports the cells while the lower face is in contact with the cooling fluid under pressure in the tube. This flexible tube is integral with the conventional fabric, without metal weave, by means of a rod (7).

Le refroidissement par air ou par un gaz réfrigéré sous pression s'effectue de la manière suivante: Un compresseur dans le cas de l'air ou une bouteille sous pression dans le cas de l'azote gazeux alimente le réseau de tube, celui-ci se gonfle, les lames se positionnent au dessus de la toile et les lentilles cintrées, montées sur des arceaux gonflables, surmontent l'ensemble. Dés que la température des cellules s'élève la chaleur est transmise au fluide en contact avec la lame et la circulation interne de l'air ou de l'azote s'effectue dès que la température de consigne est atteinte.  Cooling by air or a refrigerated gas under pressure is carried out as follows: A compressor in the case of air or a pressurized cylinder in the case of nitrogen gas feeds the tube network, the latter inflates, the blades are positioned above the canvas and arched lenses, mounted on inflatable poles, surmount the whole. As soon as the temperature of the cells rises the heat is transmitted to the fluid in contact with the blade and the internal circulation of the air or nitrogen is carried out as soon as the set temperature is reached.

Le refroidissement par un liquide calovecteur s'effectue par l'action de la pompe du vase d'expansion. Le réseau des tubes supports des lames se remplit de fluide puis la pompe de circulation permet le transfert de chaleur des lames vers l'échangeur ventilé ou vers l'échangeur réfrigéré. Selon ce principe le positionnement des lentilles ne bénéficie pas de la pression du gaz, il est assuré par le débattement d'arceaux composites ou métalliques flexibles qui se déploient lors du déroulement de la toile. io  The cooling by a calovector liquid is carried out by the action of the pump of the expansion tank. The network of the tubes supporting the blades fills with fluid and the circulation pump allows the transfer of heat from the blades to the ventilated exchanger or to the refrigerated exchanger. According to this principle, the positioning of the lenses does not benefit from the pressure of the gas, it is ensured by the deflection of flexible composite or metal hoops which unfold during the unwinding of the fabric. io

2869461 5 Ce système décrit précédemment apporte une solution globale aux toiles photogénératrices équipées de cellules photovoltaïques souples dites en couche mince avec ou sans lentilles souples.  This system described above provides a global solution to photogenerating fabrics equipped with thin-film flexible photovoltaic cells with or without soft lenses.

La souplesse de chaque composant permet de garder le principe d'enroulement traditionnel sur un tube cylindrique. Les multiples systèmes de refroidissement permettent d'adopter la technique la plus efficace et à moindre coût en fonction de l'intensité du rayonnement solaire et du rendement des cellules.  The flexibility of each component keeps the traditional winding principle on a cylindrical tube. The multiple cooling systems allow to adopt the most efficient technique and at a lower cost depending on the intensity of the solar radiation and the efficiency of the cells.

Le second système convient plus particulièrement aux cellules photovoltaïques rigides à très hauts rendements et équipées de lentilles de Fresnel. Le stockage et l'enroulement de cette structure s'effectuent sur un tube polygonal.  The second system is more particularly suitable for rigid photovoltaic cells with very high yields and equipped with Fresnel lenses. The storage and winding of this structure is performed on a polygonal tube.

Le premier système de refroidissement par humidification de la structure est simple à mettre en oeuvre et présente une efficacité certaine pour les lames dépourvues de lentilles. Ce système est également applicable aux stores traditionnels non photogénérateur afin de créer une ambiance plus fraîche et parfumée ou protecteur d'insectes avec l'emploi d'aditifs liquides adaptés.  The first humidification cooling system of the structure is simple to implement and has a certain efficiency for blades lacking lenses. This system is also applicable to non-photogenerated traditional blinds in order to create a fresher and scented environment or insect protection with the use of suitable liquid additives.

Ces systèmes de refroidissement conviennent à toutes les toiles photogénératrices. Ils peuvent équiper les stores extérieurs, verticaux ou à bras fixes ou inclinables, les auvents, les bannes de forains, les abris toilés à usage public, militaire ou professionnel, les tonnelles de jardin, les pergolas, les protections de véranda, les couvertures de terrasses ou de piscines, les parasols géants, les tentes, les serres, les bâches, les chapiteaux.  These cooling systems are suitable for all photogenerating fabrics. They can be used for outdoor blinds, vertical or with fixed or reclining arms, canopies, fairground awnings, canvas shelters for public, military or professional use, garden gazebos, pergolas, conservatory protections, roofing covers. terraces or swimming pools, giant sunshades, tents, greenhouses, tarpaulins, marquees.

2869461 6 Figure I: Toile équipée de lames et de lentilles de Fresnel cintrées Figure 2: Détail de la vue précédente Figure 3: Lame tubulaire et anneau gonflable pour lentille cintrée Figure 4: Détail de la vue précédente Figure 5: Lame flexible et cellule mince montées sur un tube souple et io surmontées par une lentille cintrée Figure 6: Détail de la vue précédente Figure 7: Toile, cellules et arceaux surmontés par des lentilles planes Figure 8: Store, bras et barre frontale i0  2869461 6 Figure I: Canvas equipped with blades and curved Fresnel lenses Figure 2: Detail of the previous view Figure 3: Tubular blade and inflatable ring for curved lens Figure 4: Detail of the previous view Figure 5: Flexible blade and thin cell mounted on a flexible tube and io surmounted by a curved lens Figure 6: Detail of the previous view Figure 7: Canvas, cells and hoops surmounted by flat lenses Figure 8: Blind, arm and front bar i0

Claims (2)

7 REVENDICATIONS7 CLAIMS 1. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices caractérisés en ce que la toile (1) est constituée d'un tissage métallique, de lames (3) métalliques supports de cellules (5) photovoltaïques souples ou rigides, de tubes souples et de lentilles de Fresnel souples, planes (9) ou cintrées (2).  1. Cooling systems for photogenerating fabrics characterized in that the fabric (1) consists of a metal weave, metal blades (3) supporting photovoltaic cells (5) flexible or rigid photovoltaic, flexible tubes and Fresnel lenses flexible, flat (9) or curved (2). 2. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication l caractérisés en ce que le tissage métallique dissipateur de la chaleur intègre la toile ou est contrecollé sur la face supérieure.  2. Cooling systems for photogenerating fabrics according to claim 1 characterized in that the metal weave dissipating heat incorporates the fabric or is laminated on the upper face. 3. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 1 caractérisés en ce que les lames (3) d'aluminium, solidaires des fils métalliques, sont refroidies par l'humidification de la toile ou par la circulation d'un fluide.  3. Cooling systems for photogenerating fabrics according to claim 1 characterized in that the blades (3) of aluminum, integral with the metal son, are cooled by the humidification of the fabric or by the circulation of a fluid. 4. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 3 caractérisés en ce que l'humidification de la toile provient de la pulvérisation d'eau par l'intermédiaire d'une pompe, de tubes flexibles, d'un réservoir et de buses de dispersion, ces dernières étant fixées aux supports tubulaires ou aux bras (10) d'extension des toiles.  4. Cooling systems for photogenerative fabrics according to claim 3, characterized in that the wetting of the fabric comes from the spraying of water via a pump, flexible tubes, a reservoir and spray nozzles. dispersion, the latter being fixed to the tubular supports or to the arms (10) of extension of the canvases. 5. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 3 caractérisés en ce que le fluide de refroidissement circule à l'intérieur des lames et que dans le cas d'un fluide gazeux celui-ci, par l'action d'un compresseur à air ou d'une bouteille sous pression, gonfle des arceaux (4) et des tubes (6) étanches ou à microporosité afin de positionner les lentilles de Fresnel au dessus des cellules photovoltaïques.  5. Cooling systems for photogenerating fabrics according to claim 3 characterized in that the cooling fluid circulates inside the blades and in the case of a gaseous fluid it, by the action of a compressor to air or a pressurized bottle, inflates arches (4) and tubes (6) sealed or microporosity to position the Fresnel lenses above the photovoltaic cells. 2869461 8 6. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 3 caractérisés en ce qu'un fluide liquide et calovecteur circule par l'action d'une pompe, que son refroidissement s'effectue soit lors du passage dans un échangeur thermique ventilée par convection ou électriquement, soit lors du passage dans un échangeur à plaque réfrigéré par un groupe froid ou par un fluide cryogénique.  6. Cooling systems for photogenerating fabrics according to claim 3 characterized in that a liquid fluid and calovector circulates by the action of a pump, that its cooling is carried out either when passing through a heat exchanger ventilated by convection or electrically, either when passing through a refrigerated plate heat exchanger by a cold group or by a cryogenic fluid. 7. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 6 caractérisés en ce que la barre (1 l) frontale ou faîtière des stores supporte l'échangeur thermique ou l'échangeur à plaque et que le circuit de refroidissement est complété par un compresseur, un condenseur, un évaporateur, un vase d'expansion et une pompe de vidange.  7. Cooling systems for photogenerating fabrics according to claim 6 characterized in that the bar (1 l) front or ridge awnings supports the heat exchanger or the plate heat exchanger and the cooling circuit is completed by a compressor, a condenser, an evaporator, an expansion tank and a drain pump. 8. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 1 caractérisés en ce que, dans le cas d'un enroulement sur un tube circulaire propre aux toiles équipées de cellules solaires souples la lame métallique est flexible et intégrée à un tube (7) souple solidaire de la toile par un jonc (8) et refroidie par la circulation d'un fluide.  8. Cooling systems for photogenerating fabrics according to claim 1 characterized in that, in the case of a winding on a circular tube specific to the fabrics equipped with flexible solar cells the metal blade is flexible and integrated into a flexible tube (7). secured to the fabric by a rod (8) and cooled by the circulation of a fluid. 9. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon les revendications 6 et 8 caractérisés en ce que les lentilles sont positionnées par le débattement d'arceaux composites ou métalliques flexibles.  9. Cooling systems for photogenerating fabrics according to claims 6 and 8 characterized in that the lenses are positioned by the deflection flexible composite arcs or metal. 10. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon les revendications précédentes caractérisés en ce que ces systèmes sont adaptés aux toiles photogénératrices des stores extérieurs, verticaux ou à bras fixes ou inclinables, des auvents, des bannes de forains, des abris toilés à usage public, militaire ou professionnel, des tonnelles de jardin, des pergolas, des protections de véranda, des couvertures de terrasses ou de piscines, des parasols géants, des tentes, des serres, des bâches, des chapiteaux.  10. Cooling systems for photogenerating fabrics according to the preceding claims characterized in that these systems are suitable for photogenerating webs of external awnings, vertical or with fixed or tilting arms, canopies, fairground awnings, shelters for public use, military or professional, garden arbours, pergolas, conservatory protections, roofs of terraces or swimming pools, giant parasols, tents, greenhouses, tarpaulins, marquees.
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