FR2876840A1 - Panneau photovoltaique partiellement transparent avec film actif commutable pour le controle du flux solaire - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de panneau solaire photovoltaïque localement perméable à la lumière, pouvant être installé comme vitrage vertical ou horizontal de bâtiments, destiné à la fois à la production d'énergie électrique grâce à des capteurs photovoltaïques et au contrôle des effets lumineux et thermiques du rayonnement solaire le traversant grâce à un film actif commutable capable d'agir sur le flux solaire incident de façon contrôlée et réversible.Ainsi, ce panneau-vitrage permet de capter l'énergie solaire incidente (I) sur des capteurs photovoltaïques en produisant l'énergie électrique (E), tout en assurant une maîtrise du rayonnement électromagnétique traversant (Lv) qui ne produit pas d'électricité. Il est constitué par un assemblage de substrats parallèles (S), qui enserrent un ensemble de capteurs photovoltaïques (CP) et un ensemble de films actifs (FA). Ces films actifs utilisés permettent le contrôle actif du rayonnement solaire dans le rayonnement visible et éventuellement dans le rayonnement infrarouge qui est transmis à travers ou à coté de la zone de capteurs photovoltaïques.L'invention est un élément particulièrement destiné à la construction pour des bâtiments, et pouvant constituer l'ensemble ou s'intégrer dans une toiture, une baie, ou une façade.
Description
-1 DESCRIPTION
La présente invention concerne un dispositif de panneau solaire photovoltaïque localement perméable à la lumière dans des zones délimitées, pouvant être installé comme vitrage vertical ou horizontal de bâtiments, destiné à la fois à la production d'énergie électrique grâce à des capteurs photovoltaïques et au contrôle des effets lumineux et thermiques du rayonnement solaire le traversant grâce à l'adjonction d'au moins un film actif commutable capable d'agir sur le flux solaire incident de façon contrôlée et réversible.
On connaît les panneaux photovoltaïques qui permettent de transformer directement le rayonnement solaire en électricité. Ces panneaux qui s'apparentent le plus souvent à un produit verrier sont de plus en plus fréquemment employés comme éléments constitutifs de parois ou toitures de bâtiments. Outre la production électrique, ils peuvent en effet assurer des fonctions de clos, de couvert, mais aussi d'éclairement naturel quand on leur confère par construction une certaine transparence. Cette transparence peut être obtenue soit par une sorte de porosité créée à la fabrication des surfaces photovoltaïques, soit plus couramment en ménageant des espaces entre les cellules photovoltaïques qui le constituent.
L'usage de panneaux photovoltaïques comme vitrage, c'est à dire assurant aussi une fonction de transmission de la lumière, peut générer des nuisances; en effet de tels panneaux devant par nature rester insolés, toute occultation extérieure devient contre-productive. Le flux énergétique du rayonnement solaire passant dans les zones perméables à la lumière peut générer des phénomènes gênants tels l'éblouissement, ou l'éclairement trop important à certaines heures ou bien encore l'échauffement intérieur exagéré par effet de serre.
Classiquement on pourrait tenter de corriger les effets lumineux en recourant à l'usage de stores intérieurs, dont la pose et les manoeuvres génèreraient des coûts élevés d'installation et de maintenance. La quantité de pièces mécaniques à mettre en oeuvre dans cette solution la rend difficilement réalisable surtout pour de grandes surfaces. Par ailleurs de tels dispositifs se comportant comme des capteurs thermiques, ils ne résolvent en rien le problème du réchauffement intérieur des bâtiments.
D'autres dispositions appliquées à de tels vitrages ont fait l'objet de descriptions dans les brevets FR2673329 et US5254179, consistant à moduler des espaces, à réaliser des gorges ou des perforations selon des règles précises, techniques particulièrement difficiles.
On connaît également des films actifs commutables dont l'actionnement modifie le comportement en matière de transmission, ou réflexion ou absorption du rayonnement électromagnétique. Leur composition et leurs performances réversibles varient et sont paramétrables suivant l'effet recherché.
Il a donc été imaginé de combiner le dispositif photovoltaïque avec au moins un film actif de façon à obtenir des panneaux photovoltaïques semitransparents doublés suivant l'invention d'au moins un film actif, pour obtenir un produit nouveau permettant d'améliorer le confort et le rendement énergétique des bâtiments. En effet, l'usage de vitrages suivant l'invention permet de supprimer les inconvénients cités précédemment en autorisant la modulation de la quantité de rayonnement transmis: il devient possible d'occulter tout ou partie du rayonnement extérieur, de manière réversible et à la demande.
De fait, le dispositif selon l'invention concentre dans un seul élément, outre les capteurs photovoltaïques, une partie fonctionnelle non mécanisée permettant la maîtrise du rayonnement traversant, et en corrélation celle du rayonnement réfléchi. Cette commande, manuelle ou asservie, génère une variation tout-ou-rien ou proportionnelle en fonction des différentes variables fonctionnelles du dispositif suivant l'invention.
La partie active est constituée d'au moins un film actif commutable. Le caractère commutable du film lui confère la possibilité de modification des propriétés optiques du vitrage sous l'effet d'une commande de nature par exemple électrique, ou thermique, ou chimique. Il confère donc au produit la maîtrise recherchée des ondes électromagnétiques incidentes.
Selon différents modes de réalisation, le film actif commutable pourra générer des fonctions particulières liées au type de film choisi. Ainsi, et à titre d'exemple, des films actifs commutables à base de cristaux liquides cholestériques ou non cholestériques, ou à base de particules en suspension, ou des films à base de produits électrochromes ou thermochromes pourront être utilisés.
Le brevet WO03015189 décrit une application mettant en présence ces deux composants, éléments photovoltaïques et film actif, mais elle est restreinte à l'usage d'un élément photo-actif inséré entre deux éléments conducteurs et pour lequel l'usage de l'élément photovoltaïque se limite à l'alimentation de l'élément photo-actif. Ce panneau n'est pas destiné à la production d'énergie électrique autre que l'auto-alimentation du système, et n'a pas pour objet la réalisation de panneaux photovoltaïques semi-transparents au sens de la présente invention.
L'étendue et la nature des propriétés conférées au produit objet de la présente invention dépendront également du fait que le ou les films actifs commutables recouvrent tout ou partie d'au moins une face du vitrage; ainsi, un mode de réalisation consistera à disposer le ou les films actifs commutables de façon à ce qu'ils recouvrent l'intégralité d'au moins une face du dispositif de panneau photovoltaïque, et un autre mode de réalisation consistera à disposer le ou les films actifs commutables au droit des zones perméables à la lumière ménagées dans le dispositif de panneau photovoltaïque.
Selon les propriétés intrinsèques du film actif utilisé dans le dispositif objet de l'invention, la commutation du film actif modifiera les performances du panneau sur au moins un des critères suivants: transmission, réflexion, absorption du rayonnement solaire incident.
L'activation du film commutable sera préférentiellement obtenue par une commande électrique. Dans ce cas particulier, il sera possible d'adjoindre un dispositif permettant d'assurer une gradation manuelle des effets recherchés, ce dernier dispositif étant favorablement un potentiomètre.
La commande électrique du film actif commutable pourra également comporter un dispositif permettant d'asservir cette commande à des facteurs extérieurs, cet effet étant le plus favorablement obtenu par l'usage de capteurs de valeurs physiques et le traitement électronique des valeurs capturées, ou bien à un dispositif permettant d'asservir cette commande à un dispositif chronologique comme par exemple une horloge ou un programmateur journalier. De plus, un système automatisé permettant la prise en compte simultanée de paramètres selon un algorithme préalablement établi et géré par ledit système automatisé pourra compléter l'ensemble des dispositifs tels que décrits ci-avant.
Suivant un autre mode de réalisation, l'activation du film actif commutable pourra être 35 obtenue par une commande thermique si la nature du film le requiert.
Suivant un autre mode de réalisation, l'activation du film actif commutable pourra être obtenue par une commande lumineuse si la nature du film le requiert.
Suivant encore un autre mode de réalisation particulier, le dispositif objet de l'invention pourra également comporter un panneau au dos de la face exposée au rayonnement solaire, disposé à une distance non nulle et définissant ainsi un volume d'air confiné ou d'air ventilé selon les performances recherchées, le but étant de favoriser les propriétés d'isolation ou de convection du dispositif.
A titre d'exemple, un mode de réalisation est illustré par les schémas fig.2a et Fig.2b: Le panneau photovoltaïque (1) comporte des cellules photovoltaïques (P) disposées sur un verre, avec leurs connexions électriques (CP), en ménageant des interstices perméables à la lumière (ZP). Le panneau (2), comportant les zones de film actif commutable (FA) en regard avec les interstices transparents du panneau (1) selon la fig. 2a ou bien une seule zone de film actif commutable selon la fig. 2b, avec les connexions électriques (CFA) , est assemblé par feuilletage avec le panneau (1).
Le dispositif selon l'invention supprime de nombreuses opérations de chantier et autorise une réalisation aisée suivant les procédés et machines usuelles dans les industries de transformation du verre plat. Les technologies les plus favorablement utilisées pourront être le feuilletage, le laminage, le collage, le complexage.
Claims (6)
1. Dispositif de panneau solaire photovoltaïque utilisable comme vitrage, caractérisé en ce qu'il comporte des zones délimitées perméables à la lumière (ZP) et où l'adjonction d'au moins un film actif commutable (FA) permet de contrôler les effets lumineux et thermiques du rayonnement solaire le traversant.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les film(s) actif(s) commutable(s) recouvrent l'intégralité d'au moins une face du dispositif.
3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les film(s) actif(s) commutable(s) sont disposés au droit des zones du panneau photovoltaïque perméables à la lumière.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la commutation du ou des film(s) actif(s) modifie les performances du dispositif en réflexion du rayonnement solaire incident.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la commutation du ou des film(s) actif(s) modifie les performances du dispositif en transmission du rayonnement solaire incident.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la commutation du ou des film(s) actif(s) modifie les performances du dispositif en absorption du rayonnement solaire incident..
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