FR2945304A1 - Toiture ondulee munie d'un dispositif de recuperation de l'energie solaire photovoltaique et thermique. - Google Patents

Toiture ondulee munie d'un dispositif de recuperation de l'energie solaire photovoltaique et thermique. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une toiture (1) ondulée comprenant une pluralité de canaux longitudinaux (2) caractérisée par le fait qu'elle comprend un dispositif de récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique agencé au moins en partie dans les canaux longitudinaux (2). Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de récupération est agencé sous forme de bandes. La présente invention trouvera son application pour tous types de toitures ondulées en étant facile à mettre en oeuvre et présentant un rendu esthétique amélioré.

Description

La présente invention concerne une toiture ondulée munie d'un dispositif de récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique. Elle trouvera son application pour tout type de toiture ondulée existante ou en construction pour des bâtiments, des abris de jardin, des habitations etc.
On connaît déjà des dispositifs combinant la récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et de l'énergie solaire thermique. Ces dispositifs sous forme de panneaux généralement assez imposants sont placés sur des toits d'habitation ou dans des champs ou autres espaces libres. Les dispositifs dégradent l'aspect esthétique de la toiture et donc de l'habitation. De ce fait, ces produits utilisant des énergies renouvelables ne sont pas plébiscités par les propriétaires de maisons. L'intégration de ces dispositifs très voyants est parfois même interdite dans des communes ou des lotissements. De plus, certains toits de bâtiments anciens ne peuvent recevoir de tels dispositifs du fait de leurs structures peu résistantes qui pourraient être endommagées.
D'autres dispositifs plus particuliers consistent en des profilés métalliques combinant la récupération d'énergie solaire thermique et photovoltaïque. Les profilés ont une forme en créneau pouvant être disposés au plus près de la toiture. Les profilés recouvrent l'ensemble de la toiture Cependant, ces dispositifs, bien que moins visibles que ceux sous forme de panneaux, restent assez lourds ce qui ne permet pas toujours leur montage sur des structures anciennes. De plus, ces dispositifs nécessitent le plus souvent de retirer la couverture de toit existante ou du moins de la modifier en profondeur pour recevoir le profilé en forme de créneau qui ne correspond pas à l'ondulation de la toiture. Par conséquent, il existe donc le besoin d'améliorer l'intégration de tels dispositifs de récupération à la fois de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique au niveau des toitures plus particulièrement ondulées. A cet effet, la présente invention concerne une toiture ondulée comprenant un dispositif de récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique placé au moins en partie dans les canaux longitudinaux de la toiture.
L'invention présente l'avantage d'une toiture où le dispositif de récupération est intégré dans la forme de la toiture sans l'altérer. L'aspect esthétique de la toiture selon l'invention est nettement amélioré par rapport à l'état de la technique. Le dispositif de récupération étant intégré dans les canaux longitudinaux, il est peu visible que ce soit vu du dessus, d'en face ou des occupants de l'habitation. En effet, dans la toiture ondulée selon l'invention, les zones convexes de la toiture qui ne comportent pas le dispositif de récupération sont les plus visibles.
Par ailleurs, la surface des canaux longitudinaux est souvent considérée comme relativement peu importante et donc non utilisable comme seule zone de récupération de l'énergie solaire. Néanmoins, le dispositif de récupération de la toiture ondulée selon l'invention permet de combiner efficacement la récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique. Ainsi, il est envisageable avec la présente invention d'utiliser à titre principal les canaux longitudinaux de la toiture. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif est sous forme d'une pluralité de bandes. Ces bandes sont configurées pour s'adapter aux canaux longitudinaux de la toiture ondulée. De plus, cette configuration en bandes permet de réduire le poids du dispositif de récupération. La toiture ondulée selon l'invention peut donc être tout type même ancienne et peu résistante car le dispositif est léger et facile à adapter à toutes les toitures. Ce dispositif de récupération est avantageusement associé à un dispositif de transformation en énergie électrique utilisable directement.
D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode préféré de réalisation de l'invention qui n'en est cependant pas limitatif. Il convient tout d'abord de rappeler que la présente invention concerne une toiture ondulée comprenant une pluralité de canaux longitudinaux caractérisée par le fait qu'elle comprend un dispositif de récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique agencé au moins en partie dans les canaux longitudinaux. Selon des variantes préférées mais non limitatives, la toiture est telle que : - le dispositif de récupération comprend plusieurs bandes reliées entre elles de sorte à former un circuit, - les bandes comprennent des cellules photovoltaïques et un moyen de circulation de fluide, - le moyen de circulation de fluide est disposé entre les cellules photovoltaïques et le fond des canaux longitudinaux, - la hauteur globale des cellules photovoltaïques et du moyen de circulation de fluide est inférieure ou égale à la profondeur d'un canal longitudinal, - le moyen de circulation de fluide est orienté selon l'axe longitudinal des canaux longitudinaux, - la toiture comprend un dispositif de transformation de l'énergie solaire, photovoltaïque et thermique relié au dispositif de récupération, - la toiture comprend une bande principale à laquelle les bandes montées en parallèle sont reliées, - la bande principale est agencée au niveau de la faîtière ou de la gouttière transversale de la toiture, - les cellules photovoltaïques de chaque bande sont reliées électriquement en parallèle et les moyens de circulation du fluide de chaque bande sont montés en série.
Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément. La figure 1 représente une vue générale d'une toiture selon l'invention munie du dispositif de récupération et du dispositif de transformation.
La figure 2 donne une vue de détails du positionnement des bandes selon l'invention au niveau des canaux longitudinaux de la toiture. La figure 3 est une vue en coupe transversale de la toiture selon l'invention au niveau des canaux longitudinaux recevant chacun une bande du dispositif de récupération.
La toiture 1 selon l'invention est ondulée. On entend par ondulée, une toiture 1 dont le tracé présente une succession de creux et de saillies notamment en courbes alternativement concaves et convexes. La toiture 1 peut être réalisée en tuiles 12, en tôles ou tout autre matériau permettant de former une toiture 1 ondulée telle que définie ci-dessus.
La toiture ondulée 1 selon l'invention comprend une pluralité de canaux longitudinaux 2. Ces canaux longitudinaux 2 sont formés au niveau des concavités 6 de la toiture 1. Classiquement, les tuiles et/ou tôles sont disposées de sorte à être alignées et à former des canaux longitudinaux 2 facilitant notamment l'évacuation des eaux pluviales jusqu'à une gouttière transversale disposée par exemple perpendiculairement aux canaux longitudinaux 2 en partie basse de la toiture 1. Les canaux longitudinaux 2 sont avantageusement orientés selon la plus grande pente de la toiture 1. Comme représenté en figure 3, les canaux longitudinaux 2 étant formés par une tuile concave recevant de part et d'autre une tuile convexe, la surface de chaque canal longitudinal 2 est plus faible que les zones convexes des tuiles alentours. La présente invention comprend un dispositif de récupération de l'énergie solaire du type photovoltaïque et thermique agencé au moins partiellement au niveau de ces canaux longitudinaux 2. L'énergie solaire photovoltaïque correspond à l'énergie du flux lumineux solaire.
L'énergie solaire thermique correspond à la chaleur issue du rayonnement solaire.
La présente invention permet de combiner efficacement ces deux énergies solaires de sorte à exploiter au maximum la surface des canaux longitudinaux 2. De manière surprenante, l'ensemble des canaux longitudinaux 2 combinés constitue une surface suffisante pour être utilisée. De plus, ces canaux longitudinaux 2 formés par des concavités 6 disposées entre deux surfaces convexes sont peu visibles et constituent un bon emplacement pour le dispositif de récupération selon l'invention. Le dispositif de récupération est peu apparent, tout en étant toutefois très bien exposé aux rayons solaires pour récupérer un maximum d'énergie. Ce positionnement du dispositif de récupération de l'énergie solaire au niveau des canaux longitudinaux 2 est très avantageux car il rend le dispositif quasiment invisible depuis le bas de la toiture et même pour les voisins alentours. De plus, la combinaison de la récupération de l'énergie photovoltaïque et thermique permet de réduire l'inconvénient de devoir placer le dispositif de récupération au niveau des canaux longitudinaux 2.
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de récupération comprend une pluralité de bandes 3. Ces bandes 3 sont avantageusement configurées pour s'intégrer au niveau des canaux longitudinaux 2. Elles peuvent être rigides ou souples. Les bandes 3 peuvent présenter une rigidité suffisante pour permettre leur maintien dans les canaux longitudinaux 2 par leur appui longitudinal sur les parois latérales des canaux longitudinaux 2 tels que représentés en figure 3. Les parois latérales des canaux longitudinaux 2 sont formées en partie inférieure des canaux longitudinaux 2 par la tuile concave et en partie supérieure par la tuile 12 convexe. Selon un autre mode de réalisation, les bandes 3 sont fixées au niveau des canaux longitudinaux 2 par des rails. Ces rails sont par exemple formés par deux profilés longitudinaux maintenus espacés de sorte à s'adapter à la largeur des canaux longitudinaux 2. Les bandes 3 sont alors placées en appui sur ces rails. Selon encore une autre possibilité, les bandes 3 sont disposées au contact du fond de la concavité 6 des canaux longitudinaux 2. Dans ce cas, il est préférable que les bandes 3 présentent une certaine souplesse notamment transversalement de sorte à s'adapter au mieux aux concavités 6. Ces bandes 3 sont reliées entre elles de sorte à former un circuit. Les bandes 3 comprennent des cellules photovoltaïques 4 destinées à la récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et un moyen de circulation de fluide 5 destiné à la récupération de l'énergie solaire thermique.
Selon un premier mode de réalisation, les bandes 3 sont montées en parallèle. C'est à dire le long des canaux longitudinaux 2 avantageusement parallèles les uns des autres de la toiture 1. Ces différentes bandes 3 sont reliées entre elles par une bande principale 10 avantageusement positionnée au niveau de la faîtière 11 de la toiture 1 ou d'une gouttière transversale disposée en partie basse de la toiture 1. La bande principale 10 est sensiblement perpendiculaire aux bandes 3.
Selon un deuxième mode de réalisation, les différentes bandes 3 sont montées en série. C'est-à-dire que les bandes 3 sont positionnées dans les canaux longitudinaux 2 avantageusement parallèles les uns des autres. Chaque bande 3 d'un canal longitudinal 2 est reliée à la bande 3 précédente et/ou suivante préférentiellement par son extrémité au niveau de la faîtière 11 et/ou au niveau d'une gouttière transversale inférieure. Les bandes 3 forment ainsi une sorte de zigzag entre les canaux longitudinaux 2. Le moyen de circulation de fluide 5 est avantageusement formé par au moins un tube permettant la circulation d'un fluide du type caloporteur par exemple de l'eau glycolée. Le fluide caloporteur circule dans le ou les tube(s) du moyen de circulation de fluide 5 permettant de récupérer la chaleur du rayonnement solaire. La circulation de fluide dans le moyen de circulation de fluide 5 est générée préférentiellement par une pompe. Selon le mode de réalisation où les bandes 3 sont montées en série, il a été remarqué que l'utilisation d'un seul tube de circulation de fluide par bande était satisfaisante d'un point de vue de la quantité d'énergie récupérée par le moyen de circulation de fluide 5. Le parcours du fluide caloporteur étant allongé le fluide peut donc emmagasiner plus d'énergie. Néanmoins, la multiplication des tubes améliore le rendement du dispositif de récupération. Pour ce qui est du mode de réalisation où les bandes 3 sont montées en parallèle, deux tubes sont disposés. Un tube permettant la circulation du fluide en descente et un tube permettant la circulation du fluide en remontée. Quelque soit le mode de réalisation en série ou en parallèle, il est préférable que les cellules photovoltaïques 4 soient toujours reliées électriquement en parallèle. Les cellules photovoltaïques 4 sont reliées entre elles à une extrémité de chaque bande 3.
Ce sont donc les moyens de circulation du fluide 5 qui sont montés en série ou en parallèle. Le moyen de circulation du fluide 5 est avantageusement du type circulation sous-vide d'air permettant de limiter toute perte de chaleur. Le ou les tubes sont préférentiellement d'un diamètre compris entre un demi centimètre et cinq centimètres, plus précisément entre un centimètre et demi et trois centimètres.
Préférentiellement, les cellules photovoltaïques 4 sont disposées de part et d'autre du moyen de circulation de fluide 5. Ainsi, le moyen de circulation de fluide 5 récupère un maximum de chaleur issue du rayonnement solaire ainsi que de l'échauffement des cellules photovoltaïques 4 alentours.
Comme représenté en coupe à la figure 3, le moyen de circulation de fluide 5 est avantageusement disposé en dessous du niveau des cellules photovoltaïques 4. Les cellules photovoltaïques 4 présentent à titre préféré une interruption au niveau du passage du moyen de circulation de fluide 5 permettant ainsi à l'énergie solaire thermique de traverser pour être récupérée à ce niveau par le moyen de circulation de fluide 5. Cette interruption entre les cellules photovoltaïques 4 peut être formée par un matériau plastique, verre, relativement transparent laissant traverser un maximum de chaleur du rayonnement solaire. Le moyen de circulation de fluide 5 est fixé à cette partie d'interruption et/ou aux cellules photovoltaïques 4 par tout moyen de fixation tels que collage, enserrage, encastrement, vissage, clouage, clipsage...
Il a été remarqué que des bons résultats sont obtenus même si le moyen de circulation du fluide 5 n'est pas disposé à l'emplacement d'une interruption entre les cellules photovoltaïques 4. Le moyen de circulation du fluide 5 est agencé sous les cellules photovoltaïques 4. Cette disposition est envisageable car les tuiles ou tôles constituant la toiture 1 sont généralement de bons conducteurs de chaleur qui se concentre alors au niveau de la concavité 6 et rayonne en direction du moyen de circulation du fluide 5. Or, ce moyen de circulation du fluide 5 est placé dans les concavités 6, avantageusement au plus près de la concavité 6. Ces configurations présentent l'avantage de former une surface supérieure de la bande 3 plane. Cette surface plane de la bande 3 limite les risques de blocage des eaux pluviales, des feuilles mortes et autres débris au niveau des canaux longitudinaux 2. De manière alternative, il peut être prévu que le moyen de circulation du fluide 5 soit disposé entre les cellules photovoltaïques 4 mais sensiblement au même niveau que le plan des cellules photovoltaïques 4. Ainsi, le moyen de circulation du fluide 5 récupérera l'énergie solaire thermique directement par les rayons solaires.
Selon encore un autre mode de réalisation, le moyen de circulation du fluide 5 est disposé au dessus des cellules photovoltaïques 4. La bande 3 a une hauteur globale 7 résultant de l'épaisseur des cellules photovoltaïques 4 et de l'épaisseur du moyen de circulation de fluide 5. La hauteur globale 7 de la bande 3 est inférieure ou égale à la profondeur 8 de la concavité 6 des canaux longitudinaux 2. Ainsi, la bande 3 est positionnée dans un canal longitudinal 2, en conservant de préférence une différence de profondeur entre les canaux longitudinaux 2 et les portions convexes de la toiture 1. Ceci permet de maintenir le dispositif de récupération peu visible tout en gardant un écoulement des eaux fluviales correct. A titre d'exemple, la hauteur globale 7 est avantageusement comprise entre un et six centimètres, plus précisément quatre centimètres.
La bande 3 a une largeur variable adaptable à la largeur des canaux longitudinaux 2. La bande 3 est préférentiellement d'une largeur telle qu'elle repose par ses extrémités latérales sur les parois du canal longitudinal 2. La largeur de la bande 3 est avantageusement comprise entre quatre et douze centimètres, plus précisément aux environs de six centimètres.
De plus, le ratio entre la hauteur globale 7 et la largeur de la bande 3 est important pour avoir un dispositif de récupération qui ait un bon rendement tout en restant peu visible pour un rendu esthétique. A titre d'exemple, la bande 3 est d'une largeur comprise entre trois et dix centimètres préférentiellement trois et six centimètres, plus précisément cinq centimètres. Avantageusement, la bande 3 repose de sorte à conserver un volume d'air suffisant au niveau de la concavité 6 du canal longitudinal 2. Les bandes 3 sont de longueur variable en fonction de la longueur des canaux longitudinaux 2.
La toiture 1 selon l'invention comprend également un dispositif de transformation 9 de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique. Le dispositif de transformation 9 est destiné à fournir de l'énergie utilisable directement par un utilisateur. Ce dispositif de transformation 9 est relié au dispositif de récupération décrit ci-dessus. Avantageusement, le dispositif de transformation 9 est agencé dans les combles de la toiture 1. Ce dispositif de transformation 9 permet la transformation de l'énergie solaire photovoltaïque en énergie électrique utilisable directement. L'énergie solaire thermique peut être utilisée directement pour le chauffage de l'habitation situé sous la toiture 1 ou pour le refroidissement par un système de climatisation. Cette énergie solaire thermique peut également être transformée par le dispositif de transformation 9 en énergie électrique directement utilisable. Selon le mode de réalisation où les bandes 3 sont montées en parallèle le long d'une bande principale 10, le dispositif de récupération est connecté au dispositif de transformation 9 par cette bande principale 10. Cette bande principale 10 lorsqu'elle est disposée au niveau de la gouttière transversale peut être visible et constituer également une zone de récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique. Cette bande principale 10 est alors du même type que les bandes 3. Lorsque la bande principale 10 est positionnée au niveau de la faîtière 11 de la toiture 1, il est préférable qu'elle soit positionnée sous la faîtière 11. De sorte à améliorer la récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique, il peut être envisagé que les tuiles ou autres matériaux formant la faîtière 11 du toit soient formés dans un matériau transparent permettant la récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique également à ce niveau à titre d'exemple en verre teinté de couleur similaire au reste des tuiles ou tôles. Les bandes 3 sont préférentiellement souples de sorte à pouvoir être roulées et permettre un transport facile, de même leur positionnement en est amélioré.
Selon un mode de réalisation alternatif, le dispositif de récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique est constitué par des cellules photovoltaïques 4 sous forme de bandes positionnées au niveau des canaux longitudinaux 2 et l'énergie solaire thermique est récupérée par un moyen de circulation de fluide 5 non relié aux cellules photovoltaïques 4 mais uniquement positionné dans le fond des concavités 6 des canaux longitudinaux 2 avantageusement au contact de la toiture 1.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Toiture ondulée (1) comprenant une pluralité de canaux longitudinaux (2) caractérisée par le fait qu'elle comprend un dispositif de récupération de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique agencé au moins en partie dans les canaux longitudinaux (2).
  2. 2. Toiture (1) selon la revendication 1 dans laquelle le dispositif de récupération comprend plusieurs bandes (3) reliées entre elles de sorte à former un circuit.
  3. 3. Toiture (1) selon la revendication 2 dans laquelle les bandes (3) comprennent des cellules photovoltaïques (4) et un moyen de circulation de fluide (5).
  4. 4. Toiture (1) selon la revendication 3 dans laquelle le moyen de circulation de fluide (5) est disposé entre les cellules photovoltaïques (4) et le fond des canaux longitudinaux (2).
  5. 5. Toiture (1) selon la revendication 3 ou 4 dans laquelle la hauteur globale (7) des 15 cellules photovoltaïques (4) et du moyen de circulation de fluide (5) est inférieure ou égale à la profondeur 8 d'un canal longitudinal (2).
  6. 6. Toiture (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 dans laquelle le moyen de circulation de fluide (5) est orienté selon l'axe longitudinal des canaux longitudinaux (2). 20
  7. 7. Toiture (1) selon une quelconque des revendications précédentes comprenant un dispositif de transformation (9) de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique qui est relié au dispositif de récupération.
  8. 8. Toiture (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 comprenant une bande principale (10) à laquelle les bandes (3) montées en parallèle sont reliées 25
  9. 9. Toiture (1) selon la revendication 8 dans laquelle la bande principale (10) est agencée au niveau de la faîtière (11) ou de la gouttière transversale de la toiture (1).
  10. 10. Toiture (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 9 dans laquelle les cellules photovoltaïques (4) de chaque bande (3) sont reliées électriquement en parallèle et les moyens de circulation du fluide (5) de chaque bande (3) sont montés en 30 série.
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