FR2960344A1 - Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque tubulaire - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) est constitué d'au moins un support (2) de forme générale semi cylindrique et d'au moins un module photovoltaïque (10), suspendu au dessus d'une surface par une structure porteuse (3), sans occuper cette même surface. Ledit au moins un module photovoltaïque (10) est agencé dans le plan diamétral du support (2), la face active dudit module étant orientée en regard du rayonnement solaire incident.
Description
DISPOSITIF DE PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE PHOTOVOLTAÏQUE TUBULAIRE
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine de la production d'électricité, et plus particulièrement aux dispositifs mettant en oeuvre des modules photovoltaïques.
ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
Les dispositifs photovoltaïques conventionnels sont de nos jours généralement installés sur des toitures. Cependant, il se développe également des « champs » de production d'énergie électrique, dans lesquels les panneaux ou modules photovoltaïques sont montés sur des châssis tubulaires ancrés au sol. Ce type d'installation au sol occupe une emprise foncière importante, et interdit ainsi l'exploitation du sol, pour l'agriculture ou tout autre usage. L'emprise foncière est ainsi uniquement dédiée à la production d'énergie d'origine photovoltaïque.
En outre, un grand nombre d'étendues d'eau comme les canaux, les gravières inondées, les bacs de rétention, etc. ne sont pas utilisables pour une installation photovoltaïque. De même un sol topographiquement trop compliqué ou géologiquement trop dur, ou bien non stabilisé ou supportant une certaine charge limite ne peut pas non plus être équipés. Les contraintes d'installation sont donc nombreuses et restreignent les possibilités d'installations des dispositifs photovoltaïques à des emprises foncières très limitées.
Le besoin existe donc d'un système permettant tout à la fois de produire de l'énergie électrique à base de modules photovoltaïques sans pour autant aliéner une emprise foncière, de quelque nature qu'elle soit.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités au moyen d'un nouveau dispositif photovoltaïque constitué d'au moins un support de forme générale aérodynamique, notamment semi cylindrique et d'au moins un module photovoltaïque, ledit support étant suspendu au dessus d'une surface par une structure porteuse, sans occuper cette même surface, et ledit au moins un module photovoltaïque étant agencé dans le plan diamétral du support semi cylindrique, et dont la face active est disposée en regard du rayonnement solaire incident.
De cette manière, on obtient un dispositif photovoltaïque suspendu au dessus d'une surface, ce qui permet de ne pas encombrer la surface et de l'utiliser pour une autre activité telle que l'agriculture par exemple. En outre, la forme semi cylindrique, voire cylindrique lorsque le support, comme indiqué ci-après est constitué d'un cylindre entier, fait non seulement fonction de support, mais également de carénage autour du ou des modules photovoltaïques, évitant à celui-ci de présenter une surface plane susceptible de constituer une prise au vent, et donc corollairement de risquer de voir l'ensemble se mettre en « drapeau ».
Avantageusement, et en droite ligne de ce qui précède, selon le dispositif de l'invention, ledit au moins un support présente une enveloppe cylindrique fermée, dont la partie perpendiculaire à la surface active du module est transparente au rayonnement solaire incident.
De cette manière, avec un choix approprié du ou des matériaux constitutifs du support, on dispose d'une résistance mécanique et d'une rigidité suffisante pour s'opposer aux contraintes extérieures, et notamment au vent. En effet, les forces appliquées par le vent sur une forme cylindrique et plus particulièrement appliquées perpendiculairement à son axe de révolution, sont les mêmes quelle que soit sa direction. 2
Avantageusement, dans le dispositif photovoltaïque selon l'invention ladite structure porteuse est constituée de câbles orientés perpendiculairement à la direction principale des supports cylindriques (en l'espèce l'une des génératrices desdits cylindres), lesdits câbles étant positionnés au voisinage des extrémités desdits supports cylindriques.
En outre, ces câbles, ci-après dénommés premiers câbles, peuvent être doublés de câbles traversant lesdits supports cylindriques en s'étendant à l'intérieur de ladite enveloppe cylindrique mais sous les modules photovoltaïques. Ces câbles, qualifiés de seconds câbles, sont donc orientés sensiblement perpendiculairement par rapport auxdits premiers câbles.
Ce maillage de câbles permet d'allonger la portée entre les poutres ou poteaux soutenant lesdits premiers câbles, et peut notamment être utilisé lorsque la topologie du terrain impose l'écartement desdites poutres ou poteaux.
De cette manière, le dispositif photovoltaïque selon l'invention peut être suspendu de manière simple au dessus d'une surface quelconque, sans pour autant encombrer ou aliéner celle-ci. En effet, la structure porteuse constituée de câbles permet de suspendre le dispositif de l'invention, de poids réduit en raison même de sa structure, tout en disposant de la possibilité d'éloigner au maximum les supports de câbles ancrés au sol les uns des autres ou bien même de fixer lesdits câbles sur une paroi avoisinante de la surface au dessus de laquelle on souhaite installer ledit dispositif photovoltaïque.
Avantageusement, dans le dispositif photovoltaïque selon l'invention lesdits supports de forme générale cylindrique comprennent des raidisseurs dans leur partie inférieure afin d'augmenter leur inertie à la flexion. Ce faisant, le dispositif devient plus résistant à la déformation et présente ainsi une stabilité améliorée.
Avantageusement, selon l'invention, ledit support de forme générale cylindrique est apte à pivoter autour de son axe de révolution par l'intermédiaire d'un organe de rotation, afin d'orienter le plan du ou des modules photovoltaïques sensiblement perpendiculairement à la direction du rayonnement solaire incident en fonction de la course du soleil.
De cette manière, le rendement de production d'électricité est largement amélioré par rapport aux dispositifs photovoltaïques conventionnels et permet d'obtenir une production maximale tout au long de la journée.
En outre, dans la mesure où le support pivote de manière concomitante avec la course du soleil, de sorte que le ou les modules photovoltaïques présentent leur surface active constamment perpendiculairement aux rayons solaires, une partie notamment latérale de la zone semi cylindrique supérieur du support peut ne pas être transparente audit rayonnement. De plus, il est possible de munir la zone de la partie supérieure directement en regard des modules d'un organe optique de concentration du rayonnement, par exemple de type lentilles, optimisant la productivité desdits modules.
Toujours dans le même objectif d'augmenter la productivité du dispositif de l'invention, le support est avantageusement muni d'un système de refroidissement ou d'évacuation des calories générées par les modules photovoltaïques. Ce système est par exemple constitué par des orifices traversants ménagés au sein de la partie inférieure du support cylindrique, mais il peut également être constitué d'un organe actif, tel que par exemple un ventilateur situé à l'une des extrémités du support.
En outre, ce système d'évacuation des calories peut être constitué d'un élément positionné sous le ou les modules au sein du support, et contenant un matériau à changement de phase, type cire de paraffine ou recevant un liquide circulant et refroidi par un organe externe au support.
De préférence, le module photovoltaïque intégré au sein du dispositif selon l'invention est de conception simple et légère, de largeur réduite et de longueur augmentée par rapport aux modules standards. De cette manière, le dispositif selon l'invention est léger et répond ainsi d'une façon plus satisfaisante, contrairement aux dispositifs conventionnels, aux contraintes de charges de certaines surfaces.
En effet, typiquement, les modules photovoltaïques conventionnels, qui se présentent sous la forme de panneaux, pèsent entre 10 et 20 kilogrammes au mètre carré. Ce poids est en partie dû au verre recouvrant la surface active du module et positionnée en regard du rayonnement solaire incident. Ce verre a un double rôle : protéger la surface photovoltaïque des chocs externes comme la grêle et également, en particulier dans le cas de panneaux à base de wafers, rigidifier l'ensemble pour que les wafers ne se brisent pas. Le seul verre de protection peut représenter plus de la moitié du poids de l'ensemble.
Ainsi selon l'invention, la face supérieure du module photovoltaïque peut être constituée d'un verre mince ou ultra mince ou d'une autre matière transparente. En effet, le module photovoltaïque est protégé des chocs externes comme la grêle par l'enveloppe cylindrique supérieure et le plateau sur lequel repose le module offre à celui-ci la rigidité nécessaire dans le cas de modules à base de wafer. Le module n'a donc mécaniquement plus besoin d'un verre épais.
De cette manière, le poids du module photovoltaïque est significativement réduit, et permet de répondre de manière satisfaisante aux contraintes de charges du dispositif photovoltaïque selon l'invention.
De préférence, le dispositif photovoltaïque selon l'invention comprend des éléments conducteurs permettant de transporter l'électricité produite par ledit dispositif photovoltaïque.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera bien comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de celle ci apparaîtront, en référence aux dessins schématiques annexés, représentant, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, une forme de réalisation préférée du dispositif photovoltaïque qu'elle concerne.
La figure 1 est une vue schématique en perspective représentant une forme de réalisation du dispositif photovoltaïque selon l'invention.
La figure 2 est une vue schématique en perspective d'un support de forme générale cylindrique que comprend le dispositif photovoltaïque selon l'invention, ledit support comprenant une pluralité de modules photovoltaïques. La figure 3 est une vue schématique en perspective en direction de l'intérieur d'un second mode de réalisation d'un support de forme générale cylindrique que comprend le dispositif photovoltaïque selon l'invention, notamment comprenant une pluralité de raidisseurs. La figure 4 est également une vue schématique en perspective d'un agrandissement du dispositif photovoltaïque selon l'invention, notamment au niveau de l'intersection entre les câbles et les supports cylindriques.
La figure 5 est une représentation schématique en section d'un support du dispositif conforme à l'invention. La figure 6 est une vue schématique tendant à illustrer un mode particulier de réalisation de l'organe assurant la rotation des supports en fonctions de la course du soleil.
MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
Comme indiqué et en référence à la figure 1 le dispositif photovoltaïque (1) selon l'invention comprend une pluralité de supports (2) de forme générale cylindrique, orientés parallèlement les uns aux autres, et espacés les uns des autres selon un pas régulier. Les supports sont montés sur une structure porteuse (3). 6
La structure porteuse comprend, dans l'exemple décrit, quatre pieds (5), reliés deux à deux par des câbles porteurs (6). Les câbles (6) sont fixés au voisinage de l'extrémité supérieure des pieds (5) et sont également reliés aux extrémités des supports cylindriques (2), par exemple au moyen d'une pièce de liaison spécifique constituée, coté câble de deux demi coques enserrant le câble et perpendiculairement à un axe rejoignant l'extrémité du cylindre et fixé à celui-ci.
La nature des supports cylindriques (2) est telle qu'ils disposent d'une rigidité suffisante pour, d'une part, recevoir les modules photovoltaïques, et d'autre part, résister aux contraintes extérieures, et notamment au vent.
Selon une autre variante de l'invention, pour que les supports parallèles soient positionnés selon un même plan horizontal, et en raison de la flèche dont sont nécessairement affectés les câbles (6) en raison du poids des supports, ces derniers ne sont pas repris directement sur lesdits câbles (6), mais sur un câble supérieur (7) repris sur le câble porteur (6) selon le principe d'une caténaire inversée. Dans ce cas, la liaison entre les deux câbles (6) et (7) est réalisée au moyen d'éléments rigides (8), dont la longueur est adaptée à leur positionnement respectif.
En référence aux figures 2 et 3, les supports (2) comprennent une enveloppe cylindrique (4) constituée de deux parties : une première partie supérieure (4a) transparente au rayonnement solaire incident ; et une seconde partie inférieure (4b).
On a décrit en relation avec la figure 5 une vue en section dudit support. Ainsi, la structure de base est constituée d'une plaque rigide en forme de T (11), dont la barre horizontale (12), positionnée au niveau du diamètre du support, assure la fonction de support d'un ou de plusieurs modules photovoltaïques (10). Elle présente donc une longueur correspondant, au jeu près, à la largeur d'un,
voire de deux modules. Le pied (13) de la plaque en forme de T présente une longueur sensiblement égale au rayon du support.
La partie supérieure (4a) de l'enveloppe cylindrique est rapportée sur la barre supérieure du T par tout moyen, et notamment à l'intérieur de prolongements ou d'ailettes (14) dont est munie chacune des extrémités de la barre supérieure du T.
La partie inférieure (4b) de l'enveloppe cylindrique est quant à elle rapportée d'une part, au niveau desdites extrémités de la barre supérieure du T, et d'autre part, au niveau de l'extrémité du pied du T, également munie d'une extension ou d'ailette (15).
Cette partie en forme de T est avantageusement réalisée en un matériau à forte conductivité thermique et est munie, comme indiqué ci-dessus, d'ailettes (14, 15) à chaque extrémité, déportées à l'extérieur de la forme cylindrique de l'enveloppe tout en épousant cette forme de manière à dissiper au maximum la chaleur émise par les modules photovoltaïques (10) à l'extérieur de l'enveloppe cylindrique. En d'autres termes, les ailettes (14, 15) font fonction de radiateur pour permettre l'évacuation de la chaleur générée par les modules photovoltaïques.
Lesdits modules (10) sont avantageusement agencés selon toute la longueur du support (2), leur face active étant orientée en regard de la première partie supérieure transparente (4a) dudit support (2).
Le support (2) peut en outre comprendre un ou plusieurs raidisseurs (9), se présentant sous la forme de plaques, orientés radialement entre le plateau (11), constitué par la barre supérieure du T, et la face interne de ladite seconde partie inférieure (4b). Ces raidisseurs s'étendent avantageusement selon toute la longueur du support (2). Ils ont vocation à augmenter l'inertie à la flexion du support.
Avantageusement, chacun des supports (2) comprend un organe de rotation (16), destiné à conférer un mouvement de rotation à l'ensemble du support (2) et par conséquent à la pluralité de modules photovoltaïques (10) qu'il est destiné à supporter, pour ainsi permettre auxdits modules de suivre la course du soleil et corollairement augmenter la production d'électricité. Ce mouvement de rotation est effectué autour de l'axe de révolution du support (2).
On a représenté en relation avec la figure 6 un mode de réalisation d'un tel organe de rotation. Chacun des supports est muni d'un axe rotatif (17), colinéaire avec l'axe de fixation, alors monté sur un palier pour permettre ladite rotation par rapport aux câbles porteurs (6). Une tige rigide (18) est solidarisée au niveau de l'extrémité de cet axe rotatif. L'extrémité libre de chacune des tiges (18) est solidarisée à un câble tracteur (19), venant s'enrouler autour d'un tambour (20), mû en rotation par un moteur électrique, avantageusement piloté automatiquement par un automate programmable (21), notamment en fonction de l'éphéméride. L'autre extrémité dudit câble tracteur (19) est solidarisée par l'intermédiaire d'un ressort (22) à une partie fixe, avantageusement solidarisée à l'un des piliers (5) ou à une structure rapportée sur l'un desdits piliers (5). Ce faisant, en l'absence de contrainte externe, née du câble tracteur, les tiges, sous l'effet dudit ressort, sont naturellement positionnées verticalement, ou orientées de telle sorte que la face active des modules fait face au rayonnement solaire incident du matin. On peut bien évidemment prévoir l'inverse.
Selon une variante de l'invention, lesdits supports cylindriques (2) sont traversés, selon leur direction d'extension et sensiblement selon leur axe de révolution, par un autre câble, assurant leur fixation sur les câbles porteurs (6). Selon cette variante, les supports (2) peuvent être reliés les uns aux autres, de manière colinéaire par ce câble traversant, avant d'être repris par un câble porteur (6). Cela permet de réaliser des portées plus longues.30
Comme cela apparaît de la description qui précède, l'invention fournit ainsi un dispositif photovoltaïque présentant de nombreux avantages par rapport aux homologues de la technique antérieure. En particulier, il permet de disposer d'une surface photovoltaïque dont la forme finale offre une surface dynamiquement stable à la prise au vent. Le dispositif selon l'invention permet de plus d'être suspendu au dessus d'une surface quelconque sans encombrer celle-ci afin de la laisser libre pour d'autres activités, notamment agricole, ledit dispositif n'occultant pas la surface d'emprise pour le rayonnement solaire.
En outre, la stabilité aérodynamique intrinsèque des supports se présentant sous forme cylindrique leur confère la possibilité de faire tourner ces derniers, et ainsi de réaliser ainsi un suiveur solaire simple, économique et fiable, permettant d'augmenter la production électrique d'environ 20% au regard des dispositifs connus à ce jour.
De manière à éviter l'occultation, à tout le moins partielle du rayonnement solaire incident né d'un support au regard des modules portés par un support adjacent, notamment l'autre lorsque lesdits supports sont inclinés en cas d'incidence rasante (le matin ou le soir), on écarte suffisamment les supports les uns par rapport aux autres, typiquement d'une distance au moins égale au double du diamètre desdits supports. Le corollaire de cet espacement est que l'ombrage porté sur le sol par le dispositif de l'invention est limité entre 25 et 50% de la surface couverte ce qui permet, dans le cas d'un sol agricole, de continuer à cultiver sans gêne et même pour certaines cultures, de manière plus productive.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle s'étend à toutes les formes de réalisation couvertes par les revendications ci-annexées.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un support (2) de forme générale semi cylindrique et d'au moins un module photovoltaïque (10), ledit support (2) étant suspendu au dessus d'une surface par une structure porteuse (3), sans occuper cette même surface, et ledit au moins un module photovoltaïque (10) étant agencé dans le plan diamétral du support (2), la face active dudit module étant orientée en regard du rayonnement solaire incident.
- 2. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un support (2) comporte une enveloppe cylindrique fermée, dont partie au moins est transparente au rayonnement solaire.
- 3. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la structure porteuse (3) est constituée de câbles porteurs (6) orientés perpendiculairement à la direction principale des supports (2), et positionnés aux extrémités desdits supports (2) cylindriques.
- 4. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support (2) est reçu sur un câble supérieur (7) repris par le câble porteur (6) selon le principe d'une caténaire inversée, lesdits câbles (6) et (7) étant reliés entre eux aux moyen d'éléments rigides (8), dont la longueur est adaptée à leur positionnement respectif.
- 5. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support (2) est apte à pivoter autour de son axe de révolution par l'intermédiaire d'un organe de rotation afin d'orienter le plan dudit module photovoltaïque (10) perpendiculairement au rayonnement solaire incident en fonction de la course du soleil.
- 6. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le support (2) comprend des raidisseurs (9) orientés radialement afin d'augmenter l'inertie dudit support à la flexion.
- 7. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le support (2) comprend dans sa partie agencée sous le ou les modules photovoltaïques (10) un organe (12) destiné à refroidir ledit ou lesdits modules photovoltaïques (10), ledit organe étant notamment constitué d'un plateau réalisé en un matériau à forte conductivité thermique.
- 8. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe (12) est muni d'ailettes (14), aptes à servir de radiateur pour permettre l'évacuation de la chaleur générée par lesdits modules photovoltaïques (10).
- 9. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la partie du support (2) transparent au rayonnement solaire intègre un organe optique, apte à concentrer ledit rayonnement sur le ou les modules photovoltaïques.
- 10. Dispositif de production d'énergie électrique d'origine photovoltaïque (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les supports sont séparés l'un de l'autre d'une distance voisine du double de leur diamètre.
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