FR2985376A1 - Systeme comprenant un module photovoltaique - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système destiné à fournir au moins de l'énergie électrique à partir de rayonnement lumineux, le système comprenant au moins un module photovoltaïque (1) comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques et présentant une première face externe (2) destinée à être exposée au rayonnement solaire et une deuxième face externe (3) opposée à la première face externe (2), le système comprenant pour chaque module photovoltaïque (1) au moins un dispositif de refroidissement (10) de la deuxième face externe (3), chaque dispositif de refroidissement (10) comprenant des moyens de convection forcée configurés pour forcer une circulation de l'air situé à proximité de la deuxième face externe (3), caractérisé en ce que chaque dispositif de refroidissement (10) présente un cadre (11) disposé au contact de la deuxième face externe (3), s'étendant principalement dans un plan sensiblement perpendiculaire à la deuxième face externe (3) et à l'intérieur duquel sont insérés les moyens de convection forcée. L'invention propose également un procédé d'assemblage d'un tel système.
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un système destiné à fournir de l'énergie électrique à partir du rayonnement solaire. Elle concerne plus particulièrement le refroidissement des modules photovoltaïques en charge de la conversion du rayonnement solaire en énergie électrique. Dans le cadre de la présente invention, on désigne par module photovoltaïque un module contenant des cellules photovoltaïques, le module pouvant être un panneau photovoltaïque produisant uniquement de l'énergie électrique ou un panneau photovoltaïque/thermique produisant de l'énergie thermique en plus de l'énergie électrique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Le rendement des modules photovoltaïques est fortement sensible à la température des cellules photovoltaïques. Plus précisément, lorsque la température augmente, le rendement de la production d'énergie électrique diminue de façon sensiblement linéaire, entraînant une réduction de la puissance électrique produite. Par exemple, une augmentation de 20°C de la température de fonctionnement des cellules photovoltaïques entraîne une baisse de la puissance électrique d'environ 10%. Or, les modules photovoltaïques étant soumis au rayonnement solaire et étant disposés à l'extérieur, ils peuvent être soumis à des élévations de température bien supérieures à 20°C. Des solutions ont donc été proposées pour limiter les élévations de température des modules photovoltaïques. Certaines solutions prévoient de ménager un filet d'air entre la face arrière du module photovoltaïque, c'est-à- dire celle non exposée au rayonnement et la structure sur laquelle repose le module photovoltaïque. Habituellement, cette structure est un toit ou une façade de bâtiment. Dans bien des cas, cette lame d'air ne s'avère pas suffisante pour limiter de façon significative les élévations de température.
C'est ainsi que d'autres solutions, telle que celle décrite dans la demande de brevet français publiée sous le numéro FR 2 924 964, proposent de disposer en amont des panneaux photovoltaïques des moyens de convection forcée de sorte à augmenter le débit d'air en face arrière du panneau photovoltaïque. Il est en outre prévu de disposer des canaux de circulation sur la face arrière du panneau photovoltaïque afin de favoriser l'écoulement d'air. Ce type de solution apporte certes quelques améliorations. Cependant, le rendement des panneaux photovoltaïques demeure limité.
D'autres solutions prévoient des moyens de convection forcée plus puissants pour augmenter le refroidissement du module photovoltaïque. L'inconvénient de ces systèmes réside principalement dans le coût et le poids induits par ces moyens de convection forcée. Ainsi, la présente invention a pour objectif de proposer une solution permettant d'améliorer le rendement électrique d'un module photovoltaïque tout en conservant un coût et un poids limités. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Pour atteindre cet objectif, un aspect de la présente invention concerne un système destiné à fournir au moins de l'énergie électrique à partir du rayonnement solaire, le système comprenant au moins un module photovoltaïque de conversion comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques configurées pour convertir une énergie lumineuse en énergie électrique, le module photovoltaïque présentant une première face externe destinée à être exposée au rayonnement solaire et une deuxième face externe, également désignée sous-face opposée à la première face. Le système comprend en outre pour chaque module photovoltaïque au moins un dispositif de refroidissement de la deuxième face externe, chaque dispositif de refroidissement comprenant des moyens de convection forcée configurés pour forcer sur la deuxième face externe une circulation de l'air situé au plus près de cette face. Chaque dispositif de refroidissement présente un cadre disposé au contact de la deuxième face externe, s'étendant principalement dans un plan sensiblement perpendiculaire à la deuxième face externe et à l'intérieur duquel sont insérés les moyens de convection forcée.
Ainsi, la deuxième face externe du module photovoltaïque est équipée de moyens de convection forcée provoquant un flux d'air sur cette face de sorte à la refroidir. En fonctionnement, les moyens de convection forcée sont placés directement sous la deuxième face externe et non pas en amont de cette dernière. L'écoulement de l'air en sous-face du panneau photovoltaïque est ainsi amélioré. Avantageusement, l'écoulement présente une répartition du champ de vitesses plus homogène au niveau de cette sous-face. En outre, cela permet avantageusement d'uniformiser la répartition du champ des températures en surface de la face arrière du module photovoltaïque. Le refroidissement du panneau photovoltaïque et donc renforcé et rendu plus homogène. Par conséquent, le rendement du module photovoltaïque est ainsi optimisé et stabilisé. En outre, les moyens de convection forcée sont insérés dans un cadre disposé de manière perpendiculaire à la deuxième face externe. Le refroidissement est donc assuré par des moyens disposés de manière ponctuelle sur la deuxième face externe. Le dispositif de refroidissement ne recouvre pas l'ensemble de la deuxième face externe, ce qui permet de limiter le poids du module photovoltaïque. En outre de nombreuses solutions connues prévoient de recouvrir une surface significative de la deuxième face externe, ce qui a tendance à créer une interface supplémentaire entre la deuxième face externe et l'air environnant. Cette interface empêche une bonne évacuation des calories. L'invention, puisqu'elle prévoit de ne recouvrir qu'une petite partie de la deuxième face externe, contribue ainsi à évacuer la chaleur de cette face.
Par ailleurs, un module photovoltaïque équipé du dispositif selon l'invention peut être obtenu de manière aisée et à un coût limité. De manière facultative, l'invention peut en outre présenter au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - De préférence, la face du dispositif de refroidissement disposée au regard de la deuxième face externe épouse la forme de cette dernière. Ainsi, si la deuxième face externe est plane, la face du dispositif de refroidissement disposée au regard de la deuxième face externe est également plane. Si la deuxième face externe est convexe ou concave, la face du dispositif de refroidissement disposée au regard de la deuxième face externe est convexe ou concave respectivement. De manière générale, la face du cadre qui est disposée au regard de la deuxième face externe présente la même courbure que cette dernière. - De manière avantageuse, le cadre forme un pourtour fermé. Le pourtour entoure les moyens de convection forcée. Il présente une continuité de matière. De préférence il présente une section continue. - Avantageusement, chaque dispositif de refroidissement occupe une surface inférieure au dixième de la surface de la deuxième face externe du module photovoltaïque. De préférence, cette surface est inférieure au vingtième, voire au cinquantième de la surface de la deuxième face externe du module photovoltaïque. Elle est par exemple comprise entre le cinquantième et le vingtième de la surface de la deuxième face externe du module photovoltaïque. - De préférence, l'épaisseur du dispositif de refroidissement est comprise entre 1 fois et 2,5 fois l'épaisseur des moyens de convection forcée, l'épaisseur étant prise selon la direction principale d'un flux d'air généré par les moyens de convection forcée. Préférentiellement, les moyens de convection forcée comprennent au moins un ventilateur ou brasseur d'air et l'épaisseur du cadre est sensiblement égale à l'épaisseur du ventilateur ou du brasseur d'air, l'épaisseur étant prise selon la direction principale d'un flux d'air généré par les moyens de convection forcée. Plus précisément elle est comprise entre 1 et 1.5 fois l'épaisseur d'un ventilateur. De préférence, l'épaisseur du dispositif de refroidissement est sensiblement égale à l'épaisseur d'un ventilateur. Plus précisément, elle est comprise entre 1 et 1.5 fois l'épaisseur d'un ventilateur. - De préférence, le cadre est conformé pour servir de support au module photovoltaïque. - Préférentiellement, les moyens de convection forcée comprennent au moins un ventilateur. - Avantageusement, le cadre est conformé pour assurer à lui seul le maintien des moyens de convection forcée. Avantageusement, le cadre enserre les moyens de convection forcée. La deuxième face externe est sensiblement plane. Le cadre est parfaitement accolé à la deuxième face externe afin d'optimiser les dissipations thermiques par conduction, notamment par effet d'ailette, dans le cadre et autres éléments du dispositif de refroidissement. - Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de refroidissement comprend au moins un canalisateur d'air disposé à l'intérieur du cadre et comprenant une pluralité de tubes configurés pour canaliser l'écoulement d'air selon une direction principale sensiblement parallèle à une direction principale du flux d'air généré par les moyens de convection forcée. De préférence, les tubes présentent une longueur, selon la direction principale du flux d'air, supérieure à la moitié de l'épaisseur du cadre selon cette même direction. - De préférence, le cadre est conformé pour assurer le maintien du canalisateur. - Avantageusement, la longueur des tubes prise selon la direction principale de l'écoulement du flux d'air est inférieure ou égale à l'épaisseur du cadre prise selon cette même direction. - Avantageusement, le cadre maintient et de préférence enserre le canalisateur. - De préférence, le canalisateur présente une structure en nid d'abeilles. - Avantageusement, le canalisateur assure une fonction d'échangeur thermique. - De préférence, le canalisateur entoure les portions de ventilateur qui ne sont pas en contact avec le cadre. De préférence, la structure occupe l'ensemble de l'espace intérieur défini par le cadre à l'exception des espaces occupés par les moyens de convection forcée. Ainsi, l'ensemble de l'espace intérieur du cadre est rempli, soit par les moyens de convection forcée, soit par l'échangeur thermique. Selon une alternative, une partie au moins de l'espace intérieur défini par le pourtour du cadre est inoccupée. L'air peut donc traverser le cadre de manière parfaitement libre au niveau de ces portions. - Selon un autre mode de réalisation avantageux, le dispositif de refroidissement comprend au moins un échangeur thermique disposé à l'intérieur du cadre. De préférence, l'échangeur thermique présente une forme de nid d'abeilles ou de grillage. Le cadre maintient et de préférence enserre l'échangeur thermique. Selon une variante particulière, l'échangeur thermique n'assure pas de fonction de canalisateur d'air. - De préférence, les moyens de convection forcée comprennent une pluralité de ventilateurs répartis selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction principale de circulation de l'air. Ainsi, tous les ventilateurs d'un même dispositif de refroidissement sont répartis en ligne. Les ventilateurs présentent chacun une partie mobile entraînée en rotation. Les axes de rotation de tous les ventilateurs compris dans un même cadre sont parallèles. - Préférentiellement, au moins un module photovoltaïque comprend plusieurs dispositifs de refroidissement. - De préférence, les cadres des dispositifs de refroidissement sont disposés les uns par rapport aux autres de manière sensiblement parallèle. Ainsi, les cadres des dispositifs de refroidissement sont agencés pour forcer la circulation de l'air selon une direction principale commune. Selon un exemple avantageux, le module photovoltaïque présente une largeur comprise entre 40 et 80 cm, une longueur comprise entre 100 et 140 cm, comprend trois à quatre dispositifs de refroidissement disposés parallèlement selon la longueur du module photovoltaïque, chacun des dispositifs de refroidissement comprenant entre deux et quatre ventilateurs. Cette configuration permet de générer un écoulement d'air sensiblement uniforme sur toute la surface de la deuxième face externe. - Selon un mode de réalisation avantageux, le système comprend des moyens configurés pour récupérer la chaleur de l'air ou l'air avoisinant la deuxième face externe, le système comprenant également des moyens d'acheminement de cette chaleur ou de cet air vers des pièces d'un bâtiment, et/ou vers un système de récupération de chaleur. - Selon une alternative, un même dispositif de refroidissement est commun à plusieurs panneaux juxtaposés.
Un autre aspect de la présente invention con cerne un procédé d'assemblage d'un système tel que mentionné précédemment, le procédé comprenant une étape de fixation du cadre sur la deuxième face externe de sorte que le plan du cadre soit sensiblement perpendiculaire au plan de la deuxième face externe. Un autre aspect de la présente invention concerne un dispositif de refroidissement configuré pour être fixé sur un module photovoltaïque présentant une première face externe destinée à être exposée au rayonnement solaire et une deuxième face externe opposée à la première face externe. Le dispositif comprend des moyens de convection forcée conformés pour forcer une circulation de l'air situé à proximité de la deuxième face externe. Le dispositif de refroidissement présente un cadre s'étendant principalement dans un plan et à l'intérieur duquel sont insérés les moyens de convection forcée, le cadre comprenant des moyens de fixation au module photovoltaïque, ces moyens de fixation étant configurés pour positionner le plan du cadre de manière sensiblement perpendiculaire au plan du module photovoltaïque. Un autre aspect de la présente invention concerne un ensemble 15 comprenant un module photovoltaïque et au moins un dispositif de refroidissement configuré pour être fixé sur le module photovoltaïque. Un autre aspect de la présente invention concerne un procédé d'assemblage d'un ensemble comprenant une étape de fixation du cadre sur la deuxième face externe de sorte que le plan du cadre soit sensiblement 20 perpendiculaire au plan de la deuxième face externe. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation non 25 limitatifs illustrés par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels : - La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de système selon l'invention, ce système étant équipé d'un seul dispositif de refroidissement ; - la figure 2 est un exemple de dispositif de refroidissement destiné à équiper un système selon l'invention ; 30 - la figure 3 représente un exemple de répartition des vitesses de l'air en sortie d'un ventilateur qui peut par exemple être incorporé dans un dispositif de refroidissement utilisé dans le cadre de l'invention ; - la figure 4 est un exemple de dispositif de refroidissement différent de celui illustré en figure 2, notamment en ce qu'il comprend plusieurs ventilateurs et un canalisateur d'air et/ou un dissipateur thermique; - la figure 5 est une vue en perspective d'un exemple de système selon l'invention différent de celui illustré en figure 1, notamment en ce qu'il comprend trois dispositifs de refroidissement. Les dessins joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Un système selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1 à 5. Le système comporte un module photovoltaïque 1. Ce module photovoltaïque 1 peut être un panneau solaire produisant uniquement de l'électricité comme énergie utilisable ou un panneau solaire produisant comme énergie utilisable de l'électricité ainsi que de l'énergie thermique. Dans ce dernier cas, le panneau solaire peut être qualifié de panneau photovoltaïque-thermique hybride. L'invention englobe aussi bien les panneaux photovoltaïques produisant uniquement de l'électricité que les panneaux photovoltaïques qui produisent également de l'énergie thermique. Le module photovoltaïque 1 ou panneau photovoltaïque présente une première face externe 2 destinée à être tournée au regard du rayonnement solaire de sorte que les cellules photovoltaïques du module photovoltaïque 1 absorbent ce rayonnement et le convertissent en énergie électrique. Le module 25 photovoltaïque 1 comprend une deuxième face externe 3 opposée à la première face 2. La deuxième face externe 3 est destinée à être tournée au regard d'un support permettant de maintenir le panneau photovoltaïque 1 sur le sol ou sur une structure telle qu'un toit ou une façade d'un bâtiment ou autre. Le système comprend en outre un dispositif de refroidissement 10. Des 30 exemples de dispositifs de refroidissement 10 sont illustrés en figures 1, 2, 4 et 5. Le dispositif de refroidissement 10 comprend un cadre 11 à l'intérieur duquel est disposé au moins un moyen de convection forcée. Ce moyen de convection forcée est configuré pour créer un écoulement contrôlé d'air. Ce moyen de convection forcée est de préférence un ventilateur 12, également désigné brasseur d'air. Dans le cadre de la présente invention, un ventilateur peut comprendre des pales ou une ou plusieurs hélices. De manière alternative ou combinée, il peut s'agir d'un ventilateur à induction.
De préférence, le cadre 11 présente un pourtour fermé. Il définit ainsi un espace libre 15 à l'intérieur du pourtour. Le pourtour fermé s'inscrit dans un plan. De préférence, le cadre 11 enserre les moyens de convection forcée disposés dans l'espace libre 15. Optionnellement mais avantageusement, le cadre 11 enserre chaque ventilateur 12 au moins en deux points qui sont symétriques par rapport à l'axe de rotation du ventilateur 12. Le cadre 11 assure ainsi un maintien particulièrement stable pour les ventilateurs 12. Avantageusement, le maintien des ventilateurs 12 est assuré uniquement par le cadre 11. Cette caractéristique est clairement illustrée en figure 2. Sur cette figure le ventilateur 12 est maintenu uniquement en deux de ses points disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation du ventilateur 12. La partie du cadre 11 non occupée par le ventilateur 12 demeure libre 15. De manière avantageuse, le cadre 11 forme un pourtour fermé. Le pourtour présente une continuité de matière. Le pourtour présente une forme sensiblement rectangulaire. Il présente un premier bord destiné à être disposé au contact de la deuxième face externe et un deuxième bord opposé au premier. La section du deuxième bord est continue sur toute sa longueur, cette longueur étant prise selon une direction parallèle au plan du cadre 11 et perpendiculaire à la direction principale du flux d'air. De manière générale, qu'elle que soit sa forme, le cadre 11, au moins au niveau de sa partie disposée au regard de la deuxième face externe 3, épouse la forme de cette dernière. Le contact à l'interface entre le cadre 11 et la deuxième face externe 3 est donc intime. Selon un mode de réalisation particulier, le cadre 11 présente une section constante. Avantageusement, il comprend des profilés assemblés entre eux pour former un pourtour continu.
Le cadre 11 s'étend principalement selon un plan. Une fois fixé au module photovoltaïque 1, le plan du cadre 11 est sensiblement perpendiculaire au plan de la deuxième face externe 3, cette dernière étant sensiblement plane.
L'invention prévoit de préférence de fixer le dispositif de refroidissement directement sur la deuxième face externe 3. Cela permet de rapprocher le flux d'air au plus près de la surface à refroidir. Par ailleurs, cela permet d'uniformiser la répartition du champ des températures à la surface de la deuxième face externe 3. Cette répartition plus uniforme du champ des 10 températures permet notamment d'améliorer le transfert thermique depuis le module photovoltaïque 1 vers l'air avoisinant et d'accroître l'extraction de l'air réchauffé. Le dispositif de refroidissement 10 est fixé sous le module photovoltaïque 1. Le cadre 11 est entièrement disposé au droit de la deuxième face externe 3, et n'est donc pas disposé en amont de cette dernière par rapport au flux d'air. Dans le cadre du développement de la présente invention, il a été observé qu'en disposant les moyens de convection forcée sous la face arrière du module photovoltaïque, la répartition du champ des températures est plus uniforme qu'en les disposant en amont de cette face. Avantageusement, le dispositif de refroidissement 10 recouvre une surface très réduite de la surface du module photovoltaïque 1. En effet, ce dernier ne recouvre pas toute la surface de la deuxième face externe 3. Plus précisément, le cadre 11 recouvre une surface très faible du module photovoltaïque 1 comme illustré sur les figures 1 et 5. Typiquement, la surface de la deuxième face externe 3 recouverte par un ou plusieurs cadre 11 est inférieure à 1/20ème de la surface de la deuxième face externe 3, de préférence elle est inférieure à 1/50ème et plus préférentiellement encore elle est inférieure à 1/100ème de la surface de la deuxième face externe 3. Ainsi, même si le module photovoltaïque 1 comprend plusieurs dispositifs de refroidissement 10 comme illustrés en figure 5, la surface totale occupée par ces derniers demeure très faible au regard de la surface de la deuxième face externe 3. Typiquement, la surface totale de la deuxième face externe 3 occupée par les cadres 11 est inférieure à 1/10ème de la surface de cette face et de préférence inférieure à 1/50ème. Ainsi, le poids du système reste très limité ce qui permet son installation sur de nombreuses structures porteuses, mêmes celles ne présentant pas une capacité de charge élevée. En outre, le coût matière reste réduit. Généralement, le module photovoltaïque 1 présente une forme rectangulaire. Le cadre 11 présente de préférence également une forme sensiblement rectangulaire. Le cadre 11 est alors disposé de sorte que sa longueur soit disposée parallèlement à la longueur du module photovoltaïque 1. De manière préférée, la plus grande dimension du cadre 11, c'est-à-dire sa longueur, est disposée parallèlement à la largeur du module photovoltaïque 1. Chaque ventilateur 12 comprend un axe de rotation autour duquel tourne une ou plusieurs pales. L'axe du ventilateur 12 définit la direction principale 14 d'écoulement du flux d'air. En disposant le cadre 11 parallèlement à la largeur du module photovoltaïque 1, chaque ventilateur 12 du cadre 11 génère un flux dont la direction principale 14 est parallèle à la longueur du module photovoltaïque 1. L'écoulement d'air peut ainsi balayer une grande surface de la deuxième face externe 3 du module photovoltaïque 1, améliorant ainsi le refroidissement de ce dernier. Les moyens de convection forcée, tels que des ventilateurs 12, génèrent un flux d'air soit par aspiration ou extraction de l'air présent en sous-face du module photovoltaïque 1 et en amont du ventilateur 12 soit par forçage ou soufflage de cet air situé en aval du ventilateur 12. Généralement, un ventilateur 12 génère à la fois une aspiration en amont de sa position et un forçage en aval de sa position. La figure 3 illustre la répartition du champ des vitesses de l'air en sortie d'un ventilateur 12 de 1.2 Watts et dont le diamètre est d'environ 14 centimètres. Ce type de ventilateur a pour avantage de consommer peu d'énergie tout en offrant une bonne efficacité de brassage d'air et de refroidissement. De plus, il est très peu onéreux et présente un encombrement et un poids limités. Enfin, il peut être silencieux. Sur cette figure 3, l'axe des abscisses (x) représente la distance en centimètres par rapport au ventilateur 12 selon la direction principale 14 du flux d'air et l'axe des ordonnées (y) représente la distance en centimètres par rapport au ventilateur 12 selon la direction perpendiculaire au flux d'air et comprise dans le plan de la face arrière du module photovoltaïque 1. Différentes zones sont représentées, chaque zone reflète une vitesse exprimée en mètres par seconde. Cet exemple de répartition des vitesses permet de définir le nombre et l'éloignement relatif des ventilateurs 12 qu'il convient de disposer sur la 10 deuxième face externe 3 pour obtenir une répartition homogène selon une direction perpendiculaire au flux d'air. Le nombre de ventilateurs 12 par cadre 11 n'est pas limité. Sur la figure 1, le dispositif de refroidissement 10 comprend deux ventilateurs 12 dans un cadre 11. Dans l'exemple de la figure 2, un seul ventilateur 12 est incorporé dans le 15 cadre 11. Dans l'exemple de la figure 5, le module photovoltaïque 1 comprend trois dispositifs de refroidissement 10 repartis selon la direction principale 14 du flux d'air. Le deuxième dispositif de refroidissement 10 est de préférence disposé à égale distance des deux autres. De préférence également, le dispositif de refroidissement 10 le plus en amont par rapport au flux d'air est 20 situé à une extrémité de la deuxième face externe 3. Cela permet de puiser un air situé en amont du module photovoltaïque 1, donc un air non ou peu chauffé, et de forcer l'écoulement de cet air sur la deuxième face externe 3 dès l'extrémité amont de cette dernière. De préférence, les dispositifs de refroidissement 10 sont suffisamment proches pour que le flux d'air présente 25 une vitesse non nulle sur toute la surface de la deuxième face externe 3. De préférence, ils sont disposés de sorte que la vitesse minimale de l'air, en tout point de la deuxième face externe 3, est supérieure à 0.5 mètres secondes ou supérieure à la convection naturelle. Sur l'exemple illustré en figure 5, le module photovoltaïque 1 présente une 30 longueur de 120 centimètres (selon la direction x) et une largeur de 60 centimètres (selon la direction y). La longueur et la largeur correspondent respectivement à des dimensions selon l'axe des abscisses et l'axe des ordonnées illustrés en figure 3. Le premier dispositif 10 est disposé à une extrémité du module photovoltaïque 1 (abscisse 0). Le deuxième dispositif 10 est disposé à environ 40 centimètres du premier dispositif 10 (abscisse 40). Le troisième dispositif 10 est disposé à environ 80 centimètres du premier dispositif 10 (abscisse 80). Chaque dispositif de refroidissement 10 comprend trois ventilateurs 12. Pour chaque dispositif de refroidissement 10, le ventilateur 12 du milieu est disposé à égale distance des deux autres, soit 20 centimètres dans cet exemple. Cette disposition du module photovoltaïque 1 de l'exemple illustré en figure 5 fait apparaître, en s'appuyant sur la répartition des vitesses de la figure 3, que le flux d'air est réparti de façon relativement homogène.
Notamment sur une longueur de la deuxième face externe 3 disposée au niveau d'un ventilateur 12 (y=0, 20 ou 40 et 0<x<120), l'air présente une vitesse toujours égale ou supérieure à 1 mètre par seconde toute au long de son parcours. Un refroidissement efficace du module photovoltaïque 1 est donc obtenu.
De manière particulièrement avantageuse, le dispositif de refroidissement 10 comporte un canalisateur 13 du flux d'air. Ce canalisateur 13 est conformé pour améliorer le contrôle de l'écoulement de la lame d'air située sur la deuxième face externe 3. Plus précisément, le canalisateur 13 est agencé pour limiter les turbulences de l'écoulement de l'air et le rendre le plus laminaire possible. Ainsi, l'écoulement est rendu plus homogène le long de la dimension du panneau photovoltaïque qui est parallèle au flux d'air. Sur les exemples représentés, c'est le long de la longueur des panneaux que l'écoulement est rendu plus homogène. A cet effet, le canalisateur 13 comprend des tubes de petite taille s'étendant selon une direction parallèle à la direction principale 14 du flux d'air. L'invention ne se limite pas à une forme particulière de section de tube, la section étant prise selon une direction perpendiculaire à la direction principale 14 du flux d'air. Une forme particulièrement avantageuse est une forme en nid- d'abeilles, ce qui permet d'optimiser la surface totale du flux entrant dans les tubes. La longueur des tubes selon la direction principale 14 doit être suffisante pour guider l'air et limiter les turbulences. De manière préférée, les tubes présente une longueur supérieure ou égale à 20 millimètres. De préférence, la longueur d'un tube selon la direction principale 14 est supérieure à la moitié de l'épaisseur du cadre 11. Selon un mode de réalisation particulier, elle est inférieure ou égale à l'épaisseur 18 du cadre 11. Ainsi les tubes ne s'étendent pas sur toute la longueur de la deuxième face externe 3. Ils présentent une longueur comprise entre 20 millimètres et la largeur du cadre. Ils sont positionnés pour redresser le flux d'air et le conserver parallèle à la direction donnée par les ventilateurs 12. L'invention permet ainsi de se passer de canaux s'étendant sur toute la longueur du module photovoltaïque. La deuxième face externe 3 peut être plane ce qui permet de simplifier le système et d'en réduire le coût. De manière particulièrement avantageuse, le canalisateur 13 est formé dans un matériau bon conducteur de chaleur. Il participe ainsi fortement à l'évacuation des calories. Il fait ainsi office d'échangeur thermique. Par exemple, le canalisateur 13 peut être en métal et par exemple en cuivre, en aluminium ou en acier par exemple. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, comme illustré en figures 1, 4 et 5, le canalisateur 13 remplit tout l'espace délimité par le pourtour du cadre 11 et laissé disponible par les moyens de convection forcée. Ainsi, le dispositif de refroidissement 10 permet d'améliorer l'écoulement du flux d'air et l'extraction de la chaleur depuis la deuxième face externe 3 vers le flux d'air environnant cette face 3. Avantageusement, le cadre 11 fait office de support pour le module photovoltaïque 1. On peut ainsi fixer le cadre 11 sur la structure porteuse du système, par exemple un toit ou une façade de bâtiment. On peut ainsi fixer certains seulement ou tous les cadres 11 à la fois au module photovoltaïque 1 et à la fois à la structure accueillant ce dernier. Avantageusement, les cadres 11 sont répartis sur le module photovoltaïque 1 de sorte à assurer à eux seuls la fonction de support de ce dernier. L'utilisation des cadres 11 comme support est particulièrement avantageuse lorsque les modules photovoltaïques 1 sont destinés à être montés sur un toit ou une façade de bâtiment. Avantageusement, cela limite encore le coût et le poids du système selon l'invention.
Par exemple, pour la fixation, on peut prévoir de visser les cadres 11 sur le toit ou sur la façade du bâtiment. De manière alternative ou en combinaison, cette fixation peut également être effectuée par collage ou clippage. Comme indiqué précédemment, le dispositif de refroidissement 10 est accolé à la deuxième face externe 3 du module photovoltaïque 1. De préférence, la fixation du cadre 11 à la deuxième face externe 3 du module photovoltaïque 1 peut être réalisée par collage avec une colle présentant de préférence une bonne conductivité thermique. La fixation peut également être effectuée par une liaison démontable comme par exemple une liaison vissée, le panneau étant mis à la terre pour éviter tout risque électrique. Dans ce cas, au moins un élément pris parmi un élément mâle ou femelle de visserie peut être formé dans la deuxième face externe 3, l'élément complémentaire pris parmi l'élément mâle ou femelle étant porté par le cadre 11. Un autre mode de réalisation, alternatif ou cumulable avec le précédent, consiste à rapporter sur la deuxième face externe 3, par exemple par collage, un élément comportant un élément mâle ou femelle de visserie complémentaire de celui porté par le cadre 11. Un autre mode de réalisation, alternatif ou cumulable avec les précédents, consiste à prévoir des organes de clippage complémentaires sur le cadre 11 et sur la deuxième face externe 3. La fixation peut également être effectuée par soudage ou par brasage ou par adhésion si le matériau de la deuxième face externe 3 le permet et si des dispositions sont prises pour ne pas endommager les cellules photovoltaïques. De préférence, ce processus doit intervenir lors de la conception des modules photovoltaïques. L'association du module photovoltaïque 1 avec le cadre 11 peut être effectuée en usine. Notamment, on peut fixer le cadre 11 avec la deuxième face externe 3 avant de compléter la fabrication du module photovoltaïque 1. Le système forme alors un ensemble déjà monté dès sa fabrication. Alternativement, l'assemblage du module photovoltaïque 1 avec le cadre 11 peut être réalisé après fabrication du module photovoltaïque 1. L'assemblage peut être effectué avant l'installation du système sur le site destiné à l'accueillir. Dans ce cas, on assemble de préférence le module photovoltaïque 1 avec le cadre 11, puis on monte le système sur le toit, la façade ou toute autre structure. L'assemblage peut également être opéré lors de l'installation du système. En effet, on peut fixer le ou les cadres 11 sur le toit, la façade ou toute autre structure, puis et seulement après on fixe le ou les cadres 11 au module photovoltaïque 1. Le système selon l'invention est ainsi modulaire. Une entreprise qui distribue ce système peut ainsi offrir ensemble différents mais comportant tous les mêmes modules photovoltaïques 1. Un premier ensemble comprend des modules photovoltaïques 1 sans dispositif de refroidissement. Un deuxième ensemble comprend des modules photovoltaïques 1 identiques avec des dispositifs de refroidissement 10 non assemblés sur le module photovoltaïque 1, le client pouvant alors faire ultérieurement cet assemblage s'il le souhaite. Un troisième ensemble comprend des modules photovoltaïques 1 sur lesquels sont assemblés un ou plusieurs dispositifs de refroidissement 10. Ainsi, le client acquiert des systèmes déjà assemblés. L'assemblage des dispositifs de refroidissement peut être de série ou optionnel. L'invention permet d'offrir des ensembles différents à partir de modules photovoltaïques 1 identiques ce qui permet de réduire les coûts de fabrication et de logistique. Le cadre 11 présente avantageusement une épaisseur 18 réduite, l'épaisseur 18 étant prise selon une direction parallèle à la direction principale 14 du flux d'air généré par les moyens de convection forcée. Avantageusement, cette épaisseur 18 est suffisamment réduite pour assurer un effet d'ailette. On précise que par cet effet d'ailette le cadre 11 absorbe par conduction une portion significative de la chaleur du module photovoltaïque 1. Cette chaleur est ensuite évacuée par convection grâce à l'air présent à proximité du cadre 11. Typiquement, l'épaisseur 18 du cadre 11 selon sa direction parallèle au flux d'air est inférieure à 100 millimètres. Encore plus avantageusement elle est inférieure à 60 millimètres. De préférence elle est comprise entre 20 millimètres et 50 millimètres.
La section 19 du pourtour du cadre 11 prise selon une direction perpendiculaire au plan de la deuxième face externe 3 est de préférence comprise entre 3 mm et lOmm. Cela permet de renforcer l'effet d'ailette tout en limitant le poids du système. En outre, cela permet de conférer au système une bonne solidité et une bonne résistance aux contraintes mécaniques. De préférence cette section est constante sur toute la longueur du cadre 11. De préférence, la longueur du cadre 11 est inférieure ou égale à la largeur de la deuxième face externe 3 du module. Sur les exemples illustrés, cette longueur est égale à la largeur du module photovoltaïque 1. La longueur du cadre 11 est prise selon une direction perpendiculaire à la direction 14 du flux d'air et parallèle au plan de la deuxième face externe 3. Les dimensions d'un module photovoltaïque 1 sont généralement des dimensions standard. Dans l'exemple décrit précédemment, le module photovoltaïque 1 présente une longueur de 120 centimètres et une largeur de 60 centimètres. Le cadre 11 présente alors de préférence une longueur d'environ 60 centimètres. De préférence également, le cadre 11 présente une hauteur 17 comprise entre 8 cm et 20 cm, la hauteur 17 étant prise selon une direction perpendiculaire au plan de la deuxième face externe 3 et se mesurant entre les extrémités du cadre 11. Avantageusement, la hauteur 17 du cadre 11 selon la direction perpendiculaire au plan de la deuxième face externe 3 ménage un espacement entre cette face et la structure porteuse destinée à accueillir le système. Cet espacement fait office de lame d'air contribuant au refroidissement du module photovoltaïque 1. En outre, cette lame d'air crée un canal à l'intérieur duquel le flux d'air généré par les moyens de convection forcée peut librement circuler. Le cadre 11 est avantageusement réalisé dans un matériau suffisamment solide et rigide pour soutenir, à lui seul ou lorsqu'il est associé à d'autres cadres 11, le poids du module photovoltaïque 1. Le cadre 11 présente en outre une très bonne conductivité thermique. Il est par exemple réalisé en métal, de préférence en cuivre ou en aluminium dont les conductivités thermiques sont respectivement 390 et 237 W.rrl.K1. Cela permet de renforcer l'évacuation des calories par conduction et l'effet d'ailette.
Généralement, la deuxième face externe 3 est en un matériau isolant électriquement et bon conducteur thermiquement afin de favoriser l'évacuation des calories vers l'extérieur. Un matériau avantageux est le polyfluorure de vinyle (polyvinyl fluoride, PVF) ou fluorure de polyvinyle. Il peut par exemple s'agir de TEDLAR®, matériau proposé par la société DUPONT DE NEMOURS par exemple. De manière avantageuse, le dispositif de refroidissement 10 comprend plusieurs dissipateurs de chaleur. Ces dissipateurs de chaleur comprennent l'un ou plusieurs des éléments suivants : le cadre 11 lui-même, notamment lorsque ces dimensions permettent de générer un effet d'ailette ; l'échangeur, formant selon un mode de réalisation privilégié un canalisateur 13 de flux d'air, l'échangeur étant par exemple une structure grillagée ou en nid d'abeilles ; les moyens de convection forcée. Ces dissipateurs évacuent dans l'air les calories provenant de la deuxième face externe 3 du module photovoltaïque. Cette évacuation fait intervenir des transferts thermiques par conduction, convection voire rayonnement.
Selon un mode de réalisation particulier, le système selon l'invention comprend des moyens de récupération de l'air s'écoulant au niveau de la deuxième face externe 3 ou tout au moins de la chaleur emmagasiné par cet air. L'air s'échauffant lors de son passage sur la deuxième face externe 3, on récupère ainsi de la chaleur qui est exploitable. Par exemple, cet air chauffé est dirigé vers un système de chauffage du bâtiment qu'il s'agisse d'un bâtiment résidentiel ou tertiaire lorsque les conditions climatiques permettent d'avoir une production thermique en air préchauffé suffisante. Le module photovoltaïque 1 est ainsi un module photovoltaïque et thermique.
Le système selon l'invention permet ainsi de favoriser les échanges thermiques par convection forcée grâce aux moyens de convection forcée ; par conduction et convection via les dissipateurs de chaleur que sont le cadre 11 et l'échangeur thermique optionnel inséré dans le cadre 11 ; par rayonnement via ces mêmes dissipateurs de chaleur.
Le système selon l'invention permet également de canaliser l'écoulement d'air, de l'uniformiser en vitesse et de l'homogénéiser spatialement. Cela est permis par les moyens de convection forcée disposés directement sur la deuxième face externe 3 et optionnellement par le canalisateur d'air 13.
La description qui précède illustre clairement que l'invention permet d'améliorer l'écoulement fluidique et les transferts thermiques au niveau de la lame d'air de la face arrière d'un module photovoltaïque. Le refroidissement de cette face arrière est ainsi amélioré, permettant ainsi de stabiliser et d'augmenter les performances énergétiques du module photovoltaïque, tout en limitant son poids et son coût. Par ailleurs l'invention permet de faciliter l'installation du module photovoltaïque. Comme cela apparaît sur les figures, le cadre présente un pourtour qui s'étend selon un plan. On notera que l'invention s'étend également aux cadres qui présentent des organes ne s'étendant pas dans le même plan que celui du pourtour. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.15
Claims (4)
- REVENDICATIONS1. Système destiné à fournir au moins de l'énergie électrique à partir du rayonnement solaire, le système comprenant au moins un module photovoltaïque (1) comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques et présentant une première face externe (2) destinée à être exposée au rayonnement solaire et une deuxième face externe (3) opposée à la première face externe (2), le système comprenant pour chaque module photovoltaïque (1) au moins un dispositif de refroidissement (10) de la deuxième face externe (3), chaque dispositif de refroidissement (10) comprenant des moyens de convection forcée configurés pour forcer une circulation d'air sur la deuxième face externe (3), caractérisé en ce que chaque dispositif de refroidissement (10) présente un cadre (11) disposé au contact de la deuxième face externe (3), s'étendant principalement dans un plan sensiblement perpendiculaire à la deuxième face externe (3) et à l'intérieur duquel sont insérés les moyens de convection forcée.
- 2. Système selon la revendication précédente dans lequel le cadre (11) forme un pourtour autour des moyens de convection forcée, le pourtour du cadre (11) présentant une continuité de matière.
- 3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la surface de contact entre chaque dispositif de refroidissement (10) et la deuxième face externe (3) du module photovoltaïque (1) est inférieure au vingtième, et de préférence au cinquantième, de la surface de la deuxième face externe (3).
- 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'épaisseur (18) du dispositif de refroidissement (10) est comprise entre 1 fois et 2,5 fois l'épaisseur des moyens de convection forcée, l'épaisseur étant prise selon la direction principale (14) d'un flux d'air généré par les moyens de convection forcée. . Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le cadre (11) est conformé pour servir de support pour le module photovoltaïque (1). 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans 5 lequel les moyens de convection forcée comprennent au moins un ventilateur (12). 7. Système selon la revendication précédente dans lequel le cadre (11) est conformé pour assurer à lui seul le maintien des moyens de convection forcée. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif de refroidissement (10) comprend au moins un canalisateur d'air (13) disposé à l'intérieur du cadre (11) et comprenant une pluralité de tubes configurés pour canaliser l'écoulement d'air selon une direction sensiblement parallèle à une direction principale (14) du flux d'air généré par les moyens de convection forcée. 9. Système selon la revendication précédente dans lequel la longueur des tubes prise selon la direction principale (14) de l'écoulement du flux d'air est supérieure à la moitié de l'épaisseur (18) du cadre (11) prise selon cette même direction principale (14). 10. Système selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le canalisateur d'air (13) présente une structure en nid d'abeilles. 11. Système selon l'une quelconque des trois revendications précédentes dans lequel le canalisateur d'air (13) assure une fonction d'échangeur thermique. 12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant des moyens configurés pour récupérer la chaleur de l'air ou l'air avoisinant la deuxième face externe (2), le système comprenant également des moyens d'acheminement de cette chaleur ou de cet air vers des pièces d'un bâtiment ou vers un système de ventilation comprenant un récupérateur de chaleur.13. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le cadre (11) est en métal.
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