FR3028014A1

FR3028014A1 - METHOD FOR INSTALLING PHOTOVOLTAIC MODULES ON A BASIN

Info

Publication number: FR3028014A1
Application number: FR1402497A
Authority: FR
Inventors: Guy Baret
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2016-05-06

Abstract

Les champs photovoltaïques sont souvent réalisés sur des terrains permettant un ancrage de la structure porteuse des modules photovoltaïques. Les structures porteuses sont dimensionnées pour résister à des vents forts mais ne sont cependant pas bien compatibles avec une utilisation en zones cycloniques. L'invention concerne un procédé de réalisation d'un champ photovoltaïque installé sur un bassin et dans une zone géographique soumise à des tempêtes et décrit un dispositif assurant le maintien des modules photovoltaïques à la surface de l'eau en fonctionnement normal et l'immersion de ces modules photovoltaïques en cas de tempête. Ce dispositif contient un volume qui, lorsqu'il est empli d'air, assure la flottabilité de cette structure et des modules photovoltaïques et, lorsqu'il est empli d'eau, assure l'immersion de cette structure et des modules photovoltaïques. Une variante de l'invention décrit un dispositif assurant le maintien permanent des modules photovoltaïques à une faible profondeur sous la surface de l'eau, profondeur comprise entre 0.05 et 0.2 mètres.Photovoltaic fields are often made on land allowing anchoring of the supporting structure of the photovoltaic modules. The load-bearing structures are sized to withstand strong winds but are not, however, compatible with use in cyclonic zones. The invention relates to a method for producing a photovoltaic field installed on a basin and in a geographical area subject to storms and describes a device ensuring the maintenance of photovoltaic modules on the surface of the water in normal operation and immersion of these photovoltaic modules in case of storm. This device contains a volume which, when filled with air, ensures the buoyancy of this structure and photovoltaic modules and, when filled with water, ensures the immersion of this structure and photovoltaic modules. A variant of the invention describes a device ensuring the permanent maintenance of photovoltaic modules at a shallow depth below the surface of the water, depth between 0.05 and 0.2 meters.

Description

Procédé d'installation de modules photovoltaïques sur un bassin Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé de réalisation d'un champ photovoltaïque installé sur un bassin et dans une zone géographique soumise à des cyclones ou tornades. État de la technique Les champs photovoltaïques sont généralement réalisés sur des terrains permettant un ancrage d'une multitude de structures porteuses, éventuellement orientables, qui supporte chacune des modules photovoltaïques. La puissance installée va de quelques dizaines de kilowatts-crête (c'est-à-dire mesurée dans des conditions de flux de 1 kW/m2 à 25°C) à plusieurs dizaines de mégawatts-crête. Sur ces structures porteuses, les modules sont soumis aux conditions météorologiques, et notamment aux vents et aux fortes températures des saisons chaudes. Les structures porteuses sont dimensionnées pour résister à des vents forts mais ne sont cependant pas compatibles avec une utilisation en zones cycloniques. Dans certaines zones géographiques soumises à des cyclones ou tornades, l'installation de modules photovoltaïques requiert une chaine de fixation mécaniquement très performante, et notamment des supports très résistants, de solides ancrages au sol de ces supports et une fixation adéquate des modules sur les supports. Ces contraintes impliquent un coût important de l'installation et un intérêt économique limité de l'installation de modules photovoltaïques.30 Par ailleurs, dans les zones géographiques où les températures sont élevées, qui souvent coïncident avec les zones cycloniques, les modules chauffent à des températures supérieures à 70°C et voient leur efficacité de conversion de l'énergie solaire fortement diminuée du fait de cette température. Ces deux contraintes de résistance mécanique aux cyclones et de conservation d'une efficacité de conversion élevée entraîne une installation limitée de champs ou de fermes photovoltaïques dans les régions concernées. Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un procédé de réalisation d'un champ photovoltaïque installé sur un bassin et dans une 15 zone géographique soumise à des tempêtes. Selon l'invention, des modules photovoltaïques sont installés horizontalement sur un bassin, un dispositif assurant le maintien des modules photovoltaïques à la surface de l'eau en fonctionnement normal et l'immersion de ces modules photovoltaïques en cas de tempête. 20 Selon l'invention, le maintien des modules photovoltaïques à la surface de l'eau en fonctionnement normal et l'immersion de ces modules photovoltaïques en cas de cyclone est réalisé par l'installation d'une partie de faible densité et étanche à l'eau à l'arrière de ces modules photovoltaïques et par la connexion 25 mécanique de ces modules à un dispositif qui contient un volume qui, lorsqu'il est empli d'air, assure la flottabilité de cette structure et des modules photovoltaïques et, lorsqu'il est empli d'eau, assure l'immersion de cette structure et des modules photovoltaïques. 10 Selon un développement de l'invention, la structure contient un moyen pour limiter la profondeur d'immersion de la structure et des modules photovoltaïques sous le niveau de l'eau à une valeur comprise entre 0,1 et 1 mètre.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method for producing a photovoltaic field installed on a basin and in a geographical area subjected to cyclones or tornadoes. State of the art The photovoltaic fields are generally made on grounds allowing anchoring of a multitude of supporting structures, possibly steerable, which supports each of the photovoltaic modules. The installed power ranges from a few tens of kilowatts-peak (that is to say measured under flow conditions of 1 kW / m2 at 25 ° C) to several tens of megawatts-peak. On these load-bearing structures, the modules are subject to meteorological conditions, and in particular to winds and high temperatures during hot seasons. The load-bearing structures are sized to withstand strong winds but are not compatible with use in cyclone zones. In some areas subject to cyclones or tornadoes, the installation of photovoltaic modules requires a mechanically high-performance chain of fixation, and in particular very strong supports, solid ground anchoring of these supports and an adequate fixation of the modules on the supports. . These constraints imply a high cost of installation and a limited economic interest in the installation of photovoltaic modules.30 Moreover, in geographical areas where temperatures are high, which often coincide with cyclonic zones, the modules heat up at low temperatures. temperatures above 70 ° C and see their solar energy conversion efficiency greatly reduced by this temperature. These two constraints of mechanical resistance to cyclones and conservation of a high conversion efficiency leads to a limited installation of fields or photovoltaic farms in the regions concerned. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to remedy these drawbacks and relates to a method for producing a photovoltaic field installed on a basin and in a geographical area subjected to storms. According to the invention, photovoltaic modules are installed horizontally on a basin, a device ensuring the maintenance of photovoltaic modules on the surface of the water in normal operation and the immersion of these photovoltaic modules in the event of a storm. According to the invention, the maintenance of the photovoltaic modules on the surface of the water in normal operation and the immersion of these photovoltaic modules in the event of a cyclone is achieved by the installation of a low density and watertight part. water at the rear of these photovoltaic modules and by the mechanical connection of these modules to a device which contains a volume which, when filled with air, ensures the buoyancy of this structure and photovoltaic modules and, when it is filled with water, ensures the immersion of this structure and photovoltaic modules. According to a development of the invention, the structure contains a means for limiting the immersion depth of the structure and photovoltaic modules below the water level to a value between 0.1 and 1 meter.

Selon un autre développement de l'invention, les moyens de connexion électrique des modules photovoltaïques sont placés au dessus de la surface de l'eau lorsque la structure maintient les modules photovoltaïques à la surface de l'eau.According to another development of the invention, the electrical connection means of the photovoltaic modules are placed above the surface of the water when the structure holds the photovoltaic modules on the surface of the water.

Selon une variante de l'invention, des modules photovoltaïques sont installés horizontalement sur un bassin, un dispositif assurant le maintien permanent des modules photovoltaïques à une faible profondeur sous la surface de l'eau, profondeur comprise entre 0.05 et 0.2 mètres.According to a variant of the invention, photovoltaic modules are installed horizontally on a basin, a device ensuring the permanent maintenance of photovoltaic modules at a shallow depth below the surface of the water, depth between 0.05 and 0.2 meters.

Selon cette variante de l'invention, le maintien des modules photovoltaïques à une faible profondeur sous la surface de l'eau est réalisé par l'installation d'une partie de faible densité et étanche à l'eau à l'arrière de ces modules photovoltaïques de telle manière que l'ensemble constitué du module photovoltaïque et de cette partie de faible densité présente une densité supérieure à 1, et par la connexion de ces modules à un dispositif qui limite la profondeur d'immersion des modules photovoltaïques sous le niveau de l'eau à une valeur comprise entre 0,05 et 0.2 mètres.According to this variant of the invention, the maintenance of the photovoltaic modules at a shallow depth below the surface of the water is achieved by the installation of a low density and watertight portion at the rear of these modules. in such a way that the assembly consisting of the photovoltaic module and this low-density part has a density greater than 1, and by connecting these modules to a device which limits the immersion depth of the photovoltaic modules below the level of the water has a value between 0.05 and 0.2 meters.

Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente en vue de dessus un mode de réalisation du procédé dans lequel le dispositif assurant la flottaison ou l'immersion des modules photovoltaïques est un tube placé sous les modules photovoltaïques - la figure 2 représente une section selon RA du procédé de la figure 1 dans la position de flottaison des modules photovoltaïques la figure 3 représente une section selon RA du procédé de la figure 1 dans la position d'immersion des modules photovoltaïques - la figure 4 représente une vue selon BB du procédé de la figure 1 dans la position d'immersion des modules photovoltaïques et le maintien par des éléments de contrôle de la profondeur d'immersion - la figure 5 représente une vue selon CC du procédé de la figure 1 dans la position d'immersion des modules photovoltaïques et le maintien par des éléments de contrôle de la profondeur d'immersion la figure 6 représente une vue selon CC du procédé de la figure 1 dans la position de flottaison des modules photovoltaïques la figure 7 représente en coupe un mode de réalisation du procédé dans lequel le module photovoltaïque est maintenu à faible profondeur Description de modes particuliers de réalisation. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, un module photovoltaïque 1 est équipé, sur une fraction de la surface de sa partie arrière, d'une structure 2 de faible densité, typiquement inférieure à celle de l'eau et comprise entre 0,01 et 0,5. L'ensemble constitué du module photovoltaïque 1 et de la structure 2 de faible densité, est appelé module photovoltaïque équipé. Le module photovoltaïque équipé présente une densité apparente supérieure à celle de l'eau du fait de la haute densité du module.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given as non-restrictive examples and represented in the accompanying drawings, in which: FIG. top view of an embodiment of the method in which the device for flotation or immersion of the photovoltaic modules is a tube placed under the photovoltaic modules - FIG. 2 represents a section according to RA of the method of FIG. 1 in the position of FIG. 3 represents a section according to RA of the process of FIG. 1 in the immersion position of the photovoltaic modules - FIG. 4 represents a view according to BB of the process of FIG. 1 in the immersion position of the modules. photovoltaic cells and the maintenance by immersion depth control elements - Figure 5 represents A view according to CC of the process of FIG. 1 in the immersion position of the photovoltaic modules and the holding by control elements of the immersion depth is shown in FIG. 6 represents a view according to CC of the process of FIG. floating position of the photovoltaic modules FIG. 7 shows in section an embodiment of the method in which the photovoltaic module is kept shallow Description of particular embodiments. According to a preferred embodiment of the invention, a photovoltaic module 1 is equipped, on a fraction of the surface of its rear part, with a structure 2 of low density, typically less than that of water and between 0 , 01 and 0.5. The assembly consisting of photovoltaic module 1 and structure 2 of low density, is called photovoltaic module equipped. The photovoltaic module equipped has a bulk density greater than that of water due to the high density of the module.

La structure 2 a pour effet de contrebalancer une partie du poids du module 1 de telle manière que l'ensemble du module et de cette structure présente, lorsque cet ensemble est posé sur l'eau et la structure de faible densité étant immergée, un poids apparent compris entre 1 et 10 kg par mètre-carré, plus typiquement un poids apparent compris entre 2 et 6 kg par mètre-carré. Le poids apparent s'entend comme le poids de l'ensemble du module et de la structure diminué du poids du même volume d'eau. La structure 2 de faible densité rapportée sur la face arrière du module photovoltaïque est typiquement une structure poreuse à pores fermés, notamment une mousse de polyuréthane. Selon un mode préférentiel de réalisation, elle est collée sur la face arrière du module photovoltaïque 1 à l'aide d'une colle polyuréthane. Selon un mode préférentiel de réalisation, cette structure 2 de faible densité couvre toute la face arrière du module photovoltaïque à l'exception de la surface où est fixée la boite de jonction électrique du module et à l'exception de plusieurs bandes, typiquement 2 ou 4 bandes, dans lesquelles sera fixé le dispositif 3 d'immersion du module photovoltaïque équipé. Le module photovoltaïque équipé est ensuite mécaniquement connecté au dispositif 3 qui contient un volume qui, lorsqu'il est empli d'air, assure la flottabilité du module photovoltaïque équipé et, lorsqu'il est empli d'eau, assure l'immersion du module photovoltaïque équipé. En effet, lorsque le volume est empli d'air, l'ensemble constitué du module photovoltaïque équipé et du dispositif d'immersion 3 présente une densité inférieure à celle de l'eau et l'ensemble reste en surface du bassin. C'est le mode normal de fonctionnement du système schématisé en figure 2 car le module photovoltaïque est alors exposé au rayonnement solaire et produit de l'électricité. Le module photovoltaïque équipé qui a sa face arrière contact de l'eau bénéficie d'un effet de refroidissement par l'eau et conserve ainsi une efficacité élevée. Lorsque le volume est empli d'eau, l'ensemble constitué du module photovoltaïque équipé et du dispositif d'immersion 3 présente une densité supérieure à celle de l'eau et l'ensemble est immergé. C'est le mode de protection, schématisé en figure 3, appliqué lors de tempêtes, les modules photovoltaïques n'étant plus soumis aux effets directs du vent. Le poids apparent de l'ensemble constitué du module photovoltaïque équipé et du dispositif d'immersion 3 est typiquement compris entre 1 et 10 kg par mètre- carré. Selon un mode préférentiel de réalisation, le dispositif 3 qui contrôle l'immersion du module photovoltaïque équipé est réalisé avec un ensemble tubulaire, notamment des tubes polymère. Chaque module photovoltaïque équipé est supporté par plusieurs portions de tube, typiquement 2 ou 4 portions de tube. Ces portions de tube font de préférence partie d'un même tube qui court sous la pluralité de modules photovoltaïques équipés comme schématisé en figure 1. Un moyen unique d'injection d'air ou d'eau dans le tube permet alors de commander l'immersion ou le maintien en surface des modules photovoltaïques équipés. Il apparaît que sans moyen annexe de contrôle de la profondeur d'immersion, l'ensemble constitué des modules photovoltaïques équipés et du dispositif 3 plonge jusqu'à atteindre le fond du bassin, ce qui n'est pas souhaitable car cela entraîne une pression d'eau importante qui tend à faire entrer de l'eau dans la structure des modules photovoltaïques. Pour éviter ce phénomène, une structure contenant un élément 4 de densité très inférieure à celle de l'eau, typiquement inférieure à 0.25, évite l'immersion à grande profondeur. En effet, la densité apparente de l'ensemble constitué du module photovoltaïque équipé, du dispositif 3 dont le volume est empli d'eau et de l'élément 4 de contrôle de profondeur d'immersion est inférieure à celle de l'eau. La profondeur d'immersion est limitée par la longueur d'une tige 5 qui est fixée au dispositif 3 comme schématisé en figure 4. Un élément, typiquement une bague 6, donne un degré de liberté en rotation à la tige 5. En mode immergé représenté en figure 5, la tige 5 est verticale et limite la profondeur d'immersion.The structure 2 has the effect of counterbalancing part of the weight of the module 1 so that the entire module and this structure has, when this assembly is placed on the water and the low density structure is immersed, a weight apparent between 1 and 10 kg per square meter, more typically an apparent weight of between 2 and 6 kg per square meter. Apparent weight refers to the weight of the entire module and structure minus the weight of the same volume of water. The structure 2 of low density reported on the rear face of the photovoltaic module is typically a porous structure with closed pores, in particular a polyurethane foam. According to a preferred embodiment, it is glued to the rear face of the photovoltaic module 1 with the aid of a polyurethane glue. According to a preferred embodiment, this low density structure 2 covers the entire rear face of the photovoltaic module with the exception of the surface where the electrical junction box of the module is fixed and with the exception of several strips, typically 2 or 4 strips, in which will be fixed the immersion device 3 of the photovoltaic module equipped. The photovoltaic module equipped is then mechanically connected to the device 3 which contains a volume which, when filled with air, ensures the buoyancy of the photovoltaic module equipped and, when it is filled with water, ensures the immersion of the module photovoltaic equipped. Indeed, when the volume is filled with air, the assembly consisting of the photovoltaic module equipped and the immersion device 3 has a density lower than that of water and the whole remains on the surface of the basin. This is the normal mode of operation of the system shown schematically in Figure 2 because the photovoltaic module is then exposed to solar radiation and produces electricity. The equipped photovoltaic module which has its water contact back side benefits from a cooling effect by water and thus retains a high efficiency. When the volume is filled with water, the assembly consisting of the photovoltaic module equipped and the immersion device 3 has a density greater than that of the water and the assembly is immersed. This is the mode of protection, shown schematically in Figure 3, applied during storms, photovoltaic modules are no longer subject to the direct effects of wind. The apparent weight of the assembly consisting of the photovoltaic module equipped with the immersion device 3 is typically between 1 and 10 kg per square meter. According to a preferred embodiment, the device 3 which controls the immersion of the photovoltaic module equipped is made with a tubular assembly, in particular polymer tubes. Each photovoltaic module equipped is supported by several tube portions, typically 2 or 4 tube portions. These tube portions are preferably part of the same tube running under the plurality of photovoltaic modules equipped as shown schematically in FIG. 1. A single means of injecting air or water into the tube then makes it possible to control the immersion or maintenance on the surface of photovoltaic modules equipped. It appears that without auxiliary means for controlling the immersion depth, the assembly consisting of the photovoltaic modules equipped and the device 3 plunges to reach the bottom of the basin, which is not desirable because it entails a pressure of important water that tends to bring water into the structure of photovoltaic modules. To avoid this phenomenon, a structure containing an element 4 with a density much lower than that of water, typically less than 0.25, avoids immersion at great depth. Indeed, the apparent density of the assembly consisting of the photovoltaic module equipped, the device 3 whose volume is filled with water and the immersion depth control element 4 is less than that of water. The depth of immersion is limited by the length of a rod 5 which is fixed to the device 3 as shown schematically in FIG. 4. An element, typically a ring 6, gives a degree of freedom in rotation to the rod 5. In submerged mode shown in Figure 5, the rod 5 is vertical and limits the immersion depth.

En mode de maintien en surface représenté en figure 6, la tige 5 est oblique de telle manière que l'élément 4 reste en surface de l'eau et ne fasse pas écran à la lumière solaire dirigée vers le module photovoltaïque. Selon un mode préférentiel de réalisation, l'élément 4 est un volume en mousse silicone à pores fermés et résistante au rayonnement ultra-violet.In the surface maintenance mode shown in FIG. 6, the rod 5 is oblique in such a way that the element 4 remains on the surface of the water and does not shield the sunlight directed towards the photovoltaic module. According to a preferred embodiment, the element 4 is a volume of silicone foam with closed pores and resistant to ultraviolet radiation.

Selon un mode de réalisation préférentiel d'une variante de l'invention, un module photovoltaïque 1 est équipé, sur une fraction de la surface de sa partie arrière, d'une structure 2 de faible densité, typiquement inférieure à celle de l'eau et comprise entre 0,01 et 0,5. L'ensemble constitué du module photovoltaïque 1 et de la structure 2 de faible densité, est appelé module photovoltaïque équipé. Le module photovoltaïque équipé présente une densité apparente supérieure à celle de l'eau du fait de la haute densité du module. La structure 2 a pour effet de contrebalancer une partie du poids du module 1 de telle manière que l'ensemble du module et de cette structure présente, lorsque Cet ensemble est posé sur l'eau et la structure de faible densité étant immergée, un poids apparent compris entre 1 et 10 kg par mètre-carré, plus typiquement un poids apparent compris entre 2 et 6 kg par mètre-carré. Le poids apparent s'entend comme le poids de l'ensemble du module et de la structure diminué du poids du même volume d'eau. La structure 2 de faible densité rapportée sur la face arrière du module photovoltaïque est typiquement une structure poreuse à pores fermés, notamment une mousse de polyuréthane. Selon un mode préférentiel de réalisation, elle est collée sur la face arrière du module photovoltaïque 1 à l'aide d'une colle polyuréthane. Le module photovoltaïque équipé est ensuite mécaniquement connecté au dispositff qui contient un volume 7 qui assure la flottabilité du module photovoltaïque équipé, comme schématisé en figure 7. Le volume 7 possède une densité très inférieure à celle de l'eau, typiquement inférieure à 0.25 et un volume tel que la densité apparente de l'ensemble constitué du module photovoltaïque équipé et de ce volume 7 est inférieure à celle de l'eau. Selon un mode préférentiel de réalisation, l'élément 7 est un volume en mousse silicone à pores fermés et résistante au rayonnement ultra-violet. La profondeur d'immersion est limitée à une valeur comprise entre 0,05 et 0.2 mètres par la longueur d'une tige 8 qui est fixée au module photovoltaïque par un élément 9. Le bassin peut être un bassin artificiel, un étang ou un lac.According to a preferred embodiment of a variant of the invention, a photovoltaic module 1 is equipped, on a fraction of the surface of its rear part, with a structure 2 of low density, typically less than that of water and between 0.01 and 0.5. The assembly consisting of photovoltaic module 1 and structure 2 of low density, is called photovoltaic module equipped. The photovoltaic module equipped has a bulk density greater than that of water due to the high density of the module. The structure 2 has the effect of counterbalancing part of the weight of the module 1 so that the entire module and this structure has, when This set is placed on the water and the low density structure is immersed, a weight apparent between 1 and 10 kg per square meter, more typically an apparent weight of between 2 and 6 kg per square meter. Apparent weight refers to the weight of the entire module and structure minus the weight of the same volume of water. The structure 2 of low density reported on the rear face of the photovoltaic module is typically a porous structure with closed pores, in particular a polyurethane foam. According to a preferred embodiment, it is glued to the rear face of the photovoltaic module 1 with the aid of a polyurethane glue. The photovoltaic module equipped is then mechanically connected to the dispositff which contains a volume 7 which ensures the buoyancy of the photovoltaic module equipped, as shown schematically in FIG. 7. The volume 7 has a density much lower than that of water, typically less than 0.25 and a volume such that the apparent density of the assembly consisting of the photovoltaic module equipped and this volume 7 is less than that of water. According to a preferred embodiment, the element 7 is a closed-pored silicone foam volume resistant to ultraviolet radiation. The depth of immersion is limited to a value between 0.05 and 0.2 meters by the length of a rod 8 which is fixed to the photovoltaic module by an element 9. The basin may be an artificial pond, a pond or a lake .

Claims

REVENDICATIONS1. Process for producing a photovoltaic field consisting of photovoltaic modules installed horizontally on a basin and characterized in that a device holds the photovoltaic modules on the surface of the water in normal operation and in immersion in the event of a storm, this device being realized by the installation of a low-density and watertight part at the rear of these photovoltaic modules such as a photovoltaic module equipped with this part of low density shows an apparent weight of between 1 and 10 kg per meter-square, and by the mechanical connection of these modules to a device which contains a volume which, when filled with air, gives the assembly a density of less than 1 and ensures the buoyancy of this structure and modules photovoltaic and, when filled with water, ensures the immersion of this structure and photovoltaic modules.

2. A method of producing a photovoltaic field installed on a basin according to claim 1 characterized in that the device which controls the maintenance on the surface or the immersion of the photovoltaic modules is realized by a tubular assembly and a means of injection of air or water in this tubular assembly.