FR3054591A1 - Element de couverture electro-reactif - Google Patents

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Abstract

Elément de couverture (10), notamment pour verrière, comportant : - un vitrage (110), - au moins une structure photovoltaïque (20) au moins partiellement transparente se superposant au moins partiellement au vitrage, - au moins un élément électro-réactif (30) dont les propriétés optiques de transparence et/ou de filtrage de la lumière sont pilotables électriquement, superposé au moins partiellement au vitrage (110).

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national
054 591
57365
COURBEVOIE © Int Cl8 : E 06 B 9/24 (2017.01), E 06 B 3/67, E 04 D 13/18, 3/ 06, H 02 S 20/23, 20/26
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 29.07.16. © Demandeur(s) : VINCI CONSTRUCTION Société par
(© Priorité : actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : TROCME MAXIME.
©) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 02.02.18 Bulletin 18/05.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : VINCI CONSTRUCTION Société par
apparentés : actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : CABINET NONY.
p4) ELEMENT DE COUVERTURE ELECTRO-REACTIF.
FR 3 054 591 - A1
Elément de couverture (10), notamment pour verrière, comportant:
- un vitrage (110),
- au moins une structure photovoltaïque (20) au moins partiellement transparente se superposant au moins partiellement au vitrage,
- au moins un élément électro-réactif (30) dont les propriétés optiques de transparence et/ou de filtrage de la lumière sont pilotables électriquement, superposé au moins partiellement au vitrage (110).
Figure FR3054591A1_D0001
Figure FR3054591A1_D0002
Figure FR3054591A1_D0003
La présente invention concerne le domaine de la construction et de la rénovation de bâtiments à usage commercial ou d’habitation, et plus particulièrement les couvertures et les éléments de couverture de tels bâtiments. Il faut comprendre le terme « bâtiment » avec une acceptation large qui englobe les constructions fixes et les navires de croisière.
II a déjà été proposé des vitrages électro-réactifs, permettant de faire varier le degré d’occultation en fonction par exemple du niveau d’ensoleillement. Ces vitrages sont dans certains cas alimentés par des éléments photovoltaïques intégrés au vitrage.
L’article PHOTOVOLTAIC-POWERED EC-WINDOWS (PV-EW) May 2000 NREL/CP-590-28116 mentionne ainsi l’intérêt de vitrages intelligents et la possibilité de superposer les éléments photovoltaïques à un vitrage électro-chromique ou de les disposer à côté sur le châssis de la fenêtre. Cette dernière solution complique la réalisation du châssis et peut nuire à l’esthétique du bâtiment. La superposition des éléments photovoltaïques au vitrage électro-chromique diminue la transmittance du vitrage électrochromique, ce qui n’est pas souhaitable pendant les périodes de faible ensoleillement.
US 6055089 divulgue un vitrage dans lequel au moins une partie de la lumière incidente traverse un élément électro-réactif de façon à assurer une certaine rétroaction pour tenir compte de l’ensoleillement. Un tel vitrage est de construction complexe. De plus, l’élément photovoltaïque et l’élément électro-chromique étant disposés entre deux vitres scellées du vitrage, tout dysfonctionnement de l’un des éléments impose de remplacer la totalité du vitrage.
US 5384653 divulgue un vitrage intégrant un élément électro-réactif et des éléments photovoltaïques entre deux vitres scellées ensemble. Les éléments photovoltaïques sont par exemple disposés en bande en partie supérieure du vitrage. Une batterie est prévue pour être rechargée par les éléments photovoltaïques. Ce vitrage présente les mêmes inconvénients que ci-dessus.
US 5805330 décrit un vitrage électro-réactif comportant deux vitres entre lesquelles sont disposés des éléments photovoltaïques. Un milieu électro-chrome est présent entre les deux vitres dans un espace fermé par un joint.
Plus récemment, il a été proposé dans le brevet US 9081246 d’alimenter un vitrage électro-réactif d’une fenêtre à l’aide d’une transmission d’énergie sans fil. Un élément photovoltaïque intégré à la fenêtre peut fournir une énergie additionnelle. Un tel vitrage où l’énergie est apportée par radiofréquence par exemple reste de mise en œuvre difficile dans certains environnements.
A la connaissance de la demanderesse, ces vitrages électro-réactifs connus n’ont pas été utilisés pour la réalisation de couvertures telles que des verrières.
US2007/0131270 divulgue une fenêtre comportant entre deux vitres un store portant des éléments photovoltaïques. Une telle fenêtre est de réalisation complexe, car les connexions électriques entre les éléments photovoltaïques doivent permettre la mobilité du store.
US6646196 décrit une fenêtre comportant un panneau photovoltaïque vertical disposé entre deux vitrages clairs gauche et droit. L’énergie électrique fournie par le panneau photovoltaïque peut être utilisée pour recharger une batterie au plomb. L’installation dans une école à des fins pédagogiques est préconisée. Une telle fenêtre ne comporte aucun mécanisme d’occultation de la lumière en cas d’ensoleillement excessif.
Par ailleurs, US8548391 décrit une installation photovoltaïque destinée à être installée sur le toit d’un bâtiment et comportant un système radio de liaison sans fil pour transmettre des informations concernant le fonctionnement de l’électronique de puissance associée à une chaîne d’éléments photovoltaïques. Cette installation peut inclure un ou plusieurs répéteurs radio pour étendre la portée des communications et compenser l’effet d’écran des panneaux. Ces répéteurs peuvent être alimentés chacun par une batterie ou par un petit panneau solaire.
Π demeure par conséquent un besoin pour perfectionner encore les verrières et éléments de couverture vitrés, afin de bénéficier d’éléments de couverture à la fois esthétiques, présentant un degré de transparence compatible avec leur utilisation comme élément de couverture, capables si cela est recherché de répondre aux nonnes les plus sévères sur le plan énergétique et phonique, de fonctionnement fiable et de coûts de fabrication et de pose compatibles avec une commercialisation à grande échelle.
L’invention a ainsi pour objet, selon un premier de ses aspects, un élément de couverture, notamment pour verrière, comportant :
- un vitrage,
- au moins une structure photovoltaïque au moins partiellement transparente se superposant au moins partiellement au vitrage,
- au moins un élément électro-réactif dont les propriétés optiques de transparence et/ou de filtrage de la lumière sont pilotables électriquement, superposé au moins partiellement au vitrage.
De préférence, la structure photovoltaïque se superpose en totalité au vitrage. La structure photovoltaïque peut se superposer entièrement à l’élément électro-réactif. La structure photovoltaïque et l’élément électro-réactif occupent de préférence sensiblement la même étendue. On a par exemple l’étendue de la structure photovoltaïque qui vaut celle de l’élément électro-réactif à +- 10%.
L’invention permet de profiter de la présence de la structure photovoltaïque pour filtrer la lumière transmise et/ou diminuer la transmittance de l’élément de couverture, notamment lors du plein ensoleillement. Cela permet d’utiliser, si on le souhaite un élément électro-réactif moins absorbant et/ou occultant, ou d’avoir un degré maximal d’occultation plus important
Cela peut aussi permettre d’utiliser l’énergie électrique produite par l’élément photovoltaïque pour une fonction autre que celle de pilotage de l’élément électro-réactif lorsque le degré d’occultation et/ou de filtration conféré par l’élément électro-réactif est suffisant au vu des échanges thermiques du bâtiment.
De préférence, l’élément de couverture intègre un filtre infrarouge qui réduit encore la transmittance dans le domaine infrarouge et limite l’effet de serre dans le bâtiment.
Le vitrage est de préférence un double ou un triple vitrage. La structure photovoltaïque et/ou l’élément électro-réactif sont de préférence extérieurs à ce double ou triple vitrage, c’est-à-dire qu’ils ne sont pas logés dans la lame d’air, ce qui simplifie la fabrication de l’élément de couverture.
Elément électro-réactif
Par «élément électro-réactif » il faut comprendre un composant optique dont il est possible grâce à un stimulus électrique de faire varier de façon réversible les propriétés d’occultation ou de filtration de la lumière.
Par « occultation » il faut comprendre faire obstacle à la propagation de la lumière visible, en introduisant ou non un filtrage de la lumière pour certaines longueurs d’onde du visible, de l’infrarouge et/ou de l’ultraviolet. L’occultation peut être localement totale ou partielle. Lorsqu’elle est partielle, l’intensité lumineuse est atténuée à la traversée de l’élément. Lorsque localement l’occultation est totale, la lumière qui traverse l’élément électro-réactif dans son ensemble est alors celle qui passe entre les zones localement occultées. En jouant sur le ratio entre la surface occultée et la surface non occultée, il est possible de contrôler la quantité de lumière traversant globalement l’élément électroréactif.
Par « filtration » il faut comprendre une absorption sélective de la lumière pour certaines longueurs d’ondes. Par exemple, l’élément électro-réactif peut être agencé pour faire varier la transmittance dans une plage de rayonnement IR afin par exemple de bloquer le rayonnement IR en été et de le laisser passer en hiver, ou le laisser passer dans la journée et le bloquer le soir.
Il est possible de réaliser l’élément électro-réactif de façon à pouvoir piloter, le cas échéant, séparément les propriétés d’occultation et de filtration. Par exemple, l’élément électro-réactif comporte une structure d’occultation et une structure de filtration pilotable indépendamment de la structure d’occultation et superposée à cette dernière
De multiples technologies d’élément électro-réactif sont disponibles, notamment électro-chrome (EC), SPD(« Suspended Particle Device ») ou PDLC(« Polymer Dispersed Liquid cristal Devices »). L’élément électro-réactif est de préférence statique.
De préférence, l’élément électro-réactif est clair au repos et prend un état occulté lorsque stimulé électriquement. La consommation d’énergie peut n’avoir lieu que lors du changement d’état et/ou pour maintenir un état Cela peut conduire à préférer la technologie EC à la technologie SPD qui est opaque au repos.
L’élément électro-réactif peut comporter une structure électro-active accolée à au moins une vitre, notamment une vitre en verre minéral ou organique. La fabrication de l’élément électro-réactif peut faire intervenir un procédé de fabrication avec une étape de lamination sur la vitre.
L’élément électro-réactif peut être disposé entre deux vitres. Cet élément est ainsi protégé efficacement vis-à-vis des agressions extérieures. Il peut comporter une structure électro-active noyée entre deux films de colle entre ces vitres. De préférence, les deux vitres entre lesquelles est disposé l’élément électro-réactif ne forment pas entre elles un double vitrage avec lame d’air.
La lame d’air est ainsi, de préférence, formée à l’aide d’au moins une vitre additionnelle. Le fait de disposer l’élément électro-réactif à l’extérieur du double vitrage simplifie la fabrication de ce dernier et évite des problématiques d’étanchéité de la lame d’air vis-à-vis de la sortie des connexions électriques. De préférence, l’élément électroréactif peut prendre un niveau d’occultation choisi parmi plusieurs niveaux discrets, notamment quatre niveaux. Le niveau d’occultation va par exemple de 1 à 60%.
L’élément de couverture peut être de transmittance comprise entre 20 et 60%. L’élément électro-réactif peut ne comporter qu’une seule zone dont on peut faire varier le degré d’occultation et/ou de filtration. Cette zone peut recouvrir tout ou partie du vitrage.
En variante, l’élément électro-réactif présente au moins deux zones pouvant sélectivement changer de degré d’occultation, avec un degré d’occultation au sein de chaque zone homogène. Ainsi, il est possible par exemple d’avoir l’une des zones ayant un degré d’occultation différent de celui de l’autre zone. L’élément électro-réactif peut présenter plus de deux zones pouvant être sélectivement commandées, par exemple trois telles zones, lesquelles peuvent occuper l’ensemble du vitrage ou une partie seulement de celui-ci.
Lorsque l’élément électro-réactif est pilotable par zones, ces dernières peuvent avoir toutes formes; cependant, il est avantageux que ces zones s’étendent sur toute une dimension du vitrage, en particulier sa largeur. Ces zones peuvent notamment être chacune de forme rectangulaire.
En variante, l’élément électro-réactif est mobile relativement au vitrage, comportant par exemple un store, notamment à lamelles. L’orientation de ces dernières peut être commandée par un moteur électrique en fonction de l’occultation recherchée. D’autres technologies à éléments mobiles tels que des micro-lamelles peuvent encore être utilisées. L’élément électro-réactif peut comporter un store, notamment à lamelles, de préférence intégré au vitrage.
La sortie de la connectique raccordée à l’élément électro-réactif s’effectue de préférence sur la tranche.
Structure photovoltaïque
Par « structure photovoltaïque » il faut comprendre une structure assurant la production de l’énergie électrique nécessaire à l’alimentation de l’élément électro-réactif pour faire varier ses propriétés d’occultation ou de filtration, cette énergie étant générée par la conversion de l’énergie lumineuse incidente en électricité.
Les éléments photcvoltaïques (encore appelés cellules) de la structure peuvent être de toute technologie photovoltaïque, notamment à base de silicium mono ou multicristallin ou organique.
La structure photovoltaïque peut comprendre un ou plusieurs éléments photovoltaïques, selon un agencement en film continu ou en cellules discrètes.
Une même vitre peut recouvrir l’ensemble des éléments photovoltaïques.
La non opacité de la structure photovoltaïque peut être obtenue en disposant les éléments photovoltaïques de façon espacée, de manière à réaliser des ajours par lesquels la lumière peut passer.
Les éléments photovoltaïques peuvent ainsi être disposés sous la forme d’une trame, et par exemple les éléments photovoltaïques sont disposés en bande, parallèlement les uns aux autres et de façon espacée.
La non opacité de la structure photovoltaïque peut encore résulter au moins en partie de l’emploi d’éléments photovoltaïques intrinsèquement transparents, du fait de l’utilisation de composants non opaques.
Le rendement électrique de la structure photovoltai'que est par exemple inférieur ou égal à 5%.
La transparence de la structure photovoltaïque est par exemple comprise entre 20et
60%
Elément de couverture
L’invention s’applique à un élément de couverture servant à réaliser une couverture telle qu’une verrière.
De préférence, le vitrage de l’élément de couverture intègre un double vitrage, voire un triple vitrage.
De préférence, on réalise l’élément de couverture avec un châssis, sous la forme d’une fenêtre par exemple.
Un élément de couverture selon l’invention peut comporter un seul vitrage ou plusieurs éléments de vitrage distincts les uns des autres, assemblés au sein de l’élément.
L’élément de couverture peut comporter tout élément ornemental conventionnel tel que par exemple des croisillons.
L’élément de couverture peut comporter toute structure optique permettant de concentrer la lumière sur le ou les éléments photovoltaïques, telle qu’un réseau de microlentilles par exemple.
L’élément de couverture peut intégrer tout ou partie du système électronique de pilotage de l’élément électro-réactif ainsi qu’une batterie permettant de stocker l’énergie produite par la structure photovoltaïque.
Il est particulièrement avantageux que l’élément de couverture comporte une batterie pour stocker l’énergie générée par la structure photovoltaïque. Cette batterie est par exemple de type NiMH, et sa capacité est par exemple supérieure ou égale à 2 Wh. Cela permet de piloter l’élément électro-réactif hors des périodes d’ensoleillement. De préférence, l’élément de couverture comporte un connecteur externe permettant de la recharger. Le rechargement peut encore s’effectuer, le cas échéant, par couplage inductif. La batterie peut être logée dans le châssis précité de l’élément de couverture.
La batterie est de préférence logée dans un boîtier accessible depuis l’intérieur du bâtiment sans démontage de l’élément de couverture. Ce boîtier est par exemple disposé de façon attenante au châssis.
Le montage de la batterie se fait de préférence sans création de ponts thermiques.
De préférence, l’accès à la batterie est possible sans démontage de l’élément de couverture; par enlèvement d’une trappe ou d’un cache, avec ou sans outil tels qu’un tournevis.
Il est également avantageux que l’élément de couverture comporte un module de commande sans fil de l’élément électro-réactif, alimenté à partir de l’énergie produite par la structure photovoltaïque, par exemple intégré au châssis ou logé dans un boîtier solidaire de l’élément de couverture et accessible depuis l’intérieur du bâtiment. La batterie et le module de commande peuvent être situés dans un même boîtier.
L’élément de couverture peut intégrer un convertisseur agencé pour amener la tension produite par la structure photovoltaïque à un niveau compatible avec la charge de la batterie.
Il est avantageux d’utiliser la structure photovoltaïque comme capteur d’ensoleillement, notamment pour assurer si cela est recherché un pilotage automatique de l’élément électro-réactif en fonction de l’ensoleillement. L’utilisation pour chaque élément de couverture de la structure photovoltaïque de cet élément de couverture pour piloter l’élément électro-réactif permet de contrôler l’occultation et/ou la filtration avec une faible granulométrie et ainsi de pouvoir tenir compte d’effets d’ombres portées par exemple.
Le cas échéant, le module de commande de chaque élément de couverture est réalisé de façon à pouvoir définir un élément maître et un ou plusieurs éléments esclaves. La structure photovoltaïque de l’élément de couverture maître peut être utilisée comme capteur d’ensoleillement et les éléments électro-réactifs du ou des éléments de couverture esclaves sont pilotés en fonction de l’information transmise par l’élément maître.
Les modules de commande des éléments de couverture peuvent être agencés pour communiquer entre eux par une liaison sans fil.
Tous les éléments de couverture peuvent comporter un module de commande identique. En variante, la couverture est par exemple réalisée avec des éléments de couverture disposant de modules de commande plus élaborés, utilisés comme maîtres, et de modules de commande plus simples, utilisés comme esclaves.
De préférence, l’élément de couverture comporte un module de commande qui est pilotable par un terminal mobile tel qu’un smartphone ou une tablette. Ce module de commande est alimenté électriquement par la structure photovoltaïque.
Le module de commande peut encore être piloté par un dispositif de commande centralisée assurant la régulation thermique du bâtiment.
Il peut être avantageux que l’élément de couverture comporte un connecteur permettant d’utiliser un surplus d’énergie de la structure photovoltaïque pour d’autres fonctions du bâtiment ou pour renvoyer de l’énergie vers le réseau électrique.
L’électricité produite par la structure photovoltaïque peut encore être utilisée pour alimenter divers capteurs tels que capteur de luminosité, de mouvement, de présence, de pollution
Dans un exemple de mise en œuvre, l’élément de couverture comporte un relais hertzien alimenté au moins partiellement par la structure photovoltaïque. Un tel relais comporte un récepteur pour recevoir un signal radiofréquence et un émetteur pour le retransmettre, par exemple à une fréquence et/ou avec un codage différent. Cela peut permettre par exemple de relayer la transmission d’informations radiofréquence, entre des objets connectés par exemple. Une possibilité est ainsi d’équiper au moins certains éléments de couverture du bâtiment de tels relais hertziens de façon à permettre le pilotage sans fil de tous les éléments de couverture à partir d’un émetteur unique, appartenant par exemple à une centrale de régulation du bâtiment.
L’émetteur et/ou le récepteur du relais hertzien peuvent, le cas échéant, partager certains composants du module de commande, en particulier ceux de l’étage radiofréquence permettant d’émettre et de recevoir des instructions relatives au fonctionnement de l’élément électro-réactif. La fonction de relais hertzien peut alors être réalisée de façon plus économique.
Le cas échéant, le module de commande comporte un processeur qui gère à la fois le fonctionnement de l’élément électro-réactif et celui du relais hertzien.
L’invention n’est pas limitée à une forme particulière pour le vitrage de l’élément de couverture. Celui-ci fait toutefois de préférence entre 0,2 et 10 m de long.
Lorsque l’élément électro-réactif est dans l’état clair, c’est-à-dire celui pour lequel l’occultation et/ou la filtration sont minimales, la transmittance de l’élément de couverture sur l’ensemble du spectre visible peut être comprise entre 30 et 50 %.
L’élément de couverture peut comporter un filtre anti-infrarouge, notamment intercalé sur le trajet de la lumière entre la structure photovoltaïque et l’élément électroréactif.
L’élément de couverture peut comporter un module de commande sans fil de l’élément électro-réactif, de préférence intégré au vitrage ou intégré à un châssis de l’élément de couverture.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un élément vitré, notamment servant à la réalisation d’un élément de couverture tel que défini ci-dessus selon le premier aspect de l’invention, mais pouvant aussi servir à la réalisation d’éléments de façade par exemple, cet élément vitré comportant :
un double ou triple vitrage,
- au moins une structure photovoltaïque au moins partiellement transparente se superposant au moins partiellement au double ou triple vitrage, externe au double ou triple vitrage,
- au moins un élément électro-réactif dont les propriétés optiques de transparence et/ou de filtrage de la lumière sont pilotables électriquement, superposé au moins partiellement au double ou triple vitrage.
De préférence, la structure photovoltaïque se superpose en totalité au vitrage et l’étendue de la structure photovoltaïque est sensiblement la même que celle de l’élément électro-réactif.
Couverture
L’invention a encore pour objet une couverture, notamment verrière, d’un bâtiment comportant au moins un élément de couverture selon le premier aspect de l’invention, tel que défini plus haut.
Procédés
L’invention a encore pour objet des procédés mettant notamment en œuvre un élément de couverture selon le premier aspect de l’invention ou un élément vitré selon le deuxième aspect de l’invention.
L’invention a ainsi encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé pour contribuer à assurer la régulation thermique d’un bâtiment comportant au moins un élément de couverture, pourvu d’un vitrage auquel se superpose au moins partiellement un élément électro-réactif dont on peut piloter les propriétés d’occultation et/ou de filtration, dans lequel on utilise l’énergie électrique produite par au moins un élément photovoltai'que intégré au bâtiment pour alimenter électriquement l’élément électro-réactif afin de modifier ses propriétés d’occultation et/ou de filtration.
La régulation thermique peut s’effectuer de façon autonome avec un pilotage des éléments électro-réactifs selon une loi de commande prédéfinie. Cette loi peut permettre d’écrêter l’énergie solaire incidente lorsque celle-ci franchit un seuil prédéfini, fixé par exemple entre 30 et 50 W/m2. Ainsi, l’occultation par l’élément électro-réactif peut être nulle par exemple si l’énergie solaire incidente est inférieure à une valeur donnée, par exemple 40 W/m2.
Dans un exemple de mise en œuvre, le surplus d’énergie électrique fourni par la structure photovoltaïque est renvoyé sur le réseau ou utilisé pour d’autres fonctions telles que par exemple celle de relais hertzien ou d’alimentation de dispositif lumineux visant à éclairer la couverture la nuit, par exemple.
L’invention a encore pour objet un procédé de gestion du degré d’occultation d’au moins un vitrage d’un élément de couverture ou vitré selon l’invention, par un élément électro-réactif piloté par un module de commande alimenté au moins partiellement par une structure photovoltaïque, dans lequel on utilise la structure photovoltaïque comme capteur d’ensoleillement.
La structure photovoltaïque peut être utilisée comme capteur à l’échelon d’un élément électro-réactif associé à un élément de couverture ou vitré, ou en variante servir au pilotage d’un groupe d’éléments électro-réactifs associés à autant de vitrages.
Relais Hertzien
Au moins l’un des éléments photovoltaïques alimente avantageusement un relais hertzien. Par « relais hertzien » on désigne tout dispositif électronique à émetteur/récepteur capable de recevoir un signal radio incident et d’émettre un signal radio à destination par exemple d’un autre relais hertzien ou d’une centrale de régulation climatique du bâtiment.
Le relais hertzien peut constituer un répéteur de signal radio, permettant des échanges d’informations avec les éléments de couverture sans nécessiter de câblage pour transmettre l’information ou alimenter les relais. De plus, il est possible d’effectuer un pilotage fin et automatique des différents éléments électro-réactifs, pour tenir compte par exemple des variations d’ensoleillement sur la toiture, liés par exemple à l’orientation visà-vis du soleil en fonction de l’heure du jour et/ou aux ombres portées, tout en repectant les besoins climatiques du bâtiment, grâce par exemple aux échanges d’informations avec une centrale de régulation climatique du bâtiment.
La fréquence est par exemple de l’ordre de quelques centaines de MHz ou de quelques GHz. De préférence, les signaux reçus et transmis sont numériques. Les signaux sont par exemple de type Wifi ou Zigbee.
Ainsi, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l’invention a encore pour objet une couverture de bâtiment, comportant au moins un élément photovoltaïque intégré à la couverture et au moins un relais hertzien alimenté au moins en partie par l’électricité produite par l’élément photovoltaïque. On profite de la présence de l’élément photovoltaïque intégré à la couverture pour alimenter le relais hertzien ; on évite ainsi d’avoir à prévoir des moyens d’alimentation électrique spécifiques, ce qui simplifie l’installation du relais et préserve l’esthétique du bâtiment. De plus, le relais hertzien peut être réalisé si on le souhaite de façon à recevoir une information concernant le niveau d’éclairement de l’élément photovoltaïque, afin de transmettre cette information à une centrale de régulation thermique du bâtiment. On utilise alors le relais hertzien dans une double fonction, de répéteur radio permettant d’étendre la portée des échanges de données entre divers objets connectés du bâtiment, et de transmetteur d’informations liées à l’éclairement des éléments photovoltaïques, ce qui peut renseigner sur les flux thermiques incidents en divers points du bâtiment
Le relais hertzien peut avantageusement être agencé pour recevoir et retransmettre au moins une information concernant le pilotage à distance de l’élément électro-réactif. Cela peut permettre de contrôler très facilement un ensemble d’éléments électro-réactifs de façon centralisée depuis une centrale de régulation thermique du bâtiment par exemple, sans avoir à gérer des problèmes de câblage électrique puisque les relais sont autonomes sur le plan énergétique de même que les éléments électro-réactifs. Ce pilotage s’effectue avantageusement en tenant compte de l’éclairement local grâce à l’utilisation des éléments photovoltaïques comme capteurs d’ensoleillement, et l’on peut de cette façon contrôler finement les flux thermiques incidents dans le bâtiment. On peut notamment éviter d’obscurcir inutilement un vitrage non ensoleillé en raison par exemple de son exposition et/ou d’un phénomène d’ombre portée.
La couverture peut comporter plusieurs éléments photovoltaïques et plusieurs relais hertziens alimentés au moins partiellement par ces éléments photovoltaïques, au moins l’un des relais hertzien recevant une information concernant le pilotage d’un élément électroréactif et la retransmettant à un autre relais hertzien.
L’élément photovoltaïque est avantageusement utilisé comme capteur d’éclairement et une information concernant le niveau d’éclairement de l’élément photovoltaïque étant émise par le relais hertzien.
La couverture peut comporter plusieurs éléments photovoltaïques et plusieurs relais hertziens alimentés au moins partiellement par ces éléments photovoltaïques, au moins l’un des relais hertzien recevant une information concernant le niveau d’éclairement d’un élément photovoltaïque et la retransmettant à un autre relais hertzien.
Le pilotage des éléments électro-réactifs s’effectue de préférence au moins à partir d’informations concernant l’éclairement des éléments photovoltaïques.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un élément de couverture, notamment pour la réalisation d’une couverture telle que définie ci-dessus, comportant au moins un élément photovoltaïque et au moins un relais hertzien alimenté en électricité au moins partiellement par l’élément photovoltaïque. L’élément de couverture peut comporter un vitrage et de préférence constitue une fenêtre.
L’élément de couverture peut comporter module de commande de l’élément électroréactif, le relais hertzien étant configuré pour permettre au module de commande d’échanger des données avec un terminal distant tel qu’un téléphone portable. Ce peut permettre à une personne située dans un local du bâtiment de prendre le contrôle de l’état de l’élément électro-réactif si l’on souhaite par exemple forcer son passage dans un état occulté ou clair pour des raisons diverses, par exemple liées à la présence de reflets sur des écrans d’ordinateurs. L’utilisation du relais hertzien dans cette fonction permet d’éviter l’utilisation d’un émetteur/récepteur spécifique et facilite la miniaturisation de l’électronique et son implantation dans un châssis de l’élément de couverture, par exemple.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de pilotage d’éléments électro-réactifs d’une couverture comportant plusieurs éléments électro-réactifs alimentés par des éléments photovoltaïques, dans lequel un signal de commande de la filtration et/ou de l’occultation des éléments électro-réactifs est transmis depuis une centrale de régulation climatique d’un bâtiment à un ou plusieurs des éléments électro-réactifs par l’intermédiaire d’un ou plusieurs relais hertzien alimentés par au moins l’un desdits éléments photovoltaïques.
Dans un tel procédé, un ou plusieurs desdits éléments photovoltaïques est avantageusement utilisé comme capteur d’ensoleillement et une information concernant l’ensoleillement des éléments photovoltaïques est transmise à la centrale de régulation par l’intermédiaire d’un ou plusieurs desdits relais hertziens, comme mentionné ci-dessus.
Le degré d’occultation et/ou de filtration des éléments électro-réactifs est de préférence ajusté automatiquement en fonction de l’information concernant l’ensoleillement, notamment pour diminuer le degré d’occultation et/ou de filtration des éléments électro-réactifs les moins ensoleillés.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
- La figure 1 représente, en vue de face, un exemple d’élément de couverture réalisé conformément à l’invention,
- la figure 2 représente de façon schématique et partielle la structure de l’élément de couverture de la figure 1,
- la figure 3 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation de l’élément de couverture,
- la figure 4 est une vue schématique d’un exemple de système électronique de pilotage de l’élément électro-réactif, et
- les figures 5A et 5B représentent des exemples d’agencements d’un boîtier comportant la batterie et/ou le module de commande.
L’élément de couverture 10 selon l’invention, représenté aux figures 1 et 2, comporte une structure photovoltaïque 20 et un élément électro-réactif 30,
L’élément 10 comporte un châssis 11, qui est par exemple un châssis fixe ou mobile.
La forme du châssis 11 peut être rectangulaire, comme illustré, l’invention n’étant toutefois pas limitée à une forme particulière de châssis, celui-ci pouvant être trapézoïdal, triangulaire ou cintré, entre autres formes.
Le châssis 11 peut être métallique, notamment en aluminium ou en alliage d’aluminium, ou en plastique, notamment en PVC, voire en bois.
Le châssis 11 comporte le ferrage conventionnel. L’aspect du châssis peut être le même que celui des menuiseries conventionnelles.
La partie vitrée 100 de l’élément de couverture 10 comporte, comme visible plus particulièrement à la figure 2, un double vitrage 110, lequel assure une isolation thermique et phonique. On a schématiquement représenté sur cette figure un joint de double vitrage 114, qui permet de ménager une lame d’air 113. Π peut s’agir d’un gaz autre que de l’air, à pression réduite ou ambiante.
L’élément électro-réactif 30 est situé du côté intérieur du double vitrage 110, c’està-dire celui tourné vers l’intérieur du bâtiment, opposé à celui qui reçoit la lumière incidente.
L’élément électro-réactif 30 est protégé de l’extérieur par une vitre 31.
La structure photovoltaïque 20 est disposée du côté extérieur du double vitrage 110 et protégée de l’extérieur par au moins une vitre 21.
La lame d’air du double vitrage est formée entre deux vitres 111 et 112, respectivement attenantes à la structure photovoltaïque 20 et à l’élément électro-réactif.
On a représenté à la figure 3 une variante de partie vitrée 100.
Celle-ci comporte une structure photovoltaïque 20 vitrée, qui est collée par l’intermédiaire d’un sandwich constitué d’un premier film de colle 115, d’un filtre antiinfrarouge 116 et d’un deuxième film de colle 117 à la vitre 112 attenante à l’élément électro-réactif 30. La colle est par exemple une colle PVB.
Sur la figure 3 on n’a pas représenté de double vitrage, celui-ci pouvant être réalisé par exemple entre la vitre 31 attenante à l’élément électro-réactif du côté opposé à la structure photovoltaïque, et une autre vitre, non représentée.
L’élément électro-réactif 30 est par exemple du type de ceux développés par la société SAGE GLASS. L’élément peut être fourni déjà associé à un vitrage.
Au sein de la structure photovoltaïque, les éléments photovoltaïques 22 sont disposés comme illustré à la figure 1 sous la forme d’une trame permettant de ménager entre eux des ajours laissant passer une partie de la lumière incidente. Les éléments photovoltaïques 22 peuvent notamment être disposés comme illustré sur la figure 1 sous la forme de bandes parallèles espacées.
De préférence, les éléments photovoltaïques 22 suffisent à apporter toute l’énergie nécessaire au fonctionnement de l’élément de couverture auxquels ils sont intégrés, c’est-àdire l’énergie pour le changement d’état de l’élément électro-réactif 30 et l’énergie pour le fonctionnement du module de commande. L’élément de couverture peut ainsi, si on le souhaite, avoir un fonctionnement autonome.
Un système électronique 60, représenté schématiquement à la figure 4, est prévu pour assurer la gestion du fonctionnement de l’élément de couverture.
Ce fonctionnement peut être totalement autonome au niveau de l’élément de couverture, qui fonctionne alors selon une loi de commande prédéfinie dépendant de l’ensoleillement, mais de préférence, le système circuit électronique 60 est réalisé de telle sorte que l’élément de couverture puisse fonctionner soit dans un mode totalement autonome où il écrête par exemple l’énergie solaire au-delà d’un certain seuil, soit dans un mode avec pilotage externe, ce pilotage étant soit manuel, soit assuré par un dispositif de commande centralisée du bâtiment.
Le système électronique 60 comporte une batterie 61 qui permet d’accumuler l’énergie électrique générée par les éléments photovoltaïques 20 pendant les périodes d’éclairement.
Le système électronique 60 comporte également un module de commande 62 qui gère les échanges entre la structure photovoltaïque 20 et l’élément électro-réactif associé 30, et peut communiquer avec un dispositif externe 63 par une liaison sans fil, par exemple radiofréquences ou infrarouge.
Le système électronique 60 peut comporter un convertisseur 64 par exemple de type DC-DC entre la batterie 61 et la structure photovoltaïque 20, de façon à adapter la tension délivrée par la structure photovoltaïque 20 à celle de la batterie.
Le cas échéant, comme illustré, une lecture de courant et/ou de tension en 65 peut renseigner le module 62 sur le niveau de production des éléments photovoltaïques 20. Une lecture de tension et/ou de courant en 66 peut également renseigner le module 62 sur le niveau de charge de la batterie 61 ainsi que, le cas échéant, sur l’intensité du courant débité par celle-ci. Le cas échéant, comme illustré, un étage 67 de conversion peut être prévu en aval de la batterie 61 afin d’adapter la tension de sortie à celle nécessitée par le module de commande 62 ainsi que par l’élément électro-réactif 30. Une lecture de tension et/ou de courant en .68 peut renseigner le module 62 sur l’état de fonctionnement de l’élément électro-réactif. Un circuit de commutation 69 peut être actionné par le module de commande 62 pour fournir l’énergie électrique nécessaire à l’élément électro-réactif 30 en fonction du degré d’occultation souhaité.
Le système électronique 60 peut comporter une interface de commande manuelle 70, le cas échéant. Cette interface de commande peut être réalisée de diverses façons, par exemple sous la forme d’un bouton à actionner ou d’une zone de commande tactile par détection capacitive par exemple. L’interface de commande manuelle peut permettre de piloter notamment le degré d’occultation du vitrage 100.
Le dispositif externe 63 peut être un terminal mobile tel qu’un téléphone mobile ou un smartphone, exécutant une application adaptée permettant notamment à l’utilisateur de régler le niveau d’occultation du vitrage 100 ainsi que de connaître, le cas échéant, l’état de charge de la batterie 61, le niveau d’occultation sélectionné et/ou de recevoir tout code d’erreur signalant un dysfonctionnement du système électronique. Le module de commande peut ainsi être agencé pour effectuer un retour d’information sur les différents paramètres de fonctionnement de l’élément de couverture ainsi que pour définir des scénarios de fonctionnement en fonction d’informations provenant de divers capteurs.
Il peut être avantageux de doter l’élément de couverture d’une fonction de relais hertzien, par exemple pour relayer de la transmission d’informations entre modules de commande d’éléments de couverture et/ou entre un module de commande centralisée et plusieurs éléments de couverture. Π peut s’agir encore de relayer des informations émises par d’autres objets connectés, appartenant au bâtiment ou non, par exemple des informations concernant des capteurs de température ou de consommation électrique ou renseignant sur la présence d’occupants.
Le système électronique 60 peut ainsi comporter un ensemble émetteur/ récepteur 73 permettant de capter un signal incident et de réémettre un signal correspondant après amplification à une fréquence différente éventuellement. Cet ensemble émetteur/récepteur peut fonctionner en répéteur UNB, Bluetooth, Wifi, Zigbee, Enocean,... et peut partager des composants RF utilisés pour le pilotage à distance de l’élément de couverture ainsi que le module de commande 62 pour le décodage/codage de l’information retransmise, le cas échéant. Le relais hertzien 73 peut être configuré pour transmettre à une centrale de régulation thermique du bâtiment des informations concernant l’état d’occultation et/ou de filtration de l’élément électro-réactif associé ainsi que le niveau d’ensoleillement local du panneau photovoltaïque associé et recevoir en retour de la centrale de régulation une instruction sur le niveau d’occultation et/ou de filtration à donner à l’élément électroréactif afin de respecter une loi de régulation thermique prédéfinie. La centrale de régulation thermique du bâtiment peut gérer tout l’ensemble du bâtiment ; en variante, le bâtiment comporte plusieurs centrales de régulation, associées par exemple à des portions respectives du bâtiment telles que certains bureaux, habitations ou étages. Le cas, échéant, on prévoit une centrale de régulation par pièce. De préférence, les éléments de couverture sont programmables de façon à ce qu’on puisse les apparier à une centrale de régulation prédéfinie.
Le système électronique 60 peut si on le souhaite et si l’énergie fournie par les éléments photovoltaïque le permet alimenter d’autres équipements tels qu’un écran 75 utilisé par exemple pour afficher des informations concernant l’état de fonctionnement de l’élément de couverture.
Le système électronique 60 peut encore être réalisé, le cas échéant, de façon à renvoyer un surplus d’énergie produite par l’élément de couverture 10 vers un bus de collecte 76 relié au réseau ou servant à alimenter d’autres équipements du bâtiment.
L’élément électro-réactif 30 peut avoir un degré d’occultation qui peut varier de façon continue entre deux niveaux extrêmes ou par paliers, en prenant au moins une ou plusieurs valeurs discrètes entre les niveaux d’occultation minimale et maximale.
La batterie 61 et le module de commande 62 peuvent être disposés dans un logement 5 98 dans le châssis 11 comme illustré à la figure 5A ou en variante dans un boîtier 99 attenant au châssis 11, comme illustré à la figure 5B.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits. On peut notamment donner au vitrage 100 et au châssis 11 d’autres formes, non rectangulaires et/ou non planes.
Toutes technologies d’élément électro-réactif peuvent être utilisées, de même que toute technologie photovoltaïque.

Claims (20)

  1. REVENDICATIONS
    1. Elément de couverture (10), notamment pour verrière, caractérisé par le fait qu’il comporte :
    - un vitrage (110),
    - au moins une structure photovoltaïque (20) au moins partiellement transparente se superposant au moins partiellement au vitrage,
    - au moins un élément électro-réactif (30) dont les propriétés optiques de transparence et/ou de filtrage de la lumière sont pilotables électriquement, superposé au moins partiellement au vitrage (110).
  2. 2. Elément selon la revendication 1, la structure photovoltaïque (20) se superposant à l’ensemble du vitrage.
  3. 3. Elément selon la revendication 1 ou 2, la structure photovoltaïque (20) se superposant entièrement à l’élément électro-réactif (30).
  4. 4. Elément selon Tune quelconque des revendications précédentes, la structure photovoltaïque (20) et l’élément électro-réactif (30) occupant sensiblement la même étendue.
  5. 5. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure photovoltaïque (20) étant de transmittance comprise entre 20 et 60 %.
  6. 6. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure photovoltaïque (20) comportant des éléments photovoltaïques (22) espacés, notamment sous forme de trame.
  7. 7. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, le vitrage (110) comportant un double ou triple vitrage.
  8. 8. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’élément électro-réactif (30) étant de type électro-chromique.
  9. 9. Elément selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, l’élément électroréactif (30) étant du type SPD (« Suspended Particle Device »).
  10. 10. Elément selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, l’élément électroréactif (30) étant du type PDLC (« Polymer Dispersed Liquid Crystal).
  11. 11. Elément selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, l’élément électroréactif comportant un store, notamment à lamelles, de préférence intégré au vitrage
  12. 12. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure photovoltaïque (20) comportant au moins un élément photovoltaïque (22) disposé entre deux vitres (21,111).
  13. 13. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un filtre anti-infrarouge (117), notamment intercalé sur le trajet de la lumière entre la structure photovoltaïque (20) et l’élément électro-réactif (30).
  14. 14. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une batterie (61) pour stocker de l’énergie générée par la structure photovoltaïque (20).
  15. 15. Elément de couverture selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un module de commande sans fil (62) de l’élément électro-réactif, de préférence intégré au vitrage (100) ou intégré à un châssis (11) de l’élément de couverture.
  16. 16. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure photovoltaïque (20) étant utilisée comme capteur d’ensoleillement dans la gestion automatique de l’occultation du vitrage ou d’un système de contrôle commande servant à la régulation thermique du bâtiment.
  17. 17. Elément de couverture selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un module de commande (62) pilotable par un terminal mobile tel que smartphone ou tablette.
  18. 18. Elément de couverture selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un connecteur permettant d’utiliser un surplus d’énergie de la structure photo voltaïque (20) pour d’autres fonctions du bâtiment ou pour renvoyer de l’énergie vers le réseau électrique.
  19. 19. Elément de couverture selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un relais hertzien (73) alimenté au moins partiellement par la structure photovoltaïque (20).
  20. 20. Couverture, notamment verrière, comportant au moins un élément de couverture (10) tel que défini dans l’une quelconque des revendications précédentes.
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