FR3061376B1 - Bati photovoltaique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un bâti photovoltaïque formé d'une structure de base (1) surmontée d'une toiture (2), ladite toiture (2) étant formée d'au moins une chapelle (3), laquelle chapelle (3) est composée d'une première face (4) équipée de modules photovoltaïques (P), et d'une deuxième face (5) transparente, chacune des deux faces (4, 5) étant composée de deux bords longitudinaux reliés par deux bords transversaux, les deux faces (4, 5) étant rattachées l'une à l'autre au niveau de leurs bords longitudinaux supérieurs, caractérisé en ce que les bords transversaux de la première face (4) ont une longueur plus importante que les bords transversaux de la deuxième face (5), de sorte que la chapelle (3) formée est asymétrique, ladite première face (4) se composant d'une armature sur laquelle sont installés : - les modules photovoltaïques (P) espacés par des éléments transparents, - une bande transparente (44) positionnée au niveau d'au moins un des bords longitudinaux de la première face (4) et adaptée pour laisser entrer la lumière directe à l'intérieur du bâti (B).

Description

BÂTI PHOTOVOLTAlQUE

Description

Domaine technique de l’invention. L’invention a pour objet un bâti photovoltaïque, plus précisément un bâti photovoltaïque composé d’une toiture possédant au moins une chapelle.

Elle concerne le domaine technique des toitures et plus précisément celui des toitures équipées de panneaux photovoltaïques. État de la technique.

De nombreuses structures, que ce soit des habitations ou autres types de bâtiments, utilisent des modules photovoltaïques de façon à pouvoir optimiser la production d’électricité en réduisant l’effet de serre et en permettant la création d’une énergie renouvelable.

De nos jours, un nombre important de cultures végétales est réalisé à l’intérieur de serres. Elles sont utilisées, par exemple, pour la culture de blé, de maïs, ou de légumes dans des domaines tels que l’arboriculture, la viticulture, l’horticulture ou la sylviculture. La culture sous serre présente de divers avantages tels que celui de pouvoir cultiver des végétaux hors de leur zone d’origine, produire des cultures quelque soit la saison, protéger les cultures des intempéries climatiques et du gel, tout en augmentant le rendement.

Deux grands types de serres photovoltaïques sont connus de l’Homme du métier, les serres basiques et les serres chapelles. Les premières sont sous la forme de bâtiment de taille réduite ayant une toiture sud dominante sur la toiture nord, la toiture sud étant recouverte de panneaux photovoltaïques. Certaines de ces serres ont des portions de la toiture sud sans panneaux, permettant de laisser passer la lumière. Ce type de serres présente l’inconvénient de créer des tâches de lumière se déplaçant tout au long de la journée, ne permettant pas d’obtenir un rayonnement uniforme dans toute la serre tout au long de la journée. De plus, la toiture créant un fort ombrage, la luminosité à l’intérieur de la serre est très limitée, rendant la serre uniquement exploitable pendant certaines saisons.

Les serres chapelles permettent de pallier à certains inconvénients. Elles sont constituées d’une toiture composée de multiples chapelles dont les faces sud sont couvertes de modules photovoltaïques. Les faces nord de ces serres chapelles étant couvertes d’un matériau transparent permettant ainsi de laisser passer la lumière et d’assurer une meilleure intensité et homogénéité de la luminosité dans le bâti. Elles se composent d’un bâti composé de modules photovoltaïques et formé d’une structure de base surmontée de la toiture formée d’au moins une chapelle. Chaque chapelle est composée d’une première face équipée des modules photovoltaïques, et d’une deuxième face transparente.

Bien que ce type de serres soit une amélioration, elles créent des bandes de lumière dans toute la serre, ces bandes se déplaçant au cours de la journée, créant ainsi un rayonnement non uniforme sur les cultures. L’invention vise à remédier à cet état des choses. En particulier, un objectif de l’invention est de proposer un bâti dans lequel le rayonnement est amélioré.

Un deuxième objectif de l’invention est de proposer un bâti dans lequel l’illumination au sol ne présente pas de zones d’ombres.

Un autre objectif de l’invention est de proposer un bâti présentant un ensoleillement fort et uniforme, tout au long de la journée, et pour toutes les saisons.

Un objectif supplémentaire de l’invention est de proposer un bâti dans lequel le rendement des cultures est amélioré.

Divulgation de l’invention.

La solution proposée par l’invention est un bâti photovoltaïque formé d’une structure de base surmontée d’une toiture, ladite toiture étant formée d’au moins une chapelle, laquelle chapelle est composée d’une première face équipée de modules photovoltaïques, et d’une deuxième face transparente, chacune des deux faces étant composée de deux bords longitudinaux reliés par deux bords transversaux, les deux faces étant rattachées l’une à l’autre au niveau de leurs bords longitudinaux supérieurs.

Ce bâti est remarquable en ce que les bords transversaux de la première face ont une longueur plus importante que les bords transversaux de la deuxième face, de sorte que la chapelle formée est asymétrique, ladite première face se composant d’une armature sur laquelle sont installés : - les modules photovoltaïques espacés par des éléments transparents, - une bande transparente positionnée au niveau d’au moins un des bords longitudinaux de la première face et adaptée pour laisser entrer une lumière directe à l’intérieur du bâti.

Une telle configuration permet d’encore améliorer la luminosité au sol par rapport aux solutions proposées dans l’état de la technique. La face sud (ou première face) de la toiture objet de l’invention permet d’éviter toutes zones d’ombres et ainsi d’obtenir un ensoleillement constant, uniforme et régulier tout au long de la journée et/ou des saisons. D’autres caractéristiques avantageuses de l’invention sont listées ci-dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus, et faire l’objet, le cas échéant, d’une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires : - le bâti peut comporter des chapelles multiples adjacentes les unes aux autres, - les modules photovoltaïques peuvent être uniformément distribués sur toute la longueur de la première face, - les éléments transparents et la bande transparente peuvent être fabriqués dans un matériau diffusant à haute transmission, - le matériau diffusant à haute transmission peut être du polycarbonate ondulé, - l’armature peut être formée de profilés rattachés de façon étanche aux modules photovoltaïques et/ou aux éléments transparents et/ou à la bande transparente, - chacun des profilés peut comporter : o un moyen d’assemblage dans lequel est enchâssé le module photovoltaïque, o un moyen de fixation de la bande transparente ou de l’élément transparent, - la toiture peut être montée sur un treillis adapté pour repartir uniformément le poids de toutes les chapelles, - chaque chapelle peut posséder un dispositif de basculement adapté pour ouvrir ladite chapelle en faisant effectuer un mouvement de rotation à la deuxième face autour de son bord longitudinal supérieur ou autour de son bord longitudinal inférieur, - la structure de base peut être une verrière, un treillis de type filet et/ou grillage ou une structure constituée de cloisons et/ou murs.

Description des figures. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d’un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d’un bâti conforme à l’invention, ledit bâti possédant trois chapelles adjacentes, - la figure 2 est une vue schématique d’une chapelle du bâti de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus de la face sud de la chapelle de la figure 2, - la figure 4a est une vue en coupe selon A-A de la face sud de la figure 3, - la figure 4b est une vue agrandie des profilés constituant l’armature de la face sud de la figure 4a, - la figure 5 est une variante de réalisation de la face sud de la figure 3, les éléments transparents étant des carrés alignés entre les modules photovoltaïques, - la figure 6 est une variante de réalisation de la face sud de la figure 3, les éléments transparents étant disposés parallèlement aux bords longitudinaux de ladite face sud.

Modes préférés de réalisation de l’invention. L’invention propose un bâti B représenté sur la figure 1 et comprenant une structure de base 1 sur laquelle est installée une toiture 2 formée d’au moins une chapelle 3. Le bâti B se présente préférentiellement sous la forme d’une serre mais il peut éventuellement être sous n’importe quelle forme de bâtiment tel qu’une habitation ou encore un hangar. La structure de base 1 se présente préférentiellement sous la forme d’une verrière dans le cas d’une serre. Elle peut toutefois se présenter sous une forme plus basique, comme par exemple sous la forme de cloisons et/ou de murs en dur lorsque le bâti est utilisé en tant qu’habitation, ou encore en tôle lorsqu’il est utilisé en tant que hangar. La structure peut également se présenter sous la forme de parois vides, de grillages, de filets. Cette structure peut être à ouverture manuelle ou encore à ouverture motorisée. Le bâti a une hauteur comprise entre 2 m et 10 m, une largeur et une largeur variant de 2 m à 300 m.

Afin d’améliorer la résistance du bâti B, la toiture 2 est préférentiellement montée sur un treillis 21, permettant ainsi de répartir son poids uniformément et éviter l’affaissement de la toiture 2 au niveau central du bâti B. Ce treillis 21 est, de préférence réalisée en acier inoxydable afin de résister aisément aux différentes conditions d’utilisation du bâti B. Par exemple, dans le cas d’une utilisation en tant que serre, les matériaux doivent pouvoir résister et demeurer intacts quelque soit les valeurs de propriétés telles que l’humidité, ou encore la température. Il peut par exemple se présenter sous forme de poutres réparties uniformément sous toute la surface de la toiture 2.

La toiture 2 est composée d’au moins une chapelle 3, préférentiellement plusieurs, ladite toiture 2 pouvant contenir entre 1 et 100 chapelles.

Sur la figure 2, la chapelle 3 est composée d’une première face 4 et d’une deuxième face 5. La première face 4, dénommée face sud ci-après, est équipée de modules photovoltaïques P alors que la deuxième face 5, ou face nord, est fabriquée dans un matériau transparent. La face sud 4 est, de préférence, orientée au sud de manière à ce que les modules photovoltaïques P récoltent le maximum de rayonnement solaire. Chacune des chapelles 3 est configurée pour que la luminosité au niveau du sol ne présente aucunes zones d’ombre. Le bâti B reçoit ainsi une luminosité diffuse directe depuis la face sud 4, permettant, dans le cas d’une serre, un meilleur rendement agricole.

La face nord 5 est avantageusement plane et transparente, afin de permettre une entrée de lumière dans le bâti B. Elle permet d’introduire un rayonnement lumineux indirect, qui accroît et homogénéise la luminosité au sol. Son positionnement permet de ne pas gêner la réception du rayonnement solaire sur les panneaux photovoltaïques P. De manière à homogénéiser davantage la luminosité au sol, la face nord 5 est avantageusement translucide.

Sur les figures 1 et 2, la face nord 5 présente deux bords longitudinaux 51a, 51b reliés par deux bords transversaux 52a, 52b. Elle est préférentiellement fabriquée en polycarbonate, permettant ainsi d’alléger la toiture 2 et d’encore améliorer la luminosité. Elle peut toutefois être fabriquée dans n’importe quelle matériau diffusant, comme par exemple un autre matériau polymère ou encore un matériau en verre. Son épaisseur dépend du matériau utilisé et peut varier entre 0.5 mm et 1 cm. Sa longueur est équivalente à celle du bâti B et est comprise entre 2 m et 300 m. Sa largeur peut varier, par exemple, entre 1 m et 25 m.

Avantageusement, la face nord 5 peut être équipée d’un dispositif de basculement 55 lui permettant d’être mobile en rotation autour de son bord longitudinal supérieur 51b ou de son bord longitudinal inférieur 51a. Un tel dispositif connu de l’Homme du métier, permet d’optimiser la ventilation et/ou la température et/ou l’humidité à l’intérieur du bâti B.

Sur les figures 2 et 3, la face sud 4 présente deux bords longitudinaux 41a, 41b reliés par deux bords transversaux 42a, 42b. Elle a une longueur correspondant à la longueur du bâti B pouvant être comprise entre 2 m et 100 m. Elle a une largeur variant de 1 m à 25 m et une épaisseur maximale correspondant à l’épaisseur d’un module photovoltaïque P comprise entre 2 cm et 10 cm. Elle est positionnée de manière à former un angle avec l’horizontale compris entre 10° et 30°, préférentiellement entre 23° et 25° (positionnement optimal des modules photovoltaïques P).

La face sud 4 est composée de trois parties distinctes : - les modules photovoltaïques P ; - des éléments transparents 43 ; - une bande transparente 44.

Les éléments transparents 43, la bande transparente 44 et les panneaux photovoltaïques P sont installés de manière étanche sur une armature. Cette armature est constituée de profilés 6 connus de l’Homme du métier. Ainsi configurée, la toiture 2 est étanche et peut résister à toutes les intempéries. Sur les figures 4a et 4b, les profilés 6 présentent un moyen d’assemblage 61 du module photovoltaïque P et un moyen de fixation 62 de l’élément transparent 43 ou de la bande transparente 44. Ces profilés 6 sont fabriqués dans un matériau pouvant résister aux intempéries, préférentiellement en acier inoxydable. Ils peuvent toutefois, être fabriqués en plastique, comme par exemple en polyéthylène ou encore en polystyrène.

La figure 4b montre en détail, les profilés 6 utilisés pour raccorder les éléments transparents 43 et/ou la bande transparente 44 aux modules photovoltaïques P. Le module photovoltaïque P est enchâssé par le moyen d’assemblage 61. Ce moyen d’assemblage 61 possède préférentiellement une âme 61a et deux ailes 61b, 61c positionnées en regard l’une de l’autre. Lors de l’installation, un des bords du module photovoltaïque P vient en contact avec l’âme 61a alors que les ailes 61b, 61c se trouve contre chacune des faces dudit module P. Afin de maintenir le module P en position et améliorer l’étanchéité de la toiture 2, des procédés tel que le soudage ou le collage peuvent être utilisés.

Le profilé 6 comporte également un moyen de fixation 62 possédant une section en L, et sur lequel est fixé un des bords de la bande transparente 44 ou de l’élément transparent 43. Ceux-ci sont agencés, par exemple, par soudage, rivetage, ou encore vissage. Des joints d’étanchéité 63 sont préférentiellement utilisés de manière à améliorer l’étanchéité et la pérennité du bâti B.

La face sud 4 est plus large que la face nord 5. Par plus large, il faut comprendre que la longueur des bords transversaux 42a, 42b de la face sud 4 ont des dimensions plus élevées que celles des bords transversaux 52a, 52b de la face nord 5. Ils peuvent par exemple, avoir entre 1 m et 5 m supplémentaires. Une telle configuration fait en sorte que chacune des chapelles 3 soit asymétrique et permette l’installation de la bande transparente 44 (décrite plus avant dans la description) qui améliore l’uniformité de l’ensoleillement dans le bâti B et permet d’augmenter la lumière directe.

Les modules photovoltaïques P sont connus de l’Homme du métier, comme par exemple les panneaux commercialisés par différentes sociétés sous les marques SolarWorld®, Jinko®, BenQ®, SunPower® ou encore Sillia®. Ils se présentent typiquement sous la forme de panneaux rectangulaires plats 15 d’épaisseur comprise entre 30 mm et 50 mm, et d’environ 1,6 m de long sur 1 m de large.

Les éléments transparents 43 sont intercalés entre les modules photovoltaïques P. Sur les figures 2 et 3, ces éléments 43 se présentent sous la forme de bandes positionnées parallèlement aux bords transversaux 42a, 42b. Ces bandes ont une longueur dépendant de la largeur de la face sud 4 et variant de 50 cm à 25 m. Leur largeur est comprise entre 5 cm et 200 cm. Leur épaisseur dépend du matériau utilisé et varie entre 0.5 cm et 1 cm.

Une bande 43 peut être installée entre chaque module photovoltaïque P (figure 3) ou plusieurs modules P peuvent être installés entre chacune desdites bandes 43. Bien que ces éléments transparents 43 se présentent préférentiellement sous la forme de bandes, elles peuvent posséder d’autres formes, comme par exemple, des carrés, rectangles, etc...s’intercalant entre les modules photovoltaïques P (figure 5).

Dans un mode de réalisation préféré représenté sur les figures 2, 3 et 5, les éléments transparents 43 sont positionnés de façon uniforme sur toute la surface de la face sud 4. Ces éléments 43 permettent, en plus de la face nord transparente 5, de laisser passer la lumière et ainsi améliorer l’uniformité de la luminosité à l’intérieur du bâti B. Cette caractéristique est très importante lorsque le bâti B est utilisé en tant que serre et permet d’obtenir un ensoleillement uniforme des cultures, augmentant par conséquent leur rendement.

Les éléments 43 sont réalisés dans un matériau transparent permettant de laisser la lumière entrer à l’intérieur du bâti B. Ce matériau est préférentiellement du polycarbonate, créant ainsi une toiture 2 plus légère et moins coûteuse. Ces éléments 43 peuvent éventuellement être fabriqués dans un autre type de matériau transparent, comme par exemple un matériau plastique (type Plexiglas® ou Altuglas®) ou encore un matériau en verre diffusant. De manière générale, l’Homme du métier pourra substituer au polycarbonate, un autre matériau diffusant à haute transmission.

Dans un mode de réalisation préféré, les éléments transparents 43 sont réalisés en polycarbonate ondulé qui améliore encore la diffusion de la lumière à l’intérieur du bâti B et ainsi, dans le cas d’une serre, augmente le rendement des cultures. Un tel matériau est connu de l’Homme du métier et possède des qualités telles qu’un poids léger, une haute résistance aux impacts, une résistance à la grêle et au climat pour des températures comprises entre -40°C et 120°C. Il résiste également au vieillissement sans décoloration ni détérioration. Avec une transmission lumineuse supérieure à 85%, il facilite un développement rapide des cultures.

La face sud 4 se compose également d’une bande transparente 44. Celle-ci est positionnée parallèlement et au niveau d’un des bords longitudinaux 41a, 41b. Elle est, de préférence, placée au niveau du bord longitudinal inférieur 41a et permet, comme précisé précédemment, d’améliorer l’uniformité de l’ensoleillement dans tout le bâti B. Plus particulièrement, cette bande 44 évite la création de tâches d’ombre au sol variant de position en fonction de l’angle de rayonnement du soleil. Une telle configuration permet d’obtenir une luminosité uniforme tout au long de la journée et/ou en toutes saisons, caractéristique très importante dans le cas d’une serre ou l’uniformité d’ensoleillement sur les cultures permet d’améliorer le rendement.

Le matériau utilisé pour fabriquer la bande transparente 44 est similaire à celui dans lequel sont fabriqués les éléments transparents 43 décrits précédemment. Elle peut être réalisée, par exemple, en polycarbonate, mais peut également être effectuée en verre, ou encore en plastique.

Dans un mode de réalisation préféré, la bande transparente 44 est également réalisée en polycarbonate ondulé améliorant encore la diffusion de la lumière à l’intérieur du bâti B. Elle a une longueur correspondant à la longueur des bords longitudinaux 41a, 41b variant entre 2 m et 300 m. Sa largeur est comprise entre 50 cm et 3m. L’agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l’invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l’invention. En particulier : - les éléments transparents 43 peuvent être parallèles aux bords longitudinaux 41a, 41b et non pas aux bords transversaux 42a, 42b (figure 6) ; - les éléments transparents 43 peuvent être intercalés de manière différente, par exemple elles peuvent être installées uniquement tous les deux panneaux P, tous les trois panneaux P... ; - le bâti B ne comporte pas forcément de treillis 21, la répartition des charges pouvant être effectuée différemment, comme par exemple en augmentant le nombre de poteaux de soutien présents à l’intérieur de la structure 1 ; - un autre moyen d’ouverture de la face nord 5 que le dispositif de basculement 55 décrit précédemment, peut être utilisé, la face nord 5 peut par exemple, comporter des trappes ou des bâches motorisées ou non pouvant facilement être ouvertes afin de laisser passer l’air ; - les profilés 6 constituant l’armature de la toiture 2 peuvent être de n’importe quel type connu de l’Homme du métier.

Claims (7)

1. Revendications

   1. Bâti photovoltaïque formé d’une structure de base (1) surmontée d’une toiture (2), ladite toiture (2) étant formée d’au moins une chapelle (3), laquelle chapelle (3) est composée d’une première face (4) équipée de modules photovoltaïques (P), et d’une deuxième face (5) transparente, chacune des deux faces (4, 5) étant composée de deux bords longitudinaux (41a, 41b, 51a, 51b) reliés par deux bords transversaux (42a, 42b, 52a, 52b), les deux faces (4, 5) étant rattachées l’une à l’autre au niveau de leurs bords longitudinaux supérieurs (41b, 51b), les bords transversaux (42a, 42b) de la première face (4) ayant une longueur plus importante que les bords transversaux (52a, 52b) de la deuxième face (5), de sorte que ia chapelle (3) formée est asymétrique, ladite première face (4) se composant d’une armature sur laquelie sont installés de manière étanche : - les modules photovoltaïques (P) espacés par des éléments transparents (43), - une bande transparente (44) positionnée au niveau d’au moins un des bords longitudinaux (41a, 41b) de la première face (4) et adaptée pour laisser entrer la lumière directe à l’intérieur du bâti (B). ledit bâti photovoltaïque étant caractérisé en ce que Ses éléments transparents (43) et/ou ia bande transparente (44) sont raccordés aux panneaux photovoltaïques (P) au moyen de profilés, lesquels profilés présentent un moyen d’assemblage dans lequel est enchâssé le module photovoltaïque (P) et un moyen de fixation possédant une section en (L), et sur lequel est fixé un des bords de l’élément transparent (43) ou de la bande transparente (44).
2. 2. Bâti selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’ii comporte des chapelles (3) multiples adjacentes les unes aux autres.
3. 3. Bâti selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les modules photovoltaïques (P) sont uniformément distribués sur toute la longueur de la première face (4).
4. 4. Bâti selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que Ses éléments transparents (43) et la bande transparente (44) sont fabriqués dans un matériau diffusant à haute transmission.
5. 5. Bâti selon Sa revendication 4, caractérisé en ce que Se matériau diffusant à haute transmission est du polycarbonate ondulé.
6. 8. Bâti selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque chapelie (3) possède un dispositif de basculement (55) adapté pour ouvrir ladite chapelle (3) en faisant effectuer un mouvement de rotation à ia deuxième face (5) autour de son bord longitudinal supérieur (51b) ou autour de son bord longitudinal inférieur (51a).

   7. Bâti selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ia structure de base (1) est une verrière.

   8. Bâti selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ia structure de base (1) est un treillis de type filet et/ou grillage.
7. 9. Bâti seion i’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la structure de base (1) est constituée de cloisons et/ou murs.