FR3068513A1 - Panneau photovoltaique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un panneau photovoltaïque (1) comprenant : - une plaque de support (7) en matière plastique présentant une âme en alvéoles, - un laminât (3) de cellules photovoltaïques fixé sur la plaque de support, - un cadre (17) en matière plastique et/ou composite comprenant ? des profilés longitudinaux (19) de protection latérale du laminât (3) de cellules photovoltaïques et de la plaque de support, ? des portions (21) en forme de coin raccordant lesdits profilés (19) entre eux pour former avec ceux-ci un cadre fermé (17).
Description
Panneau photovoltaïque
La présente invention concerne un panneau photovoltaïque.
Les panneaux solaires photovoltaïques permettent de produire une énergie électrique à partir du rayonnement solaire. Ils comprennent une pluralité d’éléments photovoltaïques (typiquement des cellules ou des couches minces) qui fonctionnent selon le principe de l’effet photoélectrique. Généralement, plusieurs éléments photovoltaïques sont reliées entre-eux dans un panneau solaire photovoltaïque, et plusieurs panneaux sont regroupés pour former une installation solaire. Cette installation produit de l’électricité qui peut être consommée sur place ou alimenter un réseau de distribution.
Pour ce faire, les panneaux solaires photovoltaïques sont généralement installés sur des toits pour être bien exposés au soleil sans nécessiter une empreinte sur le sol.
Parmi les toits visés pour y installer des panneaux photovoltaïques, beaucoup de surface de toits de bâtiments industriels ou commerciaux pourraient être équipés de tels panneaux solaires. En effet, pour l’exploitant du bâtiment, la génération de l’énergie électrique peut engendrer un revenu supplémentaire ou une économie et contribuer à favoriser à l’exploitation économique du bâtiment.
Cependant, ces bâtiments commerciaux ou industriels sont souvent construits avec par exemple une ossature métallique ou en bois qui est dimensionnée pour répondre juste aux contraintes techniques en termes de charge pour supporter le toit avec une isolation ainsi qu’une charge de neige par exemple en fonction de la région de construction.
Or du fait de leur poids, il n’est aujourd’hui pas possible d’installer certain panneaux solaires sur le toit de certains bâtiments pour ne pas contrevenir aux normes techniques en vigueur. En effet, la plupart des panneaux solaires connus présentent généralement une face avant en verre et un cadre support métallique de sorte qu’un seul panneau pèse souvent plus de 20kg voire 30kg pour certains modèles. Si on y ajoute de plus les structures de support qui sont nécessaires à l’installation des panneaux photovoltaïques, on arrive à une charge supplémentaire de I5kg/m2 ou plus pour un toit.
Ainsi, on est privé d’équiper de panneaux photovoltaïques de grandes surfaces aujourd’hui disponibles, notamment des bâtiments anciens du fait de leur dimensionnement limité en termes de charge.
Pour une construction nouvelle, prévoir une telle charge représente aussi un surcoût supplémentaire dans la construction qui ralentit le retour sur investissement lorsque l’on souhaite équiper son toit de panneaux solaires.
La présente invention vise donc à proposer des panneaux photovoltaïques plus légers et qui peuvent être installés sur des toits de bâtiments industriels ou commerciaux en y ajoutant qu’un surpoids faible.
Selon un objectif différent et indépendant, la présente invention vise à proposer des panneaux photovoltaïques dont l’assemblage présente un coût optimisé.
Selon encore un autre objectif différent et indépendant, la présente invention vise à proposer des panneaux photovoltaïques dont l’installation peut être facilitée et nécessite moins de câblage.
A cet effet, l’invention a pour objet un panneau photovoltaïque comprenant :
- une plaque de support en matière plastique présentant une âme en alvéoles comme les nids d’abeille,
- un laminât de cellules photovoltaïques fixé sur la plaque de support,
- un cadre en matière plastique et/ou composite comprenant o des profilés longitudinaux de protection latérale du laminât de cellules photovoltaïques et de la plaque de support, o des portions en forme de coin raccordant lesdits profilés entre eux pour former avec ceux-ci un cadre fermé.
Grâce à ces caractéristiques, on arrive à proposer des panneaux photovoltaïques très légers et robustes.
Du fait que la plaque de support ainsi que le cadre sont en matière plastique et/ou composite, les cellules photovoltaïques sont naturellement isolées électriquement et aucune connexion de mise à la terre n’est nécessaire, ce qui facilite l’installation des panneaux et présente une diminution de coût en termes de matériel de mise à la terre et en termes de durée installation.
Du fait du cadre en matière plastique et/ou composite, la partie de chant de l’âme en alvéoles est bien protégée des conditions climatiques externes.
En prévoyant un cadre en plusieurs parties, le montage des panneaux est très rapide et précis et on est moins sujet à des problèmes de tolérances que présentent souvent des pièces en matière plastique et ainsi garantit une étanchéité de l’ensemble.
Le panneau photovoltaïque selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :
Selon un aspect, les alvéoles de la plaque support peuvent être des nids d’abeille ou alors des alvéoles de section rectangulaire s’étendant parallèlement au plan défini par le laminât.
Le laminât de cellules photovoltaïques peut être collé sur la plaque de support, mais une fixation par des moyens mécaniques, par exemple des clips est aussi envisageable.
Chaque profilé longitudinal présente par exemple en section transversale une forme générale en U dont les branches sont dirigées l’une vers l’autre pour exercer un effort de serrage entre le laminât et la plaque de support.
Les branches des profilés longitudinaux font notamment un angle compris entre 5 et 150 avec le fond du U.
Les profilés longitudinaux peuvent être réalisés en matière composite, en particulier en étant renforcés par des fibres de verre.
Les profilés longitudinaux comprennent par exemple une matrice de polyester.
Les portions en forme de coin présentent en particulier un creux externe facilitant l’évacuation de l’eau et de salissures.
Selon un mode de réalisation, les portions formant coin présentent deux sections de profilés à angle droit et le creux externe fait un angle compris entre o° et 55°, notamment de 450 par rapport à une des deux sections de profilé.
Chaque portion en forme de coin présente par exemple au niveau du creux une plaquette de renfort de forme générale en L dont les extrémités servent de butées pour les profilés longitudinaux lors de l’assemblage.
Les portions en forme de coin peuvent être réalisées d’une seule pièce, notamment par moulage.
La plaque de support présente en particulier une épaisseur comprise entre 5-50mm, plus spécifiquement 15 et 30mm, et notamment 20mm.
Selon un mode de réalisation possible, l’âme alvéolaire est recouverte de chaque côté d’une peau rigide renforcée par des fibres de verre.
Une des peaux rigides peut être recouverte d’un feutre de matière plastique pour faciliter le collage du laminât de cellules photovoltaïques sur la plaque de support.
L’invention concerne également un procédé d’assemblage d’un panneau photovoltaïque tel que défini ci-dessus dans lequel :
- on fixe le laminât sur la plaque de support,
- on rapporte sur les chants les profilés longitudinaux, et
- on fixe ensuite les portions formant coin.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des figures suivantes parmi lesquelles :
- la figure 1 montre un panneau photovoltaïque selon l’invention à l’état assemblé,
- la figure 2 montre de façon schématique en vue de dessus un laminât de cellules photovoltaïques,
- la figure 3A montre de façon schématique en perspective un premier exemple d’une plaque de support en matière plastique présentant une âme en nids d’abeille,
- la figure 3B montre de façon schématique en perspective un second exemple d’une plaque de support en matière plastique présentant une âme alvéolaire de sections rectangulaire,
- la figure 4 montre selon une vue simplifiée une vue en coupe transversale du laminât de cellules photovoltaïques collé sur la plaque de support présentant une âme en nids d’abeille,
- la figure 5 montre une vue simplifiée en coupe transversale du panneau photovoltaïque selon l’invention,
- la figure 6 est une vue agrandie en coupe de la figure 5 montrant en détail un profilé du panneau photovoltaïque selon l’invention,
- la figure 7 montre selon une vue en perspective un exemple d’une portion en forme de coin permettant de raccorder les profilés longitudinaux de protection, et
- la figure 8 est une vue schématique de dessus d’une portion en forme de coin de la figure 7.
Sur les figures, les éléments identiques sont identifiés par les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou second élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et second critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description.
Par matériau « composite », on entend un assemblage d'au moins deux composants non miscibles (mais ayant une forte capacité de pénétration) et non métallique dont les propriétés se complètent. Le nouveau matériau ainsi constitué est électriquement isolant et hétérogène, possède des propriétés que les composants seuls ne possèdent pas.
On va décrire un panneau photovoltaïque 1 selon l’invention en regard des figures 1 à 8.
La figure 1 montre un panneau photovoltaïque 1 à l’état assemblé. Ce panneau photovoltaïque comprend un laminât 3 de cellules photovoltaïques 5 (voir figure 2).
Un laminât 3 de cellules photovoltaïque 5 est bien connu en soi par exemple du document FR 2 934 418. Il s’agit notamment de cellules photovoltaïques 5 connectées électriquement les unes aux autres de façon connue et encapsulées entre des couches 6 de résine et/ou de polymères qui peuvent être éventuellement renforcées notamment par des tissus tissés ou intissés de fibres de verre (voir figure 4). Les cellules photovoltaïques 5 sont par exemple des cellules en silicium mono cristallin qui permettent le rendement le plus important à l’heure actuelle, mais d’autres types de cellules photovoltaïques peuvent également être envisagés.
Le laminât 3 de cellules photovoltaïques 5 est collé sur une plaque de support 7 en matière plastique présentant une âme 9 à alvéoles notamment en nids d’abeille (voir figure 3A) ou d’alvéoles de section rectangulaire (voir figure 3B).
La plaque de support 7 présente par exemple une épaisseur comprise entre 550mm, plus particulièrement 15 et 30mm, notamment 20mm.
Comme on le voit sur la figure 3A, l’âme 9 en nid d’abeille est recouverte de chaque côté d’une peau rigide 11 qui peut être renforcée par des fibres notamment de verre. C’est cette structure qui confère au panneau photovoltaïque sa rigidité tout en présentant un poids très faible permettant d’être supporté par des toits de bâtiments industriels de faible portance.
L’exemple de la figure 3B présente l’avantage que les alvéoles s’étendent parallèlement au plan défini par le laminât 3 et qu’il n’y a pas besoin de peaux rigides 11 comme sur la figure 3A. Ceci permet d’alléger davantage le poids du panneau photovoltaïque 1.
Pour faciliter la fixation selon le mode de réalisation des figures 3A et 4, par exemple par collage, du laminât 3 avec la plaque de support 7, cette dernière présente de plus sur une des peaux rigides 11 un feutre 13 de matière plastique.
Comme colle pouvant être utilisée pour fixer le laminât 3 sur le support 7, on peut par exemple utiliser une colle de polyuréthane. D’autre méthodes ou matériaux de fixation peuvent être utilisé comme les résines du laminât 3 ou la soudure à chaud ou encore des moyens de fixation mécanique comme des clips.
Pour protéger le chant 15, c’est-à-dire les côtés latéraux du panneau photovoltaïque 1, ce dernier comprend de plus un cadre 17 en matière plastique et/ou composite.
Ce cadre est directement assemblé ou rapporté, notamment par collage, sur l’ensemble assemblé formé par le laminât 3 et la plaque de support 7.
Ce cadre est formé de huit pièces à savoir quatre profilés longitudinaux 19 de protection latérale du laminât 3 de cellules photovoltaïques 5 et de la plaque de support 7 et quatre portions 21 en forme de coin raccordant lesdits profilés 19 entre eux pour former avec ceux-ci un cadre fermé.
Comme cela est montré en détail sur la figure 6, chaque profilé longitudinal 19 présente en coupe transversale une forme générale en U dont les branches 23A et 23B sont dirigées l’une vers l’autre pour exercer un effort de serrage entre le laminât 3 et la plaque de support 7. Les branches 23A et 23B font un angle compris entre 5 et 150 avec le fond 25 du U.
De plus, on forme ainsi une poche longitudinale 27 qui peut par exemple être remplie de silicone pour améliorer l’étanchéité et pour assurer le collage du profilé 19 contre l’ensemble formé par le laminât 3 et la plaque de support 7.
Selon une possible réalisation, on enduit l’intérieur du U du profilé longitudinal 19 de silicone, puis on rapporte le profilé longitudinal 19 sur le chant 15. Lors de cet assemblage, le surplus de silicone va se loger dans la poche longitudinale 27 et assurer comme noté ci-dessus le collage et l’étanchéité.
Pour assurer une bonne tenue mécanique, les profilés longitudinaux 19 sont réalisés en matière composite électriquement isolant, par exemple une matrice de polyester, en particulier renforcé par des fibres de verre. A titre d’exemple, un tel composite comprend 20% à 60% massique de résine. Les profilés longitudinaux 19 sont par exemple réalisés par extrusion permettant d’avoir un coût de fabrication particulièrement compétitif.
Les portions 21 en forme de coin sont en matière plastique, notamment en la même matière que celle des profilés longitudinaux 19. Les portions 21 en forme de coin peuvent être réalisées d’une seule pièce, notamment par procédé d’injection.
Les portions 21 formant coin présentent deux sections 21A et 21B de profilés à angle droit.
Selon une variante, on prévoit de réaliser les portions 21 en forme de coin dans une autre matière, en particulier plus souple (par exemple un élastomère) que les profilés longitudinaux 19 pour faciliter l’assemblage.
Au regard de la figure 7 montrant une vue en perspective d’une portion 21 formant coin, on voit que celle-ci présente un creux externe 29 formant rigole et facilitant l’évacuation de l’eau et de salissures lorsque le panneau solaire est installé légèrement penché par rapport à l’horizontale.
Le creux externe 29 fait par exemple un angle compris entre o° et 550, notamment de 450 par rapport à une des deux sections 21A et 21B de profilé.
Les portions 21 en forme de coin présentent de plus au niveau du creux externe 29 une plaquette de renfort 31 de forme générale en L dont les extrémités 33 peuvent servent de butées pour les profilés longitudinaux 19 lors de l’assemblage.
On comprend donc que le panneau photovoltaïque 1 selon l’invention ne présente pas de pièces métalliques en surface de sorte qu’il n’y a plus besoin de raccorder chaque panneau photovoltaïque à la terre lors de l’installation, ce qui est un gain important en termes de temps d’installation, en coût de matière pour les câbles de connexion à la terre et en termes de sécurité. Ceci permet aussi d’alléger davantage l’installation sur un toit d’un bâtiment industriel par exemple.
L’assemblage d’un panneau photovoltaïque est également très simple :
- on fixe le laminât 3 sur la plaque de support 7,
- on rapporte sur les chants 15 les profilés longitudinaux 19, et
- on fixe ensuite les portions 21 formant coin.
Les deux dernières étapes peuvent être réalisées consécutivement ou en même temps. Dans ce dernier cas, on vient emboîter les deux derniers profilés équipés des coins au préalable.
On obtient ainsi un panneau photovoltaïque robuste mécaniquement, très léger et facile et rapide à installer. A titre d’exemple, l’épaisseur totale d’un panneau selon l’invention est d’environ 3O-35mm et son poids est compris entre
4-6kg/m2, notamment 4,7 kg/m2.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Panneau photovoltaïque (1) comprenant :une plaque de support (7) en matière plastique présentant une âme (9) en alvéoles, un laminât (3) de cellules photovoltaïques (5) fixé sur la plaque de support (7), un cadre (17) en matière plastique et/ou composite comprenant o des profilés longitudinaux (19) de protection latérale du laminât (3) de cellules photovoltaïques (5) et de la plaque de support (7), o des portions (21) en forme de coin raccordant lesdits profilés (19) entre eux pour former avec ceux-ci un cadre fermé (17).
- 2. Panneau photovoltaïque selon la revendication l,dans lequel les alvéoles de la plaque support (7) sont des nids d’abeille.
- 3. Panneau photo voltaïque selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le laminât (3) de cellules photovoltaïques (5) est collé sur la plaque de support (7),
- 4. Panneau photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque profilé longitudinal (19) présente en section transversale une forme générale en U dont les branches (21A, 21B) sont dirigées l’une vers l’autre pour exercer un effort de serrage entre le laminât (3) et la plaque de support (7).
- 5. Panneau photovoltaïque selon la revendication 4, dans lequel les branches (21A, 21B) font un angle compris entre 5 et 15° avec le fond (25) du U.
- 6. Panneau photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les profilés longitudinaux (19) sont réalisés en matière composite.Ί. Panneau photovoltaïque selon la revendication 6, dans lequel les profilés longitudinaux (19) sont renforcés par des fibres de verre.
- 8. Panneau photovoltaïque selon la revendication 6 ou 7, dans lequel les profilés longitudinaux (19) comprennent une matrice de polyester.
- 9. Panneau photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les portions (21) en forme de coin présentent un creux externe (29) facilitant l’évacuation de l’eau et de salissures.
- 10. Panneau photovoltaïque selon la revendication 9, dans lequel les portions (21) formant coin présentent deux sections de profilés (21A, 21B) à angle droit et le creux externe (29) fait un angle compris entre 0° et 55°, notamment de 45° par rapport à une des deux sections (21A ; 21B) de profilé.
- 11. Panneau photovoltaïque selon la revendication 10, dans lequel chaque portion (21) en forme de coin présente au niveau du creux une plaquette (31) de renfort de forme générale en L dont les extrémités servent de butées (33) pour les profilés longitudinaux lors de l’assemblage.
- 12. Panneau photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les portions (21) en forme de coin sont réalisées d’une seule pièce, notamment par moulage.
- 13. Panneau photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la plaque de support (7) présente une épaisseur comprise entre 550mm, plus spécifiquement 15 et 30mm, et notamment 20mm.
- 14. Panneau photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l’âme (9) alvéolaire est recouverte de chaque côté d’une peau rigide (11) renforcée par des fibres de verre.
- 15. Panneau photovoltaïque selon la revendication 14, dans lequel une des peaux rigides (11) est recouverte d’un feutre (13) de matière plastique pour faciliter le collage du laminât (3) de cellules photovoltaïques (5) sur la plaque de support (7).
- 16. Procédé d’assemblage d’un panneau photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel :on fixe le laminât (3) sur la plaque de support (7), on rapporte les profilés longitudinaux (19) sur des chants (15), et on fixe ensuite les portions (21) formant coin.
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