FR3071115B1

FR3071115B1 - Dispositif solaire

Info

Publication number: FR3071115B1
Application number: FR1758314A
Authority: FR
Inventors: Lucas Weiss
Original assignee: Voltinov Voltaique Innovation
Current assignee: Voltinov Voltaique Innovation
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-09-13
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: FR3071115A1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif solaire comprenant un support (1) apte à être fixé sur une surface (2) sensiblement horizontale, et un module solaire (3), notamment de type panneau photovoltaïque, disposé sur ledit support (1). Ledit dispositif solaire est particulier en ce que ledit module solaire (3) est biface, en ce qu'il est disposé incliné selon un angle par rapport à l'horizontale et en ce que son extrémité inférieure est disposée de sorte à ménager un espace entre ladite extrémité inférieure et ladite surface de hauteur (4) au moins 7 cm. La présente invention concerne aussi un ensemble comprenant une pluralité de dispositifs solaires selon l'invention. La présente invention concerne enfin une utilisation d'un dispositif solaire selon l'invention.

Description

Dispositif solaire

La présente invention se situe dans le domaine de la production d’énergie. Elle concerne un dispositif solaire comprenant des modules solaires, par exemple de type photovoltaïques, et concerne plus particulièrement un tel dispositif sur un toit plat.

Le développement des techniques permettant de capter l’énergie solaire est aujourd’hui très important. Les dispositifs solaires de l’état de la technique ne conviennent pas pour une fixation sur un toit plat à structure légère (toiture ne pouvant accueillir une charge uniformément répartie supérieure à 5 kg/m2), en raison de leur poids ou de leur prise au vent trop important.

Les dispositifs solaires à faible poids surfaciques peuvent présenter un défaut de répartition de charge inhomogène et sont généralement disposés à l’horizontale (plan de la toiture). Cette inclinaison génère une disparité importante de la production électrique sur l’année (production hivernale détériorée) et rend les systèmes inadéquats pour des objectifs d’autoconsommation solaire.

Le document CA2674794 présente un dispositif solaire pouvant être placé sur un toit plat. Il propose notamment d’incliner le panneau afin d’optimiser la quantité de rayonnement solaire reçu. Toutefois il propose une telle inclinaison que pour des modules solaires mono face. Pour des modules biface ce document propose une position verticale des panneaux, ce qui est loin d’être optimal.

La présente invention a pour objet de pallier au moins en partie à ces inconvénients en proposant un dispositif solaire avec modules biface présentant des contraintes réduites pour être apte à être posé sur un toit plat à structure légère, avec une performance électrique améliorée et avec une production électrique lissée sur l’année. A cet effet, elle propose un dispositif solaire comprenant un support apte à être fixé sur une surface sensiblement horizontale, et un module solaire, notamment de type panneau photovoltaïque, disposé sur ledit support, caractérisé en ce que ledit module solaire est biface, en ce qu’il est disposé incliné selon un angle par rapport à l’horizontale et en ce que son extrémité inférieure est disposée de sorte à ménager un espace entre ladite extrémité inférieure et ladite surface de hauteur au moins 7 cm.

Grâce à ces dispositions, le dispositif solaire peut être placé sur un toit et avoir une bonne performance énergétique tout au long de l’année. L’angle d’inclinaison du module permet de ne pas retenir la neige et d’avoir une charge surfacique sur toiture modérée.

Selon d’autres caractéristiques : ladite hauteur peut être comprise entre 15 et 20 cm, ce qui permet une bonne performance énergétique sans que la prise au vent ne soit trop importante, le module peut présenter une hauteur inférieure à 80cm le rendant apte à être disposé sur un toit plat à structure légère dans des conditions de vent et de toiture moyennes, le module solaire peut présenter une hauteur inférieure à 40 cm, ce qui réduit encore le poids surfacique du dispositif et sa prise au vent, ledit angle peut être compris entre 36 et 75°, ce qui permet d’une part d’éviter les accumulations de neige ou de saletés sur les modules, et d’autre part de bénéficier des deux faces des modules biface, ledit support peut comporter au moins un moyen de fixation inférieur, configuré pour fixer l’extrémité inférieure dudit module à ladite surface, et au moins un moyen de maintien supérieur reliant l’extrémité supérieure dudit module à un point d’attache à ladite surface, ce qui permet de réduire les contraintes résultantes au niveau des fixations à ladite surface, ledit moyen de maintien supérieur peut être une tige rigide, de longueur au moins deux fois la hauteur desdits modules, ce qui permet de bien reprendre les efforts latéraux exercés sur le module, par exemple par le vent, ledit support peut comporter une base destinée à être posée sur ladite surface, ladite base présentant une couleur claire, de préférence blanche ; ainsi la lumière atteignant la base est mieux diffusée et peut être captée par la face arrière des modules,

La présente invention concerne aussi un ensemble comprenant une pluralité de dispositifs solaires selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs solaires sont disposés sur une surface d’un toit plat, le long d’un axe sensiblement perpendiculaire à la largeur des modules, et espacés chacun du dispositif adjacent le long dudit axe d’au moins deux fois la hauteur dudit module.

Grâce à ces dispositions, une grande partie d’un toit plat peut être utilisée pour augmenter la quantité d’énergie électrique produite, l’espacement entre les dispositifs permettant d’optimiser la production d’énergie en limitant les zones d’ombres créées par les dispositifs solaires sur les dispositifs solaires adjacents.

Les performances de la toiture blanche (effet cool roof) ne sont pas dégradées en été puisque la lumière est majoritairement réfléchie, comparé à une installation où les modules photovoltaïques monofaces sont posés à plat.

Selon d’autres caractéristiques : ledit point d’attache peut être disposé au niveau du moyen de fixation inférieur du dispositif adjacent le long dudit axe, permettant de réduire le nombre de points de fixation sur le toit plat, et de bénéficier d’une compensation partielle des efforts.

La présente invention concerne enfin une utilisation d’un dispositif solaire selon l’invention, dans laquelle ladite surface est la surface supérieure d’un toit plat, de préférence une surface de type bac acier ou de type membrane d’étanchéité.

Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, ladite surface est de couleur claire, de préférence blanche, la rendant diffusante (membrane synthétique réfléchissante ou claire ou bac acier de couleur claire).

Grâce à ces dispositions, un toit plat peut être utilisé pour produire de l’énergie électrique, avec une bonne performance énergétique tout au long de l’année.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui fait suite, en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une vue en perspective d’un dispositif solaire selon un premier mode de réalisation de l’invention, la figure 2 est une vue d’un ensemble de dispositifs solaires de la fig. 1, la figure 3 est une vue d’un ensemble de dispositifs solaires maintenus par des jambes de forces selon un premier mode de réalisation de l’invention, la figure 4 est une vue d’un ensemble de dispositifs solaires maintenus par des jambes de forces selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

Le dispositif solaire selon l’invention, représenté en fig. 1, comporte un support 1 apte à être disposé sur une surface 2 sensiblement horizontale. Le dispositif solaire comporte également un module solaire 3 biface, disposé sur le support 1. Le module solaire 3 est de préférence de type panneau photovoltaïque, et peut comporter deux rangées de cellules photovoltaïques branchées en série. Chaque rangée peut par exemple comporter 12 cellules. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le module 3 présente une hauteur inférieure à 40 cm, par exemple comprise entre 30 et 40 cm. Ainsi la prise au vent ainsi que le poids du dispositif est suffisamment faible, ceci étant particulièrement avantageux pour une installation sur un toit plat. La longueur du module 3 peut par exemple être comprise entre 160 et 220 cm.

Les modules 3 sont de préférence de type bi verre.

Le module solaire 3 est disposé incliné selon un angle par rapport à l’horizontale. Cet angle peut par exemple être compris entre 36 et 75°, de préférence entre 55 et 60°. L’inclinaison du module 3 est à déterminer en fonction du lieu où le dispositif solaire est installé. L’inclinaison peut être en fonction de l’inclinaison moyenne du soleil, afin d’optimiser la production d’énergie.

Une valeur d’inclinaison suffisamment importante permet notamment de réduire le poids surfacique du module 3, et de rendre possible son installation sur un toit plat. En effet, le poids auquel le toit doit résister au niveau du dispositif correspond à la somme du poids du module 3 et de la neige qui peut s’accumuler sur le module 3. Une forte inclinaison permet de réduire la quantité de neige, et permet donc de diminuer le poids surfacique du module 3. Un autre avantage est la réduction de l’accumulation de saletés sur les modules 3, susceptibles de réduire leur efficacité, moins problématique sur un module 3 incliné au moins à 36°.

Une inclinaison suffisamment forte permet aussi de lisser la production d’électricité sur l’année, du fait d’un meilleur productible hivernal et d’une baisse du productible estival. Un tel lissage augmente avec l’inclinaison, et incite aussi à choisir des inclinaisons importantes. Cet avantage est sensible lorsqu’un bâtiment consomme l’électricité produite, car on cherche alors à avoir une production d’énergie stable sur l’année. En effet les besoins sont plus importants l’hiver, et il est donc important de conserver une production significative en hiver. L’extrémité inférieure du module solaire 3 est disposée de telle sorte qu’un espace d’une hauteur 4 soit laissé entre le module solaire 3 et la surface 2. La hauteur 4 doit être choisie de façon à être : suffisamment élevée pour qu’une certaine quantité de lumière puisse passer sous les modules 3, et que la production d’énergie soit augmentée grâce à l’utilisation de modules 3 bifaces, suffisamment faible pour que le dispositif solaire n’ait pas une prise au vent trop importante, la hauteur totale du système doit être suffisamment faible pour éviter l’amoncellement de neige.

La hauteur 4 doit également être suffisante pour laisser s’écouler les eaux de ruissellement sur la surface 2. Pour ce seul critère, un espace d’une hauteur de 5 cm est généralement suffisant. Toutefois une telle hauteur laisse passer trop peu de lumière sous le dispositif, pouvant être réfléchie vers la face arrière des modules.

Afin de satisfaire à ces critères, la hauteur 4 peut par exemple être au moins égale à 7 cm, pour obtenir un gain avec des modules 3 biface par rapport à des modules mono face. Pour obtenir un gain plus important, sans toutefois trop augmenter la prise au vent, on peut choisir une hauteur comprise entre 15 et 20 cm.

Comme illustré aux figs. 3 et 4, le support 1 peut comporter un moyen de fixation inférieur, comme moyen de fixation de l’extrémité inférieure des modules au toit plat. Ce moyen de fixation peut être un moyen d’encastrement, configuré pour maintenir le module 3 à l’inclinaison choisie. Le support 1 peut en outre comporter un moyen de maintien supérieur 5, reliant l’extrémité supérieure du module 3 à un point d’attache 6 à la surface 2. Le moyen de maintien peut être une jambe de force 5 comprenant par exemple une tige rigide. Dans certains modes de réalisation, par exemple si la surface 2 est de type bac acier, comme illustré en fig. 3, le point d’attache peut comprendre une attache 6 permettant de fixer l’extrémité de la jambe de force 5 au bac 2. Dans d’autres modes de réalisation, si par exemple la surface 2 est une membrane d’étanchéité, comme illustré en fig. 4, le point d’attache peut comprendre un plot 6 collé sur la membrane sur lequel est fixé l’extrémité de la jambe de force 5.

Le bac acier comporte généralement une ondulation, avec une partie basse sur au moins de l’ordre de la moitié de la surface, et des ondes saillantes pouvant avoir plusieurs centimètres de hauteur. Dans un tel cas, la hauteur 4 est à considérer par rapport aux parties basses. En effet ces parties sont suffisantes pour laisser passer une quantité acceptable de lumière diffusant sur la surface. Les ondes produisent d’ailleurs également un effet bénéfique sur le rayonnement arrivant sur la face arrière des modules, par les faces latérales souvent inclinées desdites ondes.

On peut aussi prévoir un simple câble comme moyen de maintien supérieur 5. Un tel câble ne travaille qu’en traction, et empêche donc le module 3 de céder au vent qui s’engouffrerait sous les modules 3. Pour le maintien dans l’autre sens, on peut renforcer la fixation du module 3 par sa partie inférieure. On peut aussi prévoir un autre câble reliant l’extrémité supérieure des modules 3 à la surface 2 du côté opposé au premier câble. Ainsi par l’ensemble des câbles des deux côtés du module 3, l’extrémité supérieure des modules 3 est parfaitement maintenue latéralement. Le moyen de fixation inférieur n’a alors pas besoin d’être renforcé.

Le moyen de maintien supérieur 5 présente l’inconvénient de faire de l’ombre aux modules solaires 3. En particulier un câble du côté non représenté sur les figs. 3 et 4 ferait de l’ombre sur la face avant des modules 3. Le moyen de maintien supérieur 5 du côté représenté sur ces figures fait de l’ombre uniquement pour la face arrière des modules 3, et uniquement par le chemin des rayons arrivant par l’arrière des modules 3. Les rayons arrivant par l’avant, et arrivant sous les modules, puis étant renvoyés 3 sur la face arrière des modules 3, ne sont pas gênés par ce moyen de maintien supérieur 5. Cela illustre encore l’importance de la hauteur 4 pour minimiser l’effet d’ombre du moyen de maintien supérieur 5. Un tel effet d’ombre est d’autant plus gênant si le module comporte des cellules photovoltaïques, car alors si une ou deux cellules (celles affectées par l’ombre) produit moins d’électricité, du fait du branchement en série, cela affecte la production de l’ensemble du module 3.

Comme illustré aux figs. 1 et 2, le support 1 peut comporter deux structures triangulaires disposées de part et d’autre du module 3, et attachée chacune sur le toit plat. On peut y ajouter une base 7, par exemple une tôle fine, ou une plaque en plastique, posée sur la surface 2. La base 7 peut être d’une couleur claire, de préférence blanche, afin de diffuser au mieux le rayonnement solaire, et le renvoyer vers la face arrière des modules, et d’augmenter ainsi la production d’énergie grâce aux modules 3 bifaces.

Comme illustré aux fig. 2 à 4, plusieurs dispositifs solaires peuvent être réunis en un ensemble, et être disposés sur la même surface 2 sensiblement horizontale. Les dispositifs peuvent alors être disposés le long d’un axe 8 sensiblement perpendiculaire à la largeur des modules 3, et être espacés chacun du dispositif adjacent le long de l’axe 8 d’au moins une fois et demie, de préférence deux fois, la hauteur dudit module. Un tel espacement permet de limiter le poids exercé par l’ensemble de dispositifs sur la surface 2, et également de garantir une certaine quantité de rayonnement solaire capté par chacune des faces des modules 3, par renvoi des rayons par la base 7, ou directement par la surface du toit plat. Dans le mode de réalisation des figs. 3 et 4, les jambes de force 5 sont accrochées sur deux modules 3 successifs : en haut du module 3 situé à l’avant et en bas du module 3 situé à l’arrière, sur le moyen de fixation inférieur. Ceci permet de garantir un équilibre optimal à l’installation, et notamment un maintien solide de l’angle d’inclinaison des modules 3. Cela permet aussi de compenser certaines forces appliquées audit moyen de fixation inférieur, et de réduire la résultante appliquée au toit plat. En particulier le poids du dispositif peut compenser la composante verticale ascendante venant du moyen de maintien supérieur 5.

Grâce à son poids surfacique modéré et à sa faible prise au vent, ces avantages coexistant avec une bonne production d’énergie, grâce aux modules bifaces, le dispositif solaire selon l’invention est particulièrement adapté à une utilisation sur un toit plat 2. On considère généralement qu’un toit plat présente un angle d’inclinaison par rapport à l’horizontale compris entre 2 et 15°. Il faut éviter un angle d’inclinaison nul, sinon l’eau de pluie ne s’écoule pas, d’où l’angle minimal de 2°. Au-dessus de 15° le toit n’est plus considéré comme plat, mais incliné. C’est dans ces limites qu’il faut comprendre l’expression « toit plat », dans le cadre de la présente invention.

Bien que la description ci-dessus se base sur des modes de réalisation particuliers, elle n’est nullement limitative de la portée de l’invention, et des modifications peuvent être apportées, notamment par substitution d’équivalents techniques ou par combinaison différente de tout ou partie des caractéristiques développées ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif solaire comprenant un support (1) apte à être fixé sur une surface (2) sensiblement horizontale, et un module solaire (3), notamment de type panneau photovoltaïque, disposé sur ledit support (1), caractérisé en ce que ledit module solaire (3) est biface, en ce qu’il est disposé incliné selon un angle par rapport à l’horizontale et en ce que son extrémité inférieure est disposée de sorte à ménager un espace entre ladite extrémité inférieure et ladite surface de hauteur (4) au moins 7 cm.
2. Dispositif solaire selon la revendication précédente, dans lequel ladite hauteur (4) est comprise entre 15 et 20 cm.
3. Dispositif solaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module solaire (3) présente une hauteur (4) inférieure à 80 cm, de préférence inférieure à 40 cm.
4. Dispositif solaire selon la revendication précédente, dans lequel ledit angle est compris entre 36 et 75°.
5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit support (1) comporte au moins un moyen de fixation inférieur, configuré pour fixer l’extrémité inférieure dudit module à ladite surface, et au moins un moyen de maintien supérieur (5) reliant l’extrémité supérieure dudit module (3) à un point d’attache (6) à ladite surface (2).
6. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ledit moyen de maintien supérieur (5) est une tige rigide, de longueur au moins deux fois la hauteur desdits modules (3).
7. Ensemble comprenant une pluralité de dispositifs solaires selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs solaires sont disposés sur une surface (2) d’un toit plat, le long d’un axe (8) sensiblement perpendiculaire à la largeur des modules (3), et espacés chacun du dispositif adjacent le long dudit axe (8) d’au moins deux fois la hauteur dudit module (3).
8. Ensemble selon la revendication précédente, les dispositifs solaires étant selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel ledit point d’attache (6) est disposé au niveau du moyen de fixation inférieur du dispositif adjacent le long dudit axe (8).
9. Utilisation d’un dispositif solaire selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle ladite surface (2) est la surface supérieure d’un toit plat, de préférence une surface de type bac acier ou de type membrane d’étanchéité.
10. Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle ladite surface présente une couleur claire, de préférence blanche