FR3097244A1 - Bâtiment photovoltaïque - Google Patents
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Abstract
Bâtiment photovoltaïque L’invention concerne un bâtiment (1) comprenant :- une toiture (2) incluant deux pans (21, 22) s’étendant de part et d’autre d’un faitage (20) qui présente une orientation nord-sud ;- des panneaux photovoltaïques (3) couplés à la toiture (2) ;chacun des pans (21, 22) présentant une pente (α) comprise de 3% à 6%. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
Le domaine de l’invention est celui de la conception de bâtiments intégrant des éléments de production d’énergie photovoltaïque.
Plus précisément, l’invention concerne la création de bâtiments dont l’architecture optimise le fonctionnement de panneaux photovoltaïques équipant le bâtiment.
Il est classique d’équiper la toiture de bâtiments de panneaux photovoltaïques.
L’installation de panneaux photovoltaïques sur un bâtiment, et plus précisément sur la toiture d’un bâtiment, met à profit la surface disponible de la toiture pour produire de l’énergie électrique.
Dans le domaine de l’invention, différents systèmes permettent d’équiper les toitures de bâtiment de panneaux photovoltaïques.
Selon un premier exemple basique de mise en œuvre, les panneaux photovoltaïques sont simplement assemblés sur un cadre couplé directement au-dessus d’une toiture.
Les panneaux photovoltaïques sont alors simplement assemblés les uns à côté des autres, sur la toiture, et s’étendent parallèlement à la toiture. Dans ce cas, l’ensoleillement des panneaux photovoltaïques dépend de la forme et de la disposition de la toiture du bâtiment.
Une orientation de la toiture du côté « Est » permet un ensoleillement des panneaux photovoltaïques le matin, une orientation côté « Sud » autorise une exposition des panneaux photovoltaïques la majorité de la journée, et une orientation côté « Ouest » favorise un ensoleillement à partir de la mi-journée jusqu’à ce que le soleil se couche.
L’exposition « Sud » est classiquement considérée comme étant la plus favorable.
Il est connu des dispositifs fixes à installer sur des toitures, et notamment des toitures plates, qui permettent de positionner les panneaux photovoltaïques selon une orientation précise, et également de créer des alternances d’exposition. Par exemple, des rangées adjacentes de panneaux photovoltaïques peuvent présenter une orientation en alternance est-ouest.
Ces dispositifs sont à assembler sur la toiture plate et présentent une armature sur laquelle sont coupés les panneaux photovoltaïques.
Dans le domaine de l’invention, il est également connu des systèmes permettant de mettre en mouvement les panneaux photovoltaïques pour adapter leur orientation vis-à-vis de la position du soleil dans le ciel.
Ces différents systèmes présentent pour inconvénient de ne pas optimiser la puissance délivrée par les panneaux photovoltaïques vis-à-vis du coût total de l’installation.
Les systèmes classiques qui équipent les toitures engendrent une mauvaise exposition des panneaux photovoltaïques.
En effet, par exemple dans le cas de maisons particulières qui présentent une exposition « Est » et « Ouest » des pans de leur toiture, alors les panneaux photovoltaïques côté « Est » ne produisent pas ou peu d’énergie dans la seconde partie de la journée, et les panneaux photovoltaïques exposés « Ouest » ne produisent pas d’énergie ou peu d’énergie en première partie de journée.
Dans le cas où les panneaux photovoltaïques sont montés mobiles sur une toiture, alors le système présente une complexité telle que le coût total de l’installation peut aisément ne pas être compensé par la capacité du système à orienter correctement les panneaux photovoltaïques en fonction de la course du soleil.
De plus, un tel système engendre des coûts d’entretien non négligeables.
L’invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l’art antérieur.
Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un bâtiment pourvu de panneaux photovoltaïques optimisant la puissance surfacique de ces panneaux photovoltaïques.
L’invention a plus précisément pour objectif de fournir une telle solution qui présente des coûts d’installation et d’entretien plus faibles que ceux des systèmes selon l’art antérieur.
L’invention a encore pour objectif de fournir une telle solution qui optimise l’ensoleillement des panneaux photovoltaïques tout au long de la journée.
Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par l’invention qui a pour objet un bâtiment comprenant :
- une toiture incluant deux pans s’étendant de part et d’autre d’un faitage qui présente une orientation nord-sud ;
- des panneaux photovoltaïques couplés à la toiture ;
caractérisé en ce que chacun des pans présente une pente comprise de 3 % à 6 %.
- une toiture incluant deux pans s’étendant de part et d’autre d’un faitage qui présente une orientation nord-sud ;
- des panneaux photovoltaïques couplés à la toiture ;
caractérisé en ce que chacun des pans présente une pente comprise de 3 % à 6 %.
Grâce au bâtiment selon l’invention, l’ensoleillement des panneaux photovoltaïques est optimisé.
En effet, grâce à une si faible pente, les panneaux photovoltaïques exposés sur le pan « Est » et les panneaux photovoltaïques exposés sur le pan « Ouest » bénéficient tous d’une exposition au soleil du début jusqu’à la fin de la journée.
De plus, la très faible pente diminue le plus possible les ombres projetées sur les panneaux photovoltaïques.
Cette conception du bâtiment autorise également la disposition de panneaux photovoltaïques sur l’ensemble de la toiture. En conséquence, au regard de la superficie de la toiture, la puissance surfacique de l’installation peut être majorée et optimisée.
Le bâtiment selon l’invention présente aussi l’avantage de permettre une installation simple et rapide des panneaux photovoltaïques. En effet, la très faible pente facilite le travail des installateurs qui n’ont pas obligatoirement à prévoir d’équipement de protection individuel spécifique aux installations sur des pentes de toiture moyennes à fortes. Les installateurs peuvent se déplacer directement sur la toiture en installant progressivement les panneaux photovoltaïques.
Cette configuration à deux pentes très faibles optimise l’usage du bâtiment pour des pays européens, et plus précisément des pays de l’Europe de l’ouest.
Enfin, la très faible pente des deux pans de la toiture facilite l’intégration paysagère du bâtiment du fait que le faitage présente une très faible hauteur.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les panneaux photovoltaïques présentent une orientation fixe par rapport à la toiture, chaque panneau photovoltaïque s’étendant parallèlement au pan de la toiture sur lequel il est couplé.
Grâce à ce mode de réalisation, le couplage des panneaux photovoltaïques sur la toiture est simple à réaliser et les panneaux photovoltaïques présentent la même pente que celle des pans de la toiture, favorisant ainsi leur ensoleillement.
Selon une caractéristique préférée, les panneaux photovoltaïques sont accolés les uns aux autres.
De cette manière, les panneaux photovoltaïques sont bord à bord et ne génèrent pas d’ombre sur les autres panneaux photovoltaïques adjacents.
Aussi, la densité des panneaux photovoltaïques sur la toiture est maximisée.
Selon une conception préférée, la toiture est métallique.
Une telle toiture peut aisément présenter toutes les qualités requises pour pouvoir supporter le déplacement des personnes installant les panneaux photovoltaïques, ou venant réaliser un entretien des panneaux photovoltaïques.
Une telle toiture métallique avec une pente comprise de 3 % à 6 % convient également pour un écoulement des eaux de pluie.
Selon une caractéristique préférentielle, la toiture inclut uniquement deux pans.
De cette manière, le bâtiment présente une conception permettant une construction rapide et économique par rapport à des bâtiments présentant une architecture plus complexe.
Selon une solution envisageable, le bâtiment comprend une ossature métallique, bois, ou mixte bois et métallique.
De tels types d’ossature sont adaptés à la construction rapide d’un bâtiment. En effet, ces ossatures peuvent être produites élément par élément en usine et ne nécessiter qu’un assemblage simple sur le site de construction.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention, l’ossature comprend une pluralité d’ensembles identiques comprenant chacun :
- deux poteaux répartis de part et d’autre d’un premier plan vertical dans lequel est inscrit le faitage ;
- une charpente s’étendant entre les deux poteaux et supportant la toiture ;
les ensembles étant régulièrement espacés les uns des autres le long d’un axe nord-sud.
- deux poteaux répartis de part et d’autre d’un premier plan vertical dans lequel est inscrit le faitage ;
- une charpente s’étendant entre les deux poteaux et supportant la toiture ;
les ensembles étant régulièrement espacés les uns des autres le long d’un axe nord-sud.
Grâce à cette conception qui répète un motif de construction, la production de l’ossature est simplifiée, et plus économique. De plus, l’assemblage d’une telle ossature est simple et rapide.
Avantageusement, l’ossature est métallique et est ancrée dans des fondations.
Une telle ossature permet une réalisation rapide du bâtiment tout en permettant de supporter une toiture sur laquelle sont disposés des panneaux photovoltaïques.
Selon une caractéristique préférentielle du bâtiment selon l’invention, il présente une symétrie selon un premier plan vertical dans lequel est inscrit le faitage.
Une telle conception symétrique optimise les contraintes mécaniques dans la structure du bâtiment, et notamment dans l’ossature du bâtiment, ainsi que les efforts au sol.
Cette conception symétrique minimise également les quantités de matériaux nécessaires à la réalisation de l’ossature.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation préférentiels de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels :
En référence à la figure 1, un bâtiment 1 selon l’invention est représenté.
Le bâtiment 1 est notamment un bâtiment de stockage, et plus précisément un hangar.
Le bâtiment 1 selon l’invention peut par exemple correspondre à un hangar agricole.
En référence aux figures 1 et 2, une croix représentant les points cardinaux est illustrée. Cette croix pointe le nord (N), l’est (E), le sud (S), et l’ouest (O) sur le lieu d’implantation du bâtiment 1.
Le bâtiment 1 selon l’invention est notamment implanté sur un terrain en fonction d’une orientation prédéfinie.
En effet, le bâtiment 1 selon l’invention comprend une toiture 2 présentant un faitage 20 qui s’étend selon une orientation nord-sud.
En d’autres termes, le faitage 20 présente une orientation nord-sud en présentant :
- une première extrémité s’étendant en direction du nord, et
- une seconde extrémité s’étendant en direction du sud.
- une première extrémité s’étendant en direction du nord, et
- une seconde extrémité s’étendant en direction du sud.
Le bâtiment 1 comprend quatre murs 10 (seulement deux murs 10 sont visibles sur la figure 1) dont :
- un mur 10 orienté à l’est ;
- un mur 10 orienté à l’ouest ;
- deux murs 10 correspondant à des pignons du bâtiment 1 qui sont respectivement orientés l’un au nord et l’autre au sud.
- un mur 10 orienté à l’est ;
- un mur 10 orienté à l’ouest ;
- deux murs 10 correspondant à des pignons du bâtiment 1 qui sont respectivement orientés l’un au nord et l’autre au sud.
Selon le présent mode de réalisation, et tel qu’illustré par la figure 1, la toiture 2 inclut deux pans 21, 22.
La toiture 2 inclut plus précisément uniquement ces deux pans 21, 22. et n’en comporte pas d’autres.
Les deux pans 21, 22 s’étendent de part et d’autre du faitage 20.
En conséquence, le premier pan 21 est orienté à l’ouest et le deuxième pan 22 est orienté à l’est.
Selon le principe de l’invention, et en référence à la figure 1, chacun des pans 21, 22 présente une pente (α) comprise de 3 % à 6 %.
Des panneaux photovoltaïques 3 sont couplés à la toiture 2.
Ces panneaux photovoltaïques permettent de produire de l’énergie électrique.
Les panneaux photovoltaïques 3 présentent une orientation fixe par rapport à la toiture 2.
Les panneaux photovoltaïques 3 sont par exemples couplés sur la toiture 2 à l’aide d’un châssis métallique.
Plus précisément, chaque panneau photovoltaïque 3 s’étend parallèlement par rapport au pan 21, 22 de la toiture 2 sur lequel il est couplé.
Tel qu’illustré par la figure 1, les panneaux photovoltaïques 3 sont accolés les uns aux autres. En d’autres termes, les panneaux photovoltaïques 3 sont disposés les uns à côtés des autres, sans espace libre entre deux panneaux directement adjacents, ou à tout le moins avec un jeu d’assemblage.
Ces panneaux photovoltaïques 3 sont notamment disposés sur chaque pan 21, 22 selon trois rangées et dix colonnes en recouvrant toute la toiture 2.
Les panneaux photovoltaïques 3 ainsi disposés offrent une exposition optimisée du fait de l’absence d’ombre projetée entre les panneaux photovoltaïques 3.
La toiture 2 est conçue pour supporter les panneaux photovoltaïques 3 et également le déplacement de personnes réalisant l’installation des panneaux photovoltaïques 3.
La toiture 2 est notamment métallique. La toiture 2 peut plus particulièrement être réalisée à partir de tôles ondulées.
Le bâtiment 1 comprend une ossature métallique, bois, ou mixte bois et métallique.
Préférentiellement, l’ossature 4 du bâtiment 1 est métallique.
Pour garantir la stabilité du bâtiment 1, l’ossature 4 est ancrée dans des fondations béton.
Cette ossature 4, telle qu’illustrée par les figures 2 et 3, comprend une pluralité d’ensembles 40 identiques les uns aux autres.
Chaque ensemble 40 comprend :
- deux poteaux 41 ;
- une charpente 42 s’étendant entre les deux poteaux 41.
- deux poteaux 41 ;
- une charpente 42 s’étendant entre les deux poteaux 41.
Les deux poteaux 41 supportent la charpente 42, et la charpente 42 supporte la toiture 2.
Les ensembles 40 sont régulièrement espacés les uns des autres le long de l’axe nord-sud.
Tel qu’illustré par les figures 2 et 3, l’ossature 4 comprend également des éléments transversaux couplant chaque ensemble 40 à chaque ensemble 40 contigu.
En référence à la figure 2, l’ossature 4 présente une symétrie planaire selon un premier plan vertical P1 dans lequel est inscrit le faitage 20.
Plus généralement, le bâtiment 1 lui-même présente cette symétrie selon le premier plan vertical P1 dans lequel est inscrit le faitage 20.
En effet, les deux poteaux 41 sont répartis de part et d’autre du premier plan vertical P1 dans lequel est inscrit le faitage 20.
Les deux poteaux 41 d’un ensemble 40 sont ainsi disposés de manière symétrique l’un par rapport à l’autre vis-à-vis du premier plan vertical P1.
La charpente 42 présente également une symétrie selon le premier plan vertical P1 pour chaque ensemble 40.
Pour rigidifier la structure, la charpente 4 comprend également, au moins entre deux des ensembles 40 directement adjacents l’un de l’autre, une pluralité de croix de Saint André entre les éléments (poteaux 41 et charpente 42) desdits ensembles 40.
Ces croix de Saint André forment des contreventements.
A cet effet, et tel qu’illustré par les figures 2 et 3, l’ossature 4 comprend une série 44 de croix de Saint André s’étendant entre deux ensembles 40 adjacents.
Tel que décrit ci-après, le bâtiment 1 selon l’invention peut être installé rapidement.
Dans un premier temps, l’installation du bâtiment 1 nécessite la création de fondations aux dimensions du bâtiment 1 destiné à être construit, puis l’ossature 4 est assemblée sur les fondations.
Suite à la mise en place de l’ossature 4, la toiture 2 est installée, en étant supportée par la charpente 42 de chacun des ensembles 40.
Les murs 10 du bâtiment 1 peuvent être installés avant, pendant ou après l’installation de la toiture 2.
Suite à l’installation de la toiture 2, les panneaux photovoltaïques 3 peuvent être mis en place.
Les panneaux photovoltaïques 3 sont posés aisément par des installateurs qui peuvent se déplacer sur la toiture 2. Ces personnes peuvent notamment réaliser l’installation de manière progressive d’un bout à l’autre de la toiture 2.
La pente très faible de chacun des pans 21, 22 de la toiture 2, inférieure à 6 %, permet ce déplacement aisé.
Les installateurs disposent les panneaux photovoltaïques 3 bords à bords, de manière à ce qu’ils ne génèrent pas d’ombre portée sur les panneaux photovoltaïques 3 adjacents.
Le bâtiment 1 ainsi créé dispose ainsi d’une importante quantité de panneaux photovoltaïques 3 aptes, dans leur globalité, à offrir une exposition importante.
Tel que cela peut être compris, les pentes très faibles de chacun des pans 21, 22 de la toiture 2 facilitent l’intégration paysagère du bâtiment 1, du fait d’un faitage 20 à faible hauteur.
L’invention permet ainsi une intégration plus aisée du bâtiment 1 pourvu de panneaux photovoltaïques 3 sur toute sa toiture 2.
Tel que cela peut être noté, la conception symétrique du bâtiment 1 optimise également les contraintes mécaniques de la structure et les efforts au sol. De plus, les quantités d’acier de l’ossature et de la toiture ainsi que les quantités de béton des fondations peuvent être minimisées.
A titre d’exemple, le bâtiment 1 représenté sur les figures 1 et 2 peut présenter des pignons d’une longueur d’environ 20 mètres et des murs latéraux d’une longueur d’environ 28 mètres.
Le bâtiment 1 peut également, à titre indicatif, présenter un intérieur entièrement dégagé, ne comportant aucun montant dans le volume interne qu’il définit, à l’exception des poteaux de l’armature qui sont situés en périphérie du bâtiment.
Claims (9)
- Bâtiment (1) comprenant :
- une toiture (2) incluant deux pans (21, 22) s’étendant de part et d’autre d’un faitage (20) qui présente une orientation nord-sud ;
- des panneaux photovoltaïques (3) couplés à la toiture (2) ;
caractérisé en ce que chacun des pans (21, 22) présente une pente (α) comprise de 3% à 6%. - Bâtiment (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les panneaux photovoltaïques présentent une orientation fixe par rapport à la toiture, chaque panneau photovoltaïque s’étendant parallèlement au pan de la toiture sur lequel il est couplé
- Bâtiment (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les panneaux photovoltaïques (3) sont accolés les uns aux autres.
- Bâtiment (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la toiture (2) est métallique.
- Bâtiment (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la toiture (2) inclut uniquement deux pans (21, 22).
- Bâtiment (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une ossature (4) métallique, bois, ou mixte bois et métallique.
- Bâtiment (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’ossature (4) comprend une pluralité d’ensembles (40) identiques comprenant chacun :
- deux poteaux (41) répartis de part et d’autre d’un premier plan vertical (P1) dans lequel est inscrit le faitage (20) ;
- une charpente (42) s’étendant entre les deux poteaux (41) et supportant la toiture (2) ;
les ensembles (40) étant régulièrement espacés les uns des autres le long d’un axe nord-sud. - Bâtiment (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’ossature (4) est métallique et est ancrée dans des fondations.
- Bâtiment (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il présente une symétrie selon un premier plan vertical (P1) dans lequel est inscrit le faitage (20).
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- 2019-06-14 FR FR1906347A patent/FR3097244B1/fr active Active
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