FR3140893A1 - Toitures et facades vegetalisees photovoltaïques - Google Patents

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Abstract

la présente invention concerne un système de toiture végétalisée caractérisé en ce qu’il comprend : un support formé par un assemblage de tôles pliéesdes modules végétalisés comprenant chacun une membrane d’étanchéité et un complexe de culture multicouche comprenant successivement au moins un premier matériau synthétique fibreux et un grillage soupleune pluralité de panneaux photovoltaïques orientables. Figure à publier : figure 1

Description

TOITURES ET FACADES VEGETALISEES PHOTOVOLTAÏQUES Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine des toitures à valeur ajoutée et plus particulièrement des toitures végétalisées équipées de panneaux photovoltaïques.
Un exemple est illustré par le projet PROOF (Photovoltaic and green ROOF) mené par le l’Institut National de l’Énergie Solaire (INES), associant toiture végétalisée extensive (TVE) et panneau photovoltaïque, pour répondre à différents bénéfices :
  • L’énergie solaire incidente en période estivale dissipée par une toiture végétalisée sous forme de flux de chaleur latente principalement, crée une diminution de la température d’air localisée et fournit les conditions favorables à l’augmentation du rendement électrique d’un panneau photovoltaïque ;
  • Une toiture végétalisée extensive avec une structure pouvant stocker les eaux pluviales, favorise les flux d’évapotranspiration et peut, dès lors encore améliorer le rendement du panneau ;
  • A l’échelle du bâtiment, le bilan énergétique global (production/consommation énergétique à l’usage + énergie grise) est plus avantageux pour un système combiné que pour une toiture terrasse nue ou végétalisée standard ;
  • Par rapport à une configuration classique de toiture, un système combiné rend des services écosystémiques supplémentaires, évaluables et valorisables à l’échelle du quartier.
La combinaison d’une toiture végétalisée et de panneaux solaires améliore les performances énergétiques : Le végétal capture les poussières et particules, qui finissent donc moins sur les panneaux solaires. En prime, par la rétention d’eau des plantes, l’air est plus frais, ce qui permet de refroidir les panneaux solaires. Ils absorbent ainsi plus de chaleur, pour un meilleur rendement. La combinaison entre le végétal à proximité d’un équipement solaire augmente de ce fait la production d’énergie tout en améliorant l’isolation du bâtiment.
À Sidney par exemple, une différence de près de 20 degrés Celsius entre une surface solaire et une surface hybride végétalisation/panneaux solaire a été constatée.
 Etat de la technique
Le brevet français FR2945303A1 concerne, d'une manière générale, une toiture végétalisée, le mot " toiture " désignant ici tant un toit en terrasse qu'un toit en pente ou encore un toit de forme quelconque. La toiture en cause est, en particulier, une toiture équipée de panneaux photovoltaïques pour la production d'électricité. cette toiture végétalisée comprend, au-dessus du substrat et des plantes poussant sur le substrat, un ensemble de panneaux photovoltaïques.
Le brevet chinois CN101892725 divulgue un système d'isolation thermique combinant la végétalisation d'un toit et l'installation d'un panneau de cellules photovoltaïques, et concerne un système d'isolation thermique de toit. Il comprend une couche végétale végétalisée disposée sur le toit et un groupe de panneaux de cellules photovoltaïques érigé sur la couche végétale végétalisée, dans lequel le groupe de panneaux de cellules comprend une pluralité de panneaux de cellules qui sont répartis à intervalles pour permettre à la couche végétale végétalisée d'être irradiée par une lumière résiduelle. Un dispositif de collecte d'eau de pluie est disposé entre les panneaux de cellules et la couche végétale végétalisée.
La demande de brevet WO2011016777A1 concerne une autre structure de support à monter sur une façade d’immeuble vert. La structure de support comprend deux parties : la première partie est recouverte d’un système photovoltaïque et la seconde partie est recouverte d’un système de végétation. Le système photovoltaïque sert à générer un courant électrique à partir de la lumière solaire afin de réduire la charge énergétique du bâtiment, le système de végétation servant à refroidir la température ambiante.
Le brevet FR3053568 décrit un dispositif pour l'installation d'un système de bacs pour la culture de végétaux en toiture ou en façade des bâtiments. Il concerne un bac pour la culture de végétaux, fabriqué par pliage de feuilles minces d'acier inoxydable et un mode d'installation permettant d'obtenir une surface étanche à l'eau. De plus le mode d'installation desdits bacs est compatible avec l'installation de modules photovoltaïques. On obtient ainsi une installation pour la culture de végétaux qui est étanche à l'eau et qui est autonome en énergie.
Le brevet FR2942487 décrit un mur ou la façade comporte, d'une part, des zones recevant des plantes et, d'autre part, des panneaux photovoltaïques. Ces panneaux, disposés de façon alternée par rapport aux zones couvertes de plantes, sont rafraîchis par un flux d'air circulant au contact des plantes, ce qui permet aux panneaux photovoltaïques de fonctionner dans des conditions optimales.
Le brevet chinois CN106879446 concerne également un procédé de végétalisation des toits pour la co-construction d'un tapis écologique et d'un panneau solaire.
Inconvénients de l’art antérieur
Les solutions de l’art antérieur présentent plusieurs inconvénients. En premier lieu, elles ajoutent une charge importante sur le toit et la structure du bâtiment, ce qui rend la solution inapplicable pour beaucoup de constructions dont la résistance n’est pas suffisante.
Les solutions de l’art antérieur se dégrade par ailleurs rapidement car les panneaux solaires créent un ombrage peut favorable à la croissance végétale.
Enfin, la prise au vent de ces solutions de l’art antérieur est importante, et dans des zones connaissances des conditions atmosphériques sévères (vents forts, tempêtes, cyclones), ces solutions ne sont pas appropriées.
Solution apportée par l’invention
Afin de remédier aux inconvénients de l’art antérieur, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un système de toiture végétalisée caractérisé en ce qu’il comprend :
  1. un support formé par un assemblage de tôles pliées
  2. des modules végétalisés comprenant chacun une membrane d’étanchéité et un complexe de culture multicouche comprenant successivement au moins un premier matériau synthétique fibreux et un grillage souple
  3. une pluralité de panneaux photovoltaïques orientables.
De préférence, chacun desdits panneaux photovoltaïques orientables est articulé par rapport à son bord inférieur pour basculer entre une position parallèle audit support, et une position orientée en direction du soleil.
Avantageusement, chacun desdits panneaux photovoltaïques orientables est entraîné en rotation entre une position parallèle audit support, et une position orientée en direction du soleil par un câble d’entrainement fixé par des connecteurs sur les bords supérieurs de chacun desdits panneaux photovoltaïques.
Selon une variante de réalisation, le système comporte en outre des profilés disposés transversalement sur ledit support, lesdits profilés comportant une charnière pour l’articulation d’un desdits panneaux photovoltaïques, lesdits profilés séparant deux modules végétalisés consécutifs.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdits panneaux photovoltaïques sont de type bifaciaux.
Avantageusement, ledit support est incliné par rapport à un plan horizontal.
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisation
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où :
La représente une vue en perspective de trois-quarts dessus d’un système selon l’invention.
La représente une vue en coupe d’un système selon l’invention.
Principe général de l’invention
L’invention est basée sur un système modulaire d’aménagement d’une toiture, notamment d’une toiture plane ou d’un toit terrasse consistant à déposer un support formé par des plaques de tôles métalliques pliées (10), par exemple des tôles de couverture ou de bardage présentant des nervures parallèles. De telles tôles sont, de manière courante, utilisées en revêtement d'un bâtiment, que ce soit en toiture ou en façade. Il existe, de manière connue, des tôles équipées de nervures identiques et mitoyennes. Une telle unicité permet d'empiler plusieurs tôles, ce qui facilite le stockage et le transport. En revanche, cela implique que l'on transporte et/ou on stocke des tôles d'un type donné, donc pour réaliser un revêtement de bâtiment uniforme, au moins en ce qui concerne la configuration des nervures des tôles.
Le terme « nervurée » doit être compris ici comme désignant un relief, positif ou négatif, donc en creux ou en bosse ménagé sur la tôle. Ce relief est à une altitude différente de celle du plan moyen de la tôle. La forme, le nombre et/ou la répartition des nervures sur la tôle sont variables. Les nervures sont parallèles entre elles. Les nervures sont identiques sur une même tôle ou forment un motif se répétant sur chaque tôle.
Le système comporte aussi des panneaux photovoltaïques (21, 22, 23) articulés par rapport à des axes transversaux (31 à 33) formant des charnières par rapport au support (10), pour permettre d’ajuster l’orientation des panneaux photovoltaïques (21 à 23).
La liaison entre les axes (31 à 33) et le support (10) est assuré par des cornières venant se fixer sur des nervures du support par exemple.
Les panneaux photovoltaïques (21 à 23) peuvent être rabattus à plat, parallèlement plan (10) du support, ou érigé pour être dirigés en direction du soleil, les panneaux étant déplacés angulairement pour conserver un parallélisme entre eux. L’actionnement des panneaux (21 à 23) est commandé par des courroies (20) entraînées par des moteurs (24 à 27) et fixés sur le bord supérieur des panneaux photovoltaïques (21 à 23).
Le système comporte enfin des modules végétalisés, par exemple du type décrit dans le brevet EP3755140. Ce module comprend un fond (41) venant se poser sur le support (10). Ce fond (41) rigide et étanche est complété par un complexe de culture multicouche comprenant successivement au moins un premier matériau synthétique fibreux (42) et un grillage souple (43) et optionnellement un deuxième matériau synthétique fibreux (44).
Ces modules végétalisés (40) sont intercalés entre les charnières (31 à 33) des panneaux photovoltaïques (21 à 23).
En période de production d’électricité, les moteurs (24 à 27) commandent le basculement des panneaux photovoltaïques (21 à 23) en position active, orientées en direction du soleil, avec une orientation qui peut évoluer pour suivre la course du soleil.
En dehors de ces périodes, les panneaux photovoltaïques (21 à 23) peuvent soit être rabattus à l’horizontal pour réduire la prise au vent et protéger les modules végétalisés (40), ou au contraire placés dans une position laissant le soleil éclairer les modules végétalisés (40).
Les modules végétalisés (40) peuvent comporter en outre un système d’irrigation commandée par une pompe alimentée par une batterie rechargée par les panneaux photovoltaïques (21 à 23).
Toit incliné
Une variante de réalisation concerne la végétalisation de toitures inclinées de type BACACIER (nom commercial) par exemple.
L’invention est particulièrement adaptée à l’équipement de toitures inclinées, impossible à végétaliser avec des solutions utilisant de la terre comme substrat de culture et difficile à équiper de panneaux photovoltaïques (les installations en toitures inclinés sont principalement posées immobiles, parallèle à l'inclinaison de la toiture).
L’invention est adaptée à la rénovation d’un parc de bâti existant majoritairement présent dans les régions où il fait le plus chaud et où le rayonnement solaire est le plus direct.

Claims (6)

  1. Système de toiture végétalisée caractérisé en ce qu’il comprend :
    1. un support (10) formé par un assemblage de tôles pliées
    2. des modules végétalisés (40) comprenant chacun une membrane d’étanchéité et un complexe de culture multicouche comprenant successivement au moins un premier matériau synthétique fibreux et un grillage souple
    3. une pluralité de panneaux photovoltaïques orientables (21 à 23).
  2. Système de toiture végétalisée selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun desdits panneaux photovoltaïques orientables est articulé par rapport à son bord inférieur pour basculer entre une position parallèle audit support, et une position orientée en direction du soleil.
  3. Système de toiture végétalisée selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que chacun desdits panneaux photovoltaïques orientables est entraîné en rotation entre une position parallèle audit support, et une position orientée en direction du soleil par un câble d’entrainement fixé par des connecteurs sur les bords supérieurs de chacun desdits panneaux photovoltaïques.
  4. Système de toiture végétalisée selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu’il comporte en outre des profilés disposés transversalement sur ledit support, lesdits profilés comportant une charnière pour l’articulation d’un desdits panneaux photovoltaïques, lesdits profilés séparant deux modules végétalisés consécutifs.
  5. Système de toiture végétalisée selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits panneaux photovoltaïques sont de type bifaciaux.
  6. Système de toiture végétalisée selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit support (10) est incliné par rapport à un plan horizontal.
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