WO2007015019A1 - Plaque texturee a motifs asymetriques - Google Patents

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WO2007015019A1
WO2007015019A1 PCT/FR2006/050552 FR2006050552W WO2007015019A1 WO 2007015019 A1 WO2007015019 A1 WO 2007015019A1 FR 2006050552 W FR2006050552 W FR 2006050552W WO 2007015019 A1 WO2007015019 A1 WO 2007015019A1
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face
general plane
plate according
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PCT/FR2006/050552
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Michele Schiavoni
Patrick Gayout
Nils-Peter Harder
Ulf Blieske
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Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a textured transparent plate whose texture improves the light transmission through said plate.
  • the plate may advantageously be placed between a light source and a photovoltaic cell, so as to increase the light intensity transmitted to the cell. More generally, the plate increases the transmission towards an element juxtaposed to said plate and having a refractive index greater than that of the material of which the plate is made up.
  • textures of the pyramid or prism type on the surface of a transparent plate can improve the light transmission of the plate.
  • the patterns may be asymmetrical so as to better capture the light when the incident rays are not exactly perpendicular to the plate, which is in fact the most frequent case.
  • These asymmetrical patterns still contain a plan of symmetry for the pattern, but usually do not contain two orthogonal planes of symmetry between them. Generally, the plane of symmetry is perpendicular to the general plane of the plate.
  • the invention relates first of all to a plate made of a transparent material comprising on its surface a texture comprising at least one raised or recessed relief pattern, said pattern comprising a first face and a second face that are not parallel to each other, the lines to be the base of these faces being parallel, said first face forming with the general plane of the plate an angle greater than the angle formed by said second face with the general plane of the plate, the angles considered being those inside the material if the pattern is protruding, or those outside the material if the pattern is recessed.
  • the plate comprises on its surface a plurality of said pattern to improve the light transmission through the plate.
  • the "first face” has a larger angle with the general plane of the plate than does the "second face". Thanks to this particular geometry, and if the incident light rays do not always strike the plate perpendicularly to it, the plate can collect more light, if its orientation is judiciously chosen.
  • the patterns may appear hollow in the plate or may instead emerge from the plate (that is to say appear protruding or protruding).
  • the angles of the faces that are taken into consideration are those inside the material. If the pattern is intaglio, the angles of the faces that are taken into consideration are those outside the material. If the pattern is recessed, the two faces generally meet at a point or line located most internally in the plate. In this case, the base of the pattern is located most externally with respect to the plate. The intersection of each of the faces (the first on the one hand and the second on the other) with the base of the pattern defines a line, the two lines thus defined (one line per face) being parallel. These lines can be straight or curved depending on the pattern.
  • the two faces generally meet at a point or line located most externally with respect to the plate.
  • the base of the pattern is located most internally with respect to the plate.
  • the intersection of each of the faces (the first on the one hand and the second on the other) with the base of the pattern defines a line, the two lines thus defined (one line per face) being parallel.
  • These lines can be straight or curved depending on the pattern.
  • the two faces are not parallel to each other, but they can each contain an edge or baseline of the pattern (usually a straight line, but which can also be a curve) parallel to an edge or baseline of the pattern (usually a straight line but it can also be a curve) contained in the other face, these two edges or baselines being otherwise parallel to the general plane of the plate.
  • the two faces form an angle between them, the bisector of which will be considered (dividing the said angle into two equal half-angles).
  • the plate is oriented as much as possible so that the direction of incident light rays is parallel to this bisector.
  • the angle can be 35 ° in Paris (France).
  • the invention also relates to a wall comprising a plate according to the invention, in particular a vertical wall.
  • the invention also relates to an anti-noise wall comprising such a wall.
  • the two faces at the origin of the invention are generally smooth, in particular by observation with the naked eye. They can be flat, especially if they are part of a prism or a pyramid. However, they can also be curved.
  • a prism has two main faces joining (or intersecting) in one line.
  • a pyramid according to the invention preferably comprises four faces, the base of said pyramid forming a square or a rectangle or a rhombus. The pyramid may also comprise more than four faces, for example six faces.
  • a plate may be described comprising on its surface a plurality of prism patterns. Such patterns are shown in Figure 1b).
  • Figure 1 a shows the prism patterns of the prior art, which are symmetrical with respect to plane 1 and plane 58 which are both perpendicular to each other and perpendicular to the general plane 2 of the plate.
  • the plane 1 passes through the outermost line 3 with respect to the general plane of the plate.
  • This line 3 is at the intersection of the two faces 4 and 5, these two faces forming the same angle alpha with the general plane 2 of the plate.
  • each pattern in the form of a protruding prism, comprises two faces 6 and 7, smooth and flat, nonparallel to each other, and joining together in a line 8 located at the highest outside the plate, the angle formed by the face 6 with the general plane 2 of the plate being greater than the angle formed by the face 7 with the same plane 2.
  • the angles taken into consideration are those at 1 the interior of the plate material because the pattern is protruding.
  • the first face 6 contains a line 50 at the base of the pattern (the pattern is here an asymmetric prism), said line being located most internally with respect to the plate.
  • the second face 7 contains a line 51 at the base of the pattern, said line being located most internally with respect to the plate.
  • the lines 50 and 51 are parallel to each other and parallel to the general plane of the plate.
  • This pattern comprises a plane of symmetry 58 perpendicular to the general plane of the plate 2.
  • This geometry is advantageous if, for example, the plate is in a vertical position and intended to collect the solar energy to transmit it to a photoelectric cell placed behind it. .
  • the light output would be much lower cons if the plate was in the opposite position, that is to say, face 7 above and face 6 below.
  • the pitch of the patterns of Figures 1 a) and 1 b) corresponds to the distances 52 ( Figure 1a) and 53 ( Figure 1b).
  • the invention can also use patterns of the pyramid type.
  • Figure 2b) shows such pyramidal patterns.
  • Figure 2a shows the pyramidal patterns according to the prior art. These pyramids (projecting) include two planes of symmetry 1 and 58, orthogonal to each other and perpendicular to the general plane 2 of the plate and passing through the top of the pyramid which is the outermost point of the pattern relative to the general plane of the plaque. The two faces 10 and 1 1 are identical and form the same angle with the general plane of the plate.
  • each pattern in the form of a pyramid, comprises two faces 12 and 13, smooth and flat, not parallel to each other, and meeting at a point 14 (vertex) located, at the level of the pattern, the outermost relative to the plate, the angle that forms the face 12 with the general plane 2 of the plate being greater than the angle formed by the face 13 with the same plane 2.
  • the first face 12 contains a line 60 at the base of the pattern (the pattern is here an asymmetrical pyramid), said line being located most internally with respect to the plate.
  • the second face 13 contains a line 61 at the base of the pattern, said line being located most internally with respect to the plate.
  • the lines 60 and 61 are parallel to each other and parallel to the general plane of the plate.
  • Each pattern comprises a plane of symmetry 58 perpendicular to the general plane of the plate.
  • This geometry is advantageous if, for example, the plate is in a vertical position and intended to collect solar energy to transmit it to a photoelectric cell placed behind it. The light output would be much lower cons if the plate was in the opposite position, that is to say, face 13 above and face 12 below. Indeed, whatever the latitude, the solar rays have a direction closer to the direction of the bisector between the faces 12 and 13 if the face 12 is above.
  • the patterns of Figures 2a) and 2b) have two steps, corresponding to distances 54 and 55 (Figure 2a) on the one hand and distances 56 and 57 on the other hand ( Figure 1b).
  • FIG. 6a shows prismatic patterns whose two main surfaces 31 and 32 are curved.
  • This pattern comprises a plane of symmetry 58.
  • These patterns are substantially symmetrical insofar as each bisector 33 contained in a plane parallel to the plane of symmetry 58 is orthogonal to the general plane of the plate 34.
  • This type of pattern may be incorporated into a textured surface assembly as shown in Figure 6b). Patterns of the type of Figure 6a) are here juxtaposed with different orientations. With this arrangement, the plate has a uniform aspect in reflection over its entire surface, while collecting the light efficiently.
  • each bisector 33 contained in a plane parallel to the plane of symmetry 58 is orthogonal to the general plane of the plate.
  • the texture represented in Figure 6c) is in accordance with the invention because one of the faces 41 forms a higher angle with the general plane of the plate than the other face 42.
  • These curved prism patterns have baselines 43 and 44 curves . We see that the bisectors are not here orthogonal to the general plane of the plate.
  • These deformed patterns (with respect to those of FIG. 6a) can also be incorporated juxtaposed with different orientations on a plate in a manner similar to the representation of FIG. 6b. As can be seen in FIG.
  • a pattern corresponds to a set of the 4 prisms of FIG. 6a), said pattern being able to register substantially in a square.
  • the pitch of the pattern corresponds to one side of said square. If this plate is placed vertically, it is appropriate that the faces of the type "first face” 41 are preferably placed in the upper position.
  • the invention provides its effect (light collection), with an improved aspect in reflection (uniform appearance for an observer looking at the plate with the naked eye a few meters away).
  • the light rays have a direction as close as possible to the bisectors between the two faces according to the invention.
  • the pattern comprises in all cases a face 15 forming an angle alpha with the general plane 2 of the plate, and a face 16 forming an angle alpha 2 with the general plane 2 of the plate, the angle alpha being greater than the angle alpha2.
  • angles were taken within the plate material (alphai and alpha2) and not out of the material angles (alpha4 and alpha ⁇ ).
  • the two faces 15 and 16 form an angle at the apex alpha3 having a bisector 19.
  • There are two types of light exposures the case of the light rays 17 directly striking the face 16 and not striking directly the face 15, and the case light rays 18 striking both faces and whose direction is parallel to the bisector 19.
  • the invention provides its effect in the case of the rays 18. If the light rays were always perpendicular to the general plane of the plate (which does not correspond in fact to no real terrestrial situation), a patterned texture symmetrical would be appropriate.
  • the plate can be placed vertically, for example on the surface of a sound barrier, photocells being placed inside said wall to receive solar energy through the plate, the face forming the widest angle with the plate being placed in the upper position, so that solar incident rays preferentially strike this face.
  • the invention also functions with recessed patterns, as shown in FIG. 4.
  • This representation is valid both for hollow prisms and for pyramids recessed in the plate.
  • This pattern comprises a first face 20 forming an alpha angle with the general plane of the plate and a second face 21 forming an angle alpha 2 with the general plane of the plate, the alpha angle being greater than the angle alpha 2.
  • the angles outside the material (alphai and alpha2) are taken into account because the pattern is hollow, and not the angles in the material (alpha4 and alpha ⁇ ).
  • the best light output is obtained when the incident light rays 22 have a direction parallel to the bisector 23.
  • the first face 20 contains a line 70 at the base of the pattern (said base being located externally relative to the plate) and the face 21 contains a line 71 at the base of the pattern, so that the lines 70 and 71 are parallel to each other and parallel to the general plane of the plate, whether the pattern is a prism or a pyramid.
  • the ratio between the angle (in degrees) between the first face and the plane of the plate, and the angle (in degrees) between the second face and the plane of the plate, is greater at 1, and generally greater than 1, 1 and may even be greater than 1, 2.
  • the angle that forms the face (called "first face") having the largest angle with the plane of the plate can range from 50 to 130 ° and preferably from 70 to 88 °.
  • the angle formed by the face (called “second face") having the smallest angle with the plane of the plate can range from 10 to 60 °, and preferably from 20 to 50 °.
  • a preferred texture corresponds to the combination of an angle of 85 ° for the first face with an angle of 45 ° for the second face.
  • the patterns may be of the type shown in FIG. 5, with an alphai angle greater than 90 ° and an angle alpha2 of less than 45 °. In practice, it is very difficult to produce such a texture by rolling and one would be obliged to realize it to use much more sophisticated techniques such as laser cutting, which is however relatively expensive.
  • the alphai angle (the highest angle of the two faces according to the invention with the general plane of the plate) is less than 90 °.
  • the rolling technique that can be used to produce the texture according to the invention is in particular explained in application PCT / FR2005 / 050304. It is, of course, very difficult to produce rigorous flat surfaces and very sharp edges by this technique, particularly in view of the small size of the patterns, so that it would not be possible to go beyond the scope of the present invention by rounding a little the faces or vertices or edges of the patterns.
  • the plate is made of a transparent material, as clear as possible, such as a mineral glass, or an organic polymer (PMMA, polycarbonate, etc.).
  • a transparent material such as a mineral glass, or an organic polymer (PMMA, polycarbonate, etc.).
  • the effect of the invention works regardless of the size of the patterns.
  • the patterns may for example have one or more steps each ranging from 0.1 to 10 mm, in particular from 1 to 6 mm.
  • the step is the periodicity of the parallels at the base of the prisms.
  • the pyramids it is the dimension of the base of said pyramids.
  • the pyramids preferably have 4 sides. More generally, the pitch characterizes the size of the patterns, or the distance at which they repeat, to the extent that they are joined.
  • the plate provides an effect according to the invention since only one pattern according to the invention is present, even if it is mixed with other symmetrical patterns.
  • the invention provides more effect if more patterns according to the invention are present and are oriented compatibly. Patterns are compatibly oriented, if their respective "first faces” are oriented in substantially the same way. The orientations of these motifs (in relation to their "first" faces) are not necessarily exactly the same, but they should not be opposed.
  • the patterns according to the invention present on the surface of the plate are predominantly oriented (more than 50% of their total number, and preferably more than 70% of their total number) so that all the orthogonal directions the "first faces" of each pattern are contained in the same quarter of space facing the plate.
  • the invention also relates to a light capture method comprising the positioning of a plate according to the invention so that the direction of incident light rays is included in said quarter space.
  • Figure 7a shows an asymmetrical prism type pattern comprising a "first face” 80 and a "second face” 81. This pattern was placed on the surface of the plate 82 ( Figure 7b)) with different orientations. Patterns 83, 84 and 85 have a compatible orientation because the orthogonal directions (87, 88, 89) at the first faces of these patterns are all included in the quarter space facing the plate corresponding to the hatched volume. On the contrary, the pattern 86 is not compatible with the others because the direction orthogonal to its first surface comes out of the quarter space facing the plate. The patterns 83, 84 and 85 may advantageously receive the light rays included in the quarter hatched space and coming in their direction.
  • the surface texture of the plate may consist of the assembly of individual relief patterns, in particular pyramids, said individual patterns being based on one or more basic patterns. but which are distinguished by their depth, their height or the perimeter of their base surface.
  • Figure 8 illustrates the shape that can have juxtaposed pyramid bases to eliminate this problem of reflection. This figure shows only the bases of pyramids (4 faces) juxtaposed to show that their baselines form zigzag lines. Thanks to these different bases (diamonds with varying angles from one base to another), the problem of reflection is eliminated.
  • the surface texture of the plate may have a three-dimensional surface structure which comprises elements formed on the surface of the substrate and whose extension is essentially longitudinal and is substantially larger. the extension of these elements in the transverse direction, the surface of the substrate generally forming groups of parallel elements whose orientation of the longitudinal extension of the elements is alternated from one group to another. This is particularly the case of the structure of FIG. 6b), if combined with the fact that the curved prisms are according to the invention (FIG. 6c).
  • the textured plate according to the invention can be part of a wall, as a vertical wall.
  • This wall may contain photoelectric cells for collecting sunlight.
  • the plate is located on the side of the wall where the sun is predominant (higher light intensity).
  • a plate according to the invention can be placed on both sides, each plate on each side being then equipped with a photovoltaic cell.
  • the textured plate can therefore be used in particular to improve the capture of sunlight to increase the luminous flux supplying photocells.
  • the plate may in particular be made of glass (refractive index close to 1.5) and the photoelectric cell made of silicon (refractive index greater than 3).
  • These photocells can be encapsulated in a polyvinyl butyral resin (PVB) or ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA).
  • PVB polyvinyl butyral resin
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • This encapsulation can in particular be carried out in a known manner by autoclave under hot pressure (melting of the resin) which leads to a resin sheet in which the cells are trapped.
  • the textured plate is then juxtaposed to this sheet to capture the light (texture on the side of the ambient air) and deliver it to the cells in the sheet. It is possible to combine all these components in a single step in an autoclave. It is generally sought to avoid the presence of air between the textured plate and the photovoltaic cell. To do this, there is usually always resin (PVB or EVA) between the textured plate and the cell.
  • PVB polyvinyl butyral resin
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • Such a complex structure can serve both as a solar energy sensor and noise barrier. Its anti-noise efficiency is even better than the resin used is of the "acoustic" type, that is to say, attenuates the noise.
  • the textured plate may have a thickness (including relief) greater than 6 mm, or even greater than 8 mm, especially if it must have a better mechanical strength, which is particularly generally the case if it is integrated in a noise barrier.
  • the tables below compare the luminous intensity gains (in percentage) obtained in comparison with a flat glass without texture, in the case where the plates are in an upright position for an annual exhibition in Cologne in Germany, in the case of direct light or in the case of diffuse light.
  • a plaque was placed on either side of a vertical wall that could have a north-south (N / S) orientation to face west for one of the plates on one side of the wall, and facing the is for the other plate located on the other side.
  • the wall could also have an east-west orientation (E / O) to face south for one of the plates located on one side of the wall, and facing north for the other plate located on the other side.
  • the surface patterns had a pitch of the order of 2 to 3 mm.
  • Examples 2 and 4 are comparative with symmetrical structures. We see that the invention provides an improvement in all cases, with comparable pattern (prism or pyramid) in comparison with symmetrical patterns.

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Abstract

L'invention concerne une plaque (82) en un matériau transparent comprenant à sa surface une texture comprenant une pluralité d'un motif en relief en creux ou en saillie (83, 84, 85), ledit motif comprenant une première face (80) et une seconde face (81) non parallèles entre elles, les lignes à la base de ces faces étant parallèles, ladite première face formant avec le plan général de la plaque un angle plus grand que l'angle formé par ladite seconde face avec le plan général de la plaque, les angles considérés étant ceux à l'intérieur du matériau si le motif est en saillie, ou ceux à l'extérieur du matériau si le motif est en creux. Cette plaque améliore la transmission lumineuse en direction d'une cellule photovoltaïque, en particulier lorsqu'elle est en position verticale, par exemple en surface d'un mur anti-bruit.

Description

PLAQUE TEXTUREE A MOTIFS ASYMETRIQUES
L'invention concerne une plaque transparente texturée dont la texture améliore la transmission lumineuse à travers ladite plaque. Notamment, la plaque peut avantageusement être placée entre une source lumineuse et une cellule photovoltaïque, de façon à accroître l'intensité lumineuse transmise vers la cellule. Plus généralement, la plaque augmente la transmission en direction d'un élément juxtaposé à ladite plaque et présentant un indice de réfraction supérieur à celui du matériau dont la plaque est constitué. On sait que des textures du type pyramide ou prisme en surface d'une plaque transparente peuvent améliorer la transmission lumineuse de la plaque. On peut notamment se rapporter aux documents suivants de l'état de la technique : WO03046617, PCT/FR2005/050304. Selon l'art antérieur, les motifs en relief proposés pour produire cet effet présentent un aspect symétrique. Cette symétrie se traduit par l'existence de deux plans de symétrie orthogonaux entre eux à l'échelle de chaque motif. De tels motifs symétriques transmettent au mieux la lumière lorsque la plaque fait directement face à la source de lumière, c'est-à-dire lorsque la plaque est orientée perpendiculairement à la direction source de lumière - plaque. Ces conditions d'éclairement optimales sont en fait généralement rarement rencontrées pour des raisons diverses comme le fait que la position du soleil se modifie en permanence, ou parce que la plaque doit avoir une position donnée imposée ne correspondant pas forcément à la meilleure orientation pour la réception de la lumière. Par exemple, si la plaque constitue la surface externe d'un mur antibruit, cette plaque est généralement positionnée verticalement, comme n'importe quel mur. Cette position conviendra mieux lorsque le soleil est bien en face de la plaque, c'est-à-dire le soir au coucher du soleil ou le matin au lever du soleil ou près des pôles, mais à condition que le mur soit bien en face du soleil au bon moment. Des rendements lumineux inférieurs seront observés dans d'autres circonstances. II a maintenant été trouvé qu'il pouvait être avantageux que les motifs soient asymétriques de façon à mieux capter la lumière lorsque les rayons incidents ne sont pas exactement perpendiculaires à la plaque, ce qui est en fait le cas le plus fréquent. Ces motifs asymétriques contiennent encore un plan de symétrie pour le motif, mais ne contiennent généralement pas deux plans de symétrie orthogonaux entre eux. Généralement, le plan de symétrie est perpendiculaire au plan général de la plaque.
L'invention concerne en premier lieu une plaque en un matériau transparent comprenant à sa surface une texture comprenant au moins un motif en relief en creux ou en saillie, ledit motif comprenant une première face et une seconde face non parallèles entre elles, les lignes à la base de ces faces étant parallèles, ladite première face formant avec le plan général de la plaque un angle plus grand que l'angle formé par ladite seconde face avec le plan général de la plaque, les angles considérés étant ceux à l'intérieur du matériau si le motif est en saillie, ou ceux à l'extérieur du matériau si le motif est en creux. Généralement la plaque comprend à sa surface une pluralité dudit motif pour améliorer la transmission lumineuse à travers la plaque. La « première face » présente un angle plus grand avec le plan général de la plaque que ne le fait la « seconde face ». Grâce à cette géométrie particulière, et si les rayons lumineux incidents ne frappent pas toujours la plaque perpendiculairement par rapport à elle, la plaque peut collecter plus de lumière, si son orientation est judicieusement choisie.
Les motifs peuvent apparaître en creux dans la plaque ou peuvent au contraire ressortir de la plaque (c'est-à-dire apparaître en saillie ou en proéminence).
Si le motif est en saillie, les angles des faces que l'on prend en considération sont ceux à l'intérieur du matériau. Si le motif est en creux, les angles des faces que l'on prend en considération sont ceux à l'extérieur du matériau. Si le motif est en creux, les deux faces se rejoignent généralement en un point ou une ligne situé(e) le plus intérieurement dans la plaque. Dans ce cas, la base du motif est située le plus extérieurement par rapport à la plaque. L'intersection de chacune des faces (la première d'une part et la seconde d'autre part) avec la base du motif définit une ligne, les deux lignes ainsi définies (une ligne par face) étant parallèles. Ces lignes peuvent être droites ou courbes selon le motif.
Si le motif est en saillie, les deux faces se rejoignent généralement en un point ou une ligne situé(e) le plus extérieurement par rapport à la plaque. Dans ce cas, la base du motif est située le plus intérieurement par rapport à la plaque. L'intersection de chacune des faces (la première d'une part et la seconde d'autre part) avec la base du motif définit une ligne, les deux lignes ainsi définies (une ligne par face) étant parallèles. Ces lignes peuvent être droites ou courbes selon le motif. Les deux faces ne sont pas parallèles entre elles, mais elles peuvent contenir chacune une arête ou ligne de base du motif (généralement une droite, mais pouvant aussi être une courbe) parallèle avec une arête ou ligne de base du motif (généralement une droite mais pouvant aussi être une courbe) contenue dans l'autre face, ces deux arêtes ou lignes de base étant par ailleurs parallèles au plan général de la plaque. Dans chaque plan parallèle au plan de symétrie du motif, les deux faces forment un angle entre elles, dont on considérera la bissectrice (divisant ledit angle en deux demi-angles égaux). De préférence, on oriente la plaque le plus possible pour que la direction des rayons lumineux incidents soit parallèle à cette bissectrice. Dans la pratique, on peut laisser la plaque en position fixe en l'orientant dans la meilleure position moyenne possible pour collecter le plus de lumière, c'est-à-dire vers le sud pour l'hémisphère nord ou vers le nord pour l'hémisphère sud, le plan général de la plaque formant un angle optimisé avec l'horizontale, ledit angle dépendant de la latitude. A titre d'exemple, l'angle peut être de 35° à Paris (France). Cependant, l'angle d'inclinaison avec l'horizontale peut être imposé par la fonction de la plaque. L'invention permet notamment d'avoir des angles d'inclinaison de plaque bien plus élevés, de sorte que la plaque peut même être verticale. Dans le cas où la plaque forme une paroi externe de mur anti-bruit, cette plaque est placée en position verticale. Ainsi, l'invention concerne également une paroi comprenant une plaque selon l'invention, notamment une paroi verticale. L'invention concerne également un mur anti-bruit comprenant une telle paroi.
Les deux faces à l'origine de l'invention (la « première » et la « seconde ») sont généralement lisses, notamment par observation à l'œil nu. Elles peuvent être planes, notamment si elles font partie d'un prisme ou d'une pyramide. Cependant, elles peuvent également être courbes. Un prisme comprend deux faces principales se rejoignant (ou se coupant) en une ligne. Une pyramide selon l'invention comprend de préférence quatre faces, la base de ladite pyramide formant un carré ou un rectangle ou un losange. La pyramide peut également comprendre plus que quatre faces, par exemple six faces. Comme premier mode de réalisation selon l'invention, on peut décrire une plaque comprenant à sa surface une pluralité de motifs en prisme. De tels motifs sont représentés sur la figure 1 b). La figure 1 a) représente les motifs en prisme de l'art antérieur, lesquels sont symétriques par rapport au plan 1 et au plan 58 qui sont tous deux perpendiculaires entre eux et perpendiculaires au plan général 2 de la plaque. Le plan 1 passe par la ligne 3 la plus extérieure par rapport au plan général de la plaque. Cette ligne 3 est à l'intersection des deux faces 4 et 5, ces deux faces formant le même angle alpha avec le plan général 2 de la plaque. La figure 1 b) est conforme à l'invention : chaque motif, en forme de prisme en saillie, comprend deux faces 6 et 7, lisses et planes, non parallèles entre elles, et se rejoignant en une ligne 8 située le plus à l'extérieur par rapport à la plaque, l'angle que forme la face 6 avec le plan général 2 de la plaque étant supérieur à l'angle que forme la face 7 avec le même plan 2. Les angles pris en considération sont ceux à l'intérieur de la matière de la plaque du fait que le motif est en saillie. La première face 6 contient une ligne 50 à la base du motif (le motif est ici un prisme asymétrique), ladite ligne étant située le plus intérieurement par rapport à la plaque. La seconde face 7 contient une ligne 51 à la base du motif, ladite ligne étant située le plus intérieurement par rapport à la plaque. Les lignes 50 et 51 sont parallèles entre elles et parallèles au plan général de la plaque. Ce motif comprend un plan de symétrie 58 perpendiculaire au plan général de la plaque 2. Cette géométrie est avantageuse si, par exemple, la plaque est en position verticale et destinée à collecter l'énergie solaire pour la transmettre à une cellule photoélectrique placée derrière elle. Le rendement lumineux serait par contre bien inférieur si la plaque était en position inverse, c'est-à-dire face 7 au-dessus et face 6 en dessous. Le pas des motifs des figures 1 a) et 1 b) correspond aux distances 52 (figure 1 a) et 53 (figure 1 b).
L'invention peut également faire appel à des motifs du type pyramide. La figure 2b) représente de tels motifs pyramidaux. La figure 2a représente les motifs pyramidaux selon l'art antérieur. Ces pyramides (en saillie) comprennent deux plans de symétrie 1 et 58, orthogonaux entre eux et perpendiculaires au plan général 2 de la plaque et passant par le sommet de la pyramide qui est le point le plus extérieur du motif par rapport au plan général de la plaque. Les deux faces 10 et 1 1 sont identiques et forment le même angle avec le plan général de la plaque. La figure 2b) est conforme à l'invention : chaque motif, en forme de pyramide, comprend deux faces 12 et 13, lisses et planes, non parallèles entre elles, et se rejoignant en un point 14 (sommet) situé, au niveau du motif, le plus à l'extérieurement par rapport à la plaque, l'angle que forme la face 12 avec le plan général 2 de la plaque étant supérieur à l'angle que forme la face 13 avec le même plan 2. On a pris ici les angles à l'intérieur du matériau du fait que les motifs sont en saillie. La première face 12 contient une ligne 60 à la base du motif (le motif est ici une pyramide asymétrique), ladite ligne étant située le plus intérieurement par rapport à la plaque. La seconde face 13 contient une ligne 61 à la base du motif, ladite ligne étant située le plus intérieurement par rapport à la plaque. Les lignes 60 et 61 sont parallèles entre elles et parallèles au plan général de la plaque. Chaque motif comprend un plan de symétrie 58 perpendiculaire au plan général de la plaque. Cette géométrie est avantageuse si, par exemple, la plaque est en position verticale et destinée à collecter l'énergie solaire pour la transmettre à une cellule photoélectrique placée derrière elle. Le rendement lumineux serait par contre bien inférieur si la plaque était en position inverse, c'est-à-dire face 13 au-dessus et face 12 en dessous. En effet, quelle que soit la latitude, les rayons solaires ont une direction plus voisine de la direction de la bissectrice entre les faces 12 et 13 si la face 12 est au-dessus. Les motifs des figures 2a) et 2b) ont deux pas, correspondant aux distances 54 et 55 (figure 2a) d'une part et aux distances 56 et 57 d'autre part (figure 1 b).
L'invention n'est pas limitée au cas ou les deux faces (la première et la seconde) à l'origine de l'invention sont planes. En effet, ces faces peuvent être courbes. On a représenté sur la figure 6a des motifs prismatiques dont les deux surfaces principales 31 et 32 sont courbes. Ce motif comprend un plan de symétrie 58. Ces motifs sont sensiblement symétriques dans la mesure où chaque bissectrice 33 contenue dans un plan parallèle au plan de symétrie 58 est orthogonale au plan général de la plaque 34. Ce type de motif peut être incorporé dans un ensemble de surface texturée comme représenté sur la figure 6b). Des motifs du type de la figure 6a) sont ici juxtaposés avec des orientations différentes. Grâce à cette disposition, la plaque présente un aspect uniforme en réflexion sur toute sa surface, tout en collectant la lumière de façon efficace. Les textures représentées sur les figures 6a et 6b ne sont pas conformes à la présente invention car chaque bissectrice 33 contenue dans un plan parallèle au plan de symétrie 58 est orthogonale au plan général de la plaque. La texture représentée en figure 6c) est conforme à l'invention car l'une des faces 41 forme un angle plus élevé avec le plan général de la plaque que l'autre face 42. Ces motifs en prisme courbe présentent des lignes de base 43 et 44 courbes. On voit que les bissectrices ne sont pas ici orthogonales au plan général de la plaque. Ces motifs déformés (par rapport à ceux de la figure 6a ) peuvent également être incorporés juxtaposés avec des orientations différentes sur une plaque de façon similaire à la représentation de la figure 6b. Comme on peut le voir sur la figure 6b), un motif correspond à un ensemble des 4 prismes de la figure 6a), ledit motif pouvant s'inscrire sensiblement dans un carré. Le pas du motif correspond à un côté dudit carré. Si cette plaque est posée verticalement, il convient que les faces du type « première face » 41 soient placées préférentiellement en position supérieure. Dans ce cas, l'invention procure bien son effet (collecte de lumière), avec de plus un aspect amélioré en réflexion (aspect uniforme pour un observateur regardant la plaque à l'œil nu à quelques mètres de distance). Pour que l'invention produise mieux son effet, il est préférable que les rayons lumineux aient une direction se rapprochant le plus possible des bissectrices entre les deux faces selon l'invention. Pour un motif venant en saillie par rapport à la plaque, on peut représenter celui-ci en coupe dans un plan perpendiculaire au plan général de la plaque et parallèle au plan de symétrie, comme sur la figure 3. Cette représentation est valable aussi bien pour les motifs en prisme à face plane (figure 1 b) que pour les motifs en pyramide (figure 2b), ainsi que pour les motifs en prisme à face courbe (figure 6c). Le motif comprend dans tous les cas une face 15 formant un angle alphai avec le plan général 2 de la plaque, et une face 16 formant un angle alpha2 avec le plan général 2 de la plaque, l'angle alphai étant supérieur à l'angle alpha2. Comme le motif est en saillie, on a pris les angles à l'intérieur de la matière de la plaque (alphai et alpha2) et non pas les angles hors du matériau (alpha4 et alphaδ). Les deux faces 15 et 16 forment un angle au sommet alpha3 possédant une bissectrice 19. On a représenté deux types d'expositions lumineuses, le cas des rayons lumineux 17 frappant directement la face 16 et ne frappant pas directement la face 15, et le cas des rayons lumineux 18 frappant les deux faces et dont la direction est parallèle à la bissectrice 19. L'invention procure son effet dans le cas des rayons 18. Si les rayons lumineux étaient toujours perpendiculaires au plan général de la plaque (ce qui ne correspond en fait à aucune situation terrestre réelle), une texture à motifs symétriques conviendrait. La plaque peut être placée verticalement, par exemple en surface d'un mur anti-bruit, des cellules photoélectriques étant placées à l'intérieur dudit mur pour recevoir l'énergie solaire à travers la plaque, la face formant le plus grand angle avec la plaque étant placée en position supérieure, de façon à ce que les rayons incidents solaires frappent préférentiellement cette face.
L'invention fonctionne aussi avec des motifs en creux, comme on l'a représenté sur la figure 4. Cette représentation est valable à la fois pour des prismes en creux que pour des pyramides en creux dans la plaque. Ce motif comprend une première face 20 formant un angle alphai avec le plan général de la plaque et une seconde face 21 formant un angle alpha2 avec le plan général de la plaque, l'angle alphai étant supérieur à l'angle alpha2. On a ici pris en considération les angles en dehors du matériau (alphai et alpha2) du fait que le motif est en creux, et non pas les angles dans le matériau (alpha4 et alphaδ). Le meilleur rendement lumineux est obtenu lorsque les rayons lumineux incidents 22 ont une direction parallèle à la bissectrice 23. La première face 20 contient une ligne 70 à la base du motif (ladite base étant située extérieurement par rapport à la plaque) et la face 21 contient une ligne 71 à la base du motif, de sorte que les lignes 70 et 71 sont parallèles entre elles et parallèles au plan général de la plaque, que le motif soit un prisme ou une pyramide. Le rapport entre d'une part l'angle (en degrés) entre la première face et le plan de la plaque, et d'autre part l'angle (en degrés) entre la seconde face et le plan de la plaque, est supérieur à 1 , et généralement supérieur à 1 ,1 et peut même être supérieur à 1 ,2. A titre d'exemple, l'angle que forme la face (dite « première face ») présentant le plus grand angle avec le plan de la plaque peut aller de 50 à 130° et de préférence de 70 à 88°. En pratique, il est en effet très difficile de réaliser un angle supérieur à 85° par les techniques de laminage. L'angle que forme la face (dite « seconde face ») présentant le plus petit angle avec le plan de la plaque peut aller de 10 à 60°, et de préférence de 20 à 50°. Une texture préférée correspond à la combinaison d'un angle de 85° pour la première face avec un angle de 45° pour la seconde face. Les motifs peuvent être du type de ceux représentés sur la figure 5, avec un angle alphai supérieur à 90°et un angle alpha2 inférieur à 45°. En pratique, il est très difficile de produire une telle texture par laminage et l'on serait obligé pour la réaliser de faire appel à des techniques beaucoup plus sophistiquées comme la découpe au laser, ce qui est cependant relativement onéreux. C'est pourquoi, en pratique, afin de rester dans le cadre d'une texture réalisable par laminage, on préfère que l'angle alphai (angle le plus élevé des deux faces selon l'invention avec le plan général de la plaque) soit inférieur à 90°. La technique de laminage pouvant être utilisée pour produire la texture selon l'invention est en particulier expliquée dans la demande PCT/FR2005/050304. Il est bien entendu très difficile de produire par cette technique des faces rigoureusement planes et des arêtes très acérées, compte tenu notamment de la petite taille des motifs, de sorte que l'on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en arrondissant un peu les faces ou les sommets ou arêtes des motifs.
La plaque est en un matériau transparent, le plus clair possible, comme un verre minéral, ou un polymère organique (PMMA, polycarbonate, etc.).
L'effet selon l'invention fonctionne quelle que soit la taille des motifs. Les motifs peuvent par exemple avoir un ou plusieurs pas allant chacun de 0,1 à 10 mm, notamment de 1 à 6 mm. Dans le cas d'un prisme, le pas est la périodicité des parallèles à la base des prismes. Dans le cas des pyramides, il s'agit de la dimension de la base desdites pyramides. Les pyramides ont de préférence 4 côtés. Plus généralement, le pas caractérise la dimension des motifs, ou la distance à laquelle ils se répètent, dans la mesure ou ils sont jointifs.
Il n'est pas exclu de mélanger en surface de la plaque selon l'invention une pluralité de motifs de forme différente, ou le même motif orienté de façon différente sur la plaque. La plaque procure un effet selon l'invention dès lors qu'un seul motif selon l'invention est présent, même s'il est mélangé à d'autres motifs symétriques. L'invention procure plus d'effet si plus de motifs selon l'invention sont présents et sont orientés de façon compatibles. Des motifs sont orientés de façon compatibles, si leurs « première face » respectives sont orientées sensiblement de la même façon. Les orientations de ces motifs (par rapport à leurs « premières » faces) ne sont pas nécessairement exactement identiques, mais il convient qu'elle ne soit pas opposées. Ainsi, de préférence, les motifs selon l'inventions présents en surface de la plaque, sont orientés majoritairement (plus de 50% de leur nombre total, et de préférence plus de 70% de leur nombre total) de façon que toutes les directions orthogonales aux « premières faces » de chaque motif soient contenues dans le même quart d'espace faisant face à la plaque. L'invention concerne également un procédé de captation de la lumière comprenant le positionnement d'une plaque selon l'invention de façon à ce que la direction des rayons lumineux incidents soit comprise dans ledit quart d'espace.
La figure 7a) représente un motif du type prisme asymétrique comprenant une « première face » 80 et une « seconde face » 81. Ce motif a été placé en surface de la plaque 82 (figure 7b)) avec des orientations différentes. Les motifs 83, 84 et 85 ont une orientation compatible car les directions orthogonales (87, 88, 89) aux premières faces de ces motifs sont toutes incluses dans le quart d'espace faisant face à la plaque correspondant au volume hachuré. Au contraire, le motif 86 n'est pas compatible avec les autres car la direction orthogonale à sa première surface sort du quart d'espace faisant face à la plaque. Les motifs 83, 84 et 85 peuvent avantageusement recevoir les rayons lumineux inclus dans le quart d'espace hachuré et venant en leur direction.
Si tous les motifs présents en surface de la plaque sont identiques, l'apparence de la plaque peut parfois présenter des reflets inesthétiques, car une partie de la plaque réfléchit les rayons incidents selon un certain angle pour l'observateur, alors qu'une autre partie de la plaque va réfléchir les rayons incidents d'une autre façon pour l'observateur. En effet, l'observateur n'est pas à une distance infinie de la plaque. Ce problème existe déjà pour les motifs symétriques de l'art antérieur. On a trouvé un moyen d'y remédier, ce qui fait l'objet des demandes de brevets allemands DE102005027799.3 et DE102005027737.3 déposées le 15 juin 2005, toutes deux incorporées à la présente par référence. La solution consiste à mélanger des motifs de forme différente, ou à varier l'orientation d'un seul motif à la surface de la plaque. Les motifs peuvent être un mélange de formes différentes et tout de même être tous conformes à l'invention. Notamment, en plus d'être conforme à la présente inventions, la texture de surface de la plaque peut être constituée de l'assemblage de motifs individuels en relief, en particulier des pyramides, lesdits motifs individuels étant fondés sur un ou plusieurs motifs de base mais qui s'en distinguent par leur profondeur, leur hauteur ou le périmètre de leur surface de base. La figure 8 illustre la forme que peut avoir les bases de pyramides juxtaposées afin d'éliminer ce problème de réflexion. Sur cette figure, on n'a représenté que les bases de pyramides (à 4 faces) juxtaposées pour montrer que leurs lignes de bases forment des lignes en zigzag. Grâce à ces bases différentes (losanges aux angles variant d'une base à l'autre), le problème de réflexion est éliminé. Egalement, en plus d'être conforme à la présente invention, la texture de surface de la plaque peut avoir une structure tridimensionnelle de surface qui comprend des éléments formés à la surface du substrat et dont l'extension est essentiellement longitudinale et est essentiellement plus grande que l'extension de ces éléments dans le sens transversal, la surface du substrat formant globalement des groupes d'éléments parallèles dont l'orientation de l'extension longitudinale des éléments est alternée d'un groupe à l'autre. C'est notamment le cas le cas de la structure de la figure 6b), si on la combine avec le fait que les prismes courbés sont selon l'invention (figure 6c)
La plaque texturée selon l'invention peut faire partie d'une paroi, comme d'une paroi verticale. Cette paroi peut contenir des cellules photo électrique pour collecter la lumière solaire. De préférence, la plaque est située du côté de la paroi ou le soleil est prépondérant (intensité lumineuse plus élevée). Cependant une plaque selon l'invention peut être placée des deux côtés, chaque plaque de chaque côté étant alors équipée d'une cellule photovoltaïque. La plaque texturée peut donc notamment servir à améliorer la capture de la lumière du soleil pour augmenter le flux lumineux alimentant des cellules photo-électriques. La plaque peut notamment être en verre (indice de réfraction voisin de 1 ,5) et la cellule photo-électrique en silicium (indice de réfraction supérieur à 3). Ces cellules photo-électriques peuvent être encapsulées dans une résine du type polyvinylbutyral (PVB) ou copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA). Cette encapsulation peut notamment être réalisée de manière connue en autoclave sous pression à chaud (fusion de la résine) ce qui mène à une feuille de résine dans laquelle les cellules sont emprisonnées. La plaque texturée est alors juxtaposée à cette feuille pour capter la lumière (texture du côté de l'air ambiant) et la délivrer aux cellules dans la feuille. Il est possible d'associer tous ces composants en une seule étape en autoclave. On cherche généralement à éviter la présence d'air entre la plaque texturée et la cellule photovoltaïque. Pour ce faire, il y a généralement systématiquement de la résine (PVB ou EVA) entre la plaque texturée et la cellule. Une telle structure complexe peut servir à la fois de capteur d'énergie solaire et de mur anti-bruit. Son efficacité anti-bruit est d'autant meilleure que la résine utilisée est du type « acoustique », c'est-à-dire atténue le bruit. La plaque texturée peut présenter une épaisseur (relief compris) supérieure à 6 mm, voire supérieure à 8 mm, notamment si elle doit présenter une meilleure résistance mécanique, ce qui est notamment généralement le cas si elle est intégrée dans un mur anti-bruit.
Le tableaux ci-dessous compare les gains d'intensité lumineuse (en pourcentage) obtenus en comparaison avec un verre plan sans texture, dans le cas ou les plaque sont en position verticale pour une exposition annuelle à Cologne en Allemagne, dans le cas d'une lumière directe ou dans le cas d'une lumière diffuse. Une plaque était disposée de chaque côté d'un mur vertical lequel pouvait avoir une orientation nord-sud (N/S) pour faire face à l'ouest pour l'une des plaque située d'un côté du mur, et face à l'est pour l'autre plaque située de l'autre côté. Le mur pouvait également avoir une orientation est-ouest (E/O) pour faire face au sud pour l'une des plaques située d'un côté du mur, et face au nord pour l'autre plaque située de l'autre côté. Dans tous les cas, les motifs de surface présentaient un pas de l'ordre de 2 à 3 mm.
Figure imgf000013_0001
Les exemples 2 et 4 sont comparatifs avec des structures symétriques. On voit que l'invention procure une amélioration dans tous les cas de figure, à motif comparable (prisme ou pyramide) en comparaison avec des motifs symétriques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Plaque en un matériau transparent comprenant à sa surface une texture comprenant une pluralité d'un motif en relief en creux ou en saillie, ledit motif comprenant une première face et une seconde face non parallèles entre elles, les lignes à la base de ces faces étant parallèles, ladite première face formant avec le plan général de la plaque un angle plus grand que l'angle formé par ladite seconde face avec le plan général de la plaque, les angles considérés étant ceux à l'intérieur du matériau si le motif est en saillie, ou ceux à l'extérieur du matériau si le motif est en creux.
2. Plaque selon la revendication précédente caractérisée en ce que le motif est une pyramide.
3. Plaque selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la pyramide a une base en losange.
4. Plaque selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le motif est un prisme.
5. Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les lignes parallèles à la base des faces sont courbes.
6. Plaque selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les faces sont lisses.
7. Plaque selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'angle formé par la première face avec le plan général de la plaque va de 50 à 130°.
8. Plaque selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'angle formé par la première face avec le plan général de la plaque va de 70 à 88°.
9. Plaque selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'angle formé par la seconde face avec le plan général de la plaque va de 10 à 60°.
10. Plaque selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'angle formé par la seconde face avec le plan général de la plaque va de 20 à 50°.
11. Plaque selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'angle formé par la première face avec le plan général de la plaque est supérieur à 90° et l'angle formé par la seconde face avec le plan général de la plaque est inférieur à 45°.
12. Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente une pluralité dudit motif en surface avec un pas allant de 0,1 à 10 mm.
13. Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit motif présente une pluralité de formes différentes, ou le même motif est orienté de façon différente sur la plaque.
14. Plaque selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les motifs se distinguent par leur profondeur, leur hauteur ou le périmètre de leur surface de base.
15. Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les motifs sont orientés majoritairement de façon que toutes les directions orthogonales aux premières faces de chaque motif soient contenues dans le même quart d'espace faisant face à la plaque.
16. Ensemble comprenant une plaque de l'une des revendications précédentes et une cellule photovoltaïque, la texture de la plaque étant située du côté opposé à la cellule, la plaque pouvant transmettre de la lumière à ladite plaque.
17. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cellule photovoltaïque est encapsulées dans une résine.
18. Paroi comprenant une plaque ou un ensemble de l'une des revendications précédentes.
19. Paroi selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle est verticale.
20. Mur anti-bruit comprenant une paroi de l'une des revendications de paroi précédentes.
21. Procédé de captation de la lumière comprenant le positionnement d'une plaque selon la revendication 15 de façon à ce que la direction des rayons lumineux incidents soit comprise dans ledit quart d'espace.
PCT/FR2006/050552 2005-08-02 2006-06-13 Plaque texturee a motifs asymetriques WO2007015019A1 (fr)

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