Brevet FR2354430A1 — publié le 19780106

La présente invention concerne un panneau générateur photovoltaïque comportant au moins une cellule solaire a semiconducteur fixée d un support mécanique et des moyens de connexion électrique, un corps optiquement transparent assurant la protection de ladite cellule solaire. L'invention concerne également un ensemble monté desdits panneaux. Un panneau générateur du type classique est certes bien connu et d'usage courant notamment à bord des satellites artificiels ou il est chargé de procurer l'énergie électrique nécessaire aux instruments et appareillages embarqués. D'un emploi jusqu'S présent plus limité, des panneaux similaires à usage terrestre ont été surtout expérimentés pour des conditions particulieres #'applica- tion comprenant, notamment les cas d'éloignement de toute source conventionnelle d'énergie, des difficultés de maintenance, comme par exemple le balisage lumineux on radioélectrique de~polnts géographiques dont l'accès est très difficile Cependant énergie solaire, par ses caractéristiques avantageuses, semble vouée à une exploitation qui ne se restreint pas uniquement aux situations#techniques et économiques partieulieres qui viennent d'etre évoquées. La réduction du cout des générateurs photovoltaiques, notamment par la fabrication en grande série et suivant des techniques plus automatisées, permet d'envisager une extension de l'exploitation de l'énergie solaire qui viendrait alors constituer une partie part significative de la consommation globale d'énergie. La Demanderesse a constaté que les panneaux générateurs photo- volta@ques du type actuellement connu présentent divers inconvé- nients qui font obstacle à un emploi plus généraîis#é##%otamment comme source d'appoint d'énergie électrique dans un usage domestique. En premier lieu, lesdits panneaux connus nécessitent pour leur installation en position de travail des supports particuliers qui sont onéreux, particulièrement lorsqu'ils incluent un meeanis- me d'orientation réglable ou de poursuite permanente de la direction du soleil. De plus, ils occupent par eux-memes une surface au sol qui est encombrante. Par ailleurs, une modifieation de la puissance instal Iée passe nécessairement par la pose ou la dépose d'un panneau parmi l'ensemble, opération qui ne présente pas toute la simplicité souhaitable et qui occasionne des frais lies aux moyens de fixation dudit panneau. La présente invention a pour but, entre autres, de remédier à ces inconvénients. Elle prend en considération le fat que le panneau générateur photovoltaique peut jouer un role actif dans la construction d'un b tment et bénéficier de ce fait de solutions avantageuses pour son mode de mise en place. Suivant l'invention un panneau générateur photovoltaique comportant au moins une cellule solaire à semiconducteur faxee à un support mécanique et des moyens de connexion électrique, un corps optiquement transparent assurant la protection de ladite cellule solaire, est notamment remarquable en ce que ledit panneau est étanche, en ce qu'il comporte au moins une zone de raccordement à d'autres éléments de forme similaire audit panneau, et en ce que, assemblé avec lesdits autres éléments, il peut composer une couverture de toiture. Le panneau selon l'invention offre l'avantage de ne pas néces- siter de dispositif de fixation autre que celui propre à la couverture d'un bâtiment, dont le versant orienté dans une direction voisine de celle du soleil au midi du lieu, peut etre avantageusement équipé desdits panneaux Il a encore l'avantage de ne pas occuper de surface au sol autre que celle du batiment lui-même Le panneau selon 11 invention constitue une solution avantageuse au problème relatif à une modification arbitraire de la puissance électrique d'une installation du fait que chaque panneau par ses dimensions relativement faibles, équivaut à une puissance peu importante, ce qui permet donc une grande souplesse d'adaptation aux besoins, un accroissement de capacité étant possible dès lors que toute la surface du versant favorable de la toiture n'est pas encore couverte de panneaux selon l'invention, une réduction éventuelle de capacité étant simplement effectuée par échange d'un ou plusieurs panneaux générateurs contre autant d'éléments de couverture, non équipés de cellules et ayant une forme similaire. Pour des raisons analogues, le panneau générateur selon l'invention est avantageux en ce qui concerne la simplicité de remplacement d'un panneau défaillant au sein dtan ensemble monté. Les frais d'installation et d'entretien d'un ensemble de panneaux selon 11 invention sont réduits. L'invention offre une solution avantageuse pour l'exploitation de l'énergie solaire dans ses applications terrestres et notamment comme appoint d'énergie pour les installations domestiques. Un premier mode de mise en oeuvre de l'invention est remarquable en ce que ledit panneau comporte une zone de raccordement constituée par une partie sensiblement plane dudit support mécanique qui est dépourvue de cellule et permet la mise en place dudit panneau à la manière d'une ardoise. Cette disposition a ltavantage de conduire à une forme dudit support mécanique qui est particulièrement simple, par exemple une plaque plane, et autorise ainsi l'emploi de substances variées, naturelles ou synthétiques pour constituer ledit support. La mise en place du panneau à la manière d'une ardoise offre l'avantage de permettre un choix important de pentes de toiture permettant une installation optimisée eu égard à la latitude du lieu et aux prévisions de besoins d'énergie suivant les saisons. Un deuxième mode de mise en oeuvre de 11 invention est remarquable en ce que ledit panneau comporte une zone de raccordement constituée notamment d'une part, par au moins une gorge d'embolte- ment le long d'un premier côté dudit panneau et, d'autre part, par une bande de recouvrement le long d'un deuxième côté5 opposé au premier, ladite gorge et ladite bande agencés complémentairement pour permettre la mise en place dudit panneau à la manière d'une tuile à emboîtement5 ledit support mécanique étant dépourvu de cellule aux emplacements destinés a être recouverts, lors du montage, par des éléments semblables audit panneau. L'avantage de ce mode de mise en oeuvre réside dans la particulière facilité de pose dudit panneau, et dans le fait qu'il autorise aussi une grande variété de pentes de toiture. La proportion de surface active par rapport à la surface totale du panneau est ici plus importante. Dans des modes particuliers de mise en oeuvre de l'invention le panneau contient soit une pluralité de cellules de forme rectangulaire disposées longitudinalement, tandis que préférentiellement le corps transparent forme au moins une lentille cylindrique concentrant la lumière sur les cellules, soit encore une pluralité de cellules de forme circulaire,tandis que préférentiellement le corps transparent forme une pluralité de lentilles sphériques, chaque lentille concentrant la lumière sur chaque cellule. L'utilisation d'un corps transparent ayant la forme de lentille a l'avantage. d'augmenter le rendement de conversion de l'énergie lumineuse par unité de surface de cellule et donc de réduire la part du prix de revient de l'énergie ainsi produite qui correspond au matériau semiconducteur constituant la cellule. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en perspective d'un panneau selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe illustrant la mise en place sur une toiture d'un ensemble de panneaux juxtaposés, panneaux semblables à celui de la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe d'un panneau selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 4 montre une vue en coupe longitudinale d'un panneau selon l'invention correspondant à une variante particulière de mise en oeuvre. La figure 5 est une vue en coupe transversale ta panneaux de la figure 4, suivant la ligne# A-A. En se référant maintenant à la figure 1, on décrit un panneau selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention. Il com- porte un support mécanique Il ayant la forme d'une dalle sensible- ment plate, rigide, étanche et de forme approximativement rectan- gulaire, d'une pluralité de cellules solaires 12a, 12b, ..., 12d, a semiconducteur, qui sont d'un type connu en soi et fabri- quées par exemple avec du silicium monocristallin. lesditas cellules solaires sont fixées sur une partie 13 du support mécani- que 11 alors que la partie 14 du même support est dépourvue de cellule et constitue la zone de raccordement avec d'autres panneaux identiques ou encore avec des éléments de couverture inactifs électriquement, c'est-à-dire entièrement dépourvus de cellule, mais qui ont sensiblement la même forme.La partie 13 du support 11 est couverte par un corps transparent 15 qui, notamment par son étanchéité, assure la protection des cellules 12a à 12d entre Nes intempéries tout en laissant pénétrer le rayonnement solaire qui frappe ainsi les cellules. Le corps transparent 15 est constitue par exemple par une plaque de verre ou encore par une couche de résine durcissable par polymérisation.Le support mécanique -11 peut être réalisé avec une grande variété de matériaux dont les caracté- ristiques de stabilité, d'étanchéité et de rigidité soient suffisantes, comme par exemple le verre, la céramique, la pierre naturelle, les matériaux composites lies par du ciment ou du bitume. Avantageusement le matériau formant le support mécanique Il est de même nature que celui qui forme les éléments inactifs de couverture de sorte que la performance de longévité dans la protection soit obtenue à un prix de revient optimal. Le support mécanique 11 est soit électriquement isolant par lui-meme, soit, dans le au moins cas contraire, revêtu d'un film ou vernis isolant/ sur sa partie 13 destinée à recevoir les cellules solaires. Les cellules 12a à 12d sont connectées entre elles, par exemple en série au moyen de barrettes métalliques 16. Les bornes extrêmes de ltensemble des cellules sont reliées par les barrettes 17 et 18 aux moyens de connexion du panneau vers l'extérieur, moyens qui peuvent prendre des formes variées et sont constitués dans notre exemple par les câbles 19 et 20 terminés par les fourreaux 21 et 22. Suivant le type de branchement des panneaux entre eux, branchement série ou parallèle, on utilise des fiches de raccordement 23 ou 24 ayant respectivement deux doigts pour un raccord direct, ou trois doigts pour un raccord sur une ligne de dérivation. Comme il au tété représenté dans L'exemple de la figure 1, la largeur du support mécanique Il est diminuée dans sa partie 14 de manière a inclure dans le même encombrement total que celui de la partie 13 le cheminement des câbles 19 et 20. On se reporte maintenant à la figure 2 qui montre notamment comment le panneau représenté figure 1 peut être mis en place à la manière d'une ardoise pour composer la couverture d'une toiture. Dans l'exemple représenté le montage est du type nau crochet sur liteau", d'usage bien connu en couverture. Le panneau 26 est vu en coupe longitudinale médiane, les cellules représentées aux repères 27 occupant le pureau dudit panneau qui est revêtu du corps transparent 28. Le crochet 29 maintient la partie inférieure du panneau 26 appliquée vers le liteau 30 ainsi que la partie supérieure du panneau 46. Dans le plan de la figure 2 le panneau 36 se trouve vu de profil, non coupé, du fait du croisement des joints d'une rangée à l'autre. On observe sur la figure comment les câbles 31 et 32 issus du panneau 36 pénètrent à l'intérieur du comble pour pouvoir effectuer le raccordement électrique des panneaux entre eux. La figure 3 représente une coupe schématique transsvers.ale d'un panneau selon un deuxième exemple de mise en oeuvre de lt vention. Le support mécanique 34 est réalisé ici en matériau céramique et comporte des zones périphériques conçues pour le raccordement avec des éléments similaires. Ainsi le bord gauche du panneau représenté comporte une gorge 34a formant rigole d'étan- chéité dans le sens de la pente de la couverture et qui est destinée à recevoir lors de la mise en place du panneau, la bande de recouvrement du panneau adjacent telle que dessinée en tirets au repère 35. Une telle bande de recouvrement existe pareillement sur le bord droit du panneau représenté, où elle porte le repère 34b.La bande de recouvrement 34b est destinée à être son tour, associée à la gorge du panneau adjacent suivant, laquelle est représentée en tirets au repère 38 et est essentiellement de même forme que la gorge 34a. Le pureau du support 34 est recouvert d'un lit 39 de matériau isolant sur lequel est fixé, par collage par exemple, la pluralité de cellules solaires 40. Le corps transparent 41 est réalisé dans cet exemple par moulage dflune résine transparente durcissable permettant aisément d'obtenir la forme de lentille représentée sur la figure.Dans une version préférenti.el- le de réalisation les cellules solaires 40 ont une forme reetangulaire et sont disposées jointivement dans le sens longitudinal pour former des bandes, couvertes chacune par une lentille cylindrique formée par le corps transparent 41 de manière que la lumière frappant le panneau sous une incidence proche de la normale soit concentrée sur les cellules dont la superficie propre n'occupe que sensiblement la moitié de l'aire utile du panneau-, réalisant ainsi une économie appréciable de matériau semiconducteur. Dans une variante de l'exemple qui vient d'être décrit les -cellules solaires 40 ont une forme circulaire et sont équidistantes les unes des autres en formant des rangées orthogonales mais qui pourraient encore être disposées suivant les rangées faisant un angle de 600. Le corps transparent 41. forme auudessus de chaque cellule une lentille sphérique concentrant la lumière de sorte qu'une économie encore plus importante de matérIau semiconducteur peut être réalisée selon cette variante de mise en oeuvre de l'invention. Enfin, sont représentés à la figure 3 les moyens de connexion électrique du panneau, réalisés ici par des plots à vis et écrous de serrage 42 et 43 auxquels sont reliés les pâles extrêmes de la pluralité de cellules fixées sur le même support 34. Ledit support 34 comporte sur sa face postérieure deux protubérances (ou crochets) 47 et 48 destinées à simplifier la mise en place du panneau par accrochage sur le liteau de la toiture. Ainsi le panneau représenté à la figure 3 peut être mis en place à la manière d'une tuile à emboîtement ce qui a l'avantage d'offrir une très grande facilité de pose et de dépose dudit panneau. La figure 4 représente la coupe schématique longitudinale d'un panneau selon une autre variante de mise en oeuvre de l'invention dans laquelle le corps transparent 51 constitue tout à la fois le support mécanique sous lequel les cellules solaires 52 sont fixées par leur face photosensible au moyen d'une colle transparente, et constitue encore la protection desdites cellules contre les intempéries et encore la lentille cylindrique qui concentre le rayonnement solaire sur les cellules. Le corps transparent 51 servant de support mécanique est par exemple réalisé en verre moulé et comporte des rayons de courbure cylindriques à ses extrémités longitudinales 53 et 54 tels qu'ils permettent le recouvrement partiel du panneau considéré par le panneau supérieur dont l'extrémité est représentée en 55 et le recouvrement du panneau inférieur dont ltextrémité est représentée en 56. Le corps transparent 51 comporte encore deux crochets dont l'un est représenté en 57, pour l'aecrochage du panneau sur le liteau 58. La borne 59 figure l'un des pôles électriques de ltensemble des cellules et permet la connexion du panneau avec les panneaux adjacents ou avec le circuit d'alimentation. L'aire du corps transparent 51 sur laquelle sont disposées les cellules 52 et les cellules elles-mêmes sont recouvertes d'une couche d'enrobage 60 qui protège les connexions de liaison 61 des cellules et également la face postérieure dès cellules contre une détérioration accidentelle pendant les manipulations du panneau. Cette couche d'enrobage 60 peut être réalisée-par exemple par application d'un enduit caoutchoute. La coupe transversale du panneau de la figure 4, coupe selon la ligne A-A, est représentée à la figure 5 à laquelle on se réfère maintenant, figure pour laquelle certaines références sont communes avec celles de la figure 4. On distingue clairement sur la figure 5 comment le corps transparent 51 forme une lentille cylindrique, le bord externe de la section dudit corps étant sensiblement circu laird dans sa portion frontale Sla. Le corps transparent 51 comporte aussi des zones latérales de raccordement soit, d'une part une double gorge 65 le long du côté gauche, sur la figure, formant rigole d'étanchéité, et, d'autre part, une bande de recouvrement 66 le long du cote droit, ladite bande étant conçue pour s'emboîter sur le bord a"" gorges du panneau adjacent. Bien que l'invention ait été décrite à partir d'exemples concrets de réalisation, il reste entendu que des variantes facilement imaginables par lthomme de l'art sont possibles et que ces variantes appartiennent au domaine de l'invention. En ce qui concerne les dimensions des panneaux selon l'invention, ils seront generalement compris entre les formats extrêmes de 0,65 m x 0,40 m et 0,20 m x 0,10 m qui sont approximativement aussi les extrêmes des formats d'éléments de couverture comme les ardoises ou les tuiles classiques, et plus communement encore, compris entre 0,50 m x 0,30 m et 0,25 m x 0,15 m ce qui a l'avantage d'être compatible avec les éléments de couverture les plus usuels et en même temps correspond à un générateur de faible puissance permettant l'ajustement facile de la puissance totale à installer et une grande variété de combinaisons de branchement des panneaux entre eux. - REVENDICATIONS 1.- Panneau générateur photovoltaîque comportant au moins une cellule solaire à semiconducteur fixée à un support mécanique et des moyens de connexion électrique, un corps optiquement transpa- rent assurant la protection de ladite cellule solaire earacterisé en ce que ledit panneau est étanche, en ce qu'il comporte au moins une zone de raccordement à d'autres éléments de forme similaire audit panneau, et en ce que, assemblé avec lesdits autres éléments, il peut composer une couverture de toiture. 2.- Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone de raccordement est constituée par une partie sensiblement plane dudit support mécanique qui est dépourvue de cellule et permet la mise en place dudit panneau à la manière d'une ardoise. 3.- Panneau selon la revendication i, caractérisé en ce que ladite zone de raccordement est constituée notamment d'une part, par au moins une gorge d'emboîtement le long d'un premier côté dudit panneau et, d'autre part, par une bande de recouvrement le long d'un deuxième côté, opposé au premier, ladite gorge et ladite bande agencées complémentaîrement pour permettre la mise en place dudit panneau à la manière d'une tuile a emboîtement, ledit support mécanique étant dépourvu de cellule aux emplacements destinés d être recouverts, lors du montage, par des éléments semblables audit panneau. 4.- Panneau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient une pluralité de cellules solaires de forme rectangulaire disposées longitudinalement en au moins une rangée sur ledit support mécanique. 5.- Panneau selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit corps transparent forme au moins une lentille cylindrique, ladite lentille positionnée parallèlement à ladite rangée pour concentrer la lumière sur lesdites cellules solaires. 6.- Panneau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient une pluralité de cellules solaires de forme circulaire régulièrement réparties sur la surface utile dudit support mécanique. 7.- Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites cellules étant distantes les unes des autres, ledit corps transparent forme une pluralité de lentilles sphériques, chacune desdites lentilles étant positionnée au-dessus de chacune desdites cellules pour y concentrer la lumière, 8.- Panneau selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ledit corps transparent assurant la protect;ion de ladite cellule solaire constitue en même temps ledit support mécanique auquel ladite cellule est fixée. 9.- Panneau selon l1une des revendications 1 à 8, caracterisé en ce que ledit support mécanique est constitué par un matériau de même nature que celui formant lesdits autres éléments de forme similaire qui sont dépourvus de cellule et servent exclusivement à la couverture. 10.- Panneau selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par un format sensiblement rectangulaire compris entre 0,65 m x 0,40 m et 0,20 m x 0,10 lu. 11.- Panneau selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par un format sensiblement rectangulaire compris de préférence entre 0,50 m x 0,30 m et 0,25 m x 0,15 m. 12.- Ensemble de panneaux assemblés sur une toiture, caractérisé en ce que certains au moins d'entre eux sont des panneaux conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 11.