Brevet FR2869461A1 — publié le 20051028

DESCRIPTION L'invention concerne les toiles photogénératrices dont la structure est adaptée pour dissiper la chaleur accumulée par le suivi de la course du soleil ou par l'emploi de lentilles de Fresnel souples, planes ou cintrées. Cette élévation de température nuit au rendement des cellules photovoltaïques, il est donc nécessaire de mettre au point différents systèmes de refroidissement des supports des cellules. L'objet de l'invention est de réunir les fonctions de refroidissement des supports et d'utiliser les procédés dont la consommation électrique est la plus basse. Ces systèmes se heurtent à différentes difficultés, parmi lesquelles figure la diversité des vitesses d'élévation de température liées à l'utilisation de différents types de cellules photovoltaïques et des différents équipements. i; Les cellules sont rigides ou souples et elles peuvent, ou non, être recouvertes de lentilles de Fresnel cintrées ou planes. La température des cellules de silicium nues s'élèvent à plus de 80 en été, les mêmes cellules équipées de lentilles de Fresnel cintrées à faible concentration atteignent une température de 160 et les cellules multi-jonctions dépassent 250 lorsqu'elles sont surmontées de lentilles planes à plus forte concentration. D'autres contraintes techniques doivent également être surmontées, il s'agit de maintenir les différentes cellules entre 25 et 60 alors que le volume du fluide calovecteur utilisé doit être le plus faible possible. Selon l'invention la toile (1) photogénératrice est réalisée par le contrecollage d'une toile traditionnelle en coton ou en fibres synthétiques (polyester, polypropylène ou acrylique) et d'un tissage métallique constitué de fil d'alliage d'aluminium ou de cuivre dont la forte conductivité _30 thermique dissipe la chaleur. Cette structure reçoit sur sa face supérieure des lames (3) d'aluminium recouvertes de cellules (5) photovoltaïques. S io 25 3o 2869461 2 Afin de donner plus de souplesse et de réduire le poids d'une telle structure il est possible de tisser une toile composée de fibres naturelles ou synthétiques et de fils métalliques, la chaleur des lames collées sur cet ensemble se dissipe grâce aux fils métalliques. Le premier principe pour refroidir cette structure consiste à humidifier son revers. Lorsque cette toile photogénératrice est portée par des supports tubulaires ou par des bras, ce qui est le cas des stores pour les terrasses et les vitrines, des séries de buses de pulvérisation sont fixées aux bras (10), des io tubes flexibles relient les buses au réservoir et une pompe diffuse l'eau sous forme de fines gouttelettes. La toile absorbe le liquide et la chaleur transmise par les fils métalliques sera consommée par l'évaporation de l'eau. Le second principe de refroidissement des cellules nécessite l'emploi de lames (3) tubulaires à l'intérieur desquelles circule un fluide. Dans le cas de la simple circulation de l'air, une pompe ou un compresseur assure la pression et son renouvellement dès que la température est trop élevée. Bien que la conductivité thermique de l'air soit très basse ce système est applicable aux cellules surmontées de lentilles (2) de Fresnel. En effet la pression de l'air permet le positionnement et le maintien des lentilles sur des arceaux (4) et des tubes (6) gonflés. L'air chaud, par convection naturelle, monte dans les arceaux puis dans les tubes et la chaleur s'évacue au contact de l'air extérieur. Une micro-porosité des tubes facilite l'évacuation de l'air chaud mais elle implique le fonctionnement quasi permanent du compresseur d'air. Le remplacement de l'air par un gaz à basse température stocké dans une bouteille sous pression apporte simultanément plusieurs solutions: o Une température extrêmement basse dans le cas de l'azote. o Un fonctionnement souple et silencieux sous une forte pression et à débit variable, commandé par une vanne, immédiatement adaptable aux changements de température. 2869461 3 Selon ce principe de refroidissement par la circulation d'un fluide dans des lames tubulaires en aluminium l'emploi d'un liquide calovecteur apporte une autre solution à moindre coût. Sous l'effet d'une pompe le fluide véhicule la chaleur des lames et la restitue lors de son passage dans un échangeur thermique situé dans la barre (Il) frontale d'un store ou sur le faîtage dans le cas d'une banne ou d'une toile de tonnelle ou situé dans le bassin dans le cas d'une couverture de piscine. La surface de l'échangeur, la différence de température entre le milieu io ambiant et le fluide, l'installation d'un ventilateur permettent d'abaisser considérablement la température des lames recouvertes de cellules nues. En revanche l'installation de lentilles de Fresnel engendre un important flux de chaleur, celui-ci est évacué en abaissant la température du fluide par l'utilisation d'un échangeur à plaque. Un fluide cryogénique ou un groupe froid de faible puissance comprenant un compresseur, un condenseur et un évaporateur abaisse la température de l'échangeur à plaque dans lequel vient circuler le fluide. L'emploi d'un liquide calovecteur présente toutefois une contrainte lors du stockage ou de l'enroulement de la toile, celui-ci doit être pompé et stocké dans un vase d'expansion sans ouvrir le circuit. En complément de l'échangeur ventilé ou de l'échangeur à plaque il est donc nécessaire d'installer ce récipient et une pompe immergée. Le liquide calovecteur est une solution à base d'eau et de glycol, d'eau et de sels, d'éthylène et de glycol, de propylène et de glycol et dans les cas extrême un lubrifiant synthétique ou un fluide frigorigène. io Le troisième système de refroidissement des cellules présente plusieurs améliorations techniques. Les lames métalliques, support des cellules photovoltaïques souples ou rigides, ne reposent pas directement sur la structure décrite précédemment. Elles peuvent être plus fines et suffisamment flexibles pour être intégrées à un tube (7) souple et transparent en silicone ou en PVC, la face extérieure de la lame métallique supporte les cellules alors que la face inférieure est en contact avec le fluide de refroidissement sous pression dans le tube. Ce tube souple est solidaire de la toile classique, sans tissage métallique, par l'intermédiaire d'un jonc (7). Le refroidissement par air ou par un gaz réfrigéré sous pression s'effectue de la manière suivante: Un compresseur dans le cas de l'air ou une bouteille sous pression dans le cas de l'azote gazeux alimente le réseau de tube, celui-ci se gonfle, les lames se positionnent au dessus de la toile et les lentilles cintrées, montées sur des arceaux gonflables, surmontent l'ensemble. Dés que la température des cellules s'élève la chaleur est transmise au fluide en contact avec la lame et la circulation interne de l'air ou de l'azote s'effectue dès que la température de consigne est atteinte. Le refroidissement par un liquide calovecteur s'effectue par l'action de la pompe du vase d'expansion. Le réseau des tubes supports des lames se remplit de fluide puis la pompe de circulation permet le transfert de chaleur des lames vers l'échangeur ventilé ou vers l'échangeur réfrigéré. Selon ce principe le positionnement des lentilles ne bénéficie pas de la pression du gaz, il est assuré par le débattement d'arceaux composites ou métalliques flexibles qui se déploient lors du déroulement de la toile. io 2869461 5 Ce système décrit précédemment apporte une solution globale aux toiles photogénératrices équipées de cellules photovoltaïques souples dites en couche mince avec ou sans lentilles souples. La souplesse de chaque composant permet de garder le principe d'enroulement traditionnel sur un tube cylindrique. Les multiples systèmes de refroidissement permettent d'adopter la technique la plus efficace et à moindre coût en fonction de l'intensité du rayonnement solaire et du rendement des cellules. Le second système convient plus particulièrement aux cellules photovoltaïques rigides à très hauts rendements et équipées de lentilles de Fresnel. Le stockage et l'enroulement de cette structure s'effectuent sur un tube polygonal. Le premier système de refroidissement par humidification de la structure est simple à mettre en oeuvre et présente une efficacité certaine pour les lames dépourvues de lentilles. Ce système est également applicable aux stores traditionnels non photogénérateur afin de créer une ambiance plus fraîche et parfumée ou protecteur d'insectes avec l'emploi d'aditifs liquides adaptés. Ces systèmes de refroidissement conviennent à toutes les toiles photogénératrices. Ils peuvent équiper les stores extérieurs, verticaux ou à bras fixes ou inclinables, les auvents, les bannes de forains, les abris toilés à usage public, militaire ou professionnel, les tonnelles de jardin, les pergolas, les protections de véranda, les couvertures de terrasses ou de piscines, les parasols géants, les tentes, les serres, les bâches, les chapiteaux. 2869461 6 Figure I: Toile équipée de lames et de lentilles de Fresnel cintrées Figure 2: Détail de la vue précédente Figure 3: Lame tubulaire et anneau gonflable pour lentille cintrée Figure 4: Détail de la vue précédente Figure 5: Lame flexible et cellule mince montées sur un tube souple et io surmontées par une lentille cintrée Figure 6: Détail de la vue précédente Figure 7: Toile, cellules et arceaux surmontés par des lentilles planes Figure 8: Store, bras et barre frontale i0 7 REVENDICATIONS 1. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices caractérisés en ce que la toile (1) est constituée d'un tissage métallique, de lames (3) métalliques supports de cellules (5) photovoltaïques souples ou rigides, de tubes souples et de lentilles de Fresnel souples, planes (9) ou cintrées (2). 2. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication l caractérisés en ce que le tissage métallique dissipateur de la chaleur intègre la toile ou est contrecollé sur la face supérieure. 3. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 1 caractérisés en ce que les lames (3) d'aluminium, solidaires des fils métalliques, sont refroidies par l'humidification de la toile ou par la circulation d'un fluide. 4. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 3 caractérisés en ce que l'humidification de la toile provient de la pulvérisation d'eau par l'intermédiaire d'une pompe, de tubes flexibles, d'un réservoir et de buses de dispersion, ces dernières étant fixées aux supports tubulaires ou aux bras (10) d'extension des toiles. 5. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 3 caractérisés en ce que le fluide de refroidissement circule à l'intérieur des lames et que dans le cas d'un fluide gazeux celui-ci, par l'action d'un compresseur à air ou d'une bouteille sous pression, gonfle des arceaux (4) et des tubes (6) étanches ou à microporosité afin de positionner les lentilles de Fresnel au dessus des cellules photovoltaïques. 2869461 8 6. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 3 caractérisés en ce qu'un fluide liquide et calovecteur circule par l'action d'une pompe, que son refroidissement s'effectue soit lors du passage dans un échangeur thermique ventilée par convection ou électriquement, soit lors du passage dans un échangeur à plaque réfrigéré par un groupe froid ou par un fluide cryogénique. 7. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 6 caractérisés en ce que la barre (1 l) frontale ou faîtière des stores supporte l'échangeur thermique ou l'échangeur à plaque et que le circuit de refroidissement est complété par un compresseur, un condenseur, un évaporateur, un vase d'expansion et une pompe de vidange. 8. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon la revendication 1 caractérisés en ce que, dans le cas d'un enroulement sur un tube circulaire propre aux toiles équipées de cellules solaires souples la lame métallique est flexible et intégrée à un tube (7) souple solidaire de la toile par un jonc (8) et refroidie par la circulation d'un fluide. 9. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon les revendications 6 et 8 caractérisés en ce que les lentilles sont positionnées par le débattement d'arceaux composites ou métalliques flexibles. 10. Systèmes de refroidissement pour toiles photogénératrices selon les revendications précédentes caractérisés en ce que ces systèmes sont adaptés aux toiles photogénératrices des stores extérieurs, verticaux ou à bras fixes ou inclinables, des auvents, des bannes de forains, des abris toilés à usage public, militaire ou professionnel, des tonnelles de jardin, des pergolas, des protections de véranda, des couvertures de terrasses ou de piscines, des parasols géants, des tentes, des serres, des bâches, des chapiteaux.