Brevet FR2924864A1 — publié le 20090612

L'invention concerne un module de cellules photovoltaïques ainsi qu'un dispositif intégrant au moins un tel module photovoltaïque destiné à créer de l'énergie électrique à partir de l'énergie solaire et de la conversion photovoltaïque. Un tel module de cellules photovoltaïques peut préférentiellement être appelé module photovoltaïque. Il est à noter qu'un tel module de cellules photovoltaïques pourrait également être appelé panneau solaire photovoltaïque. Le phénomène de conversion photovoltaïque génère une énergie électrique avec un rendement d'environ 15%, le courant créé échauffe un peu les cellules photovoltaïques, mais principalement l'énergie solaire non transformée en courant électrique (85% environ) est transformée en chaleur. L'exposition au soleil du module photovoltaïque entraîne par conséquent un échauffement des cellules photovoltaïques lors du fonctionnement du module photovoltaïque. Lorsque la température augmente, le rendement diminue de façon sensiblement linéaire entraînant une perte de puissance des cellules photovoltaïque et une dégradation des performances globales du module photovoltaïque. Une augmentation de la température de fonctionnement des cellules photovoltaïques de 20°C par exemple, entraîne une baisse de la puissance électrique du module photovoltaïque d'environ 9%. Pour éviter la diminution du rendement du module due à son échauffement, il est donc souhaitable de ménager un échange thermique entre les cellules et un passage de fluide permettant le refroidissement, en particulier de l'air. A cet effet, il est possible de prévoir des recommandations d'installation des modules sur un support avec un écart ménagé entre le support et le module, pour constituer le passage d'air. Toutefois, ces recommandations sont rarement respectées. Il est également connu du document US 6 201 179 de réaliser un 30 module photovoltaïque comprenant un ensemble de cellules photovoltaïques une première face destinée à être exposée au rayonnement solaire, et une seconde face destinée à être fixée sur un support, un échangeur thermique placé sur la seconde face comportant au moins un canal destiné au passage d'un fluide de refroidissement, notamment de l'air. La réalisation d'un échange thermique satisfaisant impose la réalisation de canaux d'une taille importante. Il est donc souhaitable de fournir des modules photovoltaïques permettant de fournir un rendement amélioré tout en présentant un encombrement limité. L'invention vise à résoudre cet inconvénient en proposant un module photovoltaïque dont un échauffement excessif est évité en proposant 10 une circulation de l'air optimisée. A cet effet, la présente invention a pour objet un module photovoltaïque de cellules photovoltaïques du type précité caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement comprenant des moyens de convection forcée disposés de manière à augmenter le débit d'air dans les 15 canaux de l'échangeur thermique. Les moyens de convection forcée permettent d'augmenter la quantité de chaleur échangée au niveau des canaux. L'augmentation de la température des cellules photovoltaïques est ainsi réduite, et par conséquent la perte de puissance électrique est limitée, tout en conservant un module 20 photovoltaïque d'encombrement limité. La consommation d'énergie électrique par les moyens de convection forcée est inférieure au gain de puissance dû à l'amélioration du rendement photovoltaïque. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de 25 convection forcée comprennent au moins un ventilateur. Avantageusement, le ventilateur est disposé en amont des canaux. Cette disposition permet d'augmenter le mouvement de la convection naturelle. Préférentiellement, les moyens de convection forcée des canaux 30 comprennent des ouvertures débouchant dans un passage dans lequel passe un flux d'air créant une circulation dans le canal. Selon une caractéristique de l'invention, l'échangeur thermique comporte au moins un matériau dont la composition comprend au moins un conducteur thermique. 35 Cette caractéristique permet une bonne conduction de la chaleur entre les canaux et le fluide de refroidissement. Avantageusement, le conducteur thermique est un métal ou un polymère chargé. L'invention concerne en outre un dispositif destiné à fournir de l'énergie électrique à partir des rayonnements solaire comprenant au moins un module photovoltaïque solaire selon l'une des revendications précédentes, le module photovoltaïque solaire étant en particulier disposé sur le mur ou sur le toit d'une habitation, un système de conduits reliés aux boîtiers des modules photovoltaïques solaires disposés de manière à réinjecter au sein de l'habitation le fluide de refroidissement réchauffé lors de son passage par l'échangeur thermique. Ce système est utile pour récupérer en outre la chaleur dégagée par les cellules photovoltaïques lors de la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce module photovoltaïque solaire. La Figure 1 est une représentation schématique d'un module 20 photovoltaïque solaire avec des canaux de ventilation arrières. La Figure 2 est une représentation schématique d'un module photovoltaïque avec ventilation intégrée à bord. La Figure 3 est une représentation schématique d'un module photovoltaïque avec circuit aéraulique. 25 La Figure 4 est une représentation schématique d'un champ photovoltaïque avec un circuit de ventilation. La Figure 5 est une représentation schématique d'une habitation ventilée été/hiver. Le module photovoltaïque 1 comprend une première face 2 où est 30 disposé un ensemble de cellules photovoltaïques 3. Les cellules photovoltaïques 3 sont disposées en lignes et en colonnes. La première face 2 est destinée à être exposée au rayonnement solaire afin de permettre aux cellules photovoltaïques 3 de créer de l'énergie électrique à partir de l'énergie solaire. 35 Le module photovoltaïque solaire 1 comprend une seconde face 4. La seconde face 4 est située à l'opposé de la première face 2. La seconde face 4 comprend des moyens de fixation non représentés permettant de fixer le module photovoltaïque solaire 1 sur un support non représenté, en particulier de manière inclinée. Le support est placé sur le toit 5 d'une habitation 7 par exemple ou encore sur les murs 6 d'une habitation 7. Le module photovoltaïque solaire 1 comprend un échangeur thermique 10. L'échangeur thermique 10 est placé sur la seconde face 4 du module photovoltaïque solaire 1 et comporte au moins un canal 11. Comme représenté sur la Figure 1, l'échangeur thermique 10 comporte un ensemble de canaux 11 disposés parallèlement les uns par rapport au autres. Les canaux 11 sont disposés sur au moins une partie de la surface de la seconde face 4. Ces canaux 11 sont destinés au passage d'un fluide de refroidissement 12, 13 en particulier de l'air. Un fluide liquide 12, 13 peut également être utilisé, en particulier de l'eau. Les canaux 11 sont constitués d'au moins un matériau présentant une bonne conductivité thermique et une surface importante. Un bon conducteur thermique est par exemple de l'aluminium ou de l'acier ou encore un polymère chargé. Un tel matériau permet de transmettre facilement la chaleur au fluide de refroidissement 12, 13 afin d'éviter l'échauffement excessif des modules photovoltaïque 1 réalisant la conversion photovoltaïque. L'échangeur thermique 10 permet de favoriser l'échange de la chaleur entre le module photovoltaïque 1 et le fluide de refroidissement 12, 13 qui circule à l'arrière du panneau solaire 1. Le module photovoltaïque 1 comprend un boîtier 15. Le boîtier 15 est disposé aux deux bords du module photovoltaïque sur lesquelles 25 débouchent les canaux. Le dispositif comprend des moyens de convection forcée 16. Les moyens de convection forcée 16 permettent d'augmenter le débit du fluide de refroidissement 12, 13 à l'intérieur des canaux 11. Les moyens de convection forcée 16 comprennent des moyens de 30 ventilation 16. Les moyens de ventilation 16 comportent un ou plusieurs ventilateurs 16 dont le nombre dépend de la dimension du panneau 1. Le ventilateur 16 est disposé en particulier au niveau du boîtier 15 en amont du panneau solaire 1. Le ventilateur 16 permet d'augmenter le débit du fluide de refroidissement 12, 13 à travers les canaux 11 et de renouveller le 35 fluide de refroidissement 12, 13 permettant d'améliorer l'échange de chaleur. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de convection forcée 16 des canaux 11 présentent des ouvertures débouchant dans un passage dans lequel passe un flux, en particulier un flux d'air, créant une circulation poussée dans le canal 11. Comme représenté sur la Figure 3, un dispositif destiné à fournir l'énergie électrique est réalisé comprenant un module photovoltaïque solaire 1, des conduits 22 et un ensemble d'embouts pour conduit 23. Un embout pour conduit 23 permet de relier un boîtier 15 de l'échangeur thermique 10 à un conduit 23. Les conduits 23 sont disposés en amont et en aval du module photovoltaïque 1. Les moyens de convection forcée 16, non représentés sur la Figure 3, permettent d'introduire un fluide d'entrée 12, en particulier de l'air, en aval du module photovoltaïque 1. Lors du passage du fluide 12, 13 dans les canaux 11, la chaleur du module photovoltaïque 1 est transmise au fluide 12 qui va se réchauffer au fur et à mesure de son passage. En amont du module solaire 1, un fluide de sortie 13 dont la température est plus élevée que la température du fluide d'entrée est fourni par les conduits 23. Comme représenté sur la Figure 4, selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un ensemble de modules photovoltaïque 1 juxtaposés. Chaque module photovoltaïque 1 comprend un échangeur thermique 10 comportant des canaux 11 mis en relation avec des moyens de distribution 25. Les moyens de distribution 25 permettent de distribuer un fluide de refroidissement, en particulier de l'air, à chaque module photovoltaïque 1 et de récupérer le fluide réchauffé au sein de chaque module photovoltaïque 1. La Figure 5 représente, une habitation 7 qui comporte au moins un module photovoltaïque 1 tel que décrit précédemment sur l'une des Figure 3 ou 4. Le module photovoltaïque 1 est disposé en particulier sur la toiture 5 ou sur les murs 6. Un ventilateur 20 est disposé à proximité des modules photovoltaïques. Un système de conduits 22 reliés aux modules photovoltaïque 1 sont disposés de manière à réinjecter au sein d'une habitation 7 le fluide de sortie plus chaud que le fluide d'entrée. Le ventilateur 20 permet de pousser le fluide de refroidissement réchauffé et d'améliorer son débit. Ce dispositif permet notamment de chauffer une habitation 7. Comme représenté sur la Figure 5, un système de commande est disposé dans l'habitation 7. Des guichets 27 sont reliés aux conduits 22. Ces guichets 27 sont orientables entre deux positions. Une première position permet d'orienter le fluide de refroidissement réchauffé vers l'intérieur de l'habitation 7. Une seconde position permet de faire rentrer le fluide de refroidissement au travers de l'habitation 7, de le prélever plus tiède à un autre endroit de l'habitation 7 pour refroidir les modules photovoltaïques et l'évacuer encore plus réchauffé vers l'extérieur de l'habitation 7. La position de chaque guichet 27 est commandée par un système de commande 26. Le système de commande 26 permet d'orienter l'air chaud vers l'intérieur de l'habitation 7 lorsque la température extérieure est froide, en particulier à la fin de l'automne et en hiver. Le système de commande 26 permet en outre d'aspirer l'air tiède à l'intérieur de l'habitation 7. L'air tiède est remplacé par un air plus frais aspiré à l'extérieur de l'habitation du côté nord. Ce dispositif permet une récupération plus complète de l'énergie et permet de se rapprocher de l'objectif de l'habitat énergiquement auto 15 satisfaisant. Selon une variante non représentée, les canaux 11 peuvent être constitués par une structure en nid d'abeille. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution du panneau et du dispositif, décrites ci-dessus à titre d'exemple, 20 mais elle embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Module solaire photovoltaïque (1) présentant un ensemble de cellules photovoltaïques (3) comprenant une première face (2) destinée à être exposée au rayonnement solaire, et une seconde face (4) destinée à être fixée sur un support, un échangeur thermique (10) placé sur la seconde face (4) comportant au moins un canal (11) destiné au passage d'un fluide de refroidissement (12), notamment de l'air, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement comprenant des moyens de convection forcée (16) disposés de manière à augmenter le débit d'air de l'échangeur thermique (10), notamment à l'intérieur des canaux (11). 2. Module photovoltaïque (1) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de convection forcée (16) comprennent au moins un ventilateur. 3. Module photovoltaïque (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le ventilateur est disposé en amont des canaux (11). 4. Module photovoltaïque (1) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de convection forcée (16) des canaux (11) comprennent des ouvertures débouchant dans un passage dans lequel circule un flux d'air poussé dans les canaux (11). 5. Module photovoltaïque (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'échangeur thermique (10) comporte au moins un matériau dont la composition comprend au moins un bon conducteur thermique. 6. Module photovoltaïque (1) selon la revendication 5, dans lequel le conducteur thermique est un polymère chargé. 7. Dispositif destiné à fournir de l'énergie électrique à partir des 30 rayonnements solaires comprenant : au moins un module photovoltaïque solaire (1) selon l'une des revendications précédentes, le module photovoltaïque solaire (1) étant en particulier disposé contre le mur (6) ou sur le toit (5) d'une habitation (7), un système de conduits (22) reliés aux boîtiers (15) des modules 35 photovoltaïques solaires (1) disposés de manière à réinjecter au sein del'habitation le fluide de refroidissement (12, 13) réchauffé lors de son passage par l'échangeur thermique (10).