Brevet FR2928497A1 — publié le 20090911

CHAMP La présente invention concerne l'énergie solaire. Plus particulièrement, la station photoélectrique embarquée sur le véhicule automobile électrique de type Camping-car, a la capacité d'assurer la charge d'une batterie d'accumulateurs d'électricité, cette batterie d'accumulateurs assurant la fourniture d'énergie électrique motrice du véhicule ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE L'énergie solaire est une énergie attractive parce que propre et inépuisable, depuis 15 longtemps elle intéresse pour des applications liées à l'automobile. Pourtant, force est de constater que les véhicules qui utilisent comme seule source d'énergie l'énergie photovoltaïque et qui se confrontent dans des défis annuels, ressemblent plus à de monstrueux scarabées larges et plats qu'aux véhicules rencontrés tous les jours sur nos routes. 20 Plus proches de ce que nous rencontrons autour de nous, le brevet US 2007/0261896 Al, intègre dans un véhicule un ou plusieurs éléments de carrosserie possédant des capacités photovoltaïques ainsi que des capacités de transformer les écarts de températures en source d'énergie électrique, pour alimenter des batteries d'accumulateurs, contribuant ainsi à l'approvisionnement en énergie électrique. 25 Le Brevet FR 2841205, concerne un véhicule sur le toit duquel est fixé un ensemble de cellules photovoltaïques pour produire de l'énergie électrique. L'énergie produite avoisine les 100 Watts et permet de faire fonctionner une bonne partie des matériels électriques annexes de la voiture : ventilateurs, éclairage ou climatisation (l?l), on est loin des 30 Kw nécessaires pour faire se 30 déplacer un véhicule léger (moins de 3.5 T) et l'insérer dans la circulation automobile. Le Brevet FR 9712398, propose aussi d'assurer une partie de la consommation de l'appareillage électrique, dont l'alternateur, au moyen d'un module solaire photovoltaïque polycristallin installée sur le véhicule. 35 Le Brevet W0046056 porte encore sur un ensemble photovoltaïque de charge placé sur le toit d'un véhicule électrique ou même intégré à la structure du toit 4o Ce que nous constatons, c'est que tous ces brevets utilisent l'espace disponible sur les voitures type tourisme, ce qui leur impose des surfaces réduites pour l'implantation des cellules photovoltaïques, en conséquence, ils génèrent des contributions modestes, de l'ordre de quelques 100 à 200 watts/h, aux besoins énergétiques du véhicule. On est loin de réalisations pratiques assurant dans des proportions notables la consommation motrice du véhicule, en particulier aucun de t5 ces systèmes ne permet d'envisager une autonomie réelle d'utilisation du véhicule électrique. 50 SOMMAIRE DE L'INVENTION Pour ce qui concerne le présent brevet, l'idée consiste à embarquer sur un véhicule léger à traction ou à propulsion électrique, carrossé en Camping-Car, une station de production d'électricité 55 photovoltaïque d'une capacité de 0.50 KWIh au minimum, jusqu'à 5 KW/h au maximum, suivant la surface attribuée aux récepteurs photovoltaïques, ce, aux fins de recharger à leur capacité maximale les batteries d'accumulateurs électriques qui alimentent le moteur du véhicule. 10 Les panneaux photovoltaïques disponibles actuellement sur le marché ont des rendements allant de 5 à 15 'Ys. En sachant que les meilleurs rendements obtenus avec des panneaux photovoltaïques atteignent aujourd'hui 30% et que cette technologie est encore réservée au domaine spatial. Toutefois, l'augmentation de la demande et la crise énergétique aidant, ces nouveaux générateurs d'électricité photovoltaïque seront sans doute, à leur tour, disponibles sur le marché à des prix accessibles. Ce qui laisse espérer à dix, voire à cinq ans, le doublement du nombre de KW/h produit par mètre carré. Dans le même temps, et compte tenu de ce qui vient d'être dit, il apparaît que la suffisance [0 énergétique directe du moteur, s'agissant de véhicules de 1 T à 3.5 T, tels que l'on peut en voir circuler sur nos routes, ne peut être obtenue par le seul apport direct d'électricité photovoltaïque et que l'autonomie énergétique passera longtemps encore par un approvisionnement principal par accumulateurs électriques (batteries ou condensateurs). l5 Avec la présente invention, la station Photovoltaïque embarquée possède une surface tout à fait comparable à celle des stations fixes installées sur le toit des immeubles, des villas, cela lui permet d'assurer la régénération de la charge des accumulateurs d'électricité, dont la capacité est généralement comprise entre 20 et 70 kW lorsque le moteur électrique utilise principalement l'énergie stockée. Cette régénération s'effectue pour partie, pendant les temps de déplacement ?0 diurnes du véhicule, en fournissant 3 à 15 % de l'électricité consommée, l'autre partie est fournie pendant les temps d'arrêt diurnes du véhicule et le cas échéant par le raccordement durant la période nocturne à une simple prise 220 volts. Une fois défini la taille de la station photovoltaïque à embarquer, par sa capacité à produire 25 0.5 KW/h à 5 KW/h, en sachant que l'on peut aujourd'hui trouver sur le marché des panneaux solaires sans silicium, basés sur un composé de cuivre, indium et gallium au rendement supérieur à celui des panneaux poly-cristallins capables de fournir 110 W théoriques par mètre carré, on voit que la production de 5 KW/h demande plus de 40 m2. Il ne reste plus, alors, qu'à trouver le type de véhicule offrant cette surface utile, propre à recevoir l'installation. 30 Cela posé, le choix se porte sur un véhicule léger (moins de 3.5T en charge), carrossé en Camping-Car ou en Utilitaire. Pour le véhicule léger utilitaire, compte tenu des capacités actuelles des panneaux 35 photovoltaïques, de l'utilisation généralement intensive du véhicule, l'utilisateur ne pourra pas prendre le temps que sa station embarquée lui recharge ses batteries d'accumulateurs d'électricité, ses déplacements se feront sur l'énergie stockée, c'est-à-dire, sous le mode habituel d'utilisation des véhicules électriques et dans ce cas l'intérêt de la station photovoltaïque embarquée est bien sûr limité. 40 En revanche, il en va tout à fait différemment avec le véhicule type Camping-Car. En effet ce type de véhicule s'accommode, compte tenu du mode d'utilisation, d'une puissance réduite de l'ordre de 30 KW, d'une capacité de chargement réduite de l'ordre de 500 Kg. Dans le même temps, ce type de véhicule offre facilement pour la station photovoltaïque, entre la cabine et le dessus de la 45 partie habitation, une surface minimale utile de 5 m2, de préférence 20 m2 de surface utile, c'est à dire environ 9 m de longueur avec la cabine, et au maximum 35 m2 de surface (au-delà, la longueur du véhicule devenant rédhibitoire pour un véhicule de tourisme). Ce faisant il devient possible de couvrir 3 à 15% des besoins électromoteurs du véhicule en mouvement (c'est à dire 6 à 30% demain avec l'accroissement des performances déjà existantes mais :5o non encore disponibles sur le marché des panneaux solaires, hautes performances, réservés à l'industrie spatiale). Le véhicule type Camping-Car s'accommode encore de la faible autonomie kilométrique propre aux véhicules électriques de l'ordre au minimum, de 150 km parcourus à 80 km/h lorsque les ressources sont les seules énergies électriques stockées (généralement 30 à 70 KW suivant le type de véhicule) . En effet l'utilisateur est en vacances, il ne fait pas ses parcours à 55 marche forcée, il est aussi là pour profiter du paysage ! Pour ces mêmes raisons, l'utilisateur est facilement incité à se déplacer sur nos petites routes de campagnes à 60 km/h et dans ce cas sa consommation peut tomber à 15-20 KW/h. Pendant les temps d'arrêt, visite, repas, repos, le véhicule recharge ses batteries (électrolytiques ou de condensateurs pour une part conséquente de leur capacité, cé qui accroit d'autant l'autonomie kilométrique. Sur 2 à 4 jours, il a même la possibilité f.0 d'opérer une charge complète. Pour améliorer le rendement de la station d'électricité photovoltaïque embarquée, chacun des panneaux solaires qui la composent est fixé par 3 points, chaque point étant relié à un vérin pour assurer manuellement ou automatiquement la meilleure orientation, à l'arrêt, par rapport au soleil. En sachant que ce dispositif est limité dans son effet par les zones d'ombre que les panneaux se font les uns aux autres et que l'on ne peut de ce fait envisager un suivi complet du déplacement du soleil sans avoir à éloigner exagérément les panneaux solaires les uns des autres. Cet ensemble crée un nouveau type de véhicule électrique de camping-tourisme et, avec lui, 10 une nouvelle forme de vacances où les déplacements se font en fonction du soleil tout conune à bord d'un voilier les déplacements se font en tenant compte du vent ! Le comportement, à terme, des personnes utilisatrices pourra être plus écologique, plus soucieux de la pollution atmosphérique, plus soucieux des dépenses énergétiques en général ! [5 Ayant choisi d'embarquer la Station Photovoltaïque et se faisant de la placer, tant sur la cabine que sur la partie habitat du véhicule type Camping-car, le problème des dégradations et de vandalisme se trouvent aussi très considérablement réduits, il suffit pour s'en convaincre, d'imaginer 20 que l'installation de la station Photovoltaïque se fasse sur un plateau tracté par le véhicule électrique. Outre l'encombrement, Ies difficultés de circulation, de manoeuvre et de parking, on peut constater que les panneaux solaires sont alors accessibles trop facilement au vandalisme, voire fragiles en cas de petites collisions, ce qui enlève beaucoup de fiabilité à l'ensemble et peut aussi entraîner des coûts de réparation rédhibitoires. 25 La solution de station tractable par un véhicule électrique ne peut donc être retenue que si elle est mise hors de portée, par exemple si la plate-forme est en fait le toit d'une caravane ce qui constitue une alternative au Camping-car. Pour ces raisons, le positionnement de la station Photovoltaïque s'effectue au minimum à 2 30 m de hauteur par rapport au sol, de préférence autour de 2m50 et au maximum à 3m, en gardant le souci de l'habitabilité, sur les structures supérieures du Camping-Car (ou de la caravane). Bien entendu, la carrosserie de la structure habitation du Camping-Car (ou de la Caravane) est renforcée pour tenir compte de la charge placée sur le toit qui se situera entre 100 et 300 kg, c'est à dire environ 8 à 15kg/m2. (figure 1) :.5 CARACTERISTIQUES DE L'INVENTION 40 La présente invention se caractérise en ce qu'elle installe au dessus de la structure d'un véhicule léger, carrossé en Camping-car (Cc) dont la traction ou la propulsion est assurée par le moyen d'un moteur électrique, une station de production d'électricité photovoltaïque (spE) d'une puissance de 0.5 KW/h au minimum et de 5 KW/h au maximum et couvre pour cela et selon les é.5 modèles de véhicules Camping-Car, une surface horizontale, de 5 m2 au minimum à 40 m2 au maximum, a'ux fins de recharger à sa capacité maximale une batterie d'accumulateurs électriques lesquels servant à l'alimentation du moteur, ont une capacité de 20 à 70 KW. (figure 1) La régénération de la charge des batteries d'accumulateurs d'électricité par la station 0 photovoltaïque embarquée, s'effectue pour partie, pendant les temps de déplacement diurnes du véhicule, en fournissant 3 à 15 % de l'électricité consommée, l'autre partie est fournie pendant les temps d'arrêt diurnes du véhicule et le cas échéant par le raccordement durant la période nocturne à une simple prise 220 volts domestique. 55 La station Photovoltaïque embarquée sur le véhicule électrique carrossé en Camping-car est constituée de 1 ou de plusieurs panneaux indépendants (p1, p2, ...pin) et disposés en plans horizontaux et de préférence sur un seul plan horizontal (figure 1). Ces panneaux sont montés chacun sur trois vérins hydrauliques ou pneumatiques. Un type de vérin pris parmi les types 60 à losange à vis sans fin, à bras poussé par jambe de force à vis sans fin, à piston hydraulique type cric pour voiture, à enveloppe gonflable, etc, est utilisé puis disposé en dessous du panneau solaire, afin d'assurer avec les deux autres vérins, la meilleure orientation par rapport au soleil, dans les limites de leur propre capacité de déplacement et de l'ombre faite aux autres panneaux.. Ces. vérins sont fixés sur la structure porteuse du toit du Camping-car, la liaison d'un vérin avec le panneau solaire est assurée par une rotule (r) reçue dans un logement sphérique correspondant au diamèt,e de la rotule, l'ensemble étant bloqué par une clavette, ces mêmes dispositions sont reprises pour les deux autres points de fixation du panneau. L'emplacement des 3 points de fixation de chaque panneau solaire est déterminé de la manière suivante.: les panneaux étant rectangulaires leur longueur disposée dans la largeur du véhicule, on repère sur les diagonales du plan du panneau, en partant de leur point d'intersection, 4 points (notés abcd) ayant le même rapport d'homothétie, compris entre 0.2 et 1, formant un rectangle, les deux points a et b sont ceux positionnés vers l'avant du véhicule, le milieu m du côté c d est aussi repéré, les points de fixations du panneau (A ,B,M,) sont situés à l'aplomb des points. a,b,m, dans un plan parallèle distant de 1 à 6 cm, sous le panneau. L'ensemble du dispositif est réalisé pour que sur le véhicule en mouvement les panneaux reprennent leur position horizontale et ne dépassent pas du cadre de la structure porteuse. Les vérins de la station Photovoltaïque sont ajustables, à distance, en agissant sur le flux hydraulique, sur la pression de l'air ou encore sur les vis sans fin par le moyen de moteurs électriques, selon le type de vérin utilisés, l'ajustement des vérins s'effectue de façon manuelle ou automatique et dans ce cas sur des positions préprogrammées ne créant pas de zone d'ombre sur les autres panneaux Pour tenir compte des impératifs ou des imprévus qui peuvent survenir, le véhicule utilitaire léger choisi pour recevoir la structure d'habitation type Camping-car, aura de préférence, une unité motrice hybride permettant à l'utilisateur, dans le cas où l'énergie électrique vient à manquer, d`ritiliser le moteur thermique. :30 Le Camping-car (le cas échéant la Caravane) avec sur ses structures supérieures une station de production d'électricité photovoltaïque, de retour à son parking constitue une véritable station électrique capable de délivrer 30 à 60 KW, c'est-à-dire plusieurs jours de consommation électrique d'un habitat immobilier et sous certaine conditions être relié au réseau d'un Distributeur d'Electricité pour lu fournir du courant. 35 5 10 15 20 35 REVENDICATIONS 1) Station photovoltaïque embarquée (SPE) sur un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'au moins un panneau solaire indépendant (pn) disposé sur une structure porteuse, selon un plan horizontal, la face inférieure de chaque panneau étant montée sur trois vérins, de type hydraulique, pneumatique, à vis sans fin ou gonflable, chargés d'assurer le changement d'orientation du plan de chaque panneau pour optimiser l'orientation par rapport au soleil, ladite structure porteuse de la station étant fixée sur le toit et la cabine du véhicule automobile carrossé en camping-car (Cc) dont la traction ou la propulsion est assurée par un moteur électrique, ladite station ayant une puissance variant de 0.5 à 5 KW et une surface de 5 à 40 in2, adaptée selon les besoins de la batterie d'accumulateurs électriques et la puissance du moteur électrique du véhicule. 2) Station, selon la revendication 1, caractérisée en ce que les vérins sont fixés d'un côté, sur la structure porteuse de la station, et de l'autre côté, à la face inférieure du panneau par des rotules afin de permettre les changements d'orientation du plan du (des) panneau (x) sans exercer d'effet de torsion sur lesdits panneaux. 25 3) Station, selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les vérins sont ajustables à distance par des moteurs électriques.. 4) Station, selon les revendications 1, 2, 3, caractérisée en cc qu'elle constitue une station mobile de production d'électricité, capable, lorsque le véhicule électrique de loisir est à l'arrêt, d'assurer tout ou partie des besoins électriques d'un habitat. 5) Station, selon les revendications 1, 2, 3, caractérisée en ce qu'elle continue d'apporter du courant aux batteries d'accumulateurs d'électricité du véhicule, pendant les temps de déplacement du véhicule alors que ses panneaux photovoltaïques sont verrouillés en position horizontale. 5, 40