Brevet FR2923082A1 — publié le 20090501

Panneau photovoltaïque L'invention concerne un panneau photovoltaïque, ainsi qu'une paroi de bâtiment fabriquée par assemblage de panneaux photovoltaïques plus particulièrement destinée à la fabrication de couvertures de bâtiments, sans toutefois y être limitée. io Les systèmes photovoltaïques connus présentent généralement la forme de cadres supportant des cellules photovoltaïques, cadres qui sont rapportés sur la couverture des bâtiments, d'une façon indépendante de cette couverture. Ces systèmes posent de nombreux problèmes, car la pose des cadres est 15 rendue délicate par la fragilité des cellules. En outre, la pose de la couverture, puis des cellules, est réalisée en deux phases par deux corps de métier différents, ce qui diminue la productivité globale et engendre des problèmes de coordination sur les chantiers. Le raccordement des systèmes photovoltaïques au réseau électrique pose 20 également problème, car les boîtiers et câbles de collecte de l'électricité générée doivent être protégés de l'humidité et acheminés au travers de la couverture existante, sans pour autant dégrader l'étanchéité de cette couverture. Par ailleurs, la puissance fournie par ces systèmes commence à se 25 dégrader lorsque leur température dépasse 90°C pour chuter très fortement dès que l'on dépasse 100°C. Enfin, ces cadres munis de cellules étant rapportés et non intégrés à la couverture, peuvent dénaturer l'aspect du bâtiment ce qui peut être un frein majeur à l'obtention d'une autorisation administrative pour leur pose, dans 30 certains secteurs. L'invention a donc pour but de mettre à disposition un système photovoltaïque ne présentant pas les inconvénients des systèmes de l'art antérieur et permettant en particulier de faciliter la pose sur le chantier, tant du point de vue mécanique qu'électrique, mais aussi préserver la puissance générée par les cellules. A cet effet, un premier objet de l'invention est constitué par un panneau photovoltaïque comprenant un support métallique comportant au moins une surface plane percée d'une ouverture, au moins une cellule photovoltaïque fixée sur la surface plane du support au-dessus de l'ouverture, le panneau comprenant également au moins un connecteur électrique fixé sous la cellule au travers de l'ouverture et relié électriquement à celle-ci. io Dans des modes de réalisations préférés, le panneau selon l'invention peut en outre comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le support métallique comprend au moins une nervure longitudinale de rigidification le long de la surface plane, 15 le support métallique comprend une aile latérale le long de des extrémités, les ailes présentant des formes analogues permettant leur emboîtement par recouvrement, - les ailes du support métallique présentent une forme analogue à celle de la nervure de rigidification, 20 - au moins une nervure de rigidification présente une hauteur réduite par rapport à celle des autres nervures de rigidification et/ou par rapport à celle des ailes latérales, - la nervure de rigidification et/ou les ailes du support métallique présentent une forme en oméga, 25 - le panneau photovoltaïque comprend dans sa largeur une première série de cellules photovoltaïques, le panneau photovoltaïque comprend une deuxième série de cellules photovoltaïques placée au dessus de la première série de cellules, tête-bêche par rapport à la première série de cellules, 30 - le support métallique est un bac en acier, éventuellement galvanisé et/ou pré-laqué. 20 25 30 L'invention a également pour objet une paroi de bâtiment obtenue par assemblage de panneaux photovoltaïques selon l'invention, les panneaux photovoltaïques étant fixés sur la structure du bâtiment par l'intermédiaire de profilés écarteurs. Les profilés écarteurs selon l'invention comprennent des ouvertures au travers desquels peuvent être passés les câbles électriques reliés aux cellules photovoltaïques des panneaux photovoltaïques. Dans des modes de réalisation particuliers, les profilés écarteurs présentent une forme en Z ou en U io La paroi selon l'invention peut en outre comprendre des chatières de ventilation. L'invention a également pour objet un bâtiment comprenant au moins une paroi selon l'invention. Cette paroi peut en particulier être sa couverture, qui peut comprendre en outre une faitière munie d'ouvertures de ventilation. 15 Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées qui représentent : figure 1 : vue de dessus en perspective d'un premier mode de réalisation d'un panneau photovoltaïque selon l'invention, figure 2 : vue en coupe du panneau de la figure 1, figure 3: vue de dessous en perspective du panneau de la figure 1, figure 4 : vue de dessous en perspective du panneau de la figure 1, muni de câbles de connexion, figure 5 : vue en perspective et en coupe d'une couverture de bâtiment selon l'invention en cours de montage, figure 6: vue en perspective de profilés écarteurs selon l'invention, figure 7 : vue en perspective et en coupe d'une couverture de bâtiment selon l'invention, figure 8: vue en perspective d'une chatière ventilée selon l'invention, figure 9: vue en perspective d'une faîtière ventilée selon l'invention, figure 10 : vue de dessus en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un panneau photovoltaïque selon l'invention figure 11 : vue en coupe du support du panneau photovoltaïque de la figure 10. Si on considère tout d'abord les figures 1 et 2, on peut y voir un premier mode de réalisation d'un panneau photovoltaïque 1 selon l'invention. Ce io panneau, de forme générale plane comprend un support métallique 2 et deux séries de cellules photovoltaïques fixées sur le support 2. Ce support métallique 2 qui est ici un profilé en acier galvanisé et pré-laqué comprend deux ailes latérales 2a et 2e de forme similaire, en oméga. II comprend également trois nervures de rigidification 2b, 2c et 2d, espacées 15 régulièrement sur le support 2. Ces nervures présentent elles-aussi une forme en oméga similaire à celle des ailes latérales 2a et 2e. Les ailes latérales 2a et 2e ainsi que les nervures 2b, 2c et 2d ont des hauteurs identiques. La forme de ces ailes latérales permet, lors de la pose, d'emboîter chaque panneau l'un sur l'autre par recouvrement des ailes, réalisant ainsi une 20 excellente étanchéité. La zone de recouvrement des ailes est également l'emplacement privilégié pour la solidarisation des panneaux par des moyens de fixation adaptés. Le panneau photovoltaïque 1 comprend également, en particulier, une première série de quatre éléments photovoltaïques 3, 4, 5 et 6 qui ont une 25 forme rectangulaire et sont insérées dans l'espace existant entre les nervures de rigidification 2b, 2c et 2d du support 2. Ces éléments photovoltaïques 3, 4, 5 et 6 sont composés d'un assemblage de cellules photovoltaïques au silicium, par exemple, qui sont prises en sandwich entre une feuille de verre en face supérieure et une feuille 30 de polymère de type TEDLAR� en face inférieure formant ainsi une structure laminée. De tels laminés photovoltaïques peuvent comprendre différentes autres couches de matériaux polymères ou autres et sont connus en eux-mêmes. II est bien entendu que les cellules photovoltaïques utilisables pour le panneau selon l'invention peuvent être de toute nature, telle que par exemple, des cellules dont le semi-conducteur est le silicium, sous forme mono ou polycristalline. Comme on peut le voir en figure 2 et 3, le panneau 1 comprend également, sur sa face inférieure, des connecteurs électriques 7, 8, 9 et 10 raccordés respectivement aux éléments photovoltaïques 3, 4, 5 et 6 au travers d'ouvertures rectangulaires 11 qui ont été préalablement pratiquées dans le support métallique 2. io Ces connecteurs 7, 8, 9 et 10 sont des éléments connus en eux-mêmes qui sont généralement pré-assemblés par collage et connectés électriquement avec les éléments photovoltaïques correspondants lors de la fabrication de ces éléments. Comme on peut le voir en figure 4, les connecteurs 10 sont munis de 15 deux bornes de raccordement 10a, 10b. Ces bornes permettent de relier les éléments photovoltaïques entre eux, en série comme en parallèle par l'intermédiaire de câbles de raccordement 13. Elles peuvent également permettre de raccorder l'ensemble du panneau 1 aux autres panneaux de la paroi par l'intermédiaire de câbles de raccordement 12 et 14. 20 Ces connecteurs peuvent également comprendre des systèmes de diodes connus en eux-mêmes, qui permettent de mettre hors-circuit un élément, lorsque celui-ci de produit pas de courant, soit en raison d'une défaillance de l'élément, soit pour des raisons naturelles (nuage, neige sur le panneau, etc..). De tels connecteurs sont connus et en vente dans le 25 commerce. On voit également que la première série d'éléments photovoltaïques 7, 8, 9 et 10 est placée tête-bêche par rapport à la deuxième série de d'éléments photovoltaïques portés par le support métallique 1, ce qui permet de faciliter les raccordements de chacune des séries, sans juxtaposition de câbles. 30 Les panneaux photovoltaïques selon l'invention peuvent donc être fabriqués, par exemple, à partir d'un support métallique que l'on perce d'ouvertures. Puis on enduit le support de colle à froid, par exemple, et l'on pose les éléments photovoltaïques munis de leurs connecteurs au-dessus de ces ouvertures, de telle sorte que les connecteurs passent au travers de celles-ci. On presse ensuite le tout pour solidariser l'ensemble. On pourra ajouter à la colle à froid des produits accélérateurs de prise classiques qui permettront de réduire le temps de fabrication. Un tel procédé est avantageux s car il permet d'obtenir un panneau présentant une bonne stabilité dimensionnelle, avec une fabrication industrielle en atelier. En outre, les surfaces des éléments photovoltaïques et du support métallique étant ainsi en contact étroit, la chaleur des éléments photovoltaïques est transmise efficacement au support qui peut la répartir sur toute sa surface, en raison de io sa bonne conductivité. On peut ainsi éviter toute surchauffe locale et donc améliorer la puissance fournie par le système. On préférera en outre utiliser un procédé de collage à l'aide d'une colle permettant le transfert de chaleur des cellules vers le support métallique. II est bien entendu possible de solidariser les éléments photovoltaïques 15 sur le support métallique par tout moyen adapté, comme par exemple une colle à chaud ou une fixation mécanique. Si on considère à présent la figure 5, on peut y voir une couverture de bâtiment en cours de pose à l'aide de panneaux photovoltaïques selon l'invention. En particulier, le bâtiment comprend une série de pannes P 20 horizontales constituant la structure primaire de la couverture. Sur ces pannes P est posée une série de panneaux sandwichs métalliques 15 à parement nervuré qui forment une première surface de couverture sur laquelle peuvent être fixés des pièces métalliques horizontales 16, 17 et 18, régulièrement espacées. C'est sur ces pièces qu'est alors fixé le panneau photovoltaïque 20 25 selon l'invention. Ce panneau comporte des éléments photovoltaïques sur une partie seulement de sa surface, car il s'agit d'un panneau d'extrémité. Si on considère la figure 6, on peut y voir en particulier la pièce 16 qui est un profilé écarteur permettant tout d'abord la pose et la fixation du panneau 20 par des moyens classiques. On voit qu'il est également percé 30 d'ouvertures rectangulaires sur ces deux faces latérales. Ces ouvertures permettent de faire passer les câbles de connexion sortant des panneaux et de les guider ainsi jusqu'au bas de la paroi fabriqué où ils sont rassemblés et connectés au réseau électrique. Le profilé écarteur peut ainsi prendre la forme générale d'un U comme c'est le cas pour la pièce 16, mais il peut également prendre la forme générale d'un Z comme on le voir pour l'écarteur 19 qui comprend lui-aussi des ouvertures de passage des câbles. Mais, la fonction essentielle des profilés écarteurs 16 ou 19 est qu'ils permettent aussi de réaliser un espace de ventilation en sous face des panneaux photovoltaïques, ce qui permet de réguler davantage leur température et donc d'éviter toute surchauffe locale. Cette ventilation peut également permettre d'éviter toute condensation d'humidité en sous face des io panneaux selon l'invention. Pour garantir l'absence de condensation, on pourra poser un revêtement absorbant et drainant en sous face des panneaux selon l'invention. Si on considère la figure 7, on peut voir une couverture de bâtiment en 15 cours de pose avec une représentation des flux d'airs sous forme de flèches. On voit que l'air froid entrant en bas de toiture peut circuler le long des panneaux et ressortir chaud, par exemple, au niveau de la faitière. Pour optimiser cette ventilation, on pourra en outre utiliser des éléments de finition ventilés tels que la chatière de ventilation 23 représentée en figure 8 20 et posée sur un profilé métallique 22. Ce profilé 22 présente une forme compatible avec les supports métalliques des panneaux selon l'invention, pour pouvoir être intégré facilement à la paroi en cours de construction. Ce type de chatière 23 sera plus particulièrement utilisé pour des parois d'une superficie importante, nécessitant une ventilation intermédiaire, ou pour des couvertures 25 de bâtiments ne comportant qu'un pan de toiture, sans faitière. Pour la réalisation d'une couverture de bâtiment traditionnel à deux pans, on pourra ainsi utiliser une faitière métallique ventilée 24 telle que celle présentée en figure 9. Cette faitière comprend notamment des ouvertures latérales 25 sous forme de vantelles, par exemple. 30 Pour éviter d'endommager les panneaux et de les faire fonctionner avant la pose, on disposera de préférence un film noir opaque sur les cellules, que l'ouvrier pourra retirer après la pose, rendant ainsi le système immédiatement et facilement opérationnel. Si on considère à présent les figures 10 et 11, on peut y voir un deuxième mode de réalisation d'un panneau 31 selon l'invention. Ce panneau 31 se compose tout d'abord d'un profilé métallique 32 comportant trois nervures de rigidification 32b, 32c et 32d en forme d'oméga. La nervure centrale 32c présente une hauteur supérieure à celle des deux autres nervures 32b et 32d. Cette hauteur plus importante permet de conférer une bonne rigidité au panneau 31, tandis que les hauteurs réduites des nervures 32b et 32d permettent de réduire l'ombre portée de ces éléments sur les cellules photovoltaïques. Des essais de performance électrique ont établis que io le gain en terme de puissance électrique ainsi obtenue pouvait se monter à 5%, ce qui est considérable. Le profilé métallique 32 comprend également deux ailes latérales 32a et 32e de forme et de taille similaire à celle de la nervure centrale 32c. La forme de ces ailes permet d'emboîter chaque panneau l'un sur l'autre par 15 recouvrement des ailes, réalisant ainsi une excellente étanchéité. La zone de recouvrement des ailes est également l'emplacement privilégié pour la solidarisation des panneaux par des moyens de fixation adaptés. Le panneau 31 est également composé de deux séries de quatre éléments photovoltaïques référencés 33, 34, 35 et 36 pour la première série et 20 37, 38, 39 et 40 pour la deuxième série. Ces différents éléments photovoltaïques sont analogues à ceux décrits pour le premier mode de réalisation et sont fixés entre les différentes nervures de rigidification du profilé 32. Le support métallique pourra en particulier prendre la forme des profilés 25 des figures 2 et 11, mais ne se limite pas à ses formes de réalisation optimisées. II est en particulier possible d'utiliser tout profilé ou tout système de profilé permettant d'obtenir une rigidité suffisante de l'ensemble pour permettre sa manutention et sa mise en place par un ouvrier du bâtiment. La surface de fixation des cellules sera plane, mais cette surface pourra 30 en particulier être plate ou inclinée, ou bien être une combinaison de ces deux formes, en fonction notamment de la pente de la toiture à équiper. Un des avantages importants du système est qu'il permet de faire appel à des couvreurs de profilés métalliques formés aux règles professionnelles classiques pour la pose de la couverture, car, la connectique étant déjà présente, il suffit de poser le support métallique muni des cellules selon les règles de l'art du bâtiment et de brancher les sorties des panneaux photovoltaïques au circuit électrique du bâtiment ou de l'installation pour que l'ensemble fonctionne. En outre, malgré la fragilité des cellules photovoltaïques, lorsqu'elles sont solidarisées sur le support métallique, il est possible pour les ouvriers de io marcher dessus sans les endommager grâce à la rigidité importante du profilé. Ceci permet donc de circuler sur la couverture lors de sa fabrication et rend plus facile sa fixation et la réalisation des raccordements électriques. Les panneaux selon l'invention peuvent être utilisés en tant que couverture supplémentaire (sur-couverture) venant couvrir une couverture de 15 toit existante, que celle-ci assure une étanchéité correcte ou non. Ils sont cependant avantageusement utilisés comme seule couverture étanche du bâtiment concerné. Ils pourront être employés en rénovation comme en construction neuve et s'applique notamment à la réalisation de couvertures de bâtiments 20 industriels, de bâtiments professionnels, de bâtiments résidentiels collectifs ou individuels. Ils peuvent également être utilisés pour couvrir une zone à protéger des intempéries, tel qu'un parking ou une zone de stockage agricole, par exemple. REVENDICATIONS , 1. Panneau photovoltaïque (1, 20, 31) comprenant un support métallique (2, 32) comportant au moins une surface plane percée d'une ouverture (11), au moins une cellule photovoltaïque (3, 4, 5, 6 ; 33, 34, 35, 36 ; 37, 38, 39, 40) fixée sur ladite surface plane du support (2, 32) au-dessus de ladite ouverture (11), le panneau (1, 20, 31) comprenant également au moins un connecteur électrique (7, 8, 9, 10) fixé sous ladite cellule (3, 4, 5, 6 ; 33, 34, 35, 36 ; 37, 38, 39, 40) au travers de ladite ouverture (11) et relié électriquement à celle-ci. 2. Panneau photovoltaïque (1, 20, 31) selon la revendication 1, pour lequel ledit support métallique (2, 32) comprend au moins une nervure longitudinale de rigidification (2b, 2c, 2d ; 32b, 32c, 32d) le long de ladite surface plane. 3. Panneau photovoltaïque (1, 20, 31) selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, pour lequel ledit support métallique (2, 32) comprend une aile latérale (2a, 2e ; 32a, 32e) le long de des extrémités, lesdites ailes (2a, 2e ; 32a, 32e) présentant des formes analogues permettant leur emboîtement par recouvrement. 4. Panneau photovoltaïque (1, 20, 31) selon la revendication 3, pour lequel 25 lesdites ailes (2a, 2e ; 32a, 32e) présentent une forme analogue à celle de ladite nervure de rigidification (2b, 2c, 2d ; 32b, 32c, 32d). 5. Panneau photovoltaïque (32) selon la revendication 4, pour lequel au moins une nervure de rigidification (32b, 32d) présente une hauteur 30 réduite par rapport à celle des autres nervures de rigidification (32c) et/ou par rapport à celle desdites ailes latérales (32a, 32e). 6. Panneau photovoltaïque (1, 20, 31) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, pour lequel ladite nervure (2b, 2c, 2d ; 32b, 32c, 32d) et/ou lesdites ailes (2a, 2e ; 32a, 32e) présentent une forme en oméga. 7. Panneau photovoltaïque (1, 20, 31) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant dans sa largeur une première série de cellules photovoltaïques (3, 4, 5, 6 ; 33, 34, 35, 36). to 8. Panneau photovoltaïque (1, 20, 31) selon la revendication 7, comprenant une deuxième série de cellules photovoltaïques (37, 38, 39, 40) placée au dessus de ladite première série de cellules (3, 4, 5, 6 ; 33, 34, 35, 36), tête-bêche par rapport à ladite première série de cellules (3, 4, 5, 6 ; 33, 34, 35, 36). 15 9. Panneau photovoltaïque (1, 20, 31) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour lequel ledit support métallique (2, 32) est un bac en acier, éventuellement galvanisé et/ou pré-laqué. 20 10. Paroi de bâtiment obtenue par assemblage de panneaux photovoltaïques (1, 20, 31) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lesdits panneaux photovoltaïques (1, 20, 31) étant fixés sur la structure dudit bâtiment par l'intermédiaire de profilés écarteurs (16, 17, 18, 19). 25 11. Paroi de bâtiment selon la revendication 10, pour laquelle lesdits profilés écarteurs (16, 17, 18, 19) comprennent des ouvertures au travers desquels peuvent être passés les câbles électriques reliés aux cellules photovoltaïques (3, 4, 5, 6 ; 33, 34, 35, 36 ; 37, 38, 39, 40) desdits 30 panneaux photovoltaïques (1, 20, 31). 12. Paroi de bâtiment selon l'une ou l'autre des revendications 10 ou 11, pour laquelle lesdits profilés écarteurs (19) présentent une forme en Z. 5 13. Paroi de bâtiment selon l'une ou l'autre des revendications 10 ou 11, pour laquelle lesdits profilés écarteurs (16, 17, 18) présentent une forme en U. 14. Paroi selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, comprenant des chatières de ventilation (23). 15. Bâtiment comprenant au moins une paroi selon l'une quelconque des io revendications 10 à 14. 16. Bâtiment selon la revendication 15, pour lequel ladite paroi est la couverture. 15 17. Bâtiment selon la revendication 16, dont la couverture comprend en outre une faitière (24) munie d'ouvertures de ventilation (25).