Brevet FR2939242A1 — publié le 20100604

i "Elément de support d'un panneau de cellules photovoltaïques et module solaire associé" DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un élément de support d'un panneau de cellules photovoltaïques. Un tel élément, modulaire, lorsqu'il est équipé d'un panneau - de structure généralement rectangulaire - de cellules io photovoltaïques, constitue ce que l'on appelle communément un module solaire aussi appelé � kit solaire �. ARRIÉRE PLAN TECHNIQUE 15 Les performances d'un module solaire dépendent, outre les qualités des cellules photovoltaïques assemblées pour constituer le panneau, du nombre de cellules et donc de la dimension du panneau, mais aussi de l'implantation et du positionnement du module solaire par rapport au soleil, pour une localisation 20 géographique déterminée. S'agissant de l'implantation, l'invention concerne les modules solaires destinés à être mis en place sur une surface horizontale, notamment sur le sol ou sur un toit horizontal d'un bâtiment. 25 L'implantation sur les toits de bâtiments existants qui sont plans et horizontaux constitue un domaine important pour le développement de la production d'électricité au moyen de modules solaires, notamment du fait de l'existence de très nombreux bâtiments à toit plat et horizontal non encore équipés. 30 D'une manière générale, afin d'optimiser la production en électricité, un module solaire doit être orienté correctement par rapport au soleil, c'est-à-dire pour prendre en compte la trajectoire apparente du soleil au cours de la journée. 2 L'autre paramètre important est l'inclinaison du plan du panneau de cellules photovoltaïques par rapport au sol qui doit être optimisée de manière que, de façon préférentielle, le plan du panneau soit sensiblement orthogonal à la direction principale du rayonnement solaire. Toutefois, l'inclinaison principale du rayonnement solaire varie de manière importante, de plusieurs dizaines de degrés d'angle, en fonction de la saison. Ainsi, en France, l'inclinaison moyenne du rayonnement io solaire par rapport au sol est de vingt degrés par rapport à l'horizontal en hiver, tandis qu'elle est de l'ordre de cinquante-cinq degrés pendant l'été. L'adoption d'une inclinaison moyenne, privilégiant généralement l'ensoleillement d'été, de l'ordre de trente degrés 15 telle qu'elle est habituellement retenue n'est qu'un compromis qui nuit à l'efficacité et à la rentabilité du module solaire. Il est ainsi apparu souhaitable de concevoir des modules solaires permettant de faire varier cette inclinaison en fonction des saisons. 20 Il a ainsi été proposé des solutions complexes structurelle-ment et fort coûteuses faisant appel à des structures articulées et mobiles de support d'un panneau de cellules photovoltaïques. De plus, le changement de l'inclinaison au moyen de ces structures connues fragilise considérablement l'installation et 25 s'avère particulièrement compliqué et fait généralement appel à des sources d'énergie de commande du basculement du panneau entre plusieurs positions inclinées, soit nécessite des interventions humaines longues et parfois pénibles. Enfin, un module solaire, de par la forme plane et les 30 dimensions du panneau de cellules photovoltaïques, constitue un ensemble qui présente une prise au vent importante. Ceci est un facteur qui doit être pris en compte dans la conception d'un module solaire et qui a des impacts importants, 3 notamment quant à la rigidité de la structure ou ensemble de support du panneau, et donc sur le poids du module solaire dans son ensemble. Il a été proposé dans le document US-B1-6.346.669 un élément de support d'au moins un panneau de cellules photovoltaïques, apte à reposer sur une surface horizontale, notamment sur le sol ou sur un toit horizontal d'un bâtiment, du type comportant un corps creux allongé d'orientation longitudinale horizontale et dont le contour, en section, par un plan vertical, est io de forme globalement polygonale, le corps creux comportant une première face latérale d'orientation longitudinale apte à porter une série de cellules photovoltaïques agencées en un panneau, et une deuxième face latérale d'orientation longitudinale qui est adjacente à la première face latérale et qui est plane de manière 15 à pouvoir reposer sur la surface horizontale dans une position d'utilisation dans laquelle la première face latérale est dans une inclinaison déterminée par rapport à l'horizontale. Dans ce document, le contour polygonal est un triangle équilatéral et l'orientation du panneau de cellules photo- 20 voltaïques, qui constitue ici lui-même la première face latérale, est en conséquence une inclinaison constante de soixante degrés par rapport au sol. On constate encore que ce document ne propose aucune solution simple pour l'installation et l'immobilisation du module 25 solaire. La présente invention vise à proposer un élément de support d'au moins un panneau de cellules photovoltaïques du type mentionné précédemment qui apporte des solutions aux différents problèmes évoqués précédemment, tout en présentant 30 une grande simplicité de conception et de fabrication, ainsi que de mise en place et d'installation, puis de modification de l'inclinaison du module solaire constitué d'un tel élément de support équipé d'un panneau de cellules photovoltaïques. 4 RÉSUME DE L'INVENTION Dans ce but, l'invention propose un élément de support caractérisé en ce que le corps creux comporte une troisième face latérale d'orientation longitudinale qui est adjacente à la deuxième face et qui est plane de manière à pouvoir reposer sur la surface horizontale dans une autre position d'utilisation dans laquelle la première face latérale est dans une autre inclinaison déterminée par rapport à l'horizontale. io Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les deuxième et troisième faces latérales sont reliées entre elles par une portion de raccordement de profil courbe dont la convexité est orientée vers l'extérieur de l'élément de manière à permettre le passage de ladite une à ladite autre inclinaison, et 15 inversement, par basculement de l'élément par pivotement le long de la surface externe de la portion de raccordement ; - dans ladite une position d'utilisation (position hiver), la première face latérale est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle compris entre 50 et 60 degrés ; et dans ladite autre position 20 d'utilisation (position été), la première face latérale est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle compris entre 15 et 25 degrés ; - dans ladite une position d'utilisation, la première face latérale est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle égal à 25 55 degrés ; et dans ladite autre position d'utilisation, la première face latérale est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle égal à 20 degrés ; - le corps creux est rempli d'un ballast fluide, notamment de sable ou d'eau, de manière à constituer un lest d'immobili- 30 sation par gravité de l'élément dans chaque position d'utilisation ; - le contour de l'élément est en forme d'un quadrilatère, et en ce que le corps creux comporte une quatrième face latérale d'orientation longitudinale qui est reliée aux première et troisième faces latérales ; - l'élément présente une symétrie générale de conception par rapport à un plan longitudinal médian passant par les portions 5 opposées de raccordement entre les première et deuxième faces latérales et entre les troisième et quatrième faces latérales respectivement ; - l'élément est réalisé par moulage en matière plastique. L'invention propose aussi un module solaire caractérisé en io ce qu'il est constitué d'un élément de support selon l'invention et d'un panneau de cellules photovoltaïques qui est rapporté sur la surface extérieure de la première face latérale de l'élément ou qui est porté par ladite première face latérale (30). 15 BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se rapportera aux dessins 20 annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective de dessus qui illustre un bâtiment à toit horizontal plat équipé de plusieurs séries de modules solaires selon l'invention dont certains sont en "position été" et d'autres en "position hiver" ; 25 - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un exemple de réalisation d'un module solaire selon l'invention qui est représenté en position été ; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 dans laquelle le module solaire est représenté en position hiver ; 30 - la figure 4 est une vue du module solaire de la figure 2, en perspective de trois-quarts arrière illustrant certains aspects de conception du module et de son élément de support du panneau de cellules photovoltaïques ; 6 - les figures 5A et 5B sont eux vues latérales illustrant le module solaire selon l'invention en appui sur le sol en positions hiver et été respectivement ; et - les figues 6A et 6B sont deux représentations illustrant schématiquement les principales données géométriques et dimensionnelles de la conception de l'exemple de réalisation de l'élément de support illustré aux figures précédentes. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES FIGURES i0 Dans la description et les revendications, on utilisera les termes horizontal et vertical en référence à la gravité terrestre. Afin de faciliter la compréhension de la description et des revendications, on utilisera les termes longitudinal, transversal et 15 vertical en référence au trièdre L, T, V représenté sur les figures. On a représenté à la figure 1 un bâtiment 10, qui est par exemple un bâtiment à usage industriel ou commercial, dont le toit 12 délimite une surface extérieure horizontale 14 permettant la mise en place et l'installation de modules solaires en vue de la 20 production d'électricité. Le toit 12 est ici équipé de deux jeux de modules solaires dont chacun comporte sept séries de six modules solaires individuels 20. Les modules 20 du premier jeu le plus proche sont 25 installés en position hiver, tandis que les modules 20 du deuxième jeu le plus éloigné sont en position été. On a aussi représenté schématiquement à la figure 1 un individu 16 qui se déplace sur le toit 12 en vue, comme cela sera expliqué par la suite, de modifier l'inclinaison des modules 30 solaires individuels 20, par exemple ceux du premier jeu afin de modifier l'inclinaison pour les faire passer de la position hiver à la position été. 7 Dans l'exemple représenté, chaque série de modules individuels comporte plusieurs modules adjacents et alignés longitudinalement selon une direction longitudinale qui est ici parallèle à l'un des bords du toit, mais ceci n'est bien entendu qu'un cas particulier, chaque série de modules étant orientée longitudinalement � plein sud �, et des autres impératifs d'implantation sur le toit tels que par exemple la résistance au chargement de la structure du toit 12. On a représenté aux figures 2 et 3, un module solaire 20 io qui est constitué notamment d'un élément inférieur structurel de support 22 et d'un panneau supérieur 24. Le panneau 24 est ici un panneau constitué d'une série de cellules photovoltaïques 26 reliées entre elles et portées par un cadre 28 pour constituer le panneau plan 24 qui est rapporté, et 15 fixé par tout moyen approprié, sur l'élément de support 22. La conception connue du panneau 24, aussi appelée panneau solaire, ne sera pas décrite ici plus en détails. Comme on peut le voir notamment aux figures 2 à 4, l'élément de support 22 est constitué pour l'essentiel par un corps 20 creux allongé, qui est par exemple réalisé par moulage en matière plastique, notamment en une seule pièce. Le corps creux 22 constituant l'élément de support présente, en section par un plan vertical, et comme on peut le voir notamment aux figures 5A et 5B, une symétrie générale de 25 conception par rapport à un plan médian de symétrie PMS. Le corps creux 22 est pour l'essentiel constitué ici par quatre faces, ou parois, latérales consécutives et chacune d'orientation longitudinale, ainsi que par deux faces, ou parois, transversales opposées d'extrémité 28. 30 Le contour général polygonal du corps creux correspond ainsi globalement au contour périphérique de chacune des faces transversales d'extrémité 28. 8 Parmi les quatre faces latérales longitudinales, on distingue d'abord une première face latérale 30 qui est celle qui porte le panneau solaire 24. En position d'utilisation du module solaire 20, c'est l'inclinaison par rapport à la verticale du plan de la première face latérale plane 30 qui détermine l'inclinaison du panneau solaire plan 24 par rapport à la verticale et donc par rapport au rayonnement solaire local. Le corps creux comporte ensuite deux autres faces ou io parois latérales longitudinales d'appui du module solaire 20 sur une surface horizontale, et par exemple sur la surface 14 du toit 12. Il comporte à cet effet une deuxième face latérale longitudinale 32 qui est adjacente et consécutive à la première 15 face latérale 30 et une troisième face latérale longitudinale 34 qui est adjacente et consécutive à la deuxième face latérale 32. Enfin, pour la "fermeture" périphérique du corps creux 22, celui-ci comporte une quatrième face latérale longitudinale 36 qui est interposée entre la troisième 34 et la première 30 faces 20 latérales longitudinales de manière que le contour périphérique soit un quadrilatère qui est ici globalement symétrique par rapport au plan PMS. Comme cela sera expliqué par la suite, la deuxième face latérale 32 constitue la face d'appui "hiver" par laquelle le module 25 solaire 20 repose horizontalement pendant une partie de l'année correspondant globalement à l'hiver, tandis que la deuxième face ou paroi latérale longitudinale 34 constitue la face d'appui "été" par laquelle le module solaire 20 repose lors d'une autre partie de l'année correspondant globalement à l'été. 30 Comme cela sera expliqué plus en détails en référence aux figures 5A et 5B, l'appui et le repos sur le sol du module solaire 20 sur l'une ou l'autre de ses deux faces d'appui hiver 32 ou été 34 détermine directement et de manière univoque l'inclinaison par rapport au sol (ou de manière complémentaire par rapport à la verticale) de la face extérieure plane du panneau solaire 24 par rapport à la verticale et donc par rapport à l'inclinaison moyenne correspondante du rayonnement solaire RH en hiver et RE en été. Conformément à un aspect de l'invention, les deuxième 32 et troisième 34 faces latérales planes sont reliées entre elles par une portion de raccordement de profil courbe 33 dont la convexité est orientée vers l'extérieur, et donc ici globalement vers la surface plane 14 sur laquelle repose le module solaire 20. io Cette portion de raccordement 33 qui correspond globalement à "l'arrête" du corps creux constituée schématiquement aux figures 5A et 5B par la jonction entre les faces, ou parois, latérales 32 et 34. Le corps creux 22 comporte un trou ou ouverture 38 qui est 15 formé dans la quatrième face latérale arrière 36 (par rapport à l'orientation avant de la première face latérale 30). Le trou 38, qui est susceptible d'être fermé par un bouchon ou couvercle non représenté, permet le remplissage partiel du corps creux 22 par un élément "fluide" qui est ici de l'eau 40. 20 Le fluide 40 qui remplit partiellement le corps creux 22 constitue un ballast qui sert de lest pour conférer au module solaire une masse suffisante pour assurer son immobilisation en position d'utilisation et notamment pour éviter tout déplacement ou basculement du module solaire 20 sous l'action du vent. 25 De par sa nature fluide, l'élément 40 de ballast ou lest est susceptible d'occuper "automatiquement" deux positions stables à l'intérieur du corps creux 22 selon que celui-ci est en appui sur le sol par l'une ou l'autre de ses deux faces latérales 32 ou 34. Le fluide 40 est de préférence de l'eau, éventuellement 30 additionnée d'un composant contre le gel, car l'installation et le remplissage des modules solaires sur le toit d'un bâtiment est plus facile car elle ne nécessite alors que la mise à disposition d'un tuyau d'amenée de l'eau sur le toit. 2939242 i0 Toutefois, l'élément fluide 40 peut aussi être par exemple du sable dont la densité est supérieure à celle de l'eau, ou tout autre élément analogue susceptible, d'une part, d'occuper les deux positions stables mentionnées précédemment et bien 5 entendu, d'autre part, de passer aisément de l'une à l'autre de ces deux positions stables lorsqu'un utilisateur souhaite modifier la position d'utilisation du module solaire 20, c'est-à-dire l'inclinaison hiver ou été du panneau solaire 24. En effet, grâce aux dimensions et aux autres paramètres io de constitution du corps creux 22, l'individu 16 peut très aisément modifier la position d'un module solaire 20 en le faisant basculer par pivotement entre l'une ou l'autre des deux positions par rotation de la surface extérieure convexe arrondie de la portion de raccordement 33 sur la surface horizontale 14. 15 Lors de ce basculement, qui ne nécessite qu'un effort très faible de la part de l'utilisateur du fait des paramètres géométriques ainsi que de la quantité et de la densité du ballast ou lest fluide contenu dans le corps creux 22, l'élément fluide 40 va se déplacer à l'intérieur du corps creux 22 pour occuper son 20 autre position dans laquelle il se stabilise à nouveau. On a représenté aux figures 5A et 5B, de manière schématique, et en section par un plan transversal vertical, le module solaire 20. On a indiqué sur ces figures, sous forme numérique, les 25 degrés d'angle entre chacune des faces latérales ainsi que les "largeurs" des différentes faces, ou parois, latérales. A titre d'exemple, et pour les dimensions indiquées aux figures 5A et 5B, la longueur, selon "L", du corps creux 22 est égale à environ 1,50 m. 30 La quantité d'eau moyenne contenue est égale à environ 80 I, soit environ 80 kg. Les dimensions moyennes correspondantes de 1,00 m x 1,50 m du panneau solaire 24 correspondent à une Il puissance de 220 Watt Crête, pour une surface d'occupation au sol du module sensiblement égale à 1,70 x 1,50 = 2,55 m2. Le basculement de l'ensemble des modules solaires 20 des différentes séries équipant par exemple le toit 12 est particulièrement aisé, outre la manipulation individuelle de chaque module 20, car l'utilisateur les bascule successivement en conservant ainsi l'orientation générale et la position relative des modules les uns par rapport aux autres. REVENDICATIONS1. Elément (20) de support d'au moins un panneau (24) de cellules photovoltaïques (26), apte à reposer sur une surface horizontale (14), notamment sur le sol ou sur un toit (12) horizontal d'un bâtiment (10), du type comportant un corps creux (22) allongé d'orientation longitudinale horizontale et dont le contour, en section, par un plan vertical, est de forme globalement polygonale, le corps creux (22) comportant une première face (30) latérale d'orientation longitudinale apte à porter une série de cellules photovoltaïques (26) agencées en un panneau (24), et une deuxième face (32) latérale d'orientation longitudinale qui est adjacente à ladite première face latérale (30) et qui est plane de manière à pouvoir reposer sur ladite surface horizontale (14) dans une position d'utilisation dans laquelle ladite première face latérale (30) est dans une inclinaison déterminée par rapport à l'horizontale, caractérisé en ce que le corps creux (22) comporte une troisième face (34) latérale d'orientation longitudinale qui est adjacente à la deuxième face latérale (32) et qui est plane de manière à pouvoir reposer sur ladite surface horizontale (14) dans une autre position d'utilisation dans laquelle ladite première face latérale (30) est dans une autre inclinaison déterminée par rapport à l'horizontale. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deuxième (32) et troisième (34) faces latérales sont reliées entre elles par une portion (33) de raccordement de profil courbe dont la convexité est orientée vers l'extérieur de l'élément de manière à permettre le passage de ladite une à ladite autre inclinaison, et inversement, par basculement de l'élément (22) par pivotement le long de la surface externe de ladite portion de raccordement (33). 3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que : 13 - dans ladite une position d'utilisation, ladite première face latérale (30) est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle compris entre 50 et 60 degrés ; et - dans ladite autre position d'utilisation, ladite première face latérale (30) est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle compris entre 15 et 25 degrés. 4. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que : - dans ladite une position d'utilisation, ladite première face latérale (30) est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle égal à 55 degrés ; et - dans ladite autre position d'utilisation, ladite première face latérale (30) est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle égal à 20 degrés. 5. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps creux (22) est rempli d'un ballast fluide (40), notamment de sable ou d'eau, de manière à constituer un lest d'immobilisation par gravité de l'élément (22) dans chaque position d'utilisation. 6. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en section, par un plan vertical, le contour de l'élément est en forme d'un quadrilatère, et en ce que le corps creux (22) comporte une quatrième face latérale (36) d'orientation longitudinale qui est reliée auxdites première (30) et troisième (34) faces latérales. 7. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une symétrie générale de conception par rapport à un plan longitudinal médian (PMS) passant par les portions opposées de raccordement entre les première (30) et deuxième (32) faces latérales et entre les troisième (34) et quatrième (36) faces latérales respectivement. 8. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé par moulage en matière plastique. 14 9. Module solaire (20), caractérisé en ce qu'il comporte un élément de support (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un panneau (24) de cellules photovoltaïques (26) qui est rapporté sur ladite première face latérale (30), ou qui est porté par ladite première face latérale (30).