Brevet FR2948818A1 — publié le 20110204

MODULE PHOTOVOLTAÏQUE INTEGRANT UN DISPOSITIF OPTIQUE MOBILE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un module photovoltaïque apte à transformer les photons de rayons lumineux incidents en énergie électrique et à procurer de l'ombrage ou un éclairage naturel. Le module photovoltaïque de l'invention trouve notamment son application dans le bâtiment. 10 Le module photovoltaïque de l'invention peut notamment être placé au niveau ou en remplacement des fenêtres ou des toitures. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE 15 De manière générale un module photovoltaïque comporte une pluralité de cellules solaires de type mono facial, c'est-à-dire présentant uniquement une face avant active, ou de type bifaciale, c'est-à-dire présentant une face avant active et une face arrière active, chacune des faces actives étant apte à collecter et à transformer en énergie électrique des photons de rayons lumineux incidents arrivant sur ces faces actives. Ces cellules sont disposées de 20 manière espacée les unes des autres, au sein d'une structure formée d'une plaque avant transparente aux rayons incidents en regard des faces avant, d'une plaque arrière transparente ou non aux rayons susceptibles d'êtres réfléchis en direction des faces arrières, et d'un cadre de scellement de l'ensemble pour améliorer la résistance et étanchéifier la structure. 25 La puissance électrique générée par le module photovoltaïque dépendant notamment du flux lumineux incident, ces modules photovoltaïques sont généralement placés au niveau des toitures ou des fenêtres d'un bâtiment, afin de bénéficier d'un éclairement maximum. Ainsi, la plaque avant de la structure est de préférence en matériau transparent présentant un bon 30 coefficient de transmission lumineuse et une résistance aux chocs et aux intempéries. Afin d'assurer plus de confort lumineux, des modules photovoltaïques hybrides offrant à la fois un éclairage naturel et une production d'énergie électrique peuvent être réalisés.5 Par exemple, les documents US 5,258,076 et US 2007/0175599 proposent chacun un module hybride réalisé sous forme de jalousie formée d'une série de lamelles verticales ou horizontales enfilées sur des chaînettes. Ces lamelles sont munies de cellules photovoltaïques pour fournir de l'énergie électrique et le pivotement de ces lamelles permet d'offrir un angle d'ouverture plus ou moins grand pour faire entrer plus ou moins de lumière naturel. Ces modules hybrides sont cependant volumineux car ils contiennent un nombre important de pièces mécaniques nécessaires à la mobilité des lamelles, ainsi qu'un nombre important de connectiques électriques. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un autre module photovoltaïque exempt de l'une au moins des limitations précédemment évoquées. L'invention a notamment pour but de proposer un module photovoltaïque moins volumineux qui offre à la fois un éclairage naturel et une production optimale d'énergie électrique. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention concerne à cet effet un module photovoltaïque comprenant au moins une pluralité de cellules photovoltaïques disposées de manière espacée les unes des autres selon 20 un premier plan, chaque cellule présentant au moins une face avant active apte à collecter et à transformer des photons de rayons lumineux incidents en énergie électrique. Selon l'invention, le module photovoltaïque comprend en outre une pluralité de dispositifs optiques disposés selon un deuxième plan parallèle audit premier plan, lesdits dispositifs 25 optiques étant aptes à se déplacer dans le deuxième plan, et chaque dispositif optique étant au moins apte à réaliser une fonction identique ou différente de celle des cellules contenues dans le premier plan. En d'autres termes, le module photovoltaïque de l'invention comprend, selon un premier 30 plan, des cellules photovoltaïques et, selon un deuxième plan, des dispositifs optiques mobiles, notamment en translation dans ledit deuxième plan. Ainsi, l'énergie électrique est notamment fournie par les cellules du premier plan, et le coulissement des dispositifs optiques du deuxième plan permet notamment de placer ces dispositifs optiques en regard ou partiellement en regard des espacements séparant les cellules adjacentes du premier plan. Le 35 déplacement des dispositifs optiques par rapport aux cellules du premier plan permet ainsi de faire varier la quantité de lumière traversant le module photovoltaïque. Avantageusement les cellules du premier plan sont fixes. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, les dispositifs optiques ménagés au sein du deuxième plan sont également constitués par des cellules photovoltaïques espacées les unes des autres et présentant chacune une face avant active apte à collecter et à transformer des photons de rayons lumineux incidents en énergie électrique, l'espacement entre les cellules du deuxième plan étant égal à celui des cellules du premier plan. Selon ce mode de réalisations, les cellules du deuxième plan sont monofaciales, chacune présentant une face avant en regard des cellules du premier plan. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les dispositifs optiques ménagés au sein du deuxième plan sont constitués par des modules réflecteurs espacés les uns des autres, chaque module réflecteur étant apte à diriger les photons des rayons lumineux incidents en direction des faces avant et/ou arrières actives des cellules photovoltaïques du premier plan, l'espacement entre les modules réflecteurs étant égal à celui des cellules du premier plan. Selon ce mode de réalisation, les cellules du premier plan sont de préférence des cellules photovoltaïques bifaciales, chacune présentant une face avant active et une face arrière active. Avantageusement, les dispositifs optiques sont aptes à se trouver dans au moins une première et une deuxième positions extrêmes, ladite première position extrême correspondant à une position pour laquelle chaque dispositif optique se trouve en regard d'un espacement entre des cellules adjacentes du premier plan, et ladite deuxième position extrême correspondant à une position pour laquelle chaque dispositif optique se trouve en regard d'une cellule du premier plan. Ainsi, dans la deuxième position extrême l'ouverture du module photovoltaïque au regard de la lumière incidente, et vue de l'intérieur de la pièce munie dudit module est maximale, et dans la première position extrême les ouvertures du module photovoltaïque sont obturées. Une position intermédiaire peut également être prévue, pour laquelle les dispositifs optiques ne sont que partiellement en regard des espacements entre les cellules adjacentes du premier plan. Avantageusement, le module photovoltaïque comprend en outre une plaque intermédiaire 35 disposée entre les cellules du premier plan et les dispositifs optiques du deuxième plan. Cette plaque intermédiaire est susceptible de remplir au moins une fonction optique. Ainsi, elle peut être transparente, par exemple réalisée en verre ou en polymère transparent. En outre, cette plaque intermédiaire peut également être recouverte d'une couche diffusive ou d'une couche diffractive apte à envoyer tout ou partie des photons de rayonnement lumineux incidents vers les dispositifs optiques. Elle peut également remplir la fonction de filtre. De préférence, les dispositifs optiques sont solidarisés, au niveau de leur face arrière, à un support mobile en translation dans le deuxième plan. Ce support mobile peut être en matériau transparent ou en matériau apte à réfléchir tout ou partie des photons vers les faces arrières des cellules du premier plan. La surface de ce support mobile en regard des faces arrières des cellules du premier plan peut être recouverte d'un matériau réfléchissant. Par exemple, le déplacement des dispositifs optiques ou du fond mobile peut être réalisé manuellement ou via un système magnétique ou commandé de manière électronique. La commande électronique peut être réalisée via une télécommande sans fil. Le module photovoltaïque peut en outre comprendre une structure dans laquelle sont disposés au moins les cellules du premier plan, les dispositifs optiques du deuxième plan, la plaque intermédiaire et le support mobile, ladite structure comprenant au moins une plaque avant en regard de la face avant des cellules du premier plan, une plaque arrière en regard de la face arrière des dispositifs optiques ou du support mobile et un cadre de scellement des plaques avant et arrière. La plaque avant de la structure est de préférence en matériau transparent aux rayons incidents, et notamment à la lumière, tel que le verre ou un polymère transparent. De préférence, la plaque arrière de la structure présente des premières zones en regard des espacements séparant les cellules du premier plan, et des deuxièmes zones en regard des faces arrières des cellules du premier plan. Les premières zones peuvent être transparentes ou semi-transparentes aux rayons incidents. Ces premières zones peuvent également être munies de lentilles de Fresnel. Les deuxièmes zones sont de préférence opaques. Le déplacement des dispositifs optiques ou du support mobile peut être assuré par un système de roulettes et de rails disposé entre la plaque arrière de la structure et la face arrière des dispositifs optiques ou du support mobile. Le système de roulettes et de rails est de préférence disposé au niveau des parties supérieure et inférieure des dispositifs optiques ou du support mobile. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de la face avant d'un module photovoltaïque de 10 l'invention dans lequel les dispositifs optiques du second plan sont situés selon une première position extrême, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en section du module photovoltaïque de la figure 1 selon l'axe AA' ; - la figure 3 est une vue schématique de la face avant du module photovoltaïque de la 15 figure 2 dans lequel les dispositifs optiques sont dans une deuxième position extrême ; - La figure 4 est une vue schématique en section du module photovoltaïque de la figure 3 selon l'axe AA' ; - la figure 5 est une vue schématique de la face avant du module photovoltaïque de l'invention dans lequel les dispositifs optiques sont situés selon une position 20 intermédiaire entre ladite première et seconde positions extrêmes ; - la figure 6 est une vue schématique en section d'un module photovoltaïque muni de modules réflecteurs selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue schématique en section d'un module photovoltaïque muni d'une plaque intermédiaire diffusive selon un autre mode de réalisation de l'invention ; 25 - la figure 8 est une vue schématique en section d'un module photovoltaïque muni d'une plaque intermédiaire diffractive selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 9 est une vue schématique en section d'un module photovoltaïque selon l'invention, dont la plaque arrière de la structure est munie de lentilles de Fresnel ; - la figure 10 est une vue schématique en plan d'un module photovoltaïque muni d'un 30 système de rails et de roulettes selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 11 est une vue schématique en section du module photovoltaïque de la figure 10 selon l'axe BB'. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIER 35 En référence aux figures 1 à 11, le module photovoltaïque 1 comprend notamment : - une pluralité de cellules photovoltaïques 2 fixes, disposées espacées les unes des autres dans un premier plan Pl, chaque cellule 2 présentant au moins une face avant 20 active apte à collecter et à transformer des photons de rayons lumineux incidents en énergie électrique ; et - une pluralité de dispositifs optiques 3 disposés dans un deuxième plan P2 parallèle audit premier plan Pl, lesdits dispositifs optiques étant aptes à se déplacer, notamment en translation, dans le deuxième plan, et chaque dispositif optique 3 étant au moins apte à réaliser une fonction identique ou différente de celle des cellules 2 du premier plan Pl. Le coulissement des dispositifs optiques dans le plan P2 permet notamment de les placer dans une première position extrême (figures 1 et 2), une deuxième position extrême (figures 3 et 4), et une ou plusieurs positions intermédiaires (figure 5). La première position extrême, ou obturation des ouvertures, correspond à une position pour laquelle chaque dispositif optique 3 se trouve placé en regard ou à l'aplomb d'un espacement 22 séparant deux cellules 2 adjacentes du premier plan Pl. La deuxième position extrême, ou ouverture maximale, correspond à une position pour laquelle chaque dispositif optique 3 se trouve en regard ou à l'aplomb d'une cellule 2 du premier plan Pl, et la position intermédiaire correspond à une position pour laquelle chaque dispositif optique 3 n'est que partiellement positionné en regard d'un espacement 22 séparant deux cellules 2 adjacentes du premier plan Pl . Dans un mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 4, les dispositifs optiques 3 sont constitués par des cellules photovoltaïques espacées les unes des autres et présentant chacune une face avant 30 active apte à collecter et à transformer des photons de rayons lumineux incidents en énergie électrique, l'espacement 22 entre les dispositifs optiques 2 du deuxième plan P2 étant égal à celui séparant les cellules adjacentes 2 du premier plan Pl. Dans ce mode de réalisation, les cellules 2 du premier plan peuvent être bifaciales ou monofaciales et les cellules du deuxième plan P2 sont monofaciales, chacune des cellules du deuxième plan présentant une face avant 30 active orientées en direction des faces arrières 21 des cellules 2 du premier plan Pl. Ainsi, dans la première position et dans la position intermédiaire, les cellules du deuxième plan P2 reçoivent les rayons lumineux arrivant au niveau des espacements entre les cellules du premier plan Pl et participent ainsi à la production de l'énergie électrique. Dans un autre mode de réalisation illustré sur la figure 6, les dispositifs optiques 3 sont constitués par des modules réflecteurs, dont les surfaces présentent une inclinaison et une courbure particulière pour diriger les photons des rayons lumineux incidents traversant les espacements 22 séparant les cellules 2 du premier plan Pl en direction des faces arrières 21 actives desdites cellules photovoltaïques du premier plan Pl. Les modules réflecteurs sont agencés en présentant un espacement les uns des autres, et l'espacement entre les modules réflecteurs est égal à celui séparant les cellules 2 du premier plan Pl. Selon ce mode de réalisation, les cellules 2 du premier plan Pl sont des cellules photovoltaïques bifaciales, chacune présentant une face avant 20 active et une face arrière 21 active. Ainsi, les photons traversant les espacements séparant les cellules 2 du premier plan Pl sont renvoyés par les modules réflecteurs vers les faces arrières 21 desdites cellules du premier plan, augmentant ainsi la collecte de photons par lesdites cellules, et corollairement le rendement du module photovoltaïque. En outre, le module photovoltaïque 1 peut être muni d'une plaque intermédiaire 5 disposée entre les cellules 2 du premier plan Pl et les dispositifs optiques 3 du deuxième plan P2. Cette plaque intermédiaire 4 peut être réalisée en un matériau transparent aux photons incidents, et notamment à la lumière, tel que du verre, comme illustré sur les figures 2, 4 et 6. Cette plaque intermédiaire 4 peut également être réalisée en un matériau présentant un comportement optique de type diffusif, comme illustré sur la figure 7, afin d'augmenter le piégeage des photons, par exemple par réflexion des photons vers le premier plan Pl, et augmenter ainsi le rendement électrique. Dans cette configuration les cellules 2 du premier plan Pl sont de préférence bifaciales. La plaque intermédiaire 4 peut être réalisée dans un matériau tel que du verre, sur lequel une texturation est réalisée. Il est également possible d'introduire des particules présentant un indice de réfraction élevé. Le comportement diffusif peut également être obtenu par introduction de bulles d'air dans le matériau dans lequel est réalisée la plaque intermédiaire. La plaque intermédiaire 4 peut également être réalisée en un matériau présentant un comportement optique de type diffractif, comme illustré sur la figure 8, apte à envoyer tout ou partie des photons de rayonnement lumineux incidents vers les dispositifs optiques. Ainsi, il est possible de rediriger certaines longueurs d'onde vers les dispositifs optiques 3 du deuxième plan P2, et de laisser passer les autres longueurs d'onde, considérées comme moins efficace dans la conversion électrique, pour éclairer une pièce. Les dispositifs optiques 3 sont solidarisés, au niveau de leur face arrière 31, à un support 5 mobile en translation dans le deuxième plan P2. Ce support 5 mobile peut être réalisé en matériau transparent ou en matériau réfléchissant pour envoyer les photons incidents vers les faces arrières 21 des cellules 2 du premier plan Pl. En outre, l'ensemble constitué par les cellules 2 du premier plan Pl, les dispositifs optiques 3 du deuxième plan P2, la plaque intermédiaire 4 et le support 5 mobile, est disposé dans une structure formée d'une plaque avant 60 positionnée en regard de la face avant 20 des cellules 2 du premier plan Pl, d'une plaque arrière 61 positionnée en regard de la face arrière du support 5 mobile et un cadre 62 de scellement des plaques avant 60 et arrière 61. La plaque avant 60 de la structure est de préférence réalisée en matériau transparent tel que verre ou polymère transparent. La plaque arrière 61 de la structure présente des premières zones 610 en regard des 15 espacements 22 séparant les cellules adjacentes 2 du premier plan Pl, et des deuxièmes zones 611 en regard des faces arrières 21 desdites cellules 2 du premier plan Pl. Les premières zones 610 peuvent être transparentes ou semi-transparentes ou munies de lentilles de Fresnel, comme illustré sur la figure 9, pour optimiser l'éclairage naturel. Les 20 deuxièmes zones sont de préférence opaques. Le déplacement du support mobile 5 peut être réalisé manuellement ou via un système magnétique. Il est également possible d'intégrer des moteurs électriques dans le module photovoltaïque ou dans la structure, ces moteurs électriques pouvant être alimentés par les 25 cellules contenues dans le module photovoltaïque. Ces moteurs peuvent en outre être activés par des capteurs de lumière pour contrôler ou stabiliser la luminosité dans une pièce. Les moteurs peuvent être commandés à distance en utilisant une technologie sans fil. Le mouvement du support 5 mobile est de ce fait assuré sans lien physique entre l'extérieur et l'intérieur du module photovoltaïque, offrant ainsi une meilleure étanchéité de l'ensemble. 30 Le déplacement du support mobile 5 peut être assuré par un système de roulettes et de rails disposé entre la plaque arrière de la structure et la face arrière du support mobile, comme illustré sur les figures 10 et 11. Les roulettes 7 sont disposées au niveau des parties supérieures 51, et inférieure 52 du support mobile 5, et sont associées à un système de rails 8 35 solidarisés sur la plaque arrière de la structure. Il ressort de ce qui précède que le module photovoltaïque de l'invention est facilement intégrable dans un bâtiment, par exemple comme lucarne ou fenêtre de toit, et offre un réglage de l'éclairement naturel selon les besoins de l'utilisateur, du fait d'un mouvement en translation des dispositifs optiques du deuxième plan. La combinaison de cellules photovoltaïques bifaciales et des dispositifs optiques permet d'augmenter le rendement électrique du module photovoltaïque. REVENDICATIONS1. Module photovoltaïque (1) comprenant au moins une pluralité de cellules (2) photovoltaïques disposées de manière espacée les unes des autres dans un premier plan (Pl), chaque cellule (2) présentant au moins une face avant (20) active apte à collecter et à transformer des photons de rayons lumineux incidents en énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de dispositifs optiques (3) disposés selon un deuxième plan (P2) parallèle audit premier plan (Pl), lesdits dispositifs optiques (3) étant aptes à se déplacer dans le deuxième plan (P2), et chaque dispositif optique (3) étant au moins apte à réaliser une fonction identique ou différente de celle des cellules (2) du premier plan (Pl). 2. Module photovoltaïque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules (2) du premier plan (Pl) sont fixes. 3. Module photovoltaïque selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les dispositifs optiques (3) sont constitués par des cellules photovoltaïques espacées les unes des autres et présentant chacune une face avant (30) active apte à collecter et à transformer des photons de rayons lumineux incidents en énergie électrique, l'espacement séparant les cellules photovoltaïques du deuxième plan (P2) étant égal à celui séparant les cellules photovoltaïques du premier plan (Pl). 4. Module photovoltaïque selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les dispositifs optiques (3) sont constitués par des modules réflecteurs espacés les uns des autres, chaque module réflecteur étant apte à diriger les photons des rayons lumineux incidents en direction des faces avant et/ou arrières actives des cellules photovoltaïques (2) du premier plan (Pl), l'espacement séparant les modules réflecteurs étant égal à celui séparant les cellules photovoltaïques (2) du premier plan (Pl). 5. Module photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les dispositifs optiques (3) sont aptes à se placer selon au moins une première et une deuxième positions extrêmes, ladite première position extrême correspondant à une position pour laquelle chaque dispositif optique (3) se trouve à l'aplomb d'un espacement séparant deux cellules photovoltaïques adjacentes du premier plan (Pl), et ladite deuxième position extrême correspondant à une position selon laquelle chaque dispositif optique (3) se trouve à l'aplomb d'une cellule photovoltaïque du premier plan (Pl). 6. Module photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une plaque intermédiaire (4) disposée entre les cellules photovoltaïques (2) du premier plan (Pl) et les dispositifs optiques (3) du deuxième plan (P2). 7. Module photovoltaïque selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque intermédiaire (4) est apte à assurer au moins une fonction optique de transparence, de diffusion, de diffraction ou de filtrage. 10 8. Module photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les dispositifs optiques (3) sont solidarisés, au niveau de leur face arrière (31), à un support (5) mobile en translation dans le deuxième plan (P2). 9. Module photovoltaïque selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en 15 outre une structure dans laquelle sont disposés au moins les cellules photovoltaïques (2) du premier plan (Pl), les dispositifs optiques (3) du deuxième plan (P2), la plaque intermédiaire (4) et le support mobile (5), ladite structure comprenant au moins une plaque avant (60) positionnée en regard de la face avant (20) des cellules photovoltaïques (2) du premier plan (Pl), une plaque arrière (61) positionnée en regard 20 de la face arrière (31) des dispositifs optiques (3) ou du support mobile (5) et un cadre (62) de scellement des plaques avant (60) et arrière 61) de la structure. 10. Module photovoltaïque selon l'une des revendications 1 et 8, caractérisé en ce que le déplacement des dispositifs optiques (3) ou du support mobile (5) est assuré par un 25 système de roulettes (7) et de rails (8) disposé entre la plaque arrière (61) de la structure et la face arrière des dispositifs optiques (3) ou du support mobile (5).5