Brevet FR2951208A1 — publié le 20110415

DISPOSITIF POUR LA FIXATION DE MODULES PHOTOVOLTAÏQUES L'invention concerne un dispositif, intégrant des profilés de forme particulièrement adaptée, pour la fixation de modules photovoltaïques, les modules pouvant notamment constituer tout ou partie d'une toiture étanche d'habitation ou d'un local industriel. Depuis quelques années, pour des raisons économiques, un intérêt certain quant à l'usage de l'énergie solaire s'est développé pour assurer io en partie les besoins de consommation en électricité des habitations ou locaux commerciaux. Pour fournir ces besoins en électricité, il est connu de disposer sur les toitures, des modules photovoltaïques comprenant des cellules 15 photovoltaïques couplées en série les unes aux autres et générant un courant continu lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Certaines toitures de grande superficie, telles que celles de bâtiments d'élevage, sont même de plus en plus transformées ou construites, en y 20 assemblant des modules photovoltaïques, l'électricité produite étant généralement revendue à des compagnies de production d'électricité. Un module photovoltaïque est le plus souvent formé d'un panneau feuilleté, comprenant deux substrats verriers en face avant et face arrière, 25 et entre lesquels sont agencées des cellules photovoltaïques constituées d'un empilement de matériaux semi-conducteurs (par exemple du silicium) pris en sandwich entre deux électrodes métalliques. L'ensemble des éléments ci-dessus constituant les cellules 3o photovoltaïques est entouré et porté par un cadre métallique de support, 25 intégrant par ailleurs les câbles pour la distribution électrique. Ce cadre offre l'avantage de pouvoir rapporter et fixer aisément un module photovoltaïque sur la toiture. La fixation de modules photovoltaïques est habituellement réalisée en fixant sur la charpente existante, plus particulièrement sur et transversalement aux liteaux, des profilés métalliques espacés de la largeur d'un module. Les modules sont ensuite rapportés contre les profilés, et y sont solidarisés par des moyens de fixation appropriés. i0 Divers types de profilés et de moyens de fixation existent. Le plus souvent les profilés présentent une symétrie par rapport à leur axe médian longitudinal, deux modules adjacents latéraux étant rapportés de part et d'autre de cet axe. Par ailleurs, les moyens de fixation consistent par 15 exemple en des attaches dont une partie sous forme de tige est introduite à la jointure de modules adjacents et est fixée dans le profilé, tandis qu'une autre partie sous forme de platine vient chapoter les bords de deux modules. 20 L'étanchéité de la toiture est quant à elle obtenue par divers moyens en fonction des types de profilés et de moyens de fixation utilisés. L'invention a pour but de proposer une autre solution aux systèmes connus de fixation de modules photovoltaïques. Le dispositif de l'invention assurant la fixation de modules photovoltaïques comprend au moins un profilé dont le corps présente une partie médiane, et deux parties latérales opposées connectées à la partie médiane, et est caractérisé en ce que : la partie médiane du profilé présente en section droite la forme générale d'un U inversé qui comprend une âme et deux ailes latérales s'étendant en regard et connectées respectivement aux deux parties latérales du profilé, cette partie médiane étant de hauteur (dans un plan transversal à l'axe longitudinal du profilé) supérieure à la hauteur des parties latérales, l'âme de la partie médiane présente la forme générale d'un Oméga et est pourvue d'une nervure longitudinale, dite nervure de butée, formant de part et d'autre de celle-ci un épaulement respectif, et sur chacun desquels est destiné à reposer le bord de la face arrière d'un module photovoltaïque, chaque partie latérale du profilé comprend également une nervure longitudinale fournissant une gorge sur l'un de ses côtés et en connexion avec une aile de la partie médiane. Ainsi, la partie médiane en saillie du reste du corps du profilé, en particulier par les épaulements, peut accueillir et supporter le bord de respectivement deux modules photovoltaïques adjacents, l'agencement de ceux-ci s'effectuant simplement en les déposant sur les épaulements. De plus, la nervure de butée de l'âme de la partie médiane permet de caler latéralement le bord des modules et fournit avantageusement en combinaison avec chaque épaulement, une glissière longitudinale le long de laquelle peut coulisser les modules pour les agencer aisément à la hauteur voulue de la toiture. Enfin, les nervures longitudinales des parties latérales procurent des gorges destinées à fournir des rigoles d'écoulement d'eau pour garantir l'étanchéité de la toiture. En effet, en cas de pénétration d'eau à la jonction des modules et de la nervure de butée de la partie médiane du profilé, 5 l'eau ruissèle alors le long des épaulements et des ailes latérales de la partie médiane pour tomber dans ces rigoles. Les rigoles disposées selon le sens de pente de la toiture débouchent au niveau du bas de la charpente dans une gouttière usuelle. On entend dans la suite de la description par "longitudinal", le qualificatif se rapportant à une orientation parallèle à la pente d'une toiture, tandis que "transversal" se rapporte à une orientation perpendiculaire à cette pente. i0 Le qualificatif « latéraux » pour des modules formant la couverture d'une toiture, sera relatif à des modules agencés côte à côte selon une direction transversale à la pente de la toiture ; et on entend par « supérieur » et « inférieur » les qualificatifs d'éléments positionnés vers le haut et 15 respectivement vers le bas selon la pente de la toiture. Les profilés du dispositif de l'invention remplacent avantageusement les chevrons usuels et s'étendent selon la pente de la toiture transversalement aux pannes de la charpente auxquelles les profilés sont 20 fixés. On gagne ainsi en simplicité de fabrication de la charpente, n'ayant plus besoin comme dans les charpentes traditionnelles d'ajouter des chevrons et des liteaux pour assurer le maintien dur revêtement de couverture. 25 Selon une caractéristique, chaque partie latérale comporte sur l'autre côté longitudinal de la nervure, à l'opposé de la gorge, une surface plane destinée à servir de surface de fixation du profilé à la charpente. La fixation au niveau de cette surface permet de garantir l'étanchéité du dispositif, ce qui ne serait pas le cas, si la fixation était réalisée au niveau 30 des gorges longitudinales du profilé. 15 20 Selon une autre caractéristique, la partie médiane du profilé de forme générale en U renversé présente une section de forme générale trapézoïdale, les ailes du U étant sensiblement obliques par rapport à l'âme, et de préférence les nervures des parties latérales présentent également une section de forme générale trapézoïdale. Un tel profil permet aisément d'assurer un chevauchement des profilés lorsque plusieurs profilés sont à abouter selon la pente de la toiture, pour fournir la longueur adéquate de chevron. Le dispositif comporte avantageusement des moyens d'évacuation d'eau disposés transversalement à au moins deux profilés espacés, et destinés à être mis sous, et en regard des bords latéraux de deux modules supérieur et inférieur aboutés. Les moyens d'évacuation d'eau consistent en particulier en des goulottes fixées aux nervures des parties latérales de deux profilés espacés, et présentant une pente débouchant en regard d'une gorge d'une des parties latérales. Le dispositif comporte par ailleurs au moins une pareclose destinée à coopérer, de préférence par emboîtement, avec la nervure médiane de butée du ou des profilés, et à chevaucher la face externe (face avant) des bords longitudinaux des modules. 25 La pareclose est fixée à la nervure de butée, notamment par des vis dotées de rondelles d'étanchéité. De préférence, le profilé est métallique et fabriqué par exemple par une 30 technique de profilage. Selon l'invention, les profilés sont destinés à constituer les chevrons d'une charpente de toiture. Le dispositif monté et fixé sur une charpente permet de recevoir des modules photovoltaïques formant tout ou partie du revêtement de la toiture. La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'exemples io uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir des illustrations ci-jointes, dans lesquelles : La figure 1 représente une vue en perspective partielle d'un dispositif de l'invention intégrant en particulier une pluralité de profilés spécifiques, pour le montage et la fixation de modules 15 photovoltaïques constituant tout ou partie d'une toiture; La figure 2 est une vue en perspective d'un profilé de l'invention; La figure 3 est une vue en coupe transversale du profilé de la figure 2; La figure 4 illustre une vue en coupe transversale d'un profilé 20 associé à deux modules photovoltaïques adjacents latéraux; La figure 5 est une vue en perspective de l'aboutement de deux profilés par recouvrement ; La figure 6 est une vue en coupe longitudinale de l'aboutement de deux modules photovoltaïques supérieur et inférieur; 25 La figure 7 illustre une vue partielle en perspective de la partie inférieure d'un module d'extrémité inférieure de la toiture; La figure 8 illustre une vue partielle en perspective de la partie supérieure d'un module d'extrémité supérieure de la toiture. La figure 1 illustre un dispositif de l'invention permettant le montage sur une toiture de modules photovoltaïques 1A, 1B, 1C, 1 D, 1E, etc... Les modules photovoltaïques sont avantageusement utilisés en tant que revêtement de toiture (pour tout ou partie de la toiture) grâce au dispositif de l'invention garantissant, outre la fixation, l'étanchéité de la toiture. Le dispositif comporte une pluralité de profilés 2, ou tels que représentés sur la figure 1, de référence 2A, 2B, 2C, supportant les modules photovoltaïques, des moyens d'étanchéité 3 agencés entre modules et io transversalement à la pente de la toiture, et des parecloses 4 de blocage en position montée des modules, agencées à la jonction longitudinale de modules adjacents latéraux, par exemple entre les modules 1A et 1 D, et 1B et 1E. 15 Les profilés sont espacés deux à deux d'une distance correspondant à la largeur d'un module, un même profilé servant au support d'un bord longitudinal de deux modules adjacents latéraux. Les modules sont disposés entre deux profilés et aboutés par leurs côtés 20 transversaux; deux modules adjacents inférieur, tel que 1A ou 1 D, et supérieur, tel que 1B ou 1 E, sont associés bord à bord par leur tranche, les moyens d'étanchéité 3 constituant une interface d'étanchéité transversale. 25 Les modules sont généralement rectangulaires. Ils sont ici assemblés en mode "portrait", c'est-à-dire que leurs grands côtés sont parallèles à la pente de la toiture. Ils peuvent en variante être agencés en mode "paysage", leurs grands côtés étant transversaux à la pente de la toiture et parallèles aux pannes de la charpente. Dans ce dernier mode, les profilés 30 sont simplement espacés d'une plus grande distance, mais les moyens d'étanchéité sont disposés de manière similaire, transversalement à la pente de la toiture, et les parecloses restent également disposées longitudinalement, à cheval sur les modules en regard des profilés. Les profilés 2 sont de préférence métalliques, tels qu'en acier inoxydable, acier électro-zingué, acier galvanisé, ou aluminium. Un profilé est réalisé par exemple par une technique de profilage à partir d'un feuillard. En variante, le profilé est en matériau composite obtenu par extrusion. io Un profilé 2, tel que visible sur la figure 2 présente un corps longitudinal 20 se décomposant en trois parties longitudinales, une partie médiane 5, et deux parties latérales opposées 6 et 7, connectées de part et d'autre de la partie médiane 5. Les parties latérales 6 et 7 sont identiques et symétriques par rapport à l'axe médian longitudinal X du profilé, s'étendant 15 de manière centrale à la partie médiane 5. Les parties latérales 6 et 7 constituent l'embase du profilé pour sa pose et son assemblage à la charpente de la toiture, tandis que la partie médiane 5 est en saillie et plus haute que ces parties latérales constitue la surface 20 de support des modules. Contrairement à une toiture classique, la charpente n'a pas besoin de recevoir de chevrons et de liteaux usuels, simplifiant la réalisation de la toiture de l'invention. En effet, les profilés de l'invention remplacent très 25 avantageusement les chevrons en s'étendant depuis la sablière jusqu'au faîtage et en étant rendus solidaires des pannes 10 de la charpente, tel qu'illustré sur la figure 1. Bien entendu, en cas d'intégration de modules sur une charpente usuelle déjà existante, les profilés seront fixés sur les liteaux. 30 Telle que visible sur les figures 2 et 3, la partie médiane 5 d'un profilé comprend une âme 50, deux ailes latérales 51 et 52 en regard, s'étendant en direction et connectées respectivement aux parties latérales 6 et 7. Cette partie médiane présente une forme générale de U inversé, et de préférence le U présentant une section générale trapézoïdale. L'âme 50, de forme générale en Oméga (SZ) à arêtes droites, est pourvue en son milieu d'une nervure longitudinale 53, engendrant respectivement de part et d'autre, deux épaulements 54 et 55 sur lesquels (figure 4) sont io destinées à reposer les faces arrière 11 des côtés longitudinaux de deux modules adjacents latéraux, tels que 1A et 1 D. Chaque partie latérale 6 et 7 (figure 2) présente de manière identique une nervure longitudinale 60, respectivement 70, présentant un méplat 61, 15 respectivement 71, et deux flancs latéraux 62 et 63, respectivement 72 et 73. L'extrémité libre 63a du flanc latéral 62, opposée au méplat 61, est reliée à l'extrémité 51a de l'aile 51 (opposée à l'âme médiane 50 de la partie médiane) par une jonction plane 64. De même, l'extrémité 72a du flanc latéral 72 de la partie médiane, est reliée à l'extrémité 52a, par une 20 jonction plane 74. Les jonctions planes 64 et 74, combinées aux flancs 63 et 72 des parties latérales et les ailes 51 et 52 de la partie médiane, délimitent des gorges respectives 65 et 75, en forme de U et destinées à former des rigoles 25 longitudinales d'évacuation d'eau garantissant l'étanchéité de la toiture. En effet, en cas d'infiltration d'eau sous la pareclose 4 le long des bords longitudinaux des modules, l'eau chemine sur la face externe de la partie médiane sous les modules, plus particulièrement le long des épaulements 30 54 et 55 et des ailes latérales 51 et 52 pour tomber dans les rigoles 65 et i0 75. Ces dernières suivent la pente de la toiture et sont destinées à déboucher avantageusement dans une gouttière usuelle à l'extrémité inférieure de la toiture. En regard des figures 2 et 3, du côté des bords distaux de chaque nervure longitudinale 60 ou 70, opposé à la partie médiane 5, et de façon coplanaire aux jonctions planes 64 et 74, les flancs latéraux de la nervure sont coudés pour s'étendre suivant des ailes distales planes 66 et 76 qui sont destinées à constituer les surfaces de fixation du profilé aux pannes io de la charpente. Cette fixation est ainsi avantageusement effectuée en dehors des gorges 65 et 75 pour garantir l'étanchéité de la toiture. Elle est assurée par des vis 67. De préférence, la forme générale (figure 3), de chacune portion creuse du 15 corps du profilé, en particulier la nervure longitudinale 53, l'âme 50 associée aux ailes 51 et 52 de la partie médiane, et les nervures 60 et 70 des parties latérales, est de section sensiblement trapézoïdale. Cette forme autorise un recouvrement aisé, tel que visible sur la figure 5, d'une extrémité 21 de corps de profilé par celle 22 d'un autre profilé afin de 20 juxtaposer longitudinalement des profilés et atteindre la longueur utile de chevron. Afin de conserver l'étanchéité du dispositif, les profilés se chevauchent de façon que le profilé supérieur soit à cheval sur le profilé inférieur dans le 25 sens de la pente. En outre, cette forme trapézoïdale facilite l'empilement des profilés pour leur stockage et/ou leur transport sur chantier. Il On note que les éléments 66, 61, 64, 54, 55, 71, 74 et 76 sont parallèles entre eux et au plan de la toiture. De même, on note que les ailes 51 et 52, et les flancs 62, 63, 72 et 73 sont obliques par rapport au plan de l'embase du profilé, et donc par rapport au plan de la toiture. Enfin, la configuration du profilé en trois parties, dont les deux parties latérales qui sont symétriques et pourvues de surfaces planes d'appui opposées et symétriques (jonctions 64 et 74 et ailes distales 65 et 76), procure au profilé une inertie mécanique adaptée à une sécurisation du io dispositif et à une répartition des contraintes exercées par le poids des modules. L'étanchéité entre modules doit être obtenue de manière longitudinale aux modules d'une part, ce qui est réalisé par les gorges longitudinales 65 et 15 75 des profilés, et de façon transversale d'autre part, ce qui est effectué grâce aux moyens d'étanchéité 3. De préférence, les moyens d'étanchéité 3 associés à chaque bord supérieur transversal d'un module en position montée du module, et tels 20 qu'illustrés sur la figure 6, sont constitués par une baguette d'étanchéité. A titre d'exemple, cette baguette est un profilé extrudé polymérique, en élastomère TPE ou autre matériau adapté, du type silicone, PVC extrudé entouré de butyle. En variante, elle peut être métallique et pourvue d'un 25 joint rapporté, la partie métallique étant solidaire de la tranche du module, tandis que le joint est disposé à l'opposé. Les moyens d'étanchéité 3 peuvent être rapportés de manière indépendante sur les bords des modules lors du montage sur chantier de ces derniers, ou peuvent être rendus au préalable solidaires, en usine de fabrication par exemple. La baguette d'étanchéité 3 présente une forme de section générale en L, comprenant une branche 30 d'association avec la tranche du module et une branche 31 sensiblement perpendiculaire se prolongeant de préférence à son extrémité libre par un retour 32 coudé sensiblement à 45° vers l'intérieur dudit L. La branche 30 de la baguette 3 est ainsi solidaire de la tranche supérieure et sur toute sa hauteur, d'un module inférieur, tel le module 1A représenté sur la figure 6. En position montée des modules, la branche 31 chevauche la face externe 12, en regard de l'environnement, du module supérieur 1 B, plus particulièrement le bord du cadre métallique du module. Le retour coudé 32, de préférence sensiblement élastique, permet de venir épouser parfaitement la surface externe du module quel que soit son profil, et maximise ainsi l'étanchéité. Enfin, pour parfaire l'étanchéité à ce niveau d'aboutement transversal des modules, des goulottes 8 sont agencés sous les modules (figures 1 et 4), transversalement aux profilés. Chaque goulotte est formée d'une platine 80 s'étendant transversalement aux profilés et à rebord 81. La platine, en position montée, est légèrement inclinée par rapport à l'embase des profilés. La goulotte débouche au niveau de son point le plus bas, du côté des gorges 65 ou 75 formant rigoles d'évacuation. En regard de la figure 2, la solidarisation des goulottes 8 est réalisée par ses extrémités distales contre les méplats 61 et 71 des nervures longitudinales 60 et respectivement 70 des parties latérales des profilés, par des moyens de fixation 83 du type vis. Cette fixation en dehors des gorges-rigoles 65 et 75 garantit l'étanchéité du dispositif. Les derniers éléments du dispositif de l'invention sont les parecloses 4 de maintien en position des modules. Les parecloses sont de préférence en matériau métallique, du type aluminium. Telle qu'illustrée sur la figure 4, une pareclose 4 présente une âme 40 chevauchant la face externe 12 de deux modules adjacents latéraux 1A et 1 D disposés de part et d'autre d'un profilé 2. L'âme 40 est pourvue sur sa face interne, face au profilé, de deux ailes d'accroche 41 et 42, espacées et en regard, coopérant à cheval par emboîtement avec la nervure longitudinale médiane 53 du profilé. La pareclose 4 est rendue solidaire du profilé 2 par des moyens de fixation 43 du type vis auto-perforeuse, traversant l'âme de la pareclose et la nervure 53. Une rondelle de caoutchouc est bien entendu agencée en interface entre la tête de vis et la surface externe de la nervure 53 pour garantir l'étanchéité. Le montage de la toiture grâce au dispositif de l'invention est à présent décrit. Les profilés 2 sont fixés aux pannes 10 de la charpente par vissage des surfaces de fixation 66 et 76 de leurs parties latérales. Les goulottes 8 sont à leur tour fixées aux profilés et à des hauteurs successives de la pente de la toiture de manière à être au droit des jonctions transversales des modules. Les modules pourvus des moyens d'étanchéité 3 sont insérés entre les profilés. Les épaulements 54 et 55 de la partie médiane des profilés et les flancs latéraux de la nervure médiane 53 servent avantageusement de glissières pour faire coulisser les modules le long des rails et les agencer s à l'endroit voulu le long de la pente du toit. En regard de la figure 7, des butées basses, dont une est illustrée par la référence 90, sont fixées par soudage ou vissage, contre les épaulements 55 des bords d'extrémités inférieures des profilés les plus bas de la 10 toiture, à proximité de la sablière de la charpente. Les modules les plus bas de la toiture viennent ainsi en appui contre ces butées basses. En partie supérieure de la toiture, à proximité du faîtage, des butées hautes, dont une 91 est illustrée sur la figure 8, sont fixées, de préférence 15 par vissage, également sur les épaulements, aux bords d'extrémités supérieures des profilés les plus hauts. Les modules sont ainsi calés entre les butées basses et hautes. Il est avantageusement prévu un espace 92 entre les modules d'extrémité supérieure et les butées hautes 91 pour tenir compte du jeu de dilatation des modules. 20 Les parecloses 4 peuvent ensuite être emboitées à la jonction longitudinale des modules et fixées aux profilés par vissage. Enfin, une tôle de faîtage 93 d'étanchéité (figure 8), par exemple en zinc, 25 est rapportée à cheval sur la faîtière, recouvrant les extrémités supérieures des modules. Côté rives et côté sablière (non illustrée sur les figures), l'étanchéité est effectuée par des pièces appropriées recouvrant les extrémités latérales et inférieures des modules qui sont respectivement agencés en rive et en extrémité inférieure de la toiture. Le dispositif de l'invention est ainsi simple et rapide de mise en oeuvre, minimisant les opérations de montage et ne nécessitant que peu d'éléments, tout en garantissant l'étanchéité de la toiture recouverte par les modules photovoltaïques. REVENDICATIONS1. Dispositif pour la fixation de modules photovoltaïques comprenant au moins un profilé dont le corps présente une partie médiane (5), et deux parties latérales opposées (6, 7) connectées à la partie médiane, et est caractérisé en ce que la partie médiane (5) du profilé présente en section droite la forme générale d'un U inversé qui comprend une âme (50) et deux ailes latérales (51, 52) s'étendant en regard et connectées respectivement aux deux parties latérales (6, 7) du profilé, cette partie médiane étant de hauteur (dans un plan transversal à l'axe longitudinal du profilé) supérieure à la hauteur des parties latérales, l'âme (50) de la partie médiane présente la forme générale d'un Oméga et est pourvue d'une nervure longitudinale (53), dite nervure de butée, formant de part et d'autre de celle-ci un épaulement respectif (54, 55), et chaque partie latérale (6, 7) du profilé comprend une nervure longitudinale (60, 70) fournissant une gorge (65, 75) sur l'un de ses côtés et en connexion avec une aile latérale de la partie médiane. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque partie latérale (6, 7) comporte sur l'autre côté longitudinal de la nervure (60, 70), à l'opposé de la gorge, une surface plane (66, 76) destinée à servir de surface de fixation pour le profilé. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce la partie médiane (5) du profilé présente une section de forme générale trapézoïdale, de préférence les nervures (60, 70) des parties latérales présentent également une section de forme générale trapézoïdale. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'évacuation d'eau (8) agencés transversalement à au moins deux profilés espacés, et destinés à être mis sous, et en regard des bords latéraux de deux modules supérieur et inférieur aboutés. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation d'eau (8) consistent en des goulottes fixées aux nervures des parties latérales de deux profilés espacés, et présentant une pente (82) débouchant en regard d'une gorge (65, 75) d'une des io parties latérales. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pareclose (4) destinée à coopérer, de préférence par emboîtement, avec la nervure médiane de butée (53) du ou des profilés et à chevaucher la face externe des 15 bords longitudinaux des modules. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pareclose (4) est fixée à la nervure de butée (53) par des vis dotées de rondelles d'étanchéité. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que le profilé est métallique et fabriqué de préférence par une technique de profilage. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les profilés sont destinés à constituer les chevrons d'une charpente de toiture. 25 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est monté et fixé sur une charpente et reçoitdes modules photovoltaïques formant tout ou partie du revêtement de la toiture.