Brevet FR2961024A1 — publié le 20111209

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT POUR PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES La présente invention se rapporte à un dispositif de refroidissement pour panneaux photovoltaïques. Les panneaux photovoltaïques sont utilisés pour produire à partir d'un flux lumineux de l'électricité. La production électrique dépendant des périodes d'ensoleillement, il est essentiel que les panneaux photovoltaïques aient un rendement optimal pendant ces périodes propices à la production. Or, lorsqu'ils sont exposés à un fort rayonnement lumineux, la température des panneaux photovoltaïques peut atteindre 60 à 70 °C ce qui tend à réduire le rendement des panneaux qui peut chuter de l'ordre de 20%. Afin de réduire l'élévation de température des panneaux photovoltaïques, on peut asperger les panneaux photovoltaïques avec de l'eau pour les refroidir. Selon un mode de réalisation connu, il est possible d'utiliser des rampes d'arrosage comportant chacune un conduit d'eau sur lequel sont prévus des piquages équipés de buses ou de brumisateurs produisant une aspersion d'eau au- dessus des panneaux photovoltaïques sous formes de gouttelettes ou de bruine. Même si ce système permet de réduire la température des panneaux, il ne donne pas pleinement satisfaction car l'aspersion génère au-dessus ou au niveau de la surface du panneau photovoltaïque arrosé un milieu non homogène ce qui perturbe le flux lumineux et donc altère le rendement dudit panneau. Aussi, la présente invention vise à proposer un dispositif de refroidissement pour panneau photovoltaïque qui permet d'optimiser son rendement. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de refroidissement permettant de réduire la température d'au moins un panneau photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'aspersion disposés à proximité du bord supérieur assurant un écoulement par gravité sous forme d'un film d'un liquide sur la surface supérieure du panneau photovoltaïque. Ainsi, le dispositif de refroidissement génère au niveau de la surface du panneau photovoltaïque un film de liquide correspondant à un milieu plus homogène que si l'aspersion avait généré des gouttelettes. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va 10 suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'une habitation équipée d'au moins un panneau photovoltaïque refroidi à l'aide d'un dispositif selon l'invention, 15 - la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, - la figure 3 est une vue de dessus d'une partie d'un panneau photovoltaïque illustrant le film d'eau généré à la surface du panneau photovoltaïque grâce au dispositif de refroidissement selon l'invention, 20 - la figure 4 illustre deux courbes représentant l'électricité produite par un panneau photovoltaïque en fonction du temps sur une journée, avec et sans un dispositif de refroidissement selon l'invention, et - la figure 5 illustre une courbe représentant l'électricité produite par un panneau photovoltaïque en fonction d'un cycle d'aspersion. 25 Sur la figure 1, on a représenté en 10 une habitation avec sur sa toiture au moins un panneau photovoltaïque 12. L'invention n'est pas limitée à ce type de support mais englobe tous les supports sur lesquels peut être rapporté au moins un panneau photovoltaique. Ainsi, l'invention couvre les supports fixes ou mobiles, les supports au sol ou surélevés (sur une toiture par exemple). Le panneau photovoltaïque est fixé au support par tous moyens de fixation appropriés. Le support et les moyens de fixation ne sont pas plus décrits car ils ne sont pas les éléments essentiels de l'invention. Par panneau photovoltaïque, on entend tout élément comprenant au moins une surface sensiblement plane apte à recevoir un flux lumineux pour le transformer en courant électrique. Les panneaux photovoltaïques ne sont pas plus décrits car ils sont connus de l'homme du métier. De manière connue, un panneau photovoltaique comprend une surface supérieure inclinée selon une pente orientée selon une direction dite direction d'inclinaison et comprend un bord dit supérieur 14 sensiblement perpendiculaire à la direction d'inclinaison en amont du panneau selon le sens d'écoulement d'un liquide sur la surface supérieure. Généralement, le panneau photovoltaique est sensiblement carré ou rectangle. Le panneau photovoltaïque est équipé d'un dispositif de refroidissement permettant d'optimiser le rendement en maintenant la température au niveau du 20 panneau photovoltaïque dans une plage adéquate. Selon l'invention, le dispositif de refroidissement comprend des moyens 16 d'aspersion disposés à proximité et sur au moins une partie du bord supérieur 14 assurant un écoulement par gravité sous forme d'un film d'un liquide 18 sur la surface supérieure du panneau photovoltaïque. 25 Les moyens d'aspersion et/ou le liquide sont tels qu'ils génèrent au-dessus de la surface supérieure un film de liquide qui permet de réduire ou maintenir la température à la surface supérieure dans une plage adéquate et qui se comporte comme un milieu sensiblement homogène dont l'impact sur le flux lumineux est limité. De préférence, le liquide 18 est un mélange d'eau et d'au moins un tensioactif qui permet de réduire la tension superficielle de l'eau ce qui permet de limiter la formation de gouttes ou gouttelettes (milieu non homogène) et favorise l'apparition d'un film (milieu homogène) au niveau de la surface supérieure du panneau photovoltciique. Ainsi, le dispositif comprend des moyens pour injecter dans le liquide au moins un tensioactif. Selon un mode opératoire, le tensioactif est un tensioactif de type biodégradable commercialisé sous le nom « Tergitol » série L. Avantageusement, le liquide utilisé comprend de l'ordre de 0,001 à 0,0001% de tensioactif. Selon un mode de réalisation, les moyens 16 d'aspersion comprennent un tube avec une arrivée de liquide à une première extrémité, des moyens d'obturation à l'autre extrémité et une pluralité d'orifices 20 répartis le long d'une génératrice disposée légèrement au dessus du plan contenant la surface supérieure du panneau photovoltaïque. De préférence, la génératrice est disposée approximativement à 15 mm au dessus de la surface supérieure. Cet agencement permet de favoriser l'écoulement laminaire. Selon un mode de réalisation, chaque orifice a un diamètre de 1,5 mm et le pas entre deux orifices successifs est de l'ordre de 1,5 mm. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette répartition. Le tube peut être un tuyau en polychlorure de vinyle de type haute pression avec un diamètre de 32 mm ou 40 mm en fonction de la surface des panneaux à traiter. La longueur du tube est adaptée en fonction de la longueur du bord supérieur. Dans le cas de plusieurs panneaux photovoltciiques, le dispositif sera disposé au niveau du bord supérieur du panneau le plus proche du faitage. Le dispositif de refroidissement comprend une vanne 22 autorisant ou non le passage du liquide vers les moyens d'aspersion 16, des moyens de contrôle 24 pilotant le changement d'état (passant ou non) de la vanne 22 ainsi qu'une sonde de température 26 disposée de manière adéquate pour indiquer aux moyens de contrôle 24 une température représentative de celle de la surface supérieure du panneau photovoltciique. De préférence, la sonde de température 26 est noyée dans un bloc de matière pour augmenter l'inertie de température de manière à réguler les variations de température et ne pas tenir compte des variations de température brusques et temporaires produites lors du passage d'un nuage par exemple. Selon un mode de réalisation, la sonde de température 26 est noyée dans un bloc de résine polymère de 15 cm de côté avec une épaisseur de 1,5 cm. De préférence, un colorant bleu est incorporé à cette résine polymère afin de tendre vers une température similaire à celle des panneaux. La sonde de température 26 est disposée à côté du ou des panneau(x) photovoltaïque(s) de manière à être soumise aux mêmes conditions d'éclairement que ces derniers. Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle 24 sont un thermostat destiné à une habitation équipée d'un chauffage électrique dont la plage de température dépasse les 35°C. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de contrôle 24 déclenchent et maintiennent l'aspersion du ou des panneau(x) photovoltaïque(s) tant que la température mesurée par la sonde de température 26 est égale ou supérieure à 35°C. Selon un mode de réalisation, la vanne 22 est une électrovanne. En variante, l'aspersion peut être déclenchée non pas en fonction d'une température mesurée mais en fonction du temps, lors d'au moins un créneau de temps. Dans ce cas, les moyens de contrôle 24 peuvent comprendre un programmateur 28. Selon l'invention, la régulation de l'aspersion peut être fonction de plusieurs variables. Ainsi, les moyens de contrôle 24 peuvent comprendre un thermostat et un programmateur. Le dispositif de refroidissement peut être fixé par tous moyens appropriés au panneau photovoltciique ou au support sur lequel est rapporté le panneau photovoltdique. Selon un mode de réalisation, les moyens de fixation peuvent se présenter sous la forme de colliers en forme de U dans lesquels peut se clipser le tube 16 utilisé comme moyens d'aspersion. Toutefois, d'autres solutions pourraient être envisagées pour fixer le dispositif de refroidissement selon l'invention. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement comprend une pompe 30 en complément ou remplacement de la vanne (22) permettant d'acheminer le liquide jusqu'aux moyens d'aspersion 16, ladite pompe 30 étant pilotée par les moyens de contrôle 24. Selon un mode de réalisation, le dispositif de refroidissement comprend un réservoir de stockage 32 de liquide dans lequel il est pompé. Avantageusement, le dispositif comprend un circuit 34 permettant de collecter le liquide s'écoulant sur la surface supérieure du ou des panneau(x) photovoltaïque(s) et de le réintroduire dans le réservoir de stockage 32. Cette configuration limite la consommation d'une ressource comme l'eau. De préférence, le dispositif comprend un filtre 36 disposé en amont des moyens d'aspersion 16 pour limiter les risques de colmatage des orifices 20. Selon un mode de réalisation, dans le cas d'une installation de panneaux photovoltdiques sur une toiture, le circuit de collecte 34 peut être assuré par les gouttières utilisées pour collecter les eaux pluviales. Le réservoir de stockage 32 peut se présenter sous la forme d'une cuve en 5 matière plastique rotomoulée, enterrée. Pour limiter l'élévation de température du liquide stocké dans la cuve 32, il est nécessaire de limiter le temps d'utilisation durant la journée et/ou d'effectuer au moins un cycle d'aspersion durant la nuit de manière à refroidir le liquide lors de son passage sur la surface supérieure des panneaux photovoltaïques. A cet 10 effet, le réservoir peut comprendre un capteur de température permettant de mesurer la température du liquide à l'intérieur du réservoir de stockage 32 et relier aux moyens de contrôle 24 pour provoquer un cycle d'aspersion la nuit lorsque la température du liquide dépasse un certain seuil. Le dispositif peut fonctionner de la manière suivante. 15 Lorsque la température mesurée dépasse un seuil déterminé, notamment de l'ordre de 35°C, les moyens de contrôle 24 pilotent la pompe et l'électrovanne de manière à propulser un liquide dans les moyens d'aspersion 16 pour provoquer un écoulement par gravité sous forme d'un film à la surface supérieure du ou des panneaux. Avantageusement, après s'être écoulé sur le ou les panneau(x) 20 photovoltdique(s), le liquide est collecté et réintroduit dans une cuve dans lequel il est de nouveau pompé pour alimenter les moyens 16 d'aspersion. Sur la figure 4, on a représenté en 38 une courbe de production d'électricité sans le dispositif de refroidissement et en 40 une courbe de production d'électricité avec le dispositif de refroidissement, sur une période d'une journée. 25 On note un gain de production de l'ordre de 20%. Sur la figure 5, on a représenté une courbe 42 de production d'électricité illustrant sa variation en fonction d'un cycle d'aspersion qui débute au point 44 et qui finit au point 46. On note que l'augmentation de la production intervient très rapidement après le début du cycle d'aspersion, approximativement 4 min après le début. On obtient le gain maximum de production, de l'ordre de 20%, après une durée relativement courte de l'ordre de 13 min. Après l'arrêt du cycle d'aspersion, la production diminue progressivement. Après 11 min, le gain de production est approximativement de l'ordre de 10%. La production se re-stabilise au bout de 30 min après le début du cycle d'aspersion. On note un gain de l'ordre de 5% provenant du nettoyage de la surface des panneaux photovoltciiques. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement permettant de réduire la température d'au moins un panneau photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (16) d'aspersion disposés à proximité du bord supérieur (14) assurant un écoulement par gravité sous forme d'un film d'un liquide (18) sur la surface supérieure du panneau photovoltaïque. 2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour injecter au moins un tensioactif dans le liquide (18). 3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (16) d'aspersion comprennent un tube avec une arrivée de liquide à une première extrémité et une pluralité d'orifices (20) répartis le long d'une génératrice disposée légèrement au dessus du plan contenant la surface supérieure du panneau photovoltaïque. 4. Dispositif de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque orifice a un diamètre de 1,5 mm et en ce que le pas entre deux orifices successifs est de l'ordre de 1,5 mm. 5. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne (22) et/ou une pompe (30) pour contrôler l'écoulement du liquide vers les moyens d'aspersion (16), des moyens de contrôle (24) pilotant ladite vanne (22) et/ou ladite pompe ainsi qu'une sonde de température (26) disposée de manière adéquate pour indiquer aux moyens de contrôle (24) une température représentative de celle de la surface supérieure du panneau photovoltaïque. 6. Dispositif de refroidissement selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (24) comprennent un thermostat permettantde déclencher l'aspersion lorsque la température est supérieure ou égale à 35°C. 7. Dispositif de refroidissement selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (24) comprennent un programmateur (28) permettant de déclencher l'aspersion lors d'au moins un créneau de temps. 8. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la sonde de température (26) est noyée dans un bloc de matière pour augmenter l'inertie de température. 9. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir de stockage (32) et un circuit (34) permettant de collecter le liquide s'écoulant sur la surface supérieure du ou des panneau(x) photovoltaïque(s) et de le réintroduire dans ledit réservoir de stockage (32).