Brevet FR2973576A1 — publié le 20121005

PANNEAU PHOTOVOLTAIQUE AVEC RECUPERATION. L'invention se rapporte à un panneau solaire photovoltaïque. Elle se rapporte également à l'installation équipée de panneaux photovoltaïques Les panneaux solaires pour la production d'électricité sont constitués par des cellules réceptrices réparties sur un support généralement plan lui-même porté par un cadre métallique qui permet de le fixer sur une structure telle une charpente d'un toit. Ces panneaux sont orientés pour recevoir au mieux les rayons du soleil afin de les transformer en courant électrique. Lorsqu'ils sont intégrés 10 dans une toiture, l'orientation est fixée par la disposition de la toiture. Ces cellules sont protégées par une feuille de verre qui peut être traitée pour diminuer son pouvoir réfléchissant afin d'améliorer le rendement du panneau. On estime que l'énergie solaire que reçoit un mètre carré de panneau 15 est de l'ordre de 1200 kWh/m2 par an. On estime que le coefficient de transformation en électricité de ces panneaux est voisin de 0,15 à 0,18. Le reste de l'énergie est de l'énergie thermique qui va chauffer le panneau solaire. Un tel rendement électrique reste faible mais hormis l'investissement 20 matériel, le système devrait fonctionner sans frais supplémentaire. Cependant le rendement de ces cellules diminue malheureusement lorsque la température des dites cellules augmente et dépasse un seuil de l'ordre de 25°C. On comprend bien que cette température est rapidement atteinte en été. Il est courant d'atteindre des températures de l'ordre de 50° C car la matière constituant le support emmagasine l'énergie thermique. Lorsque les panneaux sont posés en toiture, il se produit sous cette toiture une forte élévation de température. Le panneau devient un radiateur qui chauffe le volume sous toiture. L'hiver on peut récupérer cette chaleur pour chauffer la maison mais l'été, il ne faut pas chauffer. L'été il est quasi impératif d'évacuer des calories dans cet espace sous 10 toiture. Une ventilation naturelle est souvent insuffisante et on ventile au moyen d'une ventilation forcée faisant appel à un moteur électrique car les volumes sous toitures sont importants. On comprend bien que cette consommation d'énergie par une ventilation électrique pénalise le rendement globale de l'installation et il y a lieu de 15 minimiser cette consommation d'énergie. Une première solution consiste à réduire le volume à ventiler en constituant un plafond à fixer sur la charpente. Le volume d'air se trouve réduit mais on constate un manque d'efficacité. L'invention se propose d'apporter une solution. 20 A cet effet, l'invention se rapporte à un panneau photovoltaïque comprenant des cellules photovoltaïques réparties sur la surface supérieure d'un support fixé sur un cadre ce panneau étant caractérisé en ce que le cadre porte sous le support , une paroi en matériau à faible conductivité thermique qui délimite avec la face inférieure du support 25 une conduite d'air et à l'intérieur de laquelle conduite sont disposés des moyens pour modifier l'écoulement de l'air pour qu'il percute la face inférieure du support . L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin qui représente : FIG 1 : Une installation de panneaux photovoltaïques FIG 2 : Un panneau vue en coupe dans l'axe de circulation d'air FIG 3 : Une coupe transversale d'un panneau FIG 4 Coupe longitudinal au niveau de l'emboitement des panneaux FIG 5 Vue de dessus de la cloison isolante du panneau En se reportant au dessin, on voit une installation de production d'énergie électrique constituée par des panneaux 1 photovoltaïques disposés sur une toiture. Un panneau photovoltaïque comprend des cellules photovoltaïques réparties sur la surface 2 supérieure d'un support 3 généralement plan. Ce support est porté par un cadre 4 formé de profilés assemblés. Les cellules photo électriques sont protégées par une feuille 5 transparente en verre. Les panneaux comportent des moyens de recouvrement des bords afin de pouvoir se substituer à la couverture traditionnelle d'un toit et obtenir 20 une bonne étanchéité. Les panneaux montés sont inclinés par rapport à l'horizontal afin que les rayons du soleil soient sensiblement perpendiculaires à la face 2 réceptrice du panneau. Avantageusement, le cadre porte sous le support 3, une paroi 6 en matériau à faible conductivité thermique qui délimite avec la face inférieure du support une conduite 7 d'air et à l'intérieur de laquelle conduite sont disposés des moyens 8 pour modifier l'écoulement de l'air pour qu'il percute la face inférieure 3A du support 3. Le flux d'air initialement laminaire est dévié pour en frappant la face inférieure du support se charger en calories. Il est transformé en flux turbulent. so En premier lieu l'intégration d'une paroi isolante solidarisée au cadre du panneau, permet dès la pose de délimiter un volume réduit que l'on va utiliser pour véhiculer des calories.Le flux d'air de refroidissement va donc circuler essentiellement sous le support. On évite la pose d'un plafond isolant. 15 La paroi isolante permet de réduire les phénomènes de conduction thermique et donc l'influence du volume sous toiture. Le cadre présente des lumières 9 pour la circulation d'air dans le sens montant du panneau. En effet, en prévoyant une paroi 6 sous le support 3 et à une distance de 20 l'ordre de 10 cm, on va créer un couloir dans lequel circulera de l'air que l'on prélève à l'extérieur de la maison. L'air entrant sera donc plus froid que celui situé dans l'espace sous panneau. En effet la paroi isolante délimite non seulement le volume du couloir mais limite la conduction thermique. Du fait de l'inclinaison du panneau et des différences de température, une circulation va s'établir même sans ventilateur ou extracteur. Dans ce couloir lorsque l'air circule, il est de type laminaire parallèle à la face inférieure 3A du support. Au voisinage de la face inférieure du support , sans les moyens de l'invention, il se formerait une couche limite avec une vitesse quasi nulle qui agit comme une couche isolante. L'air circulant dans la conduite ne va donc pas être efficace. Même si on augmente la vitesse de circulation, l'effet couche limite est présent. En plaçant dans ce couloir ou conduite des moyens 8 en vue de « casser le flux laminaire » en le déviant ou en le transformant en flux turbulent, on ne crée plus de couche isolante et l'air circulant va prélever plus de calories. Ces moyens 8 en vue de modifier le flux d'air sont des obstacles, par exemple, des plans ou surfaces inclinés qui barrent partiellement le passage de l'air. Le flux d'air change de direction. Une turbulence se forme au niveau du bord de fuite du plan incliné. L'inclinaison est de l'ordre de 70° plus ou moins 5°. Le flux d'air va être dévié et venir percuter la face inférieure 3A du 20 support où il va être dévié vers le bas. Dans la forme de réalisation de la figure 2, l'obstacle vu en coupe se présente sous la forme d'un Vé inversé. On notera que l'inclinaison de la face 8A qui reçoit le flux d'air est plus proche de la verticale que l'autre face. Le profil est dissymétrique. La face dite de percussion 8A inclinée est présentée par une lame ou une des faces d'un profilé. Ces plans inclinés sont disposés au long de l'axe J d'écoulement de l'air et sont , de préférence, distant les uns des autres d'une valeur ne permettant pas la reconstruction du flux laminaire entre deux obstacles. Un intervalle régulier ou variable est prévu enter chaque lame. Les obstacles ont une largeur réduite par rapport à la largeur du panneau. Egalement afin d'augmenter le temps de parcours, les obstacles peuvent 10 être disposés en quinconce. Ils pourraient alignés mais présenter une espace libre entre deux obstacles juxtaposés. Il est préférable d'assister la circulation d'air par une ventilation motorisée car ces obstacles créent une perte de charge. 15 La hauteur entre la base de la surface inclinée de percussion et son sommet est au plus de 50% de la hauteur de la conduite. Les deux cotés du cadre qui sont sécants au sens de circulation de l'air comportent des moyens d'emboitement par déplacement d'un panneau dans un mouvement parallèle au sens de circulation de l'air et ces bords 20 présentent des ouvertures d'entrée et de sortie de la conduite. Les moyens 10 d'emboitement arrière comprennent deux ailes 11,12 formant un U couché et au dessus du U couché est disposé une troisième aile 13 de recouvrement du panneau suivant. Entre cette aile de recouvrement et l'aile en dessous on dispose d'une gorge destinée à recevoir une partie 15 mâle du panneau suivant , cette partie mâle étant équipée de joint d'étanchéité 16,17. La seconde aile du U couché est destinée à s'emboiter dans une gorge 5 d'un profilé 18 fixé sur la charpente servant d'appui pour le panneau et d'arrêt en translation. Les deux autres cotés du cadre présente des pattesl9 venant s'appuyer sur le fond d'un profilé 20 formant gouttière. Ces dispositions permettent de refroidir plus efficacement les panneaux 10 solaires et donc d'augmenter le rendement. Cet air peut être véhiculé vers un échangeur.On peut ainsi en intégrant une paroi isolante sous le panneau solaire et en plaçant des moyens pour perturber l'écoulement de l'air afin qu'il se charge en calorie en frottant la face inférieure du support obtenir non seulement un 15 abaissement de la température du panneau mais une récupération de chaleur. En effet la nuit, le panneau solaire va restituer de la chaleur. On va donc par des moyens statiques (plaques déviant l'écoulement) obtenir un flux d'air qui se chargera de calories). 20 REVENDICATIONS1. Panneau photovoltaïque comprenant des cellules photovoltaïques réparties sur la surface 2 supérieure d'un support 3 fixé sur un cadre ce panneau étant caractérisé en ce que le cadre4 porte sous le support, une paroi 6 en matériau à faible conductivité thermique qui délimite avec la face inférieure du support une conduite 7 d'air et à l'intérieur de laquelle conduite sont disposés des moyens 8 pour modifier l'écoulement de l'air. 2. Panneau photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour modifier l'écoulement de l'air sont des surfaces 8A inclinées et sécantes au sens de circulation de l'air et déviant l'air pour que l'air percute la face 3Ainférieure du support . 3. Panneau photovoltaïque selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de la surface inclinée 3A est de l'ordre de 70°. 4. Panneau photovoltaïque selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que les surfaces inclinées sont présentées par des lames. 5. Panneau photovoltaïque selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que les surfaces inclinées sont présentées par une des faces d'un profilé. 6. Panneau photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que la hauteur entre labase de la surface inclinée et son sommet est au plus de 50% de la hauteur de la conduite. 7. Panneau photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens 8 pour modifier l'écoulement de l'air sont disposés au long de l'axe d'écoulement de l'air selon un intervalle régulier ou variable. 8. Panneau photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens pour modifier l'écoulement de l'air sont disposés en quinconce. Zo 9. Installation de panneaux photovoltaïques comprenant des panneaux photovoltaïques avec des moyens d'emboitements présentés par un cadre entourant un support pour les cellules photovoltaïques cette installation étant caractérisé en ce qu'une paroi isolante est portée par le cadre et forme avec la face 15 inferieure du support une conduite d'air la dite conduite d'air logeant des moyens pour dévier le flux d'air pour qu'il percute la face inférieure dudit support.