Brevet FR2974244A1 — publié le 20121019

La présente invention entre dans le domaine de l'implantation de panneaux de type photovoltaïque de captation et de conversion du rayonnement solaire en électricité. L'invention concerne plus particulièrement le refroidissement de panneau photovoltaïque. De manière connue, un panneau de captation solaire de type photovoltaïque est constitué d'une matrice de cellules qui convertissent le rayonnement solaire en un courant continu par effet photoélectrique interne. Toutefois, ce principe de fonctionnement est conditionné par une hausse de température des matériaux constituant lesdites cellules. Or, cette hausse de température provoque aussi une baisse de rendement des cellules. En somme, une température de chauffage par rayonnement trop élevée, diminue la quantité d'énergie électrique produite. Cette baisse s'exprime en pourcentage par degré de température, autour de la température normale de fonctionnement de la cellule (NOCT pour « Normal Operating Cell Temperature »). Dès lors, on constate en moyenne une perte de rendement de 20 plus de 10% des installations, en raison d'une température approchant les 60 degrés Celsius (60°C). C'est pourquoi il a été imaginé de refroidir les panneaux photovoltaïques afin, d'une part, d'améliorer leur rendement et, d'autre part et manière connexe, de récupérer la chaleur 25 produite, notamment pour un complément de chauffage. Pour ce faire, les solutions existantes envisagées consistent à faire circuler un fluide sous le panneau photovoltaïque, au contact de sa face inférieure. Le fluide utilisé est généralement l'air, véhiculé au sein d'un circuit 30 sous-jacent pour un ventilateur. Toutefois, l'échange thermique avec la face inférieure, constituée en matériau, reste peu élevé et ne permet pas d'abaisser suffisamment la température du panneau en face supérieure subissant le rayonnement solaire. De plus, l'implantation d'un circuit de ventilation sous- 35 jacent nécessite de l'envisager au moment de la pose des panneaux, ou bien de reprendre l'intégralité de la structure, opération complexe et coûteuse. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant de refroidir directement la face supérieure d'un panneau photovoltaïque par mise en circulation d'un flux d'air laminaire. Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de couverture et de refroidissement d'au moins un panneau photovoltaïque. Un tel dispositif est constitué de moyens de couverture de la face supérieure dudit panneau formés, d'une part, d'au moins un élément sous forme de plaque en matériau translucide et, d'autre part, de moyens d'appui de chaque élément sur ladite face supérieure dudit panneau, de manière à surélever ledit élément par rapport à ladite face supérieure, et en ce qu'il comprend des moyens de mise en circulation d'un flux laminaire d'air dans l'espace créé par lesdits moyens d'appui entre ladite face supérieure dudit panneau et la face inférieure de chaque élément. Par conséquent, à l'inverse de ce qu'envisagerait l'homme du métier, ne voulant pas limiter le rayonnement perçu par le panneau, l'invention prévoit de couvrir la face supérieure de chaque panneau photovoltaïque de manière à ménager un espace de circulation d'air. L'élément de couverture est prévu hermétique et translucide, de manière à laisser passer le rayonnement solaire. Un tel recouvrement s'effectue de manière à constituer un espace pour la circulation d'une lame d'air entre la face supérieure dudit panneau et l'élément de recouvrement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en perspective éclatée d'un dispositif selon l'invention destiné à être assujetti sur 35 deux panneaux photovoltaïques ; et - la figure 2 représente une vue en perspective de ces deux panneaux, une fois recouvert par ledit dispositif, avec des flèches modélisant la circulation laminaire du flux d'air entre la surface des panneaux et le dispositif. La présente invention concerne le refroidissement de la surface d'au moins un panneau photovoltaïque 1, en particulier plusieurs panneaux juxtaposés de manière à former un module de captation du rayonnement solaire pour la production d'énergie électrique. Avantageusement, l'invention prévoit de couvrir la face supérieure 2 d'au moins un panneau photovoltaïque 1 et de faire circuler un flux d'air entre cette couverture et ledit panneau 1, en vue du refroidissement de sa face supérieure 2. Ainsi, un tel refroidissement permet de conserver une température basse améliorant le rendement de production d'électricité des cellules composant ledit panneau 1, pouvant atteindre un gain de 10 à 20%. Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de couverture et de refroidissement d'au moins un panneau photovoltaïque 1. Un tel dispositif est constitué de moyens 3 de couverture de la face supérieure 2 dudit panneau 1. D'une part, de tels moyens 3 sont formés d'au moins un élément sous forme de plaque 4. Une telle plaque est composée en matériau translucide, afin de laisser passer au maximum le rayonnement solaire. En particulier selon un mode préférentiel de réalisation, ladite plaque 4 est prévue plane. Elle peut être constituée d'un matériau plastique ou composite, tel du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) dont les propriétés de transparence laissent passer 97% de la lumière incidente, ou bien du polyéthylène. Selon un mode spécifique de réalisation, ladite plaque 4 peut être traitée ou constituée d'un matériau spécifique, de manière à filtrer une partie du rayonnement solaire ou à en modifier l'incidence, notamment par l'intermédiaire d'une structure interne ou d'une surface ayant l'effet d'un prisme. Une telle plaque peut aussi être rigide, ne subissant peu ou pas de déformation sur sa longueur, du fait de son poids lorsqu'elle est positionnée à l'horizontale. De plus, ladite plaque 4 peut être dimensionnée de manière à recouvrir intégralement, en une seule pièce, la face supérieure 2 du panneau 1. Une telle plaque 4 présente alors une forme rectangulaire avec une largeur et une longueur équivalente à celle dudit panneau 1. Selon un autre mode de réalisation, plusieurs plaques 4 peuvent servir à recouvrir la surface d'un même panneau 1. D'autre part, le dispositif selon l'invention comprend des moyens 5 d'appui de chaque élément sur ladite face supérieure 2 dudit panneau 1. Ces moyens d'appui 5 permettre de surélever ledit élément par rapport à ladite face supérieure 2. Ce rehaussement s'effectue de plusieurs millimètres et 15 crée un espace 6 entre la face inférieure 7 de chaque élément (en somme la face inférieure de chaque plaque 4) et la face supérieure 2 dudit panneau 1. Selon le mode préférentiel de réalisation, lesdits moyens d'appui 5 se présentent sous la forme de plots 8 de 20 rehaussement. De tels plots 8 sont positionnés à la surface du panneau 1, de manière à supporter le poids de ladite plaque 4. En particulier, lesdits plots 8 peuvent être répartis à intervalles réguliers en face inférieure 7 de l'élément et donc de chaque plaque 4. 25 On notera que, lors de l'installation du dispositif sur un panneau 1, pour faciliter la pose, les plots sont disposés au niveau de la face supérieure 2, puis chaque plaque 4 est positionnée en appui sur ces plots 8. Selon un mode particulier de réalisation, lesdits plots 8 30 sont constitués en un matériau aux propriétés permettant d'absorber et de reprendre les différences de dilatation entre la face supérieure 2 et la plaque 4. Ainsi, lesdits plots 8 peuvent être constitués en un matériau élastique, tel de l'éthylène-propylène-diène monomère 35 (EPDM). Selon un mode préférentiel de réalisation, chaque plot 8 présente des faces inférieures et supérieures adhésives. Ainsi, les plots peuvent être fixés sur la face supérieure 2 du panneau 1 et rendent solidaire la plaque 4 lors de sa pose, assurant la tenue mécanique de ladite plaque 4. Il convient donc de positionner un nombre de plots 8 collants suffisant pour assurer l'intégration de chaque plaque 4 avec son panneau 1 sous-jacent, empêchant tout risque d'arrachement notamment en cas de vent fort ou violent. Avantageusement, l'espace 6 ainsi créé servira pour la circulation d'un fluide de refroidissement, tel de l'air. La faible épaisseur dudit espace 6 permet au fluide de circuler rapidement le long du panneau 1, sous forme de lames d'air. Pour ce faire, le dispositif comprend des moyens 9 de mise en circulation d'un flux laminaire d'air dans l'espace 6 créé par lesdits moyens d'appui 5 entre ladite face supérieure 2 dudit panneau 1 et la face inférieure 7 de chaque élément. Plus particulièrement, lesdits moyens 9 de mise en circulation se présentent sous la forme d'une bouche de soufflerie 10 de forme longitudinale comprenant une entrée 11 d'alimentation en air et au moins une sortie 12 de soufflage d'un flux d'air à une première extrémité 13 dudit espace 6. On notera que ladite entrée 11 peut être directement reliée à l'extérieure, aspiration l'air ambiant, mais peut aussi être relié à un réseau d'approvisionnement en air provenant, notamment, de l'intérieur d'un bâtiment, par l'intermédiaire par exemple d'une Ventilation Mécanique Motorisée (VMC) ou un système de chauffage par ventilation ou de climatisation de type réversible. Dans ce cas, l'air peut être extrait du bâtiment et chauffé au contact des panneaux 1, avant d'être réintroduit. Pour ce faire, le dispositif comprend des moyens 14 d'aspiration sous la forme d'une bouche 15 de reprise du flux laminaire d'air à l'extrémité opposée 16 dudit espace 6. Une telle bouche de reprise 15 peut être identique à la bouche de soufflerie 10, à savoir qu'elle présente une entrée 150 et une sorte 151. Ainsi, l'air circule en circuit fermé. Selon le mode préférentiel de réalisation, représenté sur les figures, les bouches de soufflage 10 et de reprise 15 se présentent sous la forme d'un tube creux et est destiné à être positionné le long des chants d'extrémité d'un panneau 1. Plus particulièrement, le tube présente au moins une face 17 plane au travers de laquelle sont ménagées des ouvertures constituant la sortie 12 de soufflage. Cette face plane 17 est donc positionnée au droit des chants d'extrémité du panneau 1, tournée vers l'intérieur de ce dernier. Selon l'implantation représentée sur les figures 1 et 2, lesdits moyens de couverture 3 comprennent un premier et au moins un second éléments venant en recouvrement réciproquement de deux panneaux juxtaposés. On notera que dans cette configuration, lesdits panneaux sont juxtaposés bout à bout, mais selon un autre mode de réalisation, ils peuvent être accolés au niveau de leur bord longitudinaux. De plus, selon les figures, les panneaux peuvent être implantés au niveau d'une toiture, dans le sens de la pente ou du rampant. Selon d'autres configurations possibles, lesdits panneaux peuvent être aboutés en façade ou bien sur une structure porteuse, notamment dans le cadre d'une implantation de plein champ. Selon les configurations, l'air est soufflé du haut vers le bas, ladite bouche de soufflerie 10 se trouvant à l'extrémité haute et la bouche de reprise 15 en partie basse, mais elles peuvent aussi être inversées, l'air étant soufflé du bas vers le haut, suivant l'effet naturel ascendant de l'air au fur et à mesure de son réchauffement. Dans toutes ces configurations, ledit dispositif comprend des moyens 18 de jonction étanche d'une extrémité dudit premier élément avec l'extrémité adjacente dudit second élément, assurant la continuité des espaces 6 de circulation desdits premier et second éléments. Selon le mode de réalisation préférentiel, lesdits moyens de jonction 18 se présentent sous la forme d'au moins un joint 19. Ce dernier peut se présenter sous la forme d'une barre longitudinale venant recouvrir les bords des plaques 4 contiguës. Il peut alors présenter une rainure longitudinale pour l'insertion et le maintien du chant de chaque plaque 4. Chaque joint 18 peut aussi prendre appui sur l'interstice de jonction entre les deux panneaux aboutés, l'épaisseur dudit joint 19 étant supérieure à la hauteur des plots 9 et donc de l'espace 6. Dans ce cas de figure, ledit joint 18 peut être perforé transversalement afin de laisser passer le flux laminaire d'air d'un espace 6 à un autre, assurant leur continuité Selon des modes de réalisations particuliers, le joint peut être constitué en matériau plastique ou composite, aux propriétés élastiques pour reprendre les contraintes et efforts mécanique des différents matériaux, mais aussi les dilations. Une solution envisagée peut aussi consister à réaliser ledit joint en un matériau expansé, tel une mousse. D'autres joints, non représentés, peuvent être positionnés au niveau des bords longitudinaux des éléments, de manière à assurer une jonction hermétique entre les bords longitudinaux des plaques 4 et ceux des panneaux. Selon une autre mode de réalisation, non représenté, plusieurs modules de panneaux 1 recouverts de dispositif selon l'invention peuvent être reliés bout à bout, au niveau de leurs entrées 11 de soufflage et les sorties d'aspiration respectives. En somme, des agencements verticaux de colonnes de plusieurs panneaux peuvent être reliés entre eux en partie haute et basse pour ne former qu'un seul circuit de soufflage et de reprise de l'air, ledit circuit se divisant au niveau de chaque colonne pour le refroidissement des panneaux la constituant. On notera que le déclenchement du soufflage d'air pour le refroidissement peut s'effectuer par contrôle de la température atmosphérique et au niveau de la face supérieure 2 des panneaux, mais aussi en fonction de l'ensoleillement ou des conditions climatiques, comme la vitesse du vent. Ainsi, en recouvrant un panneau 1 d'une plaque 4 translucide, on constate une perte de rendement de l'ordre de 3 %, avec un matériau précis. Toutefois, l'augmentation du rendement grâce au refroidissement est compris entre 10 et 20%. Dans un exemple d'implantation classique, pour un panneau photovoltaïque ayant une perte de rendement de 0,48 % par degré Celsius, le recouvrement par le dispositif selon l'invention confère un gain théorique de 14,4 %. Ainsi, la présente invention permet d'optimiser le rendement énergétique d'une implantation de panneaux photovoltaïques en refroidissant la face supérieure desdits panneaux. De plus, la couverture selon l'invention offre une protection supplémentaire aux intempéries, en particulier la 15 chute de grêle. REVENDICATIONS1. Dispositif de couverture et de refroidissement d'au moins un panneau photovoltaïque (1), caractérisé par le fait qu'il est constitué de moyens de couverture (3) de la face supérieure (2) dudit panneau (1) formés, d'une part, d'au moins un élément sous forme de plaque (4) en matériau translucide et, d'autre part, de moyens d'appui (5) de chaque élément sur ladite face supérieure (2) dudit panneau (1), de manière à surélever ledit élément par rapport à ladite face supérieure (2), et en ce qu'il comprend des moyens (9) de mise en circulation d'un flux laminaire d'air dans l'espace (6) créé par lesdits moyens d'appui (5) entre ladite face supérieure (2) et la face inférieure (7) de chaque élément. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de mise en circulation (5) se présentent sous la forme d'une bouche de soufflerie (10) de forme longitudinale comprenant une entrée d'alimentation (11) en air et au moins une sortie (12) de soufflage d'un flux d'air à une première extrémité (13) dudit espace (6). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'aspiration (14) sous la forme d'une bouche de reprise (15) du flux laminaire d'air à l'extrémité opposée (16) dudit espace (6). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite plaque (4) est plane et constituée d'un matériau plastique ou composite rigide. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'appui (5) se présentent sous la forme de plots (8) de rehaussement répartis à intervalles réguliers en face inférieure (7) de chaque élément. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le 35 fait que chaque plot (8) présente des faces inférieures et supérieures adhésives. 9 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens de couverture (3) comprennent un premier et au moins un second éléments venant en recouvrement réciproquement de deux panneaux juxtaposés et qu'il comprend des moyens (18) de jonction étanche d'une extrémité dudit premier élément avec l'extrémité adjacente dudit second élément, assurant la continuité des espaces (6) de circulation desdits premier et second éléments.