Brevet FR2961539A1 — publié le 20111223

La présente invention concerne le domaine des solutions photovoltaïques et plus particulièrement un élément de couverture comprenant un bac de couverture, un module photovoltaïque disposé sur une partie du bac de couverture, des moyens de solidarisation du module photovoltaïque sur le bac de couverture. La crise énergétique et les considérations environnementales poussent les industriels à trouver des solutions économes en énergie et respectueuses de l'environnement. Les solutions photovoltaïques peuvent participer à cet effort en apportant des solutions innovantes dans de nombreux domaines. Dans le domaine du bâtiment, des bacs de couverture sont utilisés pour la couverture ou le bardage. Ces bacs de couverture peuvent être réalisés en divers matériaux métalliques ou non métalliques. Le matériau le plus fréquemment utilisé est l'acier. L'étanchéité, le faible poids, la facilité de mise en oeuvre et le prix de ces bacs de couvertures en font une solution idéale pour les grandes surfaces à couvrir rapidement, typiquement les usines, magasins et bâtiments agricoles. Pour des raisons d'étanchéités les bacs de couverture se fixent sur leurs sommets d'ondes à l'aide d'un système de fixation. Typiquement, un bac de couverture est posé sur au moins trois appuis appelés pannes. Les distances entre ces pannes sont spécifiques à chaque bâtiment, et parfois le montage des pannes est tel que ces distances ne sont pas toutes égales sur un même toit, et ceci avec des variations pouvant atteindre plusieurs centimètres. La plupart des solutions employées pour fixer des modules photovoltaïques sur des bacs de couverture utilisent des rails aluminium. Ces rails permettent de faire l'interface entre les bacs de couverture, dont le pas des ondes présente une valeur différente d'un bâtiment à un autre, de même que les dimensions des modules photovoltaïques qui sont spécifiques d'un modèle à un autre. Ces modules photovoltaïques se montent donc après montage des bacs en toiture. Ce type de solution présente l'avantage de procurer une réelle souplesse pour le montage de tous les modules photovoltaïques sur n'importe quel bâtiment existant ou en construction, par contre elle présente au moins trois inconvénients : - les rails installés en toiture ajoutent du poids devant être supporté par le bâtiment, - la main d'oeuvre pour le montage de l'ensemble est significative, et - le nombre de fixations à installer sur les bacs de couverture ainsi que le mode de montage qui est spécifique pour chaque bâtiment en fonction des conditions climatiques du lieu d'installation, comme par exemple les charges de neige et l'exposition aux vents, entraînent des risques d'erreurs et ou de dérive allant à l'encontre du respect des prescriptions de montage données par les constructeurs augmentant les risques de sinistre et notamment d'étanchéité. Dans le cas où l'on souhaiterait prémonter des modules photovoltaïques sur des bacs de couverture, les modules photovoltaïques comportent bien souvent des dimensions standards qui nécessitent de trouver un compromis entre le choix des distances séparant les pannes et l'accès entre les modules pour permettre la fixation du bac de couverture sur les pannes. Cela va à l'encontre de l'optimisation du taux d'occupation des toitures avec des modules photovoltaïques. Au final, le générateur photovoltaïque construit et livré au client 20 final n'est pas aussi puissant qu'il pourrait l'être compte tenu de la taille de la couverture. La présente invention a pour but de résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. A cet effet, la présente invention a pour objet un élément de 25 couverture comprenant un bac de couverture, au moins un module photovoltaïque disposé sur une partie du bac de couverture, des moyens de solidarisation du module photovoltaïque sur le bac de couverture, caractérisé en ce que les moyens de solidarisation comprennent des moyens d'articulation permettant au module photovoltaïque d'être mobile depuis une première 30 position dite de fermeture dans laquelle la partie du bac de couverture est recouverte par le module photovoltaïque jusqu'à une deuxième position dite d'ouverture dans laquelle la partie du bac de couverture est apparente. Cette disposition permet de supprimer les contraintes liées à la distance entre les pannes et permet la fixation du bac de couverture nervuré 35 sur les ondes se trouvant sous le module photovoltaïque lorsqu'il est dans sa position de fermeture. Ainsi, la mobilité du module photovoltaïque rend toujours possible l'accès à la partie du bac de couverture disposée sous le module photovoltaïque. Selon un mode de réalisation, les moyens d'articulation et les moyens de solidarisation sont situés sur une même onde du bac de couverture. Cette disposition permet d'ouvrir le module photovoltaïque selon une direction transversale à celle du rampant. Selon un mode de réalisation, les moyens de solidarisation comprennent un dispositif de verrouillage dans la première position. Cette disposition empêche le module photovoltaïque de passer involontairement de sa première vers sa deuxième position et de sécuriser l'accès au câblage à l'arrière du module photovoltaïque. Selon le même mode de réalisation, le dispositif de verrouillage dans la première position est situé sur une autre onde que celle où sont situés les moyens d'articulation. Selon un autre mode de réalisation, les moyens d'articulation des moyens de solidarisation sont situés sur des ondes différentes du bac de couverture. Cette disposition permet d'ouvrir le module photovoltaïque selon une direction longitudinale à celle du rampant. Selon un mode de réalisation, les moyens de solidarisation comprennent un dispositif de verrouillage dans la deuxième position. Cette disposition empêche le module photovoltaïque de passer involontairement de sa deuxième vers sa première position, par exemple sous l'action du vent et prévient ainsi le risque de blessure de l'opérateur ainsi que le risque de détérioration du module dû à un choc. Selon un mode de réalisation, les moyens de solidarisation sont collés sur le bac de couverture. Cette disposition permet de conserver intacte l'étanchéité du bac de couverture. Selon le même mode de réalisation, les moyens de solidarisation sont collés au sommet des ondes du bac de couverture. Cette disposition permet de mettre la colle à l'abri de l'écoulement des eaux de pluie pérennisant ainsi le collage. Selon un mode de réalisation, le module photovoltaïque est 35 amovible. Cette disposition permet de remplacer uniquement le module en cas de panne de celui-ci. De plus, lors du remplacement du module la surface recouverte assure toujours sa fonction d'étanchéité. Selon un mode de réalisation, les moyens de solidarisation 5 comprennent un dispositif de levage. Cette disposition permet une manipulation aisée de l'élément de recouvrement par des machines de levage et permettant également de disposer d'éléments de couverture plus lourds équipés d'un bac de couverture comprenant une surface plus importante recouverte par des modules 10 photovoltaïques. Selon un mode de réalisation, le bac de couverture se présente sous la forme d'un bac sandwich comprenant une isolation thermique, par exemple du polyuréthane expansé, de la laine de roche ou du polystyrène. Cette disposition évite de réaliser l'isolement thermique en situation 15 ce qui est plus fastidieux. Selon un moyen de réalisation, les moyens de solidarisation sont pré-percés d'un ou plusieurs trous. Cette disposition permet le passage et le vissage d'une vis ou d'un autre élément de fixation équivalent au travers du trou ayant la meilleure 20 position sur le moyen de solidarisation et permet ainsi d'assurer la fixation de l'élément de couverture sur une panne du bâtiment qui se situerait en dessous du moyen de solidarisation considéré. Selon un mode de réalisation, le bac de couverture comprend des dimensions spécifiques, par exemple un pas entre ondes plus petit et/ou une 25 hauteur d'onde plus grande. Cette disposition permet d'améliorer la ventilation sous le module photovoltaïque ainsi que de rigidifier le bac de couverture et d'augmenter les portées entre les pannes du bâtiment, du module photovoltaïque ainsi constitué. 30 La présente invention a également pour objet un bac de couverture standard ou éventuellement particulier comportant des dimensions spécifiques destiné à prolonger un élément de toiture selon l'invention comportant lui aussi ces mêmes dimensions standards ou spécifiques. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la 35 description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, des éléments de couverture selon l'invention. La figure 1 illustre la configuration d'un élément de couverture prémonté avec des modules photovoltaïques selon l'état de la technique. La figure 2 illustre la configuration d'un élément de couverture selon l'invention, l'ensemble des modules photovoltaïques étant illustrés dans leur position de fermeture. La figure 3 illustre la configuration d'un élément de couverture selon l'invention, un des modules photovoltaïques étant illustré dans sa position d'ouverture. La figure 4 montre une vue en perspective de l'élément de 10 couverture des figures 2 et 3 La figure 5 montre un premier mode de réalisation d'un élément de couverture en position d'ouverture. La figure 6 montre un deuxième mode de réalisation d'un élément de couverture en position de fermeture. 15 La figure 7 montre l'agencement de trois éléments de couverture selon une variante du premier mode de réalisation. La figure 8 montre un élément de couverture de type bac de couverture se présentant sous la forme d'un bac sandwich comprenant une isolation thermique. 20 La figure 9 montre un bac de couverture en situation de levage. L'ensemble des figures et des exemples d'applications se rapportent à un élément de couverture 1 de toit, cependant sans sortir du cadre de l'invention ceux-ci peuvent être appliqués à un élément de couverture de la paroi d'un bâtiment. Comme illustré schématiquement aux figures 1 à 3, un 25 élément de couverture 1 prémonté comprend principalement un bac de couverture 3 et un ou plusieurs modules photovoltaïques 2 disposés sur une ou plusieurs parties de ce bac de couverture 3. Ce ou ces modules photovoltaïques 2 peuvent, suivant deux variantes, présenter un cadre périphérique ou être dépourvus de cadre. 30 Le bac de couverture 3 est réalisé en acier. Néanmoins, celui-ci peut être réalisé dans d'autres matériaux adaptés aux divers modes de réalisation décrits. Ces modules photovoltaïques 2 sont généralement montés de façon irréversible sur le bac de couverture 3 à l'aide de moyens de 35 solidarisation 7 pouvant être constitués par des pattes de fixation maintenues par des vis traversant le bac de couverture 3 et serrant le module photovoltaïque 2 à l'encontre du bac de couverture 3. L'ensemble est disposé sur des pannes 4 servant de support à l'ensemble de l'élément de couverture 1. Typiquement, compte tenu de ses dimensions, un bac de couverture 3 repose sur au moins trois pannes 4. Un élément de couverture 1 prémonté selon l'état de la technique, illustré à la figure 1, doit donc prévoir un agencement spécifique des modules photovoltaïques 2 sur le bac de couverture 3 afin que les écarts 5 entre les modules photovoltaïques 2 soient suffisants pour le passage de moyens de fixations (non illustrées) du bac de couverture 3 sur une panne 4 et également prévoir un positionnement adéquat de ceux-ci pour que ces écarts coïncident avec l'emplacement des pannes 4. Ces fixations sont généralement constituées par des tire-fond, vis, rivets ou similaires associés à des pièces appelés « cavaliers » disposés pour des raisons d'étanchéité sur le sommet d'une onde 6 du bac de couverture 3. Sur un élément de couverture 1 selon l'invention, comme cela est illustré aux figures 2 et 3, la disposition des modules photovoltaïques 2 sur le bac de couverture 3 n'est plus essentielle pour assurer la fixation de l'élément de couverture 1 sur les pannes 4. En effet, les moyens de solidarisation 7 comprennent des moyens d'articulation 8 permettant aux modules photovoltaïques 2 d'être mobiles depuis une première position P1 dite de fermeture dans laquelle les parties du bac de couverture 3 sur laquelle sont disposées les modules photovoltaïques 2 sont recouvertes par les modules photovoltaïques 2 jusqu'à une deuxième position P2 dite d'ouverture illustrée par la position du module photovoltaïque 2 se trouvant en position centrale à la figure 3, dans laquelle les parties du bac de couverture 3 précédemment recouvertes par les modules photovoltaïques 2 sont apparentes. L'accessibilité à ces parties du bac de couverture 3 permet une 30 fixation de celui-ci sur les pannes 4 se trouvant normalement en dessous des modules photovoltaïques 2. Un élément de couverture 1 selon l'invention, comme celui illustré à la figure 4, permet donc d'optimiser l'occupation de la surface du bac de couverture 3 par des modules photovoltaïques 2 en augmentant la surface utile 35 de ces modules photovoltaïques 2 par une réduction de l'écartement se trouvant entre les modules photovoltaïques 2. Les moyens de solidarisation 7 du module photovoltaïque 2 sur le bac de couverture 3 comprennent des moyens d'articulation 8 mais peuvent également comporter un dispositif de verrouillage 14 dans la position de fermeture P1 et un dispositif de verrouillage (non illustré) dans la position d'ouverture P2. Selon un mode de réalisation, les moyens de solidarisation 7 sont également pré-percés d'un ou plusieurs trous (non illustrés) permettant le passage et le vissage d'une vis de fixation pour assurer la fixation de l'élément de couverture 1 sur une panne 4 du bâtiment qui se situerait en dessous d'un moyen de solidarisation 7. Ces trous peuvent avoir la forme de trous circulaires ou bien oblongs. Selon un mode de réalisation, les moyens de solidarisation 7 comprennent de préférence plusieurs éléments de solidarisation 10. Selon un mode de réalisation, ces éléments de solidarisation 10 comportent chacun une embase 9 en forme de trapèze isocèle adaptée à la forme d'une onde 6 du bac de couverture 3. Selon un mode de réalisation, ces éléments de solidarisation 10 sont maintenus par collage à l'encontre du bac de couverture 3, dénuant ainsi le bac de couverture 3 de tout perçage risquant de porter atteinte à son étanchéité. Les zones et nombre de points de collage peuvent varier en fonction des différentes configurations possibles en tenant compte par exemple de la taille du module photovoltaïque 2, de la taille du bac de couverture 3, et de la taille et du nombre des embases 9 mais aussi des zones géographiques et de l'altitude, la distance entre les embases 9 tenant compte des charges de vent et de neige et de l'exposition au vent. En fonction des matériaux utilisés pour les bacs 3 et les embases 9, la taille des embases 9 peut varier pour limiter le cisaillement dû aux dilatations différentielles avec le bac de couverture 3 et pour assurer une fixation fiable dans le temps, notamment pour les fixations par collage. Selon sa fonction, un élément de solidarisation 10 comprend une ou plusieurs autres parties. Les moyens d'articulation 8, réalisant la fonction d'articulation du 35 module photovoltaïque 2, comportent des premiers gonds disposés sur l'embase 9. Des seconds gonds complémentaires des premiers gonds sont quant à eux disposés sur le module photovoltaïque 2 pour former une charnière 12 qui assure la mobilité en rotation autour d'un axe A du module photovoltaïque 2 par rapport au bac de couverture 3. Ces seconds gonds sont prolongés par une platine (non illustrée) fixée sur le module photovoltaïque 2. Il est également possible d'envisager de fixer cette platine directement sur le laminé d'un panneau photovoltaïque 2 sans cadre. Dans un premier mode de réalisation illustré à la figure 5, les premiers et seconds gonds sont disposés de telle sorte à disposer l'axe A de la charnière 12 longitudinalement à la direction principale des ondes 6 du bac de couverture 3, permettant ainsi une articulation du panneau photovoltaïque 2 autour d'un axe longitudinal à la direction du rampant du toit. Dans cette configuration, la position des gonds ou des moyens d'articulation 8 permettent le basculement du module photovoltaïque 2 sans qu'il y ait de gênes entre le module 2 et le bac de couverture 3 d'une part et le module 2 adjacent d'autre part. Dans un second mode de réalisation illustré à la figure 6, les premiers et seconds gonds sont disposés de telle sorte à disposer l'axe A de la charnière 12 transversalement à la direction principale des ondes 6 du bac de couverture 3, permettant ainsi une articulation du panneau photovoltaïque 2 autour d'un axe transversal à la direction du rampant du toit. Dans ce second mode de réalisation, la platine des seconds gonds est fixée sur la tranche inférieure du module photovoltaïque 2 selon le sens du rampant et place les seconds gonds et donc la charnière 12 sur une partie du bac de couverture 3 qui n'est pas couverte par le module photovoltaïque 2 dans sa position de fermeture P1. Dans ces deux modes de réalisation, les modules photovoltaïques 2 peuvent être fixes ou amovibles. Dans le cas où ils seraient amovibles, il est possible de séparer un module 2 de l'ensemble 1, permettant ainsi de remplacer un module photovoltaïque 2 sans avoir à remplacer un élément de couverture 1 complet. Comme montré à la figure 5, pour réaliser le dispositif de verrouillage 14 réalisant la fonction de blocage du module photovoltaïque 2 dans sa position de fermeture P1, les embases 9 sont fixées sur une partie d'onde 6. Dans le second mode de réalisation, les fonctions de fixation et d'articulation sont contenues sur la même embase 9. Bien évidemment, d'autres types de dispositifs de verrouillage en position de fermeture P1 peuvent être envisagés en fonction des diverses 5 configurations possibles. Comme illustré aux figures 7 et 9, les embases 9 constituant les moyens d'articulation 8 et le dispositif de verrouillage 14 en position de fermeture P1 comportent un dispositif de levage 16 du type attache permettant d'élinguer avec des sangles 18 l'élément de couverture 1 afin de le 10 manutentionner facilement à l'aide d'un engin de levage. En fonction de la portée de l'élément de couverture 1, il peut être nécessaire d'avoir recours à un palonnier répartissant la charge en différents points afin d'éviter d'avoir des efforts trop importants sur une embase 9 ainsi que de réduire la flèche de l'élément de couverture 1 lors de la manutention. 15 Comme illustré à la figure 8, l'élément de couverture 1 est préisolé avec un isolant 17 se conformant à la surface inférieure du bac de couverture 3. Cette même figure 8 montre une utilisation avec un bac de couverture 3 de dimension standard. 20 Cependant, pour optimiser la ventilation sous le module photovoltaïque 2 et les portées, l'élément de couverture 1 peut intégrer un bac de couverture 3 ayant des dimensions et formes spécifiques avec une hauteur d'onde 6 augmentée et une diminution du pas entre ondes 6. Ces deux actions ont aussi pour conséquence de rigidifier le bac de 25 couverture 3. Afin de pouvoir finir la couverture du toit ou de la façade, l'invention prévoit également un bac de couverture 3 sans modules photovoltaïques 2, de mêmes dimensions que le bac de couverture 3 de dimensions spécifiques ou standards supportant des modules photovoltaïques 2. 30 L'élément de couverture 1 permet une totale liberté de câblage, et notamment la possibilité de câbler les modules photovoltaïques 2 selon les règles de l'art, à savoir par rangées horizontales avec les modules photovoltaïques 2 des éléments de couverture 1 adjacents afin de bénéficier du meilleur fonctionnement de l'installation photovoltaïque selon le parcours du 35 soleil dans le ciel. Ainsi, pour installer un élément de couverture 1 sur la charpente d'un toit, l'installateur commence par élinguer l'élément de couverture 1 par ses dispositifs de levage 16, puis place l'élément de couverture 1 sur la charpente à l'aide d'un engin de levage. Il fixe ensuite le bac de couverture 3 sur la charpente aux endroits des pannes 4 en vissant des vis auto-foreuses utilisés de façon classique pour la fixation de bacs de couverture 3. L'installateur déverrouille le dispositif de verrouillage 14 en position de fermeture P1 de l'ensemble des modules photovoltaïques 2 puis verrouille l'ensemble des modules photovoltaïques 2 dans leur position d'ouverture P2 à l'aide du dispositif de verrouillage en position d'ouverture P2. Il accède ainsi aux parties des ondes 6 initialement cachés par les modules photovoltaïques 2 lorsqu'ils étaient en position de fermeture P1 et peut ainsi continuer à fixer le bac de couverture 3 en vissant des vis auto- foreuses sur le sommet de ces parties d'ondes 6. Une fois l'ensemble des éléments de couverture 1 disposé sur la charpente, l'installateur procède aux différents câblages et raccordements des modules photovoltaïques 2 puis il ramène l'ensemble des modules photovoltaïques 2 vers leur position de fermeture P1 et les verrouille dans cette position de fermeture P1 à l'aide du dispositif de verrouillage 14. Ainsi, de part sa fiabilité et du gain de temps qu'elle procure au montage sur le chantier, cet élément de couverture 1 a une valeur ajoutée en sortie d'usine nettement supérieure à celle d'un kit classique. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, en particulier l'ensemble des moyens décrits peuvent être déclinés pour des tôles de bardage en vue de réaliser des murs photovoltaïques.30 REVENDICATIONS1. Elément de couverture (1) comprenant : - un bac de couverture (3), - au moins un module photovoltaïque (2) disposé sur une partie du bac de couverture (3), - des moyens de solidarisation (7) du module photovoltaïque (2) sur le bac de couverture (3), caractérisé en ce que les moyens de solidarisation (7) comprennent des moyens d'articulation (8) permettant au module photovoltaïque (2) d'être mobile depuis une première position (P1) dite de fermeture dans laquelle la partie du bac de couverture (3) est recouverte par le module photovoltaïque (2) jusqu'à une deuxième position (P2) dite d'ouverture dans laquelle la partie du bac de couverture (3) est apparente. 2. Elément de couverture (1) selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'articulation (8) et les moyens de solidarisation (7) sont situés sur une même onde (6) du bac de couverture (3). 3. Elément de couverture (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens de solidarisation (7) comprennent un dispositif de 20 verrouillage (14) dans la première position (P1). 4. Elément de couverture (1) selon la revendication 3 pourvu qu'elle dépende de la revendication 2, dans lequel le dispositif de verrouillage (14) dans la première position (P1) est situé sur une autre onde (6) que celle où sont situés les moyens d'articulation (8). 25 5. Elément de couverture (1) selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'articulation (8) des moyens de solidarisation (7) sont situés sur des ondes (6) différentes du bac de couverture (3). 6. Elément de couverture (1) selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel les moyens de solidarisation (7) comprennent un dispositif de 30 verrouillage dans la deuxième position (P2). 7. Elément de couverture (1) selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel les moyens de solidarisation (7) sont collés sur le bac de couverture (3). 8. Elément de couverture (1) selon la revendication 7 dans 35 lequel les moyens de solidarisation (7) sont collés au sommet des ondes (6) du bac de couverture (3). 9. Elément de couverture (1) selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel le module photovoltaïque (2) est amovible. 10. Elément de couverture (1) selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel les moyens de solidarisation (2) comprennent un dispositif de 5 levage (16). 11. Elément de couverture (1) selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel le bac de couverture (3) se présente sous la forme d'un bac sandwich comprenant une isolation thermique, par exemple du polyuréthane expansé, de la laine de roche ou du polystyrène. 10 12. Elément de couverture (1) selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel les moyens de solidarisation (7) sont pré-percés d'un ou plusieurs trous. 13. Elément de couverture (1) selon l'une des revendications 1 à 12 dans lequel le bac de couverture (3) comprend des dimensions 15 spécifiques, par exemple un pas entre ondes (6) plus petit et/ou une hauteur d'onde (6) plus grande. 14. Bac de couverture comportant un bac de couverture standard ou éventuellement particulier comportant des dimensions spécifiques destiné à prolonger un élément de couverture (1) selon la revendication 13 20 comportant lui aussi ces mêmes dimensions standards ou spécifiques.