Brevet FR2989453A1 — publié le 20131018

Titre de l'invention Ensemble formant support d'au moins un panneau photovoltaïque et centrale photovoltaïque correspondante. Domaine technique Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication des équipements mis en oeuvre pour la production d'énergie par voie photovoltaïque. Plus précisément, l'invention concerne la conception et la fabrication d'un ensemble formant support d'un panneau photovoltaïque, ainsi que la technique permettant de constituer une centrale photovoltaïque à partir d'un tel ensemble. Etat de la technique Il est désormais classique de produire de l'énergie électrique par voie photovoltaïque. Au fil des années, de nombreuses solutions ont été proposées pour implanter des panneaux photovoltaïques sur un site, ainsi que pour relier mécaniquement et électriquement les panneaux entre eux. La configuration des sites sur lesquels les panneaux photovoltaïques sont implantés peuvent être de différents types. Une configuration très répandue est celle correspondant à l'implantation en toiture de panneaux photovoltaïques, que cette toiture soit inclinée ou non. Dans le contexte des toitures inclinées, de nombreux développements ont concerné le fait d'implanter les panneaux photovoltaïques dans le plan des ardoises, en lieu et place d'ardoises existantes. Parmi les principales configurations d'implantation de panneaux photovoltaïques, on cannait également : - les centrales photovoltaïques sur sol ; - les centrales photovoltaïques flottantes. L'invention concerne particulièrement l'une et/ou l'autre de ces deux dernières configurations. Dans le domaine de l'invention, et notamment s'agissant des centrales photovoltaïques sur sol flottantes, de nombreuses techniques ont été proposées pour présenter et maintenir les panneaux photovoltaïques en position inclinée (ceci en vue de positionner les panneaux selon une orientation par rapport aux rayons du soleil qui tend à améliorer le rendement des panneaux photovoltaïques). Selon une technique répandue, ces solutions mettent en oeuvre des cadres formant chacun support d'un panneau photovoltaïque, ces cadres devant être ensuite positionnés selon une orientation prédéterminée et fixés sur un châssis. Classiquement, les cadres sont en matière métallique et le châssis est un ensemble mécano-soudé ou assemblé par de nombreuses pièces de visserie. Résumé La conception actuelle des centrales photovoltaïques, sur sol flottant, est telle qu'elle engendre de nombreux inconvénients parmi lesquels : - les opérations d'assemblage et de montage sont longues et fastidieuses ; - la fabrication des différentes pièces engendre un coût de revient relativement important, dont la rentabilité est longue à atteindre ; - les centrales mettent en oeuvre un grand nombre de pièces métalliques, ce qui engendre bien entendu des problèmes liés à la corrosion de ces pièces ; - le taux de recyclabilité des différentes pièces constituant la centrale est relativement faible. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une technique de réalisation de centrales photovoltaïques, sur sol ou flottantes, qui puisse être proposée sous forme d'une pluralité de modules unitaires, qui soit facile à fabriquer et qui puissent être aisément et rapidement assemblés entre eux. L'invention a également pour objectif de fournir une telle centrale photovoltaïque qui, pour ce qui concerne les éléments de présentation et de maintien des panneaux photovoltaïques, soient intégralement recyclables ou quasiment. L'invention a aussi pour objectif de fournir une telle centrale photovoltaïque qui permette de s'affranchir des problèmes de corrosion des pièces métalliques. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un ensemble formant support d'au moins un panneau photovoltaïque, du type comprenant un cadre et des moyens de présentation et de maintien en position inclinée d'un panneau photovoltaïque sur le cadre, le cadre étant formé par l'assemblage d'au moins deux paires de profilés, caractérisé en ce qu'au moins une desdites paires, dite paire porteuse, met en oeuvre deux profilés présentant chacun au moins deux unités d'assemblage d'un premier type, positionnées de part et d'autre du profilé par rapport à l'axe longitudinal du profilé, les moyens de présentation et de maintien en position inclinée d'un panneau photovoltaïque comprenant au moins une première pièce, dite pièce de rehausse, présentant une unité d'assemblage d'un deuxième type destinée à coopérer avec une unité d'assemblage d'un premier type d'un profilé de la paire porteuse, l'ensemble comprenant au moins une deuxième pièce, distincte de la pièce de rehausse, présentant une unité d'assemblage d'un deuxième type destinée à coopérer avec une unité d'assemblage d'un premier type d'un profilé de la paire porteuse. Ainsi, grâce à l'invention, une centrale photovoltaïque peut être obtenue par l'assemblage d'une pluralité d'ensemble formant chacun une unité support d'un panneau photovoltaïque, ceci en combinant les avantages suivants : - une fabrication peu coûteuse des composants constituant chaque ensemble ; - un assemblage simple et rapide des ensembles entre eux, comme cela va être explicité plus en détail par la suite. En outre, la conception des ensembles selon l'invention est telle que : - chaque ensemble est constitué par un nombre de types de pièces relativement faible, permettant d'envisager des gains en termes de gestion de stocks et de logistique, ainsi que des gains liés à la réduction des temps de montage ; - chaque ensemble est réalisé sous la forme d'un module ou d'une unité, présentant des parties structurelles multifonctionnelles (s'agissant en particulier des unités d'assemblage de premier type). Chaque ensemble peut ainsi accueillir différentes pièces, dont une pièce de rehausse et une autre pièce parmi différents accessoires possibles, ceci en des positions interchangeables. De plus, une solution avantageuse pour la réalisation d'un ensemble formant support d'un panneau photovoltaïque consiste à réaliser tous les composants de cet ensemble en un matériau recyclable, non métallique, les unités d'assemblage étant en outre prévues de telle sorte qu'aucune visserie n'est nécessaire. Selon un mode de réalisation particulier, le cadre présente une structure apte à assurer la flottaison dudit ensemble. De cette façon, un tel ensemble peut être utilisé pour la constitution d'une centrale photovoltaïque flottante. On note que, dans la pratique, les ensembles supports seront réalisés par défaut de façon aptes à flotter, qu'ils soient destinés à constituer une centrale photovoltaïque flottante ou à constituer une centrale photovoltaïque sur sol. Selon une solution avantageuse, le cadre est constitué par l'assemblage de profilés en matière plastique ou composite extrudés. Ainsi, on peut fabriquer les profilés du cadre selon un procédé de fabrication peu coûteux. En outre, les matériaux plastique ou composite s'avèrent particulièrement avantageux dans le cadre de l'invention, notamment en ce qui concerne leur densité (et donc leur flottabilité), ou encore en ce qui concerne leur aptitude à former des unités d'assemblage sans vissage (grâce à la possibilité d'assemblage par déformation élastique par exemple). Avantageusement, ledit cadre est réalisé par l'assemblage de quatre profilés de section identique. On limite ainsi les coûts de production de l'ensemble formant support et en particulier du cadre intégré à cet ensemble, ceci en ayant le même profilé, découpé à longueur, sur chacun des côtés du cadre. Selon une solution préférentielle, ladite deuxième pièce est une parclose de maintien du panneau sur le cadre. Dans ce cas, ladite rehausse présente une unité d'assemblage en partie supérieure, l'ensemble comprenant avantageusement au moins une deuxième parclose destinée à être solidarisée avec ladite unité d'assemblage en partie supérieure de la rehausse. Selon un mode de réalisation avantageux, les première et deuxième parcloses sont identiques. Une telle caractéristique s'inscrit clairement dans le concept de l'invention, s'agissant de limiter le nombre de types de pièces constituant l'ensemble formant support d'un panneau photovoltaïque. En effet, les différentes parties constitutives de l'ensemble peuvent coopérer et être assemblées avec plusieurs pièces différentes et/ou en des positions différentes sur une même pièce. Ainsi, selon la présente caractéristique, une même parclose pourra être montée sur un profilé du cadre ou sur une pièce de rehausse, dans les deux cas pour maintenir le panneau photovoltaïque sur le cadre de l'ensemble. Selon une autre caractéristique avantageuse, l'ensemble comprend des moyens de liaison avec un autre ensemble formant support d'un panneau photovoltaïque, lesdits moyens de liaison comprenant au moins une pièce incluant une unité d'assemblage d'un deuxième type destiné à coopérer avec l'unité d'assemblage d'un premier type d'un profilé du cadre. On note une fois encore que les profilés du cadre de l'ensemble support présentent des unités d'assemblage pouvant accueillir différentes pièces constitutives de l'ensemble. Comme on le verra plus clairement par la suite, les pièces des moyens de liaison sont présentent une partie commune avec les pièces de rehausse. Il est ainsi possible d'envisager un mode opératoire pour l'obtention des pièces des moyens de liaison qui dont une partie est commune avec le mode opératoire pour l'obtention des pièces de rehausse. Selon un mode de réalisation préférentiel, les unités d'assemblage des profilés comprennent chacun deux gorges longitudinales parallèles. Ainsi, chaque unité d'assemblage pourra recevoir soit une pièce utilisant les deux gorges longitudinales soit deux pièces n'utilisant chacune qu'une seule des deux gorges. On comprend qu'on augmente ainsi le nombre de possibilités d'assemblage entre les profilés et les autres pièces de l'ensemble. Avantageusement, pour chaque unité d'assemblage des profilés, celle des deux gorges en position la plus excentrée par rapport à l'axe longitudinal du profilé s'étend en contrebas de l'autre gorge. On peut ainsi monter une pièce dans chaque gorge, ceci en prévoyant de déporter l'encombrement d'une des deux pièces (celle en position la plus excentrée par rapport à l'axe longitudinal du profilé) pour permettre, avec de plus grandes facilités, la mise en place de l'autre pièce dans la deuxième gorge. L'invention concerne également une centrale photovoltaïque obtenue par l'assemblage d'au moins deux ensembles formant support d'un panneau photovoltaïque tel que décrit précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique un ensemble formant support d'un panneau photovoltaïque selon l'invention ; - la figure 2 illustre de façon schématique la section d'un profilé mis en oeuvre dans un ensemble selon l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'une rehausse d'un ensemble selon l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique d'une parclose d'un ensemble selon l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique d'une pièce de liaison entre deux ensembles selon l'invention ; - la figure 6 est une vue schématique de deux ensembles selon l'invention reliés par des moyens de liaison tel qu'illustré par la figure 5 ; - la figure 7 illustre de façon schématique et de façon partielle une centrale photovoltaïque obtenue avec plusieurs ensembles selon l'invention. Description des modes de réalisation En référence à la figure 1, un ensemble formant support d'un ou de plusieurs panneaux photovoltaïques PV, comprend un cadre 1 et des moyens de présentation et de maintien en position inclinée du ou des panneaux photovoltaïques PV sur le cadre 1. Le cadre mis en oeuvre est un parallélépipède rectangle ou carré, formé par l'assemblage de deux paires de profilés. Tel que cela apparaît sur la figure 1, le ou les panneaux photovoltaïques PV sont couplés par une première de leurs extrémités à un premier profilé des deux paires du cadre, et par une deuxième extrémité, opposée à la première, à l'autre profilé de la paire en question. A des fins de clarté, la paire de profilés supportant directement le ou les panneaux photovoltaïques est désigné par « paire porteuse ». Selon le principe de l'invention, les profilés 10 de la paire porteuse présentent chacun deux unités d'assemblage d'un premier type positionné de part et d'autre du profilé par rapport à l'axe longitudinal X du profilé, tel que décrit ci-après en référence à la figure 2. Les profilés 10 de la paire porteuse présentent une section transversale telle que celle apparaissant sur la figure 2. On note que la section transversale des profilés 10 présente ici une symétrie par rapport au plan médian vertical (dans la position illustrée par la figure 2). On note que si cette symétrie est avantageuse, elle n'est aucunement obligatoire et l'invention ne se limite pas à ce cas de figure. Tel qu'indiqué précédemment, le profilé 10 présente deux unités d'assemblage 100 réparties de part et d'autre de l'axe longitudinal X du profilé. Ces unités d'assemblage sont dites d'un premier type et sont destinées à coopérer avec des unités d'assemblage d'un deuxième type explicité ci-après. En l'occurrence, l'assemblage des unités de premier type avec les unités de deuxième type est du type général mâle/femelle. Selon le présent mode de réalisation, les unités d'assemblage 100 du profilé 10 sont de type femelle et comprennent chacune deux gorges longitudinales parallèles. Selon le mode de réalisation particulier illustré par la figure 2, les unités d'assemblage 100 sont conçues de la façon suivante : une première gorge 101 débouchant au niveau du plan supérieur 102 du profilé 10 ; une deuxième gorge 103, plus excentrée que la gorge 101 par rapport à l'axe longitudinal X, cette deuxième gorge 103 s'étendant en contrebas de la gorge 101, ceci au voisinage direct de la paroi latérale 104 correspondante du profilé 10. On note par ailleurs que les profilés 10 sont creux et intègrent un jeu de parois internes 105. Ces parois 105 permettent notamment de contribuer à la tenue mécanique et à la rigidification des profilés 10. En outre, elles s'étendent et sont positionnées de façon à délimiter un volume d'air 106 écarté de la paroi externe du profilé et susceptible de préserver l'aptitude à la flottaison du profilé même en cas de crevaison de la paroi externe du profilé. Selon un mode de réalisation préférentiel, le cadre 1 d'un ensemble selon l'invention est constitué par l'assemblage de quatre profilés de section transversale identique. En d'autres termes, les profilés 10 de la paire porteuse et les profilés 11 de l'autre paire du cadre sont découpés à longueur à partir d'un même profilé (ce qui permet d'utiliser le même outil de fabrication pour tous les profilés du cadre et, par conséquent de limiter les coûts de fabrication). Dans ce contexte, une solution avantageuse consiste à réaliser les profilés en matière plastique ou composite, par une technique d'extrusion. Le PVC présente des propriétés particulièrement avantageuses dans le cadre de l'invention. Le cadre 1 de l'ensemble selon l'invention pourra avantageusement présenter une structure apte à assurer la flottaison de l'ensemble. Dans ce cas, les profilés sont assemblés entre eux de manière étanche. L'étanchéité entre deux profilés consécutifs du cadre est obtenue par découpe en biseau des extrémités des profilés et soudure des deux profilés consécutifs au niveau du biseau. Plus précisément, les profilés sont assemblés par une technique de soudure miroir autrement désignée par soudure par lame chauffante. Selon cette technique, les pièces sont au contact de lames chauffantes permettant la transmission de l'énergie calorique aux pièces à assembler et, lorsque le point de fusion des matières est atteint, la lame chauffante est extraite et les pièces sont assemblées entre elles. Cette technique est connue de l'homme du métier, en ce qu'elle assure des assemblages indémontables, permettant de fortes contraintes mécaniques et assurant l'étanchéité. Selon le principe de l'invention, les moyens de présentation et de maintien aux positions inclinées du ou des panneaux photovoltaïques sur l'ensemble formant support comprennent : - au moins une pièce de rehausse 2 destinée à être couplée avec un des profilés de la paire porteuse ; - au moins une deuxième pièce, en l'occurrence une parclose 3, destinée à être couplée avec l'autre profilé de la paire porteuse. La pièce de rehausse 2 est destinée à être intercalée entre un profilé 2 de la paire porteuse du cadre et une extrémité du ou des panneaux photovoltaïques, ceci de façon à surélever l'extrémité correspondante du ou des panneaux photovoltaïques par rapport à l'autre extrémité du ou des panneaux qui vient directement reposer sur l'autre profilé de la paire porteuse. La parclose 3 assure le maintien de l'extrémité correspondante du ou des panneaux sur le profilé correspondant de la paire porteuse, le panneau étant coincé par un effet de pincement entre le profilé et la parclose 3. Selon l'invention, ladite ou lesdites pièces de rehausse et ladite ou lesdites parcloses sont chacune pourvues d'une unité d'assemblage d'un deuxième type destiné à coopérer avec une unité d'assemblage d'un premier type d'un des profilés de la paire porteuse du cadre. En l'occurrence, comme indiqué précédemment, les unités d'assemblage du premier type des profilés 10 de la paire porteuse étant du type femelle, les unités d'assemblage de la pièce de rehausse et des parcloses sont du type mâle. Il est à noter que la pièce de rehausse et/ou la parclose peuvent présenter une longueur inférieure à celle du profilé sur lequel elles sont présentes, de telle sorte éventuellement que plusieurs d'entre elles peuvent être montées sur un même profilé. En référence à la figure 3, une pièce de rehausse 2 présente une unité d'assemblage d'un deuxième type, constituée selon le présent mode de réalisation de deux bandes longitudinales 201, 202. La pièce de rehausse 2 étant destinée à venir être montée sur le plan supérieur 102 du profilé 10, l'une des bandes 201 présente une hauteur supérieure à l'autre bande 202, ceci pour correspondre au décalage en hauteur des gorges 103 et 101 décrites précédemment. On note que la pièce de rehausse 2 est réalisée en matière plastique ou composite, préférentiellement en PVC, ceci par une technique d'extrusion. La pièce de rehausse 2 forme un corps creux intégrant des parois internes 21 de rigidification. De plus, la pièce de rehausse 2 présente en sa partie supérieure (c'est-à-dire en son extrémité opposée à celle présentant la première unité d'assemblage 20) une seconde unité d'assemblage 22. Le maintien du ou des panneaux photovoltaïques sur la rehausse est assuré par un effet de pincement, ceci grâce à une deuxième parclose 4 solidarisée avec l'unité d'assemblage 2 de la pièce de rehausse 2, le panneau photovoltaïque PV étant ainsi coincé entre la parclose 4 et la partie supérieure de la pièce de rehausse 2. De façon avantageuse, les parcloses 3 et 4 sont identiques et comprennent chacune une unité d'assemblage 30, 40, en l'occurrence de type mâle, et un rebord de maintien 31, 41 formant un coude avec l'unité d'assemblage 30, 40. Par ailleurs, un renforcement de l'assemblage mâle/femelle des unités d'assemblage de premier type et de deuxième type est renforcé par : la présence de dentures 107 à l'intérieur des gorges 101 et 103 des profilés 10 ; la présence de dentures 203, 32, 42 sur les bandes 201 et 202 de la pièce de rehausse 2 d'une part, et sur l'unité d'assemblage 30, 40 des parcloses 3, 4 d'autre part. Bien entendu, les dentures des éléments mâles présentent une forme et une répartition correspondantes à celles des dentures 107 des gorges 101 et 103 des profilés 10. Ainsi, la solidarisation des éléments mâles avec les éléments femelles se fait par un montage à force (par exemple à l'aide d'un maillet), provoquant une déformation des dentures des éléments femelles et/ou mâles, entrainant, une fois l'engagement complet réalisé, un maintien définitif de la partie mâle dans la partie femelle. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, l'ensemble comprend en outre des moyens de liaison avec un autre ensemble formant support d'un panneau photovoltaïque. Ces moyens de liaison comprennent une pluralité de pièces telles que celles illustrées par les figures 5 et 6. En référence à ces figures, une pièce de liaison 5 présente une unité d'assemblage de deuxième type, c'est-à-dire de type mâle en conformité avec la description précédente, constituée par deux pattes 51, 52 destinées à être assemblées avec une unité d'assemblage de premier type d'un profilé 10 ou 11 du cadre 1. On note que ces pattes 51, 52 sont similaires, en disposition et en dimension, aux bandes 201, 202 de la pièce de rehausse 2. Ces pattes 51, 52 sont donc destinées à être emmanchées respectivement dans la gorge 101 et dans la gorge 103 d'un profilé 10 ou 11. La pièce de liaison 5 présente en outre une tête 53 présentant un passage 530, les passages 530 des différentes pièces de liaison solidarisées l'une à un premier ensemble l'autre à un deuxième ensemble placé au voisinage du premier sont placés en coïncidence les uns avec les autres de telle sorte qu'un lien 50 puisse être engagé dans l'ensemble des passages 530 de différentes pièces de façon à relier les deux ensembles. On note qu'un tel lien 50 peut être un câble ou une corde ou tout autre lien assurant une liaison autorisant de faibles déplacements entre les deux ensembles reliés. Une centrale photovoltaïque comprenant plusieurs ensembles tels que ceux décrits précédemment assemblés entre eux, peut donc être obtenue en reliant les ensembles deux à deux à l'aide d'une pluralité de pièces de liaison 5 et de liens 50. Une telle centrale est à titre indicatif du type illustré par la figure 7. Tel que cela apparaît sur cette figure, une centrale photovoltaïque peut être constituée d'une pluralité d'ensembles formant support tel que décrit précédemment, sur lesquels sont montés des panneaux photovoltaïques. Cette association formée par les ensembles supports et les panneaux constitue des ensembles de production EP en ce sens qu'ils intègrent les générateurs photovoltaïques et le câblage électrique associé. Une telle centrale peut en outre comprendre un ensemble de circulation EC placé en périphérie de la centrale photovoltaïque et/ou entre les ensembles de production EP et une berge. De tels ensembles de circulation EC permettent à un opérateur d'assurer des opérations de montage et/ou de maintenance sur les ensembles de production EP. Comme cela a déjà été mentionné, une centrale photovoltaïque obtenue par l'assemblage d'ensembles selon l'invention peut être soit flottante soit disposée sur sol. Outre les avantages déjà mentionnés, une centrale photovoltaïque obtenue avec des ensembles selon l'invention permet : - des bénéfices sur le plan environnemental, avec un taux de retour énergétique et carbone optimisé (inférieur à un an et de cinq ans) ; - une recyclabilité totale ou quasiment ; - d'éviter la compétition avec les terres agricoles, lorsqu'elle est utilisée sur plans d'eau ; - d'être installée sur les plans d'eau sans intérêt biologique, environnemental ou touristique particulier, comme les bassins d'irrigation, les bassins techniques industriels, les lacs artificiels ou encore des bassins d'orage. De plus, outre l'amélioration de la performance photovoltaïque par refroidissement naturel des panneaux, l'installation d'une telle centrale flottante induit une limitation de l'évaporation (économie d'eau), et une limitation de la prolifération d'algues (diminution des fréquences de curage), la préservation des échanges gazeux et de la circulation d'eau, l'optimisation économique des plans d'eau et un meilleur retour sur investissement.