Brevet FR2990971A1 — publié le 20131129

L'invention concerne un agencement d'un panneau solaire, tel qu'un panneau solaire photovoltaïque, sur une toiture terrasse, également appelée toit plat, ainsi qu'une toiture terrasse sur laquelle des panneaux solaires sont installés selon un tel agencement. L'installation de panneaux solaires, par exemple de panneaux solaires photovoltaïques, sur une toiture terrasse est en partie soumise à des exigences que l'installation sur un toit en pente ne connaît pas. Un exemple en est de devoir prendre en compte la présence d'eaux pluviales s'accumulant sur la toiture terrasse et de ne pas gêner leur évacuation. A ces conditions se rajoute maintenant celle que les panneaux solaires photovoltaïques ne doivent pas dépasser du plan de la toiture de plus de vingt millimètres. Le but de l'invention est de proposer un agencement ou une installation de panneaux solaires sur une toiture terrasse, qui répond aux différentes exigences. Le but de l'invention est atteint avec l'agencement d'un panneau solaire sur une toiture terrasse selon lequel le panneau solaire est monté de manière étanche à l'eau sur un support maintenu lui-même sur la toiture, le support comportant des parois de hauteur égale. Selon cet agencement, le support est avantageusement maintenu sur la toiture par une charge lourde telle que, par exemple, une couche de gravier ou des dalles en béton d'un chemin technique. Le support n'est donc pas nécessairement vissé ou fixé autrement sur la toiture terrasse. Le support qui est avantageusement une costière, est formé par des profilés comprenant les parois de même hauteur et des rebords sur lesquels le panneau solaire est monté horizontalement avec des dispositifs de serrage ou de collage. Le but de l'invention est également atteint avec une toiture terrasse ayant une isolation thermique et une pluralité de panneaux solaires, sur laquelle chacun des panneaux solaires est agencé comme décrit ci-avant. Selon différents modes de réalisation de la toiture terrasse, l'invention concerne également les caractéristiques supplémentaires ci-après : - la toiture terrasse comprend en outre au moins un chemin technique donnant accès aux panneaux solaires et une membrane d'étanchéité couvrant la face extérieure des parois du support et l'espace de la toiture entre les panneaux solaires ; - la membrane d'étanchéité est posée entre les supports des panneaux solaires sur l'isolation thermique ; - la membrane d'étanchéité est posée entre les supports des panneaux solaires en dessous de l'isolation thermique. Il est précisé que la présente invention n'est pas limitée aux panneaux solaires photovoltaïques. Au contraire, elle peut être mise en oeuvre aussi avec des panneaux solaires thermiques et avec un ensemble de panneaux comprenant aussi bien des panneaux solaires photovoltaïques que des panneaux solaires thermiques. L'invention permet d'installer des panneaux solaires sur des toitures terrasses généralement avec des éléments porteurs en maçonnerie, en respectant plus particulièrement les exigences concernant l'isolation thermique de telles toitures terrasses et des exigences sur la pose de panneaux solaires intégrés dans une toiture. En même temps, l'invention tient compte - par la modularité de l'agencement des panneaux solaires - des particularités d'une toiture terrasse par opposition à un toit en pente, notamment en ce qui concerne la présence d'édicules et d'émergences telles que des sorties de ventilation, des cheminées, des antennes et des groupes frigorifiques, qui rendent le calepinage des panneaux solaires difficile. L'invention permet de s'adapter à de telles contraintes grâce à la souplesse de disposition que la modularité lui confère, tout en tenant compte de contraintes particulières résultant notamment de volumes non négligeables d'eau de pluie stagnante ou ne s'écoulant pas assez vite. L'invention permet également de prendre en compte, pour l'installation de panneaux solaires photovoltaïques, des critères d'installation fixés dans des conditions d'achat de l'électricité produite par les installations utilisant l'énergie radiative du soleil, telles que: - le panneau solaire photovoltaïque doit être un élément principal d'étanchéité de la toiture au sens où il ne doit pas y avoir sous le panneau de "sous-face" ; le panneau assure la majorité de l'étanchéité; - le panneau photovoltaïque doit être parallèle au plan de toiture environnant; - le panneau solaire photovoltaïque ne doit pas dépasser de plus de 2 cm du plan de toiture environnant -le système remplace les éléments du bâti qui assurent la fonction d'étanchéité. Dans le cas d'une toiture terrasse, le plan de toiture est déterminé par la zone de cheminement technique, autrement par le niveau de la surface supérieure des dalles de béton des chemins techniques sur lesquels on accède aux panneaux solaires. Les critères ci-avant s'appliquent de manière correspondante aussi bien à des panneaux solaires photovoltaïques rigides qu 'à des éléments solaires photovoltaïques non rigides. La présente invention permet d'atteindre le but posé et de remplir les différentes exigences d'installation tout d'abord parce qu'elle est basée sur l'utilisation de panneaux solaires et non pas de modules solaires qui, par opposition aux panneaux solaires, sont pourvus d'un cadre. Il en découle les deux avantages suivants : - la faible épaisseur du panneau, qui est inférieure à 10 mm, permet de remplir aisément la condition du faible dépassement (au maximum 2 cm) des panneaux solaires par rapport au plan de toiture, et - l'absence d'un cadre permet de poser le panneau horizontalement sans qu'il y ait de rétention d'eau et de poussière qui affecterait fortement l'efficacité du panneau solaire. L'invention préconise l'utilisation de panneaux solaires rigides photovoltaïques dont les faces avant et arrière sont en verre ou en tout autre matériau assurant 20 une bonne rigidité du panneau avec un encapsulant entre les deux faces. Ce système permet une utilisation aussi bien en rénovation de bâtiments existants qu'en bâtiments neufs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description d'un exemple de 25 réalisation. Cet exemple est décrit ci-après en référence aux dessins dont : - la figure 1 représente une coupe verticale d'un agencement de panneaux photovoltaïques sur une toiture terrasse, 30 - la figure 2 représente, en détail de la figure 1, la disposition d'un panneau photovoltaïque avec une isolation classique, - la figure 3 représente l'agencement de la figure 2 mais avec une isolation inversée et - la figure 4 représente un exemple de calepinage d'une pluralité de panneaux photovoltaïques sur une toiture terrasse. La figure 1 représente, en une coupe verticale, la disposition de deux panneaux solaires photovoltaïques 1 (par la suite simplement « panneau 1 ») sur une toiture terrasse dont on voit la dalle maçonnée 8. Chacun des 10 panneaux 1 est maintenu en position par des supports 2 qui reposent et sont immobilisés sur la dalle maçonnée 8. Le panneau 1 est fixé sur le support 2 par des moyens de fixation tels que des dispositifs de serrage 3. La dalle maçonnée 8 est recouverte d'une couche 15 d'isolation thermique 4 qui s'étend aussi bien à l'extérieur qu'à l'intérieur des supports 2 et sur la face supérieure 41 de laquelle reposent des dalles 5 de chemins techniques posées adjacent aux panneaux 1. Les dalles 5 sont posées sur des plots 51, de préférence sur des plots à 20 hauteur ajustable, et présentent une face supérieure 52. Entre les supports 2, la couche d'isolation 4 est recouverte d'une membrane d'étanchéité 6 qui recouvre également les faces extérieures verticales des supports 2, comme cela est décrit plus loin en référence à la figure 2, 25 sur une hauteur déterminant un plan de toiture. Les parties de la toiture terrasse qui ne sont pas occupées par les panneaux 1 et les dalles 5 des chemins techniques ni par des cheminées ou autres émergences, sont recouvertes de couches de gravier 7. Pour éviter que les 30 graviers s'étendent en dessous des dalles 5 des chemins techniques, les couches de gravier 7 sont limitées par des garde-grève 71. Selon une variante de réalisation non représentée dans les dessins, les parties de la toiture terrasse qui ne sont pas occupées par les panneaux 1 ni par les dalles 5 des chemins techniques ni par des cheminées ou autres émergences peuvent être recouvertes de dalles ou d'un ensemble mixte de dalles et de gravillons. La figure 2 représente, sous la forme d'un détail de la figure 1, la disposition et le montage d'un panneau 1 sur le support 2 ainsi que quelques détails supplémentaires sur la conception de l'étanchéité de la toiture terrasse. Le panneau 1, réalisé avec deux couches de verres et 10 un encapsulant interposé comportant des cellules photovoltaïques, est exempt de tout cadre de maintien et se distingue par cela des éléments photovoltaïques utilisés en dehors de l'invention et qui sont solidaires d'un cadre de maintien donnant à l'élément photovoltaïque une épaisseur 15 de l'ordre de 4 ou 5 cm. Selon la présente invention, le panneau 1 est monté directement sur le support 2. Le support 2 est une costière, c'est-à-dire un élément de support de forme générale rectangulaire et formé par quatre profilés dont chacun comporte une paroi 20 verticale 21, une aile de base 22 et, en haut, un rebord en L comprenant une partie 23 s'étendant légèrement en pente vers l'extérieur et un retour vertical 24 vers le bas vis-à-vis duquel la dalle 5 est disposée légèrement espacée dans le sens horizontal. Les dimensions de la costière 2 25 sont adaptées à celles du panneau 1, à la différence près que la longueur de la costière 2 est inférieure à celle du panneau 1 afin que les moyens de connexion électrique du panneau 1 puissent être situés en dehors de la costière 2. En conséquence, le panneau 1 dépasse de la costière 2 - 30 selon la disposition des moyens de connexion - d'un côté de la costière ou de deux côtés opposés de la costière. Le panneau photovoltaïque est fixé sur la partie 23 du rebord de la costière 2 moyennant des dispositifs de serrage comportant des brides 31, des organes de fixation 32, de préférence à vissage, un joint d'étanchéité 33 disposé entre le bord du panneau 1 et la partie 23 du rebord de la costière 2, et des éléments de protection mécanique 34. Le panneau 1 peut également être fixé sur le support 2 par un joint colle ou par clipsage ainsi que par des grenouillères ou par des bandes à accrochement telles que celles connues sous la marque VELCRO. Il est précisé expressément que le panneau 1 n'est pas fixé sur le support 2 moyennant des profilés prenant appui sur le panneau 1 mais moyennant des brides ou griffes de serrage 31 reparties de manière homogène sur le pourtour du panneau 1, car l'utilisation de profilés annulerait l'avantage de l'invention obtenu par l'utilisation de panneaux 1 sans cadre de maintien. La figure 2 montre également des détails concernant une première disposition de la membrane d'étanchéité 6, considérée comme une mise en oeuvre classique de l'étanchéité. Selon cette disposition, la membrane 6, qui présente une surface supérieure 61, est posée sur la couche d'isolation 4. De plus, la membrane 6 remonte le long les parois verticales 21 de la costière 2 sur une hauteur d'au moins 15 cm au-dessus de la surface supérieure 61. Cette remontée se termine avec un bord supérieur 62. Le bord supérieur 62 de la membrane d'étanchéité 6 doit être disposé au moins 15 cm au-dessus de la surface supérieure 61 de la membrane d'étanchéité 6. De plus, la surface supérieure 52 des dalles 5 définit le plan de toiture de la toiture terrasse qui ne doit pas être dépassé par les panneaux 1, de plus de 20 mm. La figure 3 montre des détails d'une seconde disposition de la membrane d'étanchéité 6, considérée comme une mise en oeuvre inversée de l'étanchéité. Selon cette disposition, la membrane 6 est posée en dessous de la couche d'isolation 4. Toutefois, la membrane d'étanchéité 6 remonte le long des parois verticales 21 de la costière 2 comme dans l'exemple de réalisation de la figure 2. Cette remontée se termine avec un bord supérieur 62 disposé au moins 15 cm au-dessus de la surface supérieure 41 de la couche d'isolation 4. Comme dans la mise en oeuvre classique représentée sur la figure 2, la surface supérieure 52 des dalles 5 définit le plan de toiture de la toiture terrasse qui ne doit pas être dépassé par les panneaux 1, de plus de 20 mm. Les figures 2 et 3 font abstraction d'éléments de conception d'une étanchéité en toiture terrasse tels qu'une couche de pare-vapeur, d'équerres et de renforts dont la présence et notamment la disposition ne sont pas en rapport avec la présente invention. Par membrane d'étanchéité, on entend une membrane simple ou un ensemble de couches de membranes assurant l'étanchéité à l'eau. Les dispositions représentées en détail sur les figures 2 et 3 montrent clairement les caractéristiques et avantages suivants de la présente invention: - les panneaux 1 sont montés de manière étanche sur les costières 2 ; de cette manière, les panneaux 1 sont intégrés dans les moyens assurant l'étanchéité à l'eau de la toiture terrasse ; - les panneaux 1 sont montés parallèles au plan de toiture avec un dépassement maximal de 20 mm au-dessus de ce plan de toiture défini par la surface supérieure 52 des dalles 5 ; - le panneau 1 peut être de tout type, par exemple transparent ou semi-transparent, et de toute dimension ; - le support 2 peut être une costière en acier ou en d'autres matériaux métalliques ou synthétiques ; - le panneau 1 et le support 2 font partie intégrante de l'étanchéité de la toiture terrasse ; - des émergences telles que des ventilations, des cheminées, des groupes frigorifiques ou de chaufferie ne gênent pas la pose des panneaux 1 ; - les supports 2 peuvent être fixés sur le toit par collage, lestage, mais aussi par vissage ; - les dimensions du support 2 sont adaptées à la taille des panneaux 1 ; - l'invention permet de réaliser une toiture terrasse photovoltaïque sous charge lourde en dalles ou avec une disposition mixte de dalles et de gravillons permettant ainsi une réutilisation de la charge lourde existante ; - les panneaux 1 assurent pour les supports 2 la fonction de charge lourde et protègent la couche d'isolation 4 ; - les câbles et les connexions électriques sont disposés en dehors des supports 2 et restent ainsi facilement accessibles ; leur cheminement vers la station de branchement au réseau d'électricité peut être camouflé sous les dalles ; - chaque panneau 1 forme avec son support 2 un module dont l'implantation est indépendante des implantations des autres modules, ce qui est un avantage particulier pour des petites toitures où la présence d'édicules et d'émergences rend le calepinage des panneaux 1 particulièrement difficile. En effet, le support 2 qui est de préférence une costière métallique, est posé sur la toiture terrasse sans moyens de fixation et est maintenu en place par la charge lourde représentée par les dalles des chemins techniques ou par les couches de gravier 7. La remontée de la membrane d'étanchéité 6 se fait de façon traditionnelle le long des parois verticales 21 des costières 2. Selon une variante de réalisation, la base 22 des costières 2 peut être perforée pour faciliter et améliorer le collage de la membrane d'étanchéité 6 afin de concourir à la fixation de la costière en plus du lest créé par la charge des graviers ou des dalles et par leurs ancrages éventuels. La costière 2 est pourvue sur des parois opposées 21 de petits orifices ayant la fonction de ventelles afin de générer une ventilation naturelle de l'air contenu en dessous du panneau 1. Le dimensionnement et le positionnement des ventelles sont définis de manière à maintenir le niveau d'étanchéité. En même temps, ces aérations assurent une limitation de la dépression sous le panneau 1 et limitent le développement de condensation. La figure 4 représente un exemple d'implantation de trente-trois panneaux 1 sur une toiture terrasse comportant différents dômes et autres émergences symbolisées par un carré ou un rectangle diagonalement croisé. Cet exemple montre d'un côté la disposition des panneaux 1 les uns par rapport aux autres avec un chemin technique entre des panneaux 1 avoisinants et la réutilisation d'une charge lourde existante meuble constituée par des gravillons. Cette figure montre également que la disposition des panneaux 1 n'est pas nécessairement régulière. Elle peut donc s'adapter à la présence d'émergences comme c'est le cas des panneaux photovoltaïques à côté des émergences El, E2, E3 où les panneaux 1 ne sont pas alignés sur les panneaux voisins et dans le cas des émergences doubles E4 et E5 qui empêchent la présence d'un panneau photovoltaïque. La figure 4 montre en plus sommairement les câbles électriques Cl et C2 qui relient les panneaux photovoltaïques à une station de raccordement non représentée dans laquelle sont disposés les coffrets de 5 protection DC et AC et des appareils de conversion d'énergie (onduleurs) pour transformer le courant direct (DC) en courant alternatif (AC) pour le raccordement de l'installation au réseau électrique. Selon une variante non représentée de la présente 10 invention, les supports 2 peuvent être choisis avec des dimensions permettant de supporter deux ou même davantage de panneaux 1. Il est précisé dans ce contexte, que la présente invention et notamment la modularité de la disposition des panneaux 1 rend possible d'utiliser des 15 panneaux 1 de différentes dimensions, qu'il s'agisse de dimensions standard ou non, tout comme il est possible d'utiliser différents types de panneaux photovoltaïques, notamment des panneaux avec une ou avec deux plaques de verre et de n'importe quelle technologie, par exemple 20 cristalline, couche mince ou toute nouvelle technologie. REVENDICATIONS1. Agencement d'un panneau solaire (1) sur une toiture terrasse, caractérisé en ce que le panneau solaire (1) est monté de manière étanche à l'eau sur un support (2) maintenu lui-même sur la toiture, le support (2) comportant des parois (21) de hauteur égale. 2. Agencement selon la revendication i, caractérisé en ce que le support (2) est une costière. 3. Agencement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support (2) est formé par des profilés comprenant les parois (21) de même hauteur et des rebords (23) sur lesquels le panneau solaire (1) est monté avec des dispositifs de serrage (3). 4. Toiture terrasse avec une couche d'isolation 20 thermique (4) et une pluralité de panneaux solaires (1), caractérisée en ce que chacun des panneaux solaires (1) est agencé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 25 5. Toiture selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un chemin technique (5) donnant accès aux panneaux solaires et une membrane d'étanchéité (6) couvrant la face extérieure des parois (21) du support (2) et l'espace de la toiture entre les 30 panneaux solaires (1). 6. Toiture selon la revendication 5, caractérisée en ce que la membrane d'étanchéité (6) est posée entre les- 13 panneaux solaires (1) sur la couche d'isolation thermique (4). 7. Toiture selon la revendication 5, caractérisée en 5 ce que la membrane d'étanchéité (6) est posée entre les panneaux solaires (1) en dessous de la couche d'isolation thermique (4).