Brevet FR3040473A1 — publié le 20170303

Dispositif de solidarisation notamment d'un échangeur thermique à un panneau photovoltaïque, système solaire hybride obtenu et procédé d'obtention du système solaire hybride La présente invention a pour objet un dispositif de solidarisation d'un premier panneau, tel que notamment un échangeur thermique, à une face d'un second panneau, tel que notamment un panneau photovoltaïque. La présente demande concerne également un système hybride de 10 collecte d'énergie solaire comportant un échangeur thermique relié à une face d'un panneau photovoltaïque au moyen du dispositif de solidarisation selon l'invention. Par ailleurs, la présente demande a également pour objet l'utilisation d'un tel dispositif de solidarisation pour obtenir 15 un système solaire hybride, comportant un panneau photovoltaïque couplé à un échangeur thermique. A l'heure actuelle, afin d'optimiser au mieux l'énergie solaire, il est de plus en plus courant de coupler à un panneau photovoltaïque, apte à produire un courant électrique à partir 20 d'un rayonnement solaire, un échangeur thermique apte à récupérer une énergie thermique aussi bien du rayonnement solaire qu'il reçoit que des pertes thermiques du panneau photovoltaïque. Généralement, l'échangeur thermique est disposé en vis-à-vis de la face arrière du panneau photovoltaïque de façon à refroidir 25 celui-ci, et d'en extraire les calories de façon optimisée. La présence d'air, excellent isolant thermique, entre l'échangeur thermique et le panneau photovoltaïque étant néfaste au bon fonctionnement de l'échangeur thermique, il est nécessaire de disposer d'un couplage permettant un excellent contact entre les 30 deux dispositifs. Différentes solutions permettant de solidariser un échangeur thermique à un panneau photovoltaïque ont été testées à ce jour. L'utilisation d'une colle de type polyuréthane a par exemple été proposée. Cependant, cette solution n'a pas donné 35 satisfaction. Des difficultés ont été rencontrées lors de l'application de la colle dont la viscosité s'est révélée trop 3040473 2 importante. En outre, il a été constaté que la qualité de l'échange thermique n'est pas optimum, et que des problèmes de dilatation thermique peuvent survenir et conduire à la rupture du couplage, en raison de dilatations différentielles de l'échangeur thermique 5 et du panneau photovoltaïque l'un par rapport à l'autre, qui fatiguent les matériaux par cisaillements. Par ailleurs, il est nécessaire de choisir une colle dont les composants autorisent un échange thermique entre les deux dispositifs, ce qui impose un choix de colle spécifique relativement onéreuse se répercutant 10 inévitablement sur le prix final du système solaire hybride. Il a également été proposé d'intégrer totalement un échangeur thermique dans un panneau photovoltaïque. Une telle solution implique néanmoins de prévoir une isolation électrique et une résistance mécanique suffisante de l'échangeur thermique 15 engendrant un choix restreint de matériaux pour celui-ci. De plus, dans ce cas, l'échangeur thermique est classiquement réalisé en acier inoxydable, qui est un mauvais conducteur thermique et qui contribue à diminuer le rendement global du système solaire hybride obtenu. 20 La présente invention vise à pallier ces différents inconvénients et propose de fournir un dispositif de solidarisation notamment d'un échangeur thermique à un panneau photovoltaïque permettant un contact plan sur plan résistant entre la face concernée du panneau photovoltaïque et l'échangeur 25 thermique. Ainsi, l'éventuel film d'air isolant présent entre les deux dispositifs est supprimé et l'échange de chaleur du panneau photovoltaïque vers l'échangeur thermique s'effectue de manière optimale. Un autre avantage du dispositif de solidarisation selon l'invention, lorsqu'il est appliqué à l'assemblage d'un échangeur 30 thermique sur un panneau photovoltaïque, est de permettre, de par sa structure, un échange optimal d'énergie thermique entre l'échangeur thermique et le milieu environnant. D'autre part, l'invention entend également proposer une solution à la fois résistante à une exposition aux intempéries qui permette d'éviter 35 toute usure et toute détérioration intempestive des pièces au fil de leur exposition à un milieu extérieur et respectueuse de 3040473 3 l'intégrité structurelle des deux panneaux concernés, notamment un échangeur thermique et un panneau photovoltaïque.. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de solidarisation du genre indiqué en préambule, caractérisé en 5 ce qu'il comporte un organe pourvu de moyens de rappel élastique mobiles entre une position passive et une position active correspondant à la position d'utilisation du dispositif de solidarisation, et d'autre part des moyens d'assemblage dudit organe audit premier panneau ou audit second panneau, lesdits 10 moyens d'assemblage étant aptes à placer les moyens de rappel élastique dans leur position active dans laquelle, dans sa position d'utilisation, ledit dispositif de solidarisation exerce sur ledit premier panneau placé contre la face du second panneau une force orientée en direction dudit second panneau. 15 Conformément à une variante de réalisation préférentielle du dispositif de solidarisation selon l'invention, ledit organe est défini par un tronçon de profilé plat présentant une face supérieure et une face inférieure, tandis que lesdits moyens d'assemblage comportent un cadre périphérique bordant ladite face 20 du second panneau et présentant une section en « L » formant un rebord s'étendant vers l'intérieur de ladite face à une hauteur h supérieure à l'épaisseur e du premier panneau, tandis que le tronçon de profilé plat présente une longueur L choisie de manière telle que, dans la position d'utilisation dudit dispositif de 25 solidarisation, ledit profilé plat s'étende sur l'ensemble formé par le premier et le second panneau et ses extrémités sont insérées sous le rebord dudit cadre, et sont en appui contre ledit rebord. Dans ce cas, au moins un des bords longitudinaux dudit profilé plat peut être prolongé par une aile élastique s'étendant 30 en direction de sa face inférieure et apte à adopter une position passive dans laquelle une extrémité libre de l'aile est éloignée de ladite face inférieure et une position active dans laquelle l'extrémité libre est rapprochée de ladite face inférieure, la distance comprise entre l'extrémité libre et ladite face 35 inférieure dudit profilé plat, dans la position passive de ladite 3040473 4 aile, correspondant à au moins la hauteur à laquelle s'étend le rebord du cadre bordant la face du second panneau. Selon une caractéristique de l'invention, l'aile élastique peut s'étendre sur toute la longueur dudit bord du profilé plat. 5 Par ailleurs, l'autre bord longitudinal dudit profilé plat peut être prolongé par une bande de renfort mécanique s'étendant perpendiculairement au profilé plat en direction de sa face inférieure. Avantageusement, le dispositif de solidarisation selon l'invention peut en outre comporter des moyens de fixation du profilé plat au rebord du cadre bordant la face du second panneau, ces moyens de fixation pouvant être définis par des vis ou des rivets. Par ailleurs, la présente invention prévoit encore de réaliser préférentiellement le dispositif de solidarisation en un matériau présentant des propriétés anticorrosion, choisi parmi la liste comprenant un métal, un alliage, un matériau composite, recouvert ou non d'une couche de peinture. La présente demande vise également à protéger un système hybride de collecte d'énergie solaire comprenant un échangeur thermique relié à une face d'un panneau photovoltaïque au moyen d'au moins un dispositif de solidarisation tel que défini ci-dessus. L'échangeur thermique utilisé dans un tel système hybride 25 selon l'invention est avantageusement réalisé en un matériau conducteur d'énergie thermique choisi parmi la liste comprenant l'aluminium, le cuivre, un alliage, un matériau composite. Un autre objet de la présente demande concerne un procédé de solidarisation d'un échangeur thermique à une face d'un panneau 30 photovoltaïque prévoyant d'utiliser au moins un dispositif de solidarisation tel que défini ci-dessus. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple détaillé de réalisation fourni à titre d'exemple non limitatif, effectuée en référence aux figures 1 à 5 35 annexées, dans lesquelles : 3040473 5 La figure 1 représente une vue en perspective d'un système hybride selon l'invention, avant la solidarisation de l'échangeur thermique au panneau photovoltaïque, La figure 2 illustre une vue en perspective du système 5 hybride de la figure 1 dans lequel l'échangeur thermique est couplé au panneau photovoltaïque au moyen de trois dispositifs de solidarisation selon l'invention, La figure 3 est une vue agrandie du détail D de la figure 2, 10 La figure 4 illustre une vue en coupe selon AA de la figure 2, et La figure 5 illustre une vue en perspective d'un dispositif de solidarisation selon l'invention. En référence aux figures, la présente invention concerne un 15 dispositif de solidarisation 1 d'un premier panneau, tel que notamment un échangeur thermique 2 à une face d'un second panneau, tel que notamment un panneau photovoltaïque 3, un tel assemblage permettant d'obtenir un système hybride 10 de collecte d'énergie solaire. De manière classique, l'échangeur thermique 2 est 20 parcouru par un fluide caloporteur permettant de récupérer l'énergie thermique du milieu environnant, notamment contenue dans le vent, la pluie, etc., et celle dissipée par le panneau photovoltaïque 3, puis de la restituer à une source chaude quelconque directement ou via un dispositif additionnel, tel que notamment une pompe à chaleur, couplé au système solaire hybride 10. De manière à optimiser les échanges d'énergie thermique, l'échangeur thermique 2 est de préférence réalisé en aluminium, en cuivre, en un alliage, en un matériau composite ou en tout 30 matériau équivalent qui soit à la fois léger, thermo-conducteur et compatible à un contact permanent avec un fluide caloporteur. Egalement dans le but de maximiser les échanges thermiques, l'échangeur thermique 2 du système hybride 10 présente préférentiellement une forme, en l'occurrence parallélépipédique 35 dans la variante illustrée, et des dimensions sensiblement équivalentes à celles du panneau photovoltaïque 3, de sorte que 3040473 6 lorsque les deux dispositifs 2, 3 sont reliés, l'échangeur thermique 2 recouvre presqu'entièrement le panneau photovoltaïque 3. En outre, l'échangeur thermique 2 présente par ailleurs 5 avantageusement une épaisseur e la plus réduite possible, favorisant également les échanges thermiques, et une structure lui permettant de résister à une pression d'environ 3 bars. Dans la variante de réalisation illustrée, l'échangeur thermique 2 est destiné à être disposé contre la face arrière 30 10 du panneau photovoltaïque 3 (cf. flèche F, fig. 1). Cette dernière est ici bordée par un cadre périphérique 4 comportant deux côtés longitudinaux opposés 41, 42 et deux côtés latéraux opposés 43, 44. Le cadre 4 présente une section en « L » formant un rebord 40 s'étendant vers l'intérieur de la face arrière 30 du panneau 15 photovoltaïque 3, à une hauteur h supérieure à l'épaisseur e de l'échangeur thermique 2, de sorte que lorsque l'échangeur thermique repose contre la face arrière 30 du panneau photovoltaïque 3, un jeu subsiste entre l'échangeur thermique 2 et le rebord 40 du cadre 4. 20 Conformément à l'invention, l'échangeur thermique 2 est solidarisé à la face arrière 30 du panneau photovoltaïque 3 au moyen d'un ou plusieurs dispositifs de solidarisation 1, avantageusement conçus pour le plaquer avec une surface de contact maximale contre ladite face arrière 30. 25 Le dispositif de solidarisation 1 est préférentiellement réalisé en un matériau thermo-conducteur présentant des propriétés anticorrosion, tel que notamment un métal, un alliage, un matériau composite, recouvert ou non d'une couche de peinture. Dans la variante de réalisation illustrée, le système solaire hybride 10 comporte trois dispositifs de solidarisation 1 régulièrement répartis sur sa longueur de sorte à assurer un parfait maintien de l'échangeur thermique 2 contre le panneau photovoltaïque 3. Chaque dispositif de solidarisation 1 comporte dans 35 l'exemple illustré un profilé plat 5 dont la longueur L est choisie de manière telle que dans la position d'utilisation du dispositif 3040473 7 de solidarisation 1, il soit apte à s'étendre entre deux points distincts du rebord 40, par exemple situés respectivement le long d'un des côtés longitudinaux opposés 41, 42 du cadre 4. Ainsi, dans la position d'utilisation du dispositif de solidarisation 1 5 illustrée aux figures 2 à 4, le profilé plat 5 s'étend transversalement au système solaire hybride 10 et ses extrémités 50, 51 sont chacune insérées sous le rebord 40, contre lequel elles prennent appui. Par ailleurs, un bord longitudinal 53 du profilé plat 5 est 10 prolongé par une aile élastique 6 s'étendant en direction de la face inférieure 52 du profilé plat 5 et reliée audit bord longitudinal 53 par une bande de matière 55 perpendiculaire audit profilé plat 5. L'autre bord longitudinal 54 du profilé plat 5 est prolongé par une bande de renfort mécanique 56 s'étendant 15 perpendiculairement au profilé plat 5 en direction de sa face inférieure 52. L'aile élastique 6 s'étend de préférence, mais non obligatoirement, sur toute la longueur du bord longitudinal 53 considéré du profilé plat 5. Conformément à l'invention, l'aile élastique 6 est apte à 20 adopter une position passive de repos dans laquelle, lorsque le dispositif de solidarisation 1 est séparé du système solaire hybride 10, son extrémité libre 60 est éloignée de la face inférieure 52 du profilé plat 5 d'une distance dO correspondant à au moins la hauteur h à laquelle s'étend le rebord 40 du cadre 4 25 bordant la face arrière 30 du panneau photovoltaïque 3. L'aile élastique 6 est également apte à adopter une position active dans laquelle, lorsque le dispositif de solidarisation 1 est utilisé pour relier un échangeur thermique 2 à un panneau photovoltaïque 3, et est inséré sous le rebord 40 du cadre 4, au- 30 dessus de l'ensemble formé par l'échangeur thermique 2 et le panneau photovoltaïque 3, son extrémité libre 60 est rapprochée de la face inférieure 52 du profilé plat 5. La distance dl, comprise entre l'extrémité libre 60 de l'aile élastique et sa face inférieure 52, est alors inférieure à la 35 distance dO, et l'aile élastique 6 tend à revenir vers sa position de repos, du fait de son élasticité. 3040473 8 Grâce à une telle structure, dans sa position d'utilisation, le tronçon de profilé plat 5 est en appui contre le rebord 40, au niveau de ses extrémités 50, 51, et son aile élastique 6 exerce, sur l'échangeur thermique 2 placé contre la face arrière 30 du 5 panneau photovoltaïque 3, une force orientée en direction du panneau photovoltaïque 3. Des moyens de fixation du profilé plat 5 au panneau photovoltaïque 3, tels que notamment des vis 7 ou des rivets, permettant de relier les extrémités 50, 51 du profilé plat 5 aux 10 points correspondants des côtés longitudinaux opposés 41, 42 du rebord 40, ou tout autre moyen de fixation équivalent, peuvent en outre être prévus pour maintenir le dispositif de solidarisation 1 fermement en place sur le système solaire hybride 10 dans sa position d'utilisation. 15 Tel qu'il ressort clairement de ce qui vient d'être décrit, le dispositif de solidarisation 1 selon l'invention permet de plaquer uniformément l'échangeur thermique 2 contre la face arrière 30 du panneau photovoltaïque 3. L'élasticité du dispositif de solidarisation 1 lui permet d'agir avec la même efficacité en 20 toute situation, y compris en cas d'application d'une force ou d'un poids sur la face avant du panneau photovoltaïque 3, et/ou malgré le processus de création/destruction d'une couche de gel ou de glace éventuelle sur la face arrière du panneau photovoltaïque 3. Ainsi, l'échange de chaleur entre le panneau 25 photovoltaïque 3 et l'échangeur thermique 2 est maximal en toute situation. De plus, lors de l'assemblage de l'échangeur thermique 2 au panneau photovoltaïque 3, l'élasticité du tronçon de profilé 5 permet avantageusement de déplacer celui-ci par rapport à 30 l'échangeur thermique 2 et de le positionner à l'endroit désiré, éventuellement complètement encastré sous le rebord 40 du panneau photovoltaïque 3, sans abîmer de manière néfaste l'échangeur thermique 2. Bien entendu, le nombre de tronçons de profilé 5 qu'il 35 convient d'utiliser pour un système solaire hybride 10 donné est choisi en fonction des dimensions de l'échangeur thermique 2 et 3040473 9 du panneau photovoltaïque 3 et de manière telle que l'échangeur thermique 2 est plaqué avec une surface de contact maximum sur le panneau photovoltaïque 3. D'autre part, les essais effectués ont pu montrer que la 5 pression de Hertz exercée entre le dispositif de solidarisation 1 et l'échangeur thermique 2 et les conditions tribologiques des matériaux employés permettent d'éviter toute usure et toute détérioration de l'ensemble des éléments du système solaire hybride 10 selon l'invention. 10 Il est également à noter que le contact entre le(s) dispositif(s) de solidarisation 1 et l'échangeur thermique 2 s'effectue sur une surface relativement faible, ce qui permet avantageusement de ne pas bloquer l'échange thermique entre l'air ambiant et le panneau thermique 2. 15 Le dispositif de solidarisation 1 permet également à l'échangeur thermique 2 de se dilater librement par rapport au panneau photovoltaïque sans risques de dégradation intempestive, étant donné qu'il n'exerce pas de force directe dans le sens de la compression horizontale, ni dans le sens de la compression 20 verticale, excepté par les frottements qui permettent à l'échangeur thermique 2 d'être maintenu en place. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples décrits ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention. 25 REVENDICATIONS1. Dispositif de solidarisation (1) d'un premier panneau, tel que notamment un échangeur thermique (2), à une face (30) d'un second panneau, tel que notamment un panneau photovoltaïque (3) caractérisé en ce qu'il comporte un organe pourvu de moyens de rappel élastique mobiles entre une position passive et une position active correspondant à la position d'utilisation du dispositif de solidarisation (1), et, d'autre part, des moyens d'assemblage dudit organe audit premier panneau ou audit second panneau, lesdits moyens d'assemblage étant aptes à placer les moyens de rappel élastique dans leur position active dans laquelle, dans sa position d'utilisation, ledit dispositif de solidarisation (1) exerce sur ledit premier panneau (2) placé contre la face (30) du second panneau (3) une force orientée en direction dudit second panneau (3). 2. Dispositif de solidarisation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe est défini par un tronçon de profilé plat (5) présentant une face supérieure et une face inférieure (52), tandis que lesdits moyens d'assemblage comportent un cadre (4) périphérique bordant ladite face (30) dudit second panneau (3) et présentant une section en « L » formant un rebord (40) s'étendant vers l'intérieur de ladite face (30) à une hauteur h supérieure à l'épaisseur e du premier panneau (2), et en ce que le tronçon de profilé plat (5) présente une longueur L choisie de manière telle que, dans la position d'utilisation dudit dispositif de solidarisation (1), ledit profilé plat (5) s'étende sur l'ensemble formé par le premier panneau (2) et le second panneau (3) et ses extrémités (50, 51) sont insérées sous le rebord (40) dudit cadre (4), et sont en appui contre ledit rebord (40). 3. Dispositif de solidarisation (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un des bords longitudinaux (53) dudit profilé plat (5) est prolongé par une aile élastique (6) 35 s'étendant en direction de sa face inférieure (52) et apte à adopter une position passive dans laquelle une extrémité libre 3040473 11 (60) de l'aile élastique (6) est éloignée de ladite face inférieure (52) et une position active dans laquelle l'extrémité libre (60) est rapprochée de ladite face inférieure (52), la distance dO comprise entre l'extrémité libre (60) et ladite face 5 inférieure (52), dans la position passive de ladite aile élastique (6), correspondant à au moins la hauteur h à laquelle s'étend le rebord (40) du cadre (4) bordant la face (30) du second panneau (3) 4. Dispositif de solidarisation (1) selon la revendication 10 3, caractérisé en ce que ladite aile élastique (6) s'étend sur toute la longueur dudit bord (53) du profilé plat (5). 5. Dispositif de solidarisation (1) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'autre bord longitudinal (54) dudit profilé plat (5) est prolongé par une 15 bande de renfort mécanique (55) s'étendant perpendiculairement au profilé plat (5) en direction de sa face inférieure (52). 6. Dispositif de solidarisation (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de fixation du profilé plat (5) au rebord (40) du cadre 20 (4) du second panneau (3). 7. Dispositif de solidarisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé en un matériau présentant des propriétés anticorrosion choisi parmi la liste comprenant un métal, un alliage, un matériau 25 composite, recouvert ou non d'une couche de peinture. 8. Système hybride de collecte d'énergie solaire (10) comprenant un échangeur thermique (2) relié à une face (30) d'un panneau photovoltaïque (3) au moyen d'au moins un dispositif de solidarisation (1) selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes. 9. Système hybride de collecte d'énergie solaire (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (2) est réalisé en un matériau conducteur d'énergie thermique choisi parmi la liste comprenant l'aluminium, le cuivre, un alliage, un matériau composite. 3040473 12 10. Procédé de solidarisation d'un échangeur thermique (2) à une face (30) d'un panneau photovoltaïque (3), caractérisé en ce que l'on utilise au moins un dispositif de solidarisation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 5