Brevet FR3057734A1 — publié le 20180427

-1 Serre agricole à énergie positive Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des serres agricoles à énergie positive, constitué par une structure métallique recouverte d'un film ou de panneau transparent et comportant sur la partie supérieure des panneaux photovoltaïques. De telles serres permettent de combiner, avec un même équipement, un espace de culture maraîchère sous serre et 10 une unité de production électrique. Bien entendu, de telles serres doivent optimiser deux contraintes apparemment contradictoires, à savoir : - la transmission à l'intérieur de la serre d'un éclairage suffisant pour permettre une croissance végétale 15 dans des bonnes conditions, - la capture d'une partie aussi importante que possible de la lumière solaire pour maximiser la production d'énergie solaire. On a à cet effet proposé des couvertures de serres 20 alternant des zones opaques, correspondant à des panneaux photovoltaïques, et des zones transparentes, permettant la pénétration de la lumière solaire à l'intérieur de la serre. Etat de la technique. On connaît dans l'état de la technique une serre 25 photovoltaïque à efficacité améliorée décrite dans le brevet européen EP 2294910. Cette serre photovoltaïque comporte une structure destinée à supporter un toit ayant au moins une pente. Ce toit présente une partie totalement dépourvue de panneaux photovoltaïques afin de permettre aux rayons solaires 3057734 -2 panneaux photovoltaïques afin de permettre aux rayons solaires incidents d'irradier la surface inférieure de la serre, le reste dudit toit étant muni de panneaux photovoltaïques. Ces panneaux photovoltaïques ont une capacité d'absorption de 5 rayons solaires incidents qui augmente à partir d'une valeur minimale à la limite avec la partie du toit dépourvue de panneaux photovoltaïques jusqu'à une valeur maximale sur le faîte dudit toit. La demande de brevet internationale W02013179321 décrit également une serre photovoltaïque présentant une efficacité d'utilisation optimisée, qui se caractérise en ce qu'elle comprend un module de serre classique qui est conçu pour être connecté en continuité environnementale avec un module de serre photovoltaïque, l'inclinaison par rapport au sol du toit du module de serre photovoltaïque étant supérieure à l'inclinaison par rapport au sol du toit du module de serre classique. Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur ne sont pas 20 adaptées pour prendre en compte les variations importantes de l'énergie solaire en fonction des saisons. En effet, la variation de la hauteur angulaire du soleil varie tout au long de l'année, et donc la zone éclairée à l'intérieur de la zone varie en fonction de la saison et de la configuration des 25 parties opaques de la toiture. A titre d'exemple, pour une serre installée en région parisienne où la latitude est de 49°, la hauteur de l'équateur céleste au-dessus de l'horizon est de 41° à midi, aux premiers jours du printemps et de l'automne, et varie de plus ou moins 23° en fonction de la saison pour 30 atteindre 64° (41+23) au premier jour de l'été, et descendre à 18° (41-23) au premier jour de l'hiver. 3057734 -3- En outre, l'interaction avec l'atmosphère terrestre atténue l'énergie solaire lorsque l'angle diminue. Dans les solutions de l'art antérieur, la configuration des panneaux photovoltaïques peut produire un 5 ombrage particulièrement importante lorsque le soleil est bas, par exemple en hiver, alors qu'il serait utile de disposer d'une éclairage important, et au contraire fournir un éclairage brutal en été, lorsque le soleil est à sa hauteur maximale, alors qu'il serait judicieux d'atténuer l'énergie 10 solaire pour éviter le séchage des plantes et une évaporation excessive. Par ailleurs, les serres de l'art antérieur ne sont pas optimisées pour présenter une hauteur raisonnable, évitant des volumes intérieurs trop importants. 15 Solution apportée par l'invention Afin de répondre à cet inconvénient, l'invention concerne selon son acception la plus générale une serre photovoltaïque, comportant une structure destinée à supporter un toit présentant une partie transparente totalement dépourvue de panneaux photovoltaïques afin de permettre aux rayons solaires incidents d'irradier la surface intérieure de la serre, et le reste dudit toit étant muni de panneaux photovoltaïques, caractérisée en ce que ledit toit présente une pente orientée vers le sud et incliné d'un angle compris entre 15 et 25 degrés, et en ce que la façade sud de la serre présente une hauteur h mesurée au niveau du bord sud de la première série de panneau photovoltaïque, telle que rapport h/1 soit compris entre 0,8 et 1,2 fois tangente S, où : - 1 représente la largeur de la serre - S représente l'angle solaire au solstice d'hiver 3057734 - 4 - Et en ce que le toit présente au moins une bande longitudinale, du coté de la façade sud, recouverte de panneaux photovoltaïques, une alternance de bandes longitudinales au moins partiellement transparentes, et de 5 bandes longitudinales au moins partiellement recouvertes de panneaux photovoltaïques et une bande longitudinale, du coté de la façade nord, recouverte de panneaux photovoltaïques s'étend jusqu'au bord du toit. Une telle configuration permet d'assurer un 10 ensoleillement maximisé de la surface intérieure de la serre, lorsque le soleil est bas sur l'horizon, la lumière pénétrant principalement par la face transparente sud, et un ombrage plus important lorsque le soleil est haut sur l'horizon, en été. La bande longitudinale arrière permet par ailleurs de 15 préserver une zone ombragée en été, permettant de disposer les équipements électriques et électroniques de gestion des panneaux photovoltaïques. Avantageusement, la face sud au moins est recouverte d'un film transparent relevable. 20 Selon une variante, la serre selon l'invention présente une zone longitudinale ouverte entre la face nord et le toit, ladite zone étant revêtue d'un filet empêchant le passage des insectes. Selon une autre variante, ledit toit se prolonge 25 au-delà de la façade nord par une surface longitudinale recouverte de panneaux photovoltaïques. De préférence, la hauteur de la façade Sud est inférieure à la hauteur de la façade Nord. Selon une variante, la façade Nord est opaque. 3057734 -5 Selon une autre variante, certains des éléments transparents sont diffusants. 5 Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue en coupe 10 transversale de la serre avec un éclairage solaire d'hiver - la figure 2 représente une vue en coupe transversale de la serre avec un éclairage solaire d'été 15 - la figure 3 représente une vue en perspective d'une structure de serre selon une première variante de l'invention. - la figure 4 représente une vue en coupe transversale 20 réalisation, - la figure transversale réalisation, la figure 6 de la serre selon une variante de avec un éclairage solaire d'hiver 5 représente une vue en coupe de la serre selon une variante de avec un éclairage solaire d'été représente une vue en perspective 25 d'une structure de serre selon l'invention. La serre selon l'exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés est constitué par une structure métallique formée de poteaux verticaux (1 à 4) en acier galvanisé supportant des treillis métalliques (5, 6). 30 La façade exposée au sud et comprenant les poteaux (1, 3) présente une hauteur de 2,7 mètres. Elle est fermée par 3057734 -6- un film transparent déroulable permettant d'assurer une ventilation lorsque les conditions climatiques le justifient. La hauteur de la façade nord formée par les poteaux (2, 4) est de 6,8 mètres, pour une serre d'une largeur de 9, 6 5 mètres. La façade nord peut être transparente rigide ou souple, ou encore opaque, rigide ou souple. Les treillis métalliques (5, 6) définissent une pente de toiture de 19,7° dans l'exemple décrit, et plus généralement entre 18° et 22°. 10 Les façades latérales est et/ou ouest présentent des portes d'accès (7). La toiture est formée, dans l'exemple décrit, par une alternance de bandes longitudinales transparentes ou diffusantes (20, 21) et de bandes (10 à 12) recouvertes de 15 panneaux photovoltaïques. Chacune de ces bandes présente une largeur de 1,67 mètres. Optionnellement, ces bandes ne s'étendent pas sur toute la longueur de la serre, mais seulement sur une partie de la longueur, et peuvent former une alternance formant un 20 toit en damier, où les zones transparentes et les zones opaques sont réparties sur la surface de la toiture. Les figures 1 et 2 montre l'évolution de la pénétration de l'éclairage solaire en fonction de la saison. Lorsque le soleil est bas sur l'horizon (figure 1), 25 l'essentiel de la lumière pénètre par la façade sud transparente, et les panneaux photovoltaïques (10 à 12) captent l'énergie solaire sans faire d'ombrage trop important à l'intérieur de la serre. 3057734 7 Lorsque le soleil est haut sur l'horizon (figure 2), la lumière pénètre par la façade sud transparente et par les bandes transparentes (20, 21) de la toiture, et les panneaux photovoltaïques (10 à 12) captent l'énergie solaire 5 en réalisant un ombrage à l'intérieur de la serre réduisant ainsi l'échauffement. Les équipements électriques et électroniques (30, 31) sont montés sur la paroi Nord dans la partie supérieure, bénéficiant d'un ombrage tant en hiver, en raison de 10 l'incidence angulaire faible du soleil, qu'en été en raison de l'ombrage assuré par la bande opaque (12) s'étendant le long du bord nord de la toiture. Les figures 4 à 6 représentent une variante de réalisation où la toiture est prolongée, du coté nord, par une 15 bande (40) revêtue de panneaux photovoltaïques. Cette bande additionnelle permet d'augmenter la production photoélectrique pour une serre donnée. La façade arrière présente une fente (41) ouverte, revêtue d'un filet pare-insectes favorisant l'aération et le refroidissement des panneaux photovoltaïques 20 pour une meilleure productivité. REVENDICATIONS1 - Serre photovoltaïque, comportant une structure destinée à supporter une toiture présentant une partie transparente (20, 21) totalement dépourvue de panneaux 5 photovoltaïques afin de permettre aux rayons solaires incidents d'irradier la surface intérieure de la serre, et le reste de ladite toiture étant munie de panneaux photovoltaïques (10, 11, 12), caractérisée en ce que ladite toiture présente une pente orientée vers le sud et inclinée 10 d'un angle compris entre 15 et 25 degrés, et en ce que la façade sud de la serre présente une hauteur h mesurée au niveau du bord sud de la première série de panneau photovoltaïque (10), telle que rapport h/1 soit compris entre 0,8 et 1,2 fois tangente S, où : 15 - 1 représente la largeur de la serre - S représente l'angle solaire au solstice d'hiver et en ce que la toiture présente au moins une bande longitudinale (10, 11, 12), du coté de la façade sud, recouverte de panneaux photovoltaïques, une alternance de 20 bandes longitudinales au moins partiellement transparentes (20, 21), et de bandes longitudinales au moins partiellement recouvertes de panneaux photovoltaïques et une bande longitudinale (12), du coté de la façade nord, recouverte de panneaux photovoltaïques s'étend jusqu'au bord du toit. 25 2 - Serre photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que la face sud au moins est recouverte d'un film transparent relevable. 3 - Serre photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'elle présente une zone longitudinale 30 ouverte (41) entre la face nord et le toit, ladite zone étant revêtue d'un filet ou d'une grille empêchant le passage des insectes. 3057734 -9 4 - Serre photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit toit se prolonge au-delà de la façade nord par une surface longitudinale (40) recouverte de panneaux photovoltaïques. 5 - Serre photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que la hauteur de la façade Sud est inférieure à la hauteur de la façade Nord. 6 - Serre photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que la façade Nord est opaque. 7 - Serre photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que certains des éléments transparents sont diffusants.