Brevet FR3065353A1 — publié le 20181026

Serre à modules photovoltaïques La présente invention se situe dans le domaine de l'agriculture. Elle concerne plus particulièrement une serre, comportant dans son intérieur des modules photovoltaïques. Il est connu de disposer des modules photovoltaïques à l'intérieur d'une serre. Le document FR3019883 propose une serre comportant des surfaces photovoltaïques positionnées à l'intérieur de la serre afin de produire de l'électricité tout en cultivant des plantes. Les surfaces photovoltaïques sont séparées les une des autres par un certain espacement, afin que certains rayons solaires atteignent les cultures situées dans la serre. Un filtre dichroïque peut être placé entre les surfaces photovoltaïques et les cultures, afin de laisser passer la partie du spectre solaire qui optimise la photosynthèse ou la pousse des plantes, et de renvoyer le reste du spectre solaire vers les surfaces photovoltaïques. Cependant seuls les rayons solaires passant entre les panneaux peuvent atteindre les cultures. Une partie des cultures se trouve ainsi à l'ombre. Les zones d'ombre peuvent couvrir une grande partie des cultures si on choisit de disposer une surface totale importante de surface photovoltaïque afin de maximiser la production d'énergie. Si au contraire on privilégie le rendement des cultures, une faible surface photovoltaïque totale sera installée, au détriment de la production d'énergie. Ce dispositif ne permet donc pas d'optimiser à la fois le rendement des cultures et la production d'énergie. Le document CN204948922 propose une solution permettant de résoudre le problème des zones d'ombres sur les cultures dues aux panneaux photovoltaïques. Dans ce document, les panneaux sont placés sur le toit de la serre et un diffuseur de lumière est intégré au toit afin que les rayons solaires passant entre les panneaux photovoltaïques soient diffusés et que la luminosité à l'intérieur de la serre soit uniforme. Dans ce document, les modules photovoltaïques remplacent le toit de la serre ce qui implique des modifications souvent complexe de structures de la serre quand on veut installer ces modules sur une serre existante. La présente invention a pour objet de pallier au moins en partie à ces inconvénients en proposant une serre dans laquelle sont placés des modules 3065353 2 photovoltaïques dans sa partie supérieure et on peut disposer des cultures au sol ou hors sol, ladite serre comportant une couverture translucide diffusant la lumière afin que les cultures bénéficient d'une luminosité uniforme avec une diminution importantes des ombres directes dues aux modules photovoltaïques. 5 A cet effet, elle propose une serre pour abriter une surface de terre cultivable ou des cultures hors sol, ladite serre comprenant une structure. Cette serre est particulière en ce qu'elle comporte une couverture translucide diffusante et une pluralité de modules photovoltaïques disposés en dessous de ladite couverture. Grâce à ces dispositions, il est possible d'optimiser l'énergie solaire reçue à la 10 fois par les cultures et par les modules photovoltaïques. Dans la présente demande, le terme « couverture translucide diffusante » se comprend comme une couverture non transparente transmettant la lumière de manière diffuse. Les rayons solaires qui entrent dans la serre sont donc diffusés, et la luminosité à l'intérieur de la serre est uniformisée, les modules photovoltaïques ne créent pas 15 de zones d'ombres directes sur les cultures, comme ce serait le cas avec une lumière transmise de manière directe et non pas diffuse, dans le cas d'un verre transparent par exemple. Selon d'autres caractéristiques : - ladite couverture translucide peut constituer le toit de ladite serre, ce qui 20 constitue un mode de réalisation simple et peu coûteux ; ce peut être une serre existante avec une bâche en plastique en tant que toit, cette bâche constituant la couverture ; ce peut être un verre présentant une texture diffusante en tant que toit ; les cellules photovoltaïques peuvent être installées sous un tel toit, attachées à la structure de la serre existante, 25 - ladite couverture translucide peut être disposée sous le toit d'une serre existante, ce qui est un moyen simple d'adapter une serre classique à toit transparent, pour obtenir une serre bénéficiant des avantages de l'invention, - lesdits modules photovoltaïques peuvent être espacés les uns des 30 autres, de sorte à laisser passer de la lumière entre lesdits modules photovoltaïques, afin de fournir une lumière plus constante et répartie aux cultures, 3065353 3 - ladite pluralité de modules photovoltaïques peut être disposée plus près de ladite couverture translucide que du sol, afin que la lumière qui n'est pas captée par les modules photovoltaïques ait suffisamment d'espace pour atteindre une relative homogénéité au niveau du sol et des cultures, 5 - lesdits modules photovoltaïques peuvent comporter des cellules photovoltaïques bifaces, ce qui permet de récupérer l'énergie solaire reflétée par le sol de la serre, par les cultures ou par des filets d'ombrages ; - ladite serre peut comporter une bâche réfléchissante disposée sur le sol, 10 afin d'augmenter le taux de réflexion du sol et ainsi de récupérer davantage d'énergie solaire sur la face inférieure des modules photovoltaïques ; de préférence une telle bâche réfléchissante peut être disposée entre des cultures, en particulier pendant les périodes de culture, pour permettre néanmoins à ces cultures de recevoir leur part du 15 soleil, - lesdits modules photovoltaïques peuvent être attachés à la structure au moyen de profilés métalliques (acier ou aluminium), ce qui constitue un mode de réalisation simple à mettre en place, le cas échéant sur une structure de serre existante ; de préférence, une inclinaison est donnée 20 aux modules photovoltaïques pour maximiser la production d'électricité et pour s'affranchir d'ombres éventuelles provoquées par la structure, - lesdits modules photovoltaïques peuvent être attachés à la structure par le moyen de câbles, ce qui constitue un mode de réalisation simple à mettre en place, le cas échéant sur une structure de serre existante ; cela 25 constitue aussi une fixation souple, apte à supporter les mouvements de la structure du fait du vent par exemple, sans risque de préjudice pour la serre ou pour les modules photovoltaïques, - lesdits modules photovoltaïques peuvent être disposés sur un moyen orientable, de sorte à pouvoir optimiser leur orientation en fonction de la 30 position du soleil, il est ainsi possible de faire varier l'orientation des panneaux de manière saisonnière ou tout au long de la journée afin d'optimiser la production d'énergie et/ou le rendement des cultures. 3065353 4 - ledit moyen orientable peut comporter une barre fixée mobile en rotation à la structure et solidaire d'un module photovoltaïque, et un vérin disposé entre ledit module et un point fixe de la structure, ce qui constitue un mode de réalisation simple et robuste, et facile à commander de manière 5 centralisée. - Ledit moyen orientable peut s'actionner de manière manuelle afin de permettre un positionnement saisonnier. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui fait suite, en référence aux figures annexées dans lesquelles : 10 - La figure 1 est une vue schématique d'une serre selon un mode préféré de réalisation de l'invention. - La figure 2 est une vue d'un premier mode de fixation d'un module photovoltaïque à une serre selon l'invention. - La figure 3 est une vue d'un détail de la fig. 2 selon un premier mode de 15 réalisation de l'invention. - La figure 4 est une vue d'un détail de la fig. 2 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. - La figure 5 est une vue d'un deuxième mode de fixation d'un module photovoltaïque à une serre selon l'invention. 20 - Les figures 6A et 6B représentent deux étapes de fonctionnement de moyens d'orientation des modules photovoltaïques selon l'invention. - La figure 7 est une vue d'un détail des fig. 6A et 6B. - La figure 8 est une vue en coupe d'une serre selon l'invention. La serre 1 selon l'invention comporte une couverture 2, un module 25 photovoltaïque 3 apte à produire de l'électricité à partir du rayonnement solaire, et peut comporter des cultures 4. Dans le mode de réalisation préféré illustré en fig. 1, la serre 1 comporte une pluralité de modules photovoltaïques 3. Le nombre, la taille et la densité, le cas échéant l'inclinaison, l'orientation, des modules 3 est à adapter en fonction du 30 type de cultures 4 et des saisons, ou encore en fonction des objectifs en termes de rendement des cultures 4 et de production d'électricité. 3065353 5 La couverture 2 est translucide, apte à diffuser la lumière. Ainsi le rayonnement solaire atteignant la serre 1 est diffusé dès son entrée dans la serre 1, et la présence des modules 3 au-dessus des cultures 4 ne génère aucune ombre. Les cultures 4 bénéficient d'une lumière homogène, ce qui permet un rendement 5 optimisé. La couverture 2 peut constituer le toit de la serre, mais peut aussi consister en une bâche disposée sous le toit et au-dessus des modules photovoltaïques. Comme illustré en fig. 1, le rayonnement solaire incident arrivant sur la couverture 2 est très faiblement réfléchi et entre en majorité dans la serre 1. 10 Ensuite, le rayonnement solaire entrant dans la serre 1 est, pour une partie importante de ce rayonnement, diffusé dans toutes les directions à l'intérieur de la serre 1. La couverture 2 peut être rigide, par exemple en verre, semi-rigide, par exemple en PVC, ou encore souple, en comportant par exemple une bâche. 15 Les modules photovoltaïques 3 peuvent comporter des cellules photovoltaïques bifaces. En effet, la diffusion de la lumière par la couverture 2 permet d'obtenir une luminosité homogène à l'intérieur de la serre, qui atteint donc également la face inférieure des modules 3 par réflexion sur le sol de la serre. L'utilisation de cette face inférieure permet donc d'augmenter la production d'électricité par les 20 modules 3. Dans ce mode de réalisation, il est particulièrement utile d'augmenter le niveau de réflexion du sol de la serre, par exemple en y disposant une bâche réfléchissante 5 entre les cultures. L'utilisation de l'énergie solaire est ainsi maximisée, car les rayons solaires dirigés vers le sol mais n'atteignant pas les cultures 4 sont en grande partie renvoyés vers la face inférieure des modules 25 photovoltaïques 3. La serre 1 peut être une serre préexistante, dans laquelle des modules photovoltaïques 3 sont installés, en les fixant par exemple comme décrit ci-dessous à la structure 6 existante de la serre 1. Comme représenté en fig. 2, les modules 3 peuvent être supportés par des 30 supports 7 métalliques, par exemple en acier ou en aluminium. Les supports 7 peuvent être soutenus par la structure 6 de la serre 1. Les supports 7 comprennent des barres métalliques qui peuvent être droites ou coudées, selon les conditions d'installation optimales des modules 3. Les modules 3 peuvent 3065353 6 alors être fixés sur les supports 7, par exemple par pincement, comme illustré en fig. 3, ou par collage, comme illustré en fig. 4. Comme représenté en fig. 5, les modules 3 peuvent également être supportés par un système d'élingues comportant des câbles 8, qui peuvent être attachés à 5 la structure 6 de la serre 1 par des crochets 9. Les crochets 9 peuvent être placés au niveau de la panne faîtière, des contre-fiches, des entraits ou de tout autre élément de la structure 6 de la serre 1 Comme illustré aux fig. 6A et 6B, Les modules 3 peuvent être installés sur des moyens orientables, permettant par exemple de les intégrer à un système de 10 suivi de la course du soleil. Ceci permet de pouvoir augmenter le rendement des modules 3, tout en réduisant la quantité de lumière dont bénéficieront les cultures 4, ou au contraire d'augmenter la quantité de lumière arrivant sur les cultures en réduisant le rendement des modules 3. Dans l'exemple illustré par la fig. 6A, le matin, les modules 3 sont disposés parallèles aux rayons du soleil et 15 une grande partie de la lumière atteint les cultures 4. Cela permet par exemple de faire en sorte que les cultures 4 profitent au maximum du soleil matinal, à un moment de la journée où les besoins en électricité sont réduits. En milieu de journée, comme illustré en fig. 6B, les modules 3 peuvent être placés horizontalement, perpendiculaires aux rayons du soleil. Cela permet de protéger 20 les cultures 4 d'un ensoleillement excessif, tout en maximisant la production d'électricité, par exemple pour en stocker en vue de la soirée, où les besoins en électricité sont plus importants. Comme illustré en fig. 7, les modules 3 peuvent par exemple être disposées sur un cadre 10 mobile en rotation autour d'un axe, et un vérin 11 peut être disposé entre la structure 6 de la serre 1, et ledit cadre 25 10, pour en faire varier l'inclinaison. On peut prévoir un système centralisé de commande de l'ensemble des vérins 11. Selon la position des modules dans la serre 1, la variation d'inclinaison peut ne pas être la même. Par exemple, comme illustré en fig. 8, pour un toit courbe, les modules 3 disposés près du milieu du toit, là où il est le plus élevé, disposent de plus d'espace, et peuvent donc être 30 inclinés d'avantage que les modules 3 disposés près du bord de la serre 1. La serre 1 selon l'invention permet que les modules photovoltaïques 3, étant à l'intérieur de la serre 1, ne subissent pas les conditions extérieures comme c'est le cas d'une installation classique dans laquelle les panneaux sont installés sur le toit d'une serre, et ont à subir des pressions par exemple dues au vent ou à la 3065353 7 neige. L'invention permet au contraire d'utiliser des modules photovoltaïques 3 dont les caractéristiques mécaniques n'ont pas à tenir compte des conditions climatiques extérieures à la serre. La réalisation des modules photovoltaïques 3 peut être adaptés aux conditions 5 d'humidité dans la serre. Des modules 3 de type bi verre peuvent par exemple être utilisés à la place des modules habituels de type verre-backsheet. La structure de type bi verre consiste à encapsuler les cellules photovoltaïques entre deux plaques de verre. Cette structure offre une meilleure protection contre l'humidité, et un meilleur comportement mécanique. 10 L'encapsulant est en général de l'EVA (ethyl vinyl acétate) dans les structures verre-backsheet. Pour la structure bi verre, un encapsulant alternatif de type polyoléfine peut être employé. Les modules 3 peuvent être équipés d'optimiseurs ou de micro-onduleurs, en 15 vue de maximiser leur rendement et de prévenir les pertes de rendement liées à l'inhomogénéité du rayonnement sur la surface de la serre 1. Les modules 3 peuvent également être équipés d'un système de refroidissement par aspersion d'eau sur leur surface. Un système de récupération de l'eau peut alors être placé à proximité des modules 3, par exemple pour servir ensuite à 20 l'arrosage des cultures 4. Ces dispositions peuvent servir au nettoyage des modules 3. L'invention peut être utile pour limiter la quantité de lumière perçue par les cultures 4, ce qui est nécessaire selon les conditions climatiques et le type de cultures 4, tout en convertissant l'énergie qui n'est pas utilisée par les cultures 4 25 en électricité. Bien que la description ci-dessus se base sur des modes de réalisation particuliers, elle n'est nullement limitative de la portée de l'invention, et des modifications peuvent être apportées, notamment par substitution d'équivalents techniques ou par combinaison différente de tout ou partie des caractéristiques 30 développées ci-dessus. REVENDICATIONS1. Serre (1) pour abriter une surface de terre cultivable ou des cultures hors sol, ladite serre comprenant une structure (6), ladite serre étant caractérisée en ce qu'elle comporte une couverture (2) translucide diffusante et une pluralité de modules photovoltaïques (3) disposés en dessous de ladite couverture (2). 2. Serre (1) selon la revendication précédente dans laquelle ladite couverture translucide (2) constitue le toit de ladite serre (1). 3. Serre (1) selon la revendication 1, dans laquelle ladite couverture translucide (2) est disposée sous le toit d'une serre existante. 4. Serre (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits modules photovoltaïques (3) sont espacés les uns des autres, de sorte à laisser passer de la lumière entre lesdits modules photovoltaïques (3). 5. Serre (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite pluralité de modules photovoltaïques (3) est disposée plus près de ladite couverture translucide (2) que du sol. 6. Serre (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits modules photovoltaïques (3) comportent des cellules photovoltaïques bifaces. 7. Serre selon la revendication précédente, comportant une bâche réfléchissante (5) disposée sur le sol, de préférence ladite bâche réfléchissante (5) étant disposée entre des cultures. 8. Serre (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits modules photovoltaïques (3) sont attachés à la structure (6) par le moyen de câbles (8). 9. Serre (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits modules photovoltaïques (3) sont disposés sur un moyen orientable, de sorte à pouvoir optimiser leur orientation en fonction de la position du soleil. 10. Serre (1) selon la revendication précédente, dans laquelle ledit moyen orientable comporte une barre fixée mobile en rotation à la structure et 3065353 9 solidaire d'un module photovoltaïque (3), et un vérin (11) disposé entre ledit module photovoltaïque (3) et un point fixe de la structure (6).