Brevet FR3079349A1 — publié le 20190927

- 1 - PAN N EAU SOLAIRE Description Domaine technique de l'invention. L'invention a pour objet un panneau solaire. Elle concerne le domaine technique des panneaux solaires comprenant des cellules photovoltaïques adaptées pour capter le rayonnement solaire et le transformer en énergie électrique. 15 État de la technique. Les panneaux solaires sont généralement formés par plusieurs cellules photovoltaïques reliées entre-elles en série ou en parallèle. Ils peuvent s'installer sur des supports fixes au sol ou sur une toiture, ou être portés par un suiveur 20 solaire, communément appelé «tracker », piloté au moyen d'un actionneur relié à un capteur solaire pour une rotation dudit panneau permettant de suivre le soleil lors de son élévation et de sa descente d'est en ouest. Dans ce dernier cas la production électrique augmente d'environ 30 % par rapport à une installation fixe. 25 Les cellules photovoltaïques, ou cellules solaires, sont des composants électroniques qui, exposés à la lumière (photons), produisent de l'électricité grâce à l'effet photovoltaïque. Elles produisent environ 60 Watt crête au m2 (Wc/m2) pour des cellules en silicium amorphe, environ 100 Wc/m2 pour des cellules à base de silicium poly-cristallin, et environ 150 Wc/m2 pour des cellules à base de 30 silicium mono-cristallin. Leur rendement (part du rayonnement solaire transformée 10 - 2 - en électricité) est compris entre 5 % et 25 % en fonction du matériau utilisé. Aussi, le rendement moyen des panneaux solaires photovoltaïques actuels est d'environ 15%. 5 Un objectif de l'invention est d'améliorer le rendement d'un panneau solaire. Un autre objectif de l'invention est de proposer un panneau solaire de conception simple, peu onéreux et dont l'encombrement est réduit. Divulgation de l'invention. La solution proposée par l'invention est un panneau solaire comprenant plusieurs cellules photovoltaïques. Ce panneau est remarquable en ce que : - le panneau présente des alvéoles délimitées par au moins une paroi latérale, - au moins une cellule photovoltaïque plate est fixée dans chaque alvéole de sorte que ladite au moins une cellule forme le fond de ladite alvéole, - ladite au moins une paroi latérale de chaque alvéole est recouverte d'un matériau réfléchissant et inclinée de manière à concentrer le rayonnement solaire sur ladite au moins une cellule photovoltaïque fixée dans le fond de ladite alvéole. Grâce à cette topologie particulière, le demandeur a pu constater que, à surface égale et pour un même type de cellules, le rendement du panneau solaire augmenté considérablement. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention sont listées ci-dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus, et faire l'objet, le cas échéant, d'une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires : 3 - Avantageusement, la au moins une paroi latérale de chaque alvéole est inclinée d'un angle compris entre 600 et 70° par rapport à la surface de la au moins une cellule photovoltaïque fixée dans le fond de ladite alvéole. - Avantageusement, le fond de chaque alvéole a une forme carrée de sorte 5 que la au moins une cellule photovoltaïque est entourée par quatre parois latérales, la hauteur desdites parois latérales étant égale à la moitié de la longueur du côté dudit fond. - Selon une variante de réalisation, le fond de chaque alvéole a une forme circulaire de sorte que la au moins une cellule photovoltaïque est entourée par 10 une paroi latérale conique, la hauteur de ladite paroi étant égale à la moitié du diamètre dudit fond. - Avantageusement, les alvéoles sont regroupées dans des modules. - Avantageusement, chaque module est porté par un suiveur solaire relié à un capteur solaire, lequel suiveur est piloté au moyen d'actionneurs pour une 15 rotation dudit module permettant de suivre le soleil lors de son élévation et de sa descente d'Est en Ouest. - Les suiveurs solaires peuvent être synchronisés de sorte que les modules se déplacent en même temps et de la même façon. - Les suiveurs solaires peuvent être désynchronisés de sorte que les 20 modules se déplacent indépendamment les uns des autres. - Avantageusement, chaque alvéole est hermétiquement obturée par une plaque transparente, un vide d'air étant crée dans chacune desdites alvéoles. - Avantageusement, la plaque transparente est concave ou convexe. 25 Description des figures. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : 4 - la figure 1 est une vue schématique de face d'un panneau solaire conforme à l'invention, selon un mode préféré de réalisation, - la figure 2 est une vue schématique de face d'un panneau solaire conforme à l'invention, selon un autre mode de réalisation, 5 - la figure 3 illustre un module regroupant quatre alvéoles, - la figure 4 est une vue en coupe transversale du module de la figure 3, - la figure 5 schématise une vue en coupe d'un panneau solaire conforme à l'invention où les alvéoles sont portées par un suiveur solaire, et sont orientées selon une première direction, 10 - la figure 6 montre le panneau de la figure 5 où les alvéoles sont orientées selon une deuxième direction, - la figure 7 est une vue schématique de dos du panneau de la figure 5. 15 Modes préférés de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, le panneau solaire P comprend un cadre ou châssis rigide 1, par exemple réalisé en métal ou en plastique, de forme parallélépipédique dans lequel sont installées des cellules photovoltaïques 2 disposées en plusieurs 20 rangées parallèles. Le panneau P peut comprendre de 1 à plus de 100 cellules 2. A titre d'exemple, sa longueur est comprise entre 50 cm et 4 m, sa largeur comprise entre 20 cm et 3 m. Le cadre 1 est préférentiellement parallélépipédique, mais peut être de 25 toute autre forme, notamment de forme triangulaire comme illustré sur la figure 2. Le panneau P peut être utilisé seul ou être combiné à un ou plusieurs autres panneaux similaires dans le cadre de ferme de champs photovoltaïque. Il peut être installé au sol, sur des toitures, en recouvrement de façades d'habitation 30 ou de bureau, et de manière générale sur toute surface verticale, horizontale ou oblique. 5 Les cellules 2 sont avantageusement regroupées en modules M. Sur la figures 1, le panneau P comprend 20 modules carré M intégrant chacun quatre cellules 2. Les modules M peuvent avoir différentes formes dont les cotés sont 5 égaux (polygone, triangle équilatéral, ...), cylindrique, etc. Les cellules 2 sont plates et préférentiellement de forme carrée ou sensiblement carrée (par exemple avec des bords biseautés). A titre d'exemple, leur longueur est comprise entre 2 cm et 50 cm, et leur largeur comprise entre 2 10 cm et 50 cm. Les cellules 2 peuvent toutefois avoir une autre forme, par exemple rectangulaire, polygonale ou circulaire. On utilise préférentiellement des cellules 2 à base de silicium mono-cristallin ou poly-cristallin, par exemple commercialisées par la société Aoshike. 15 En se rapportant aux figures 3 et 4, le panneau P, et plus particulièrement le module M, présente des alvéoles 3 au fond desquelles sont installées les cellules photovoltaïques 2. Selon un mode préféré de réalisation, les alvéoles 3 sont toutes identiques, ce qui permet de simplifier la conception du module M et du panneau P. 20 Chaque alvéole 3 présente un fond 30 et des parois latérales 30. Sur les figures 3 et 4, les alvéoles 3 ont une section carrée et sont délimitées par quatre parois latérales 31. Les alvéoles 3 peuvent toutefois avoir une autre section, par exemple rectangulaire ou polygonale avec des cotés égaux, ou circulaire. Dans ce 25 cas, l'alvéole 3 ne présente qu'une seule paroi latérale cylindrique 31 qui entoure le fond 30. Les alvéoles 3 peuvent être obtenues par moulage, ou par matriçage ou emboutissage d'une plaque métallique 300, par exemple en aluminium ou en tout 30 autre matériau léger résistant à la corrosion. Cette plaque 300 délimite également les parois du module M. 6 Au moins une cellule photovoltaïque 2 plate est fixée dans chaque alvéole 3 de manière à former le fond de ladite alvéole. Par souci de clarté, la description qui suit fait référence à une seule cellule 2 par alvéole 3. Toutefois, plusieurs 5 cellules 2 peuvent être logées dans une même alvéole 3, par exemple 4 cellules agencés en carrée. En pratique, la cellule 2 est fixée par collage ou soudage contre le fond 30 de l'alvéole 3. Aussi, le fond 30 a une forme et des dimensions correspondantes à 10 celles de la cellule 2. Les parois latérales 31 viennent à fleur des bords de la cellule 2. Elles sont inclinées d'un angle « ci» compris entre 600 et 700, préférentiellement 65°, par rapport à la surface de cellule 2. Lorsque l'alvéole 3 a une section carrée, elle est 15 ainsi délimitée par quatre parois latérales 31 en forme de pyramide inversée. Et lorsque l'alvéole 3 a une section circulaire, elle est délimitée par une paroi latérale 31 en forme de cône inversé. Les parois 31 sont recouvertes d'un matériau réfléchissant. La face des 20 parois 31 qui est située à l'intérieur de l'alvéole 3, peuvent par exemple être recouverte d'un matériau métallique pour former une couche de réflexion optique sur laquelle rebondira le rayonnement solaire (schématisé par les flèches en pointillés sur la figure 4). Le matériau métallique réfléchissant est préférentiellement choisi dans le groupe suivant : or, cobalt, argent, nickel, cuivre, 25 aluminium, chrome, zinc. Il peut être déposé par collage, par dépôt électrochimique, par dépôt électrolytique, par impression, par sérigraphie, chauffage, ou par tout autre procédé d'adhésion de couche fine. Les parois 31 peuvent également consister en des verres miroirs type verre progressif. 30 L'inclinaison des parois 31 et le matériau réfléchissant permettent de concentrer le rayonnement solaire sur la cellule 2, favorisant de fait une 7 amplification des photons issus du rayonnement solaire. Ainsi l'effet photovoltaïque se trouve accentué. Pour une même surface de cellules photovoltaïques, avec des cellules 5 identiques, et dans les mêmes conditions d'ensoleillement et d'exposition, le demandeur a put constater une augmentation significative du rendement du panneau P. Avec des alvéoles 3 conformes à l'invention, les cellules photovoltaïques peuvent produire jusqu'à 180 Wc/m2 contre 150 Wc/m2 sans le système alvéolaire. 10 Lorsque la cellule 2 formant le fond de l'alvéole 3 a une forme carrée, les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la hauteur des parois 31 est égale à la moitié de la longueur du côté de ladite cellule 2. Par exemple, si la cellule 2 a des côtés de 10 cm de long, les parois 31 ont préférentiellement une longueur de 5 15 cm. De même, lorsque la cellule 2 formant le fond de l'alvéole 3 a une forme circulaire, les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la hauteur de la paroi latérale 31 en forme de cône inversée est égale à la moitié du diamètre dudit fond. Chaque alvéole 3 est hermétiquement obturée par une plaque transparente 20 4 offrant une protection et une étanchéité aux cellules 2. On utilise avantageusement une vitre anti-reflet qui laisse passer un maximum de rayons solaires dans les alvéoles 3. Un vide d'air est crée dans chacune des alvéoles de façon à améliorer l'isolation thermique des cellules 2. 25 Pour simplifier la conception, la plaque 4 est plate. Elle peut toutefois être concave ou convexe. Une forme concave ou convexe permet à la plaque 4 d'absorber une partie du bruit ambiant de sorte que le panneau P peut être employé comme élément d'isolation phonique. 30 Comme indiqué précédemment, les alvéoles 3, et de fait les cellules 2, sont regroupées dans des modules M installés sur le panneau P. 8 Chaque module M peut être porté par un suiveur solaire relié à un capteur solaire, lequel suiveur est piloté au moyen d'actionneurs pour une rotation dudit module permettant de suivre le soleil lors de son élévation et de sa descente d'Est 5 en Ouest. On peut donc orienter dans l'espace les modules M en fonction de la position du soleil, favorisant ainsi un accroissement substantiel de la production d'énergie électrique de chacun desdits module, et donc du panneau P, par rapport à un panneau fixe. 10 Chaque suiveur solaire est avantageusement intégré dans le cadre 1 du panneau P pour améliorer la compacité de ce dernier. La cinématique de ce suiveur solaire va maintenant être explicitée en référence aux figures 5 à 7. Chaque module M est en prise avec deux rotules, une rotule supérieure 60 et une rotule inférieure 61. Ces rotules assurent une rotation à 900 des modules M 15 (schématisée par les flèches F1 sur la figure 5). Ces rotules 60, 61 peuvent être motorisées. Les rotules 60, 61 sont montées sur un châssis 62. Ce dernier est en prise avec un système d'engrenage 63 dont la cinématique permet un basculement 20 vertical dudit châssis (flèche F2 sur la figure 6), et donc du module M correspondant, par exemple un basculement vertical de 45°. Ce système d'engrenage 63 est avantageusement mû par une motorisation 630. Le châssis 62 est également en prise avec un autre système d'engrenage 25 64 dont la cinématique permet un pivotement longitudinal du châssis (flèche F3 sur les figures 5 et 6), et donc du module M. Ce pivotement est par exemple de 90°. Ce système d'engrenage 64 est avantageusement mû par une motorisation 640. 30 Les différentes motorisations précitées se présentent par exemple sous la forme de moteur "pas à pas" à faible consommation énergétique. Elles sont 9 pilotées par une unité centrale de traitement portant la référence 65 sur la figure 7. Cette unité 7 intègre un ou plusieurs processeurs et une mémoire dans laquelle sont enregistrées une ou plusieurs applications informatiques dont les instructions, lorsqu'elles sont exécutées par ledit processeur, permettent de réalisée les 5 différentes fonctionnalités décrites dans la présente description. Par souci de clarté, il faut comprendre au sens de l'invention que « //unité 7 fait quelque chose » signifie « l'application informatique exécutée par le processeur ou microprocesseur de l'unité 7 fait quelque chose». 10 Les suiveurs solaires peuvent être synchronisés de sorte que les modules M se déplacent en même temps et de la même façon. Pour cela, l'unité 7 est reliée à un capteur solaire 66 installé par exemple sur le cadre 1 du panneau P. Ce capteur 66 est adapté pour détecter la position dans laquelle la réception du rayonnement solaire est optimale. En fonction des données de ce capteur 66, 15 l'unité 7 va piloter le déplacement des suiveurs solaires de sorte que les modules se déplacent tous selon la même trajectoire. Dans une variante de réalisation, les suiveurs solaires peuvent être sont désynchronisés de sorte que les modules M se déplacent indépendamment les 20 uns des autres. Pour cela, l'unité 7 est reliée à plusieurs capteurs solaires (non représentés) qui sont chacun installé sur un module. En fonction des données de ces capteurs, l'unité 7 va piloter indépendamment le déplacement des suiveurs solaires de sorte que les modules se déplacent selon une trajectoire qui leur est propre et permettant à chacun d'eux d'obtenir une réception optimale du 25 rayonnement solaire La surface du panneau P varie en fonction de l'installation. Par exemple, un panneau P ayant une surface de cellules photovoltaïques de 3 m2 pourra comporter une centaine de modules M de forme carré de 15 cm de côté soit une 30 surface de 225 cm2 chacun. - 10 - Entre chaque module M adjacent, il est avantageux de prévoir une distance, par exemple d'environ 1 cm, pour faciliter les différents déplacements des modules. 5 Les cotés extérieurs des modules M peuvent être décorés sous toute forme d'oeuvres d'art, fresques, peintures ou autre, faisant apparaître, lors de leurs déplacements, un changement de décor sur les cotés des modules. L'agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de 10 l'invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. 15 REVENDICATIONSPanneau solaire comprenant plusieurs cellules photovoltaïques (1),se caractérisant par le fait que : - le panneau (p) présente des alvéoles (3) délimitée par au moins une paroi latérales (31), - au moins une cellule photovoltaïque (2) plate est fixée dans chaque alvéole 10 (3) de sorte que ladite au moins une cellule forme le fond de ladite alvéole, - ladite au moins une paroi latérale (31) de chaque alvéole (3) est recouverte d'un matériau réfléchissant et inclinée de manière à concentrer le rayonnement solaire sur ladite sur ladite au moins une cellule photovoltaïque (2) .fixée dans le fond de ladite alvéole. 2. Panneau solaire selon la revendication 1, dans lequel la au moins une paroi latérale (31) de chaque alvéole (3) est inclinée d'un angle compris entre 60° et 700 par rapport à la surface de la au moins une cellule photovoltaïque (2) fixée dans le fond de ladite alvéole. 3. Panneau solaire selon l'une des revendications I ou 2, dans lequel le fond de chaque alvéole (3) a une forme carrée de sorte que la au moins une cellule photovoltaïque (2) est entourée par quatre parois latérales (31), la hauteur desdites parois latérales étant égale à la moitié de la longueur du côté dudit fond. 4. Panneau solaire selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le fond de chaque alvéole (3) a une forme circulaire de sorte que la au moins une cellule photovoltaïque (2) est entourée par une paroi latérale (31) conique, la hauteur de ladite paroi étant égale à la moitié du diamètre dudit fond. 15 20 -12- Panneau solaire selon rune des revendications précédentes, dans lequel les alvéoles (3) sont regroupées dans des modules mobiles (M)' 6. Panneau solaire Selon la revendication 5, dans lequel chaque module 10) est porté par un suiveur solaire relié à un capteur solaire, lequel suiveur est piloté au moyen d'actionneurs (60, 61, 82, 63, 630, 640) pour rotation dudit module permettant de suivre le soleil lors de son élévation et de sa descente d'Est en Ouest. 7. Panneau solaire selon la revendication 6, dans lequel les suiveurs solaire sont synchronisés de sorte que les modules (M) se déplacent en même temps et de la même façon. 8. Panneau solaire selon la revendication 8, dans lequel les suiveurs solaire sont désynchronisés de sorte que les modules (M) se déplacent indépendamment les uns des autres. 9. Panneau solaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque alvéole (3) est hermétiquement obturée par une plaque transparente (4), un vide d'air étant crée dans chacune desdites alvéoles. . Panneau solaire selon la revendIcation 9. dans lequel la plaque transparente (4) est concave ou 26