Brevet FR3101212A1 — publié le 20210326

Panneau photovoltaïque L’invention concerne un panneau (1) photovoltaïque comprenant : - une plaque (2) présentant au moins un capteur photovoltaïque (20) ; - un cadre (3) encadrant la plaque (2) ; le cadre (3) étant en un matériau électriquement isolant. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Panneau photovoltaïque Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication de solutions de captation de l’énergie solaire. Plus précisément, l’invention concerne la conception de panneaux solaires destinés, par exemple, à être installés sur des bâtiments. Plus particulièrement, l’invention concerne la conception de panneaux photovoltaïques. Il est désormais classique d’équiper la toiture de bâtiments de panneaux solaires. L’installation de panneaux solaires sur un bâtiment ou au sol, et plus précisément sur la toiture d’un bâtiment, permet l’utilisation des surfaces disponibles de l’habitation et de son environnement pour mettre à profit le rayonnement solaire. Un panneau solaire est un dispositif utilisant l'énergie solaire à base de capteurs solaires thermiques, ou photovoltaïques, destiné à convertir le rayonnement solaire en énergie thermique ou électrique. Un panneau photovoltaïque comprend classiquement un cadre à l’intérieur duquel est située une plaque présentant le ou les capteurs. Ce cadre forme une armature, et il est particulièrement important que ce cadre ait une tenue mécanique suffisante pour supporter les contraintes auxquelles sont exposés les panneaux photovoltaïques lors de leur transport, de leur installation et de leur utilisation. Les cadres de panneau photovoltaïque sont classiquement réalisés en métal, et plus particulièrement en aluminium. Les panneaux photovoltaïques peuvent être installés accolés les uns aux autres sur une toiture ou au sol par le biais d’un châssis formant support, sur lequel le cadre de chacun des panneaux est couplé. Une installation de panneaux photovoltaïques est soumise aux conditions météorologiques. Plus précisément, un inconvénient inhérent à ces installations réside dans leur structure même qui les expose à la foudre, et qui peut entraîner des dégâts sur les appareils électriques connectés à l’installation, voire aux bâtiments sur lesquels ces panneaux sont installés. De plus certains défauts d’isolement électrique peuvent apparaître dans le temps mettant en contact les personnes et la tension électrique. Dans le cas où les effets induits de la foudre provoquent une surtension dans le cadre qui est électriquement conducteur, la surtension peut atteindre et détruire des équipements sensibles. Dans le cas de panneaux cassés par la grêle ou un objet contondant, des courants de fuite peuvent se diffuser par le cadre et provoquer des dégâts physiques aux personnes. Pour protéger les personnes, les installations et bâtiments, les cadres des panneaux photovoltaïques doivent donc être mis à la terre. De façon réglementaire des parafoudres et des sectionneurs sont également prévus dans l’installation. Ces types d’éléments arrivent à procurer une certaine protection à l’installation. Des kits d’installation ont été proposés pour permettre à des personnes non spécialisées d’équiper leur maison de panneaux photovoltaïques. En générale, il est effectivement relativement aisé d’installer mécaniquement les kits proposés, et de procéder à leurs raccordements électriques. Il reste toutefois des contraintes techniques et réglementaires non négligeables, s’agissant de mettre à la terre les cadres des panneaux photovoltaïques. En effet, le système de mise à la terre des panneaux et des micro-onduleurs, implique de raccorder chaque panneau à la prise de terre de la maison. Ceci s’avère particulièrement fastidieux et soumis à des normes strictes comparé au reste de l’installation. L’invention a notamment pour objectif de pallier cet inconvénient de l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un panneau photovoltaïque dont la conception prend mieux en compte l’exposition aux effets induits de la foudre du panneau photovoltaïque une fois ce dernier installé, par rapport aux panneaux selon l’art antérieur. L’invention a également pour objectif de fournir un tel panneau photovoltaïque qui améliore la protection contre la foudre et la protection des personnes. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par l’invention qui a pour objet un panneau photovoltaïque comprenant : - une plaque présentant au moins un capteur photovoltaïque ; - un cadre encadrant la plaque ; caractérisé en ce que le cadre est en un matériau électriquement isolant. Le panneau photovoltaïque selon l’invention présente une conception évitant au panneau d’être exposé à la foudre et protégeant les personnes du risque électrique. En effet, au contraire des panneaux photovoltaïques selon l’art antérieur qui présentent un cadre en aluminium électriquement conducteur, le cadre du panneau selon l’invention ne permet pas la propagation d’un courant électrique. Cette conception, à contre-courant des pratiques actuelles en matière de conception de panneaux photovoltaïques, améliore notablement la protection des personnes et la protection contre la foudre d’une installation intégrant des panneaux photovoltaïques selon l’invention, par rapport aux installations comparables de l’art antérieur. Selon une caractéristique préférée, le matériau électriquement isolant est un composite intégrant une matrice et un renfort. Un tel matériau permet de combiner une capacité d’isolation électrique avec des capacités de résistance structurelle et de légèreté. Dans ce cas, la matrice peut être formée par de la résine de charge et d’assemblage. Cette résine de charge et d’assemblage peut par exemple être de la résine époxy. De plus, le renfort peut être formé par des fibres de verre. Grâce à ce matériau, les cadres résistent particulièrement bien aux manipulations que subissent les panneaux photovoltaïques lors d’un transport et d’une installation. Ce matériau peut toutefois nécessiter une épaisseur plus importante qu’un matériau aluminium classiquement utilisé pour réaliser des cadres de panneaux photovoltaïques selon l’art antérieur. En résumé, à la différence des cadres en aluminium selon l’art antérieur qui conduisent l’électricité, le cadre d’un panneau photovoltaïque selon l’invention ne conduit pas l’électricité et, en présentant si besoin des dimensions légèrement supérieures, présente au moins la même capacité de résistance structurelle. Selon un mode de réalisation préférentiel, le cadre présente : - une face supérieure en saillie par rapport à une surface du dessus de la plaque ; - une face inférieure opposée à la face supérieure, la face inférieure du cadre étant en saillie par rapport à une surface du dessous de la plaque ; la face supérieure étant complémentaire en forme de la face inférieure, le cadre d’un panneau photovoltaïque étant empilable sur le cadre d’un autre panneau photovoltaïque. De cette manière, plusieurs panneaux photovoltaïques peuvent être empilés les uns sur les autres pour un stockage ou pour un transport. L’encombrement de plusieurs panneaux photovoltaïques empilés se révèle ainsi bien inférieur à l’encombrement de plusieurs panneaux photovoltaïques selon l’art antérieur qui nécessitent des éléments de calage les uns par rapport aux autres. Dans ce cas, la face supérieure et la face inférieure du cadre présentent préférentiellement chacune une surface non plane, les surface non planes formant ensemble des moyens de calage en position d’un panneau photovoltaïque empilé sur un autre panneau photovoltaïque. De cette façon, deux panneaux photovoltaïques empilés n’ont pas tendance à glisser l’un sur l’autre. Il en résulte que les panneaux photovoltaïques empilés les uns sur les autres n’ont ainsi pas tendance à s’abîmer lors d’un transport dans cette configuration. Selon une conception avantageuse, le cadre comprend : - quatre profilés présentant un profil extérieur identique, dont deux longerons et deux traverses ; - quatre éléments d’angle couplant les longerons aux traverses, chaque élément d’angle présentant un profil extérieur identique ou essentiellement identique au profil extérieur des profilés. Grâce à cette conception, l’ensemble du cadre présente un aspect pouvant être qualifié d’attractif. En effet, les angles sont alors constitués par des éléments de liaison présentant essentiellement la même forme que les profilés constituant le cadre. Par l’expression « profil extérieur », il est entendu la forme décrite par la surface d’un profilé ou d’un élément d’angle, située sur un côté du cadre opposé à celui orienté vers l’espace délimité par le cadre, et observable sur une vue en coupe du profilé ou de l’élément d’angle perpendiculaire à un axe ou à une courbe selon lequel ledit élément s’étend en longueur. Préférentiellement, les éléments d’angle sont arrondis. En d’autres termes, les profils extérieurs des éléments d’angle sont identiques au profil extérieur des profilés tout en s’étendant de manière courbe et non rectiligne. De cette manière, les éléments d’angles ne forment pas un élément saillant potentiellement dangereux lors de l’assemblage du cadre, de la pose du panneau photovoltaïque ou bien son entretien. De manière préférentielle : - les profilés présentent un vide formant, à chacune des extrémités des profilés, une mortaise ; - chaque élément d’angle comprend deux tenons complémentaires en emboîtement des mortaises. Ainsi, l’assemblage du cadre est réalisé de manière particulièrement simple et rapide. Il suffit en effet à la personne réalisant l’assemblage du cadre, ou plus généralement à l’installation du panneau photovoltaïque, d’emboîter les éléments d’angle dans les profilés par le biais des liaisons tenons-mortaises. Selon une solution préférée, les éléments d’angle et/ou les mortaises comprennent des moyens de maintien d’une profondeur d’emboîtement des éléments d’angle dans les mortaises. Grâce à cette solution, les éléments d’angle ne tendent pas, ou à tout le moins peu, à se déboîter des profilés. Cette solution permet de garantir la tenue structurelle du cadre dans le temps. Selon un mode de réalisation avantageux, les profilés et les éléments d’angle présentent chacun une rainure longitudinale orientée en direction d’un espace interne délimité par le cadre, les rainures longitudinales formant une rainure continue apte à recevoir un bord périphérique de la plaque et maintenir en position la plaque dans le cadre. L’assemblage du cadre permet ainsi de maintenir captive la plaque qui présente les capteurs photovoltaïques. Ceci forme une solution techniquement simple et rapide à mettre en œuvre lors de l’assemblage du panneau photovoltaïque. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation préférentiels de l’invention, données à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : est une représentation schématique en perspective et en coupe transversale d’un panneau photovoltaïque selon l’invention ; est une représentation schématique en perspective d’un empilement de panneaux photovoltaïques selon l’invention ; est une représentation schématique d’une coupe transversale de deux profilés d’un cadre du panneau photovoltaïque selon l’invention, les profilés étant empilés l’un sur l’autre ; est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation des profilés illustrant également un empilement l’un sur l’autre de deux profilés ; est une représentation schématique illustrant une première variante d’un angle d’un panneau photovoltaïque selon l’invention ; est une représentation schématique d’une deuxième variante d’un angle du cadre du panneau photovoltaïque selon l’invention ; est une représentation schématique d’un angle de cadre illustré par la figure 6, selon une vue désassemblée ; est une vue en perspective arrière d’un élément d’angle du cadre représenté sur la figure 7. En référence à la figure 1, un panneau 1 photovoltaïque selon l’invention comprend : - une plaque 2 ; - un cadre 3 qui encadre la plaque 2. La plaque 2 présente une pluralité de capteurs photovoltaïques 20. Cette plaque 2 présente une forme essentiellement rectangulaire. Le cadre 3 forme quant à lui une armature destinée à rigidifier et protéger la plaque 2. Selon le principe de l’invention, ce cadre 3 est en un matériau électriquement isolant. En d’autres termes, ce cadre 3 est réalisé dans un matériau qui ne permet pas la propagation d’un courant électrique. Selon le présent mode de réalisation, le matériau électriquement isolant composant le cadre 3 est un composite intégrant une matrice et un renfort. Plus précisément, la matrice est formée par de la résine de charge et d’assemble, et plus spécifiquement de la résine époxy, et le renfort est formé par des fibres de verre. Avec un tel matériau composite, le cadre 3 peut être réalisé par pultrusion. Grâce à un tel matériau, un tel cadre 3 peut être conçu pour présenter tout type de couleur, à la différence des cadres des panneaux selon l’art antérieur. Tel qu’illustré par la figure 2, les panneaux photovoltaïques selon l’invention sont empilables les uns sur les autres. Plus précisément, les cadres 3 des panneaux 1 photovoltaïques selon l’invention s’empilent les uns sur les autres. En effet, et selon les figures 1, 3 et 4, le cadre 3 d’un panneau 1 photovoltaïque présente une face supérieure 41, et une face inférieure 42 opposée à la face supérieure 41. La face supérieure 41 est en saillie par rapport à une surface du dessus 21 de la plaque 2. La face inférieure 42 est quant à elle en saillie par rapport à une surface du dessous 22 de la plaque 2. Ainsi, quand un panneau 1 photovoltaïque est empilé sur un autre panneau 1 photovoltaïque, seuls les cadres 3 viennent au contact les uns des autres. En d’autres termes, les capteurs de deux panneaux empilés sont maintenus à distance d’un panneau à l’autre, évitant tout risque de dégradation des capteurs par frottement par exemple. Tel qu’illustré par les figures 3 et 4, la face supérieure 41 est complémentaire en forme de la face inférieure 42 du cadre 3. Plus précisément et selon les présents modes de réalisation illustrés par les figures 3 et 4, la face supérieure 41 et la face inférieure 42 du cadre 3 présentent chacune une surface non plane complémentaire en forme. Ces surfaces non planes forment ensemble des moyens de calage 5 en position d’un panneau 1 photovoltaïque empilé sur un autre panneau 1 photovoltaïque. Grâce à ces surfaces non planes, quand un panneau photovoltaïque 1 est empilé sur un autre panneau photovoltaïque 1, alors ils n’ont pas tendance à glisser l’un contre l’autre. En référence à la figure 3, les moyens de calage 5 comprennent un renflement 51 présenté par la face supérieure 41 du cadre 3, ainsi qu’une gorge 50 présentée par la face inférieure 42 du cadre 3. Tel que cela apparaît sur la figure 3, en empilant le cadre 3 d’un panneau 1 photovoltaïque sur le cadre 3 d’un autre panneau 1 photovoltaïque, le renflement 51 du cadre 3 du panneau 1 situé en dessous rentre dans la gorge 50 du cadre 3 du panneau 1 photovoltaïque situé au-dessus. En référence à la figure 4, et selon le mode de réalisation illustré par cette figure, les moyens de calage 5 comprennent une forme mâle 53 présentée par la face supérieure 41 du cadre 3, et une forme femelle 52, complémentaire en forme de la forme mâle 41, présentée par la face inférieure 42 du cadre 3. Les moyens de calage 5 s’étendent tout le long du cadre 3. Ainsi, en encadrant la plaque 2, de tels moyens de calage permettent d’éviter tout glissement (c’est-à-dire en toutes directions) l’un contre l’autre de deux panneaux 1 photovoltaïques empilés. En référence à la figure 1, le cadre 3 comprend plus spécifiquement quatre profilés 31 qui présentent un profil extérieur identiques. Plus précisément, ces quatre profilés 31 se décomposent en deux longerons 311 et en deux traverses 312. Les longerons 311 forment des côtés latéraux du panneau 1 photovoltaïque et les deux traverses 312 forment les côtés haut et bas du panneau 1 photovoltaïque. En référence au mode de réalisation illustré par la figure 5, les profilés 31 sont directement couplés les uns aux autres pour former les coins du cadre 3. Les profilés 31 présentent alors une découpe à 45° et sont assemblés dans la continuité de leur profil extérieur. En référence au mode de réalisation illustré par les figures 1, 6, 7 et 8, le cadre 3 comprend également quatre éléments d’angle 32 qui couplent les longerons 311 aux traverses 312. Chaque élément d’angle 32 présente alors un profil extérieur identique ou essentiellement identique au profil extérieur des profilés. Ces éléments d’angle 32 sont arrondis. Tel qu’illustré par les figures 6 et 7, le profil extérieur des éléments d’angle décrit le même profil que les profilés 31. De cette manière, les éléments d’angle 32 s’intègrent visuellement dans le cadre 3 suite à l’assemblage du cadre 3. En référence aux figures 6, 7 et 8, les éléments d’angle 32 sont emboîtés dans les profilés 31. A cet effet, les profilés 31 présentent une cavité 310 qui forme à chacune des extrémités du profilé une mortaise 61. De plus, chacun des éléments d’angle 32 comprend deux tenons 62 qui sont complémentaires en emboîtement des mortaises 61. Il suffit ainsi d’aligner chacun des tenons avec les mortaises 61 présentées par les profilés, puis d’enfoncer les tenons 62 dans les mortaises pour procéder à l’assemblage du cadre 3. Ces éléments d’angle 32 forment ainsi des équerres d’assemblage des profilés 31. Selon une caractéristique non représentée, les éléments d’angle 32 comprennent des moyens de maintien d’une profondeur d’emboîtement des tenons 62 dans les mortaises 61. Ces moyens de maintien d’une profondeur d’emboîtement prennent notamment la forme de dents élastiquement déformables. Ces dents se déforment sous l’effet de l’emboîtement des tenons 62 dans les mortaises 61 et exercent une force de retenue du tenon dans la mortaise lorsqu’une force tend à désemboîter le tenon de la mortaise. Tel que cela est illustré par les figures 6 à 8, ces éléments d’angle 32 présentent également, sur leurs faces supérieure et inférieure, des surfaces non planes complémentaires en forme pour permettre aux cadres 3 d’être empilés les uns sur les autres. Enfin, tel que cela est illustré par les figures 3, 4, 7 et 8, les profilés 31 et les éléments d’angle 32 présentent chacun une rainure longitudinale 7 orientée en direction d’un espace interne que délimité le cadre 3. Quand le cadre 3 est assemblé, ces rainures longitudinales 7 forment ensemble une rainure continue. Tel que cela est illustré par la figure 1, cette rainure continue permet de recevoir un bord périphérique 23 de la plaque 2 et de la maintenir en position dans le cadre 3. Ainsi, l’assemblage du cadre 3 avec la plaque 2 insérée dans les rainures longitudinales 7 permet de réaliser le maintien en position de la plaque 2 dans le cadre 3. Panneau (1) photovoltaïque comprenant : - une plaque (2) présentant au moins un capteur photovoltaïque (20) ; - un cadre (3) encadrant la plaque (2) ; caractérisé en ce que le cadre (3) est en un matériau électriquement isolant. Panneau (1) photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau électriquement isolant est un composite intégrant une matrice et un renfort. Panneau (1) photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la matrice est formée par de la résine de charge et d’assemblage. Panneau (1) photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le renfort est formé par des fibres de verre. Panneau (1) photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre (3) présente : - une face supérieure (41) en saillie par rapport à une surface du dessus (21) de la plaque (2) ; - une face inférieure (42) opposée à la face supérieure (41), la face inférieure (42) du cadre (3) étant en saillie par rapport à une surface du dessous (22de la plaque ; la face supérieure (41) étant complémentaire en forme de la face inférieure (42), le cadre (3) d’un panneau (1) photovoltaïque étant empilable sur le cadre (3) d’un autre panneau (1) photovoltaïque. Panneau (1) photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face supérieure (41) et la face inférieure (42) du cadre (3) présentent chacune une surface non plane formant ensemble des moyens de calage (5) en position d’un panneau (1) photovoltaïque empilé sur un autre panneau (1) photovoltaïque. Panneau (1) photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre (3) comprend : - quatre profilés (31) présentant un profil extérieur identique, dont deux longerons (311) et deux traverses (312) ; - quatre éléments d’angle (32) couplant les longerons (311) aux traverses (312), chaque élément d’angle (32) présentant un profil extérieur identique ou essentiellement identique au profil extérieur des profilés (31). Panneau (1) photovoltaïque selon la revendications précédente, caractérisé en ce que : - les profilés (31) présentent un vide (310) formant à chacune des extrémités des profilés une mortaise (61) ; - chaque élément d’angle (32) comprend deux tenons (62) complémentaires en emboîtement des mortaises (61). Panneau (1) photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les éléments d’angle (32) et/ou les mortaises (61) comprennent des moyens de maintien d’une profondeur d’emboîtement des éléments d’angle (32) dans les mortaises (61). Panneau (1) photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les profilés (31) et les éléments d’angle (32) présentent chacun une rainure longitudinale (7) orientée en direction d’un espace interne délimité par le cadre (3), les rainures longitudinales (7) formant une rainure continue apte à recevoir un bord périphérique (23) de la plaque (2) et maintenir en position la plaque (2) dans le cadre (3).