Brevet FR3105656A1 — publié le 20210625

La présente invention concerne un ensemble pour couverture de surface (1), notamment de toit, comprenant : - une membrane support (13), - un laminât (2) comprenant : - au moins une couche de cellules photovoltaïques (3) connectées entre elles, - une couche frontale d’encapsulation (5) et une couche arrière d’encapsulation (7) prenant en sandwich la couche de cellules photovoltaïques (3), dans lequel au moins l’une des couches d’encapsulation (5, 7) comprend des fibres de verre (9) et dans lequel l’ensemble comprenant la membrane support (13) collée au laminât (2) présente une rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est supérieur à 30 000 daN.kg.m -3 ENSEMBLE POUR COUVERTURE DE SURFACE La présente invention concerne le domaine des couvertures de surface et notamment les couvertures de toit et en particulier des couvertures de surface comprenant des modules photovoltaïques. De plus en plus de modules photovoltaïques sont disposés sur le toit des bâtiments ou structures urbaines, voire sur des véhicules ou structures légères, pour permettre de convertir l’énergie solaire en énergie électrique. De manière à faciliter leur installation et limiter leur poids, il est également connu d’utiliser des modules photovoltaïques souples dépourvus de surfaces vitrées et de structure métallique. Leur faible poids leur permettant une installation facile. Cependant, en cas de fortes intempéries et notamment de grêle, de tels modules photovoltaïques souples tendent à se déformer fortement sous l’impact des grêlons ce qui peut endommager les cellules photovoltaïques et provoquer un dysfonctionnement du module photovoltaïque lorsque la déformation locale du module est supérieure à un seuil limite de courbure admissible. Afin de surmonter au moins partiellement ces problèmes techniques, il convient de fournir une solution permettant d’installer des couvertures de surface photovoltaïques comprenant des modules photovoltaïques ayant un poids réduit et résistant à des grêlons produisant une énergie cinétique allant jusqu’à 2,2 joules à l’impact selon la norme IEC 61215-2. A cet effet, la présente invention concerne un ensemble pour couverture de surface, notamment de toit, comprenant : - une membrane support, - un laminât comprenant : - au moins une couche de cellules photovoltaïques connectées entre elles, - une couche frontale d’encapsulation et une couche arrière d’encapsulation prenant en sandwich la couche de cellules photovoltaïques, dans lequel au moins l’une des couches d’encapsulation comprend des fibres de verre et dans lequel l’ensemble comprenant la membrane support collée au laminât présente une rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est supérieur à 30 000 daN.kg.m -3 Selon un aspect de la présente invention, l’ensemble comprenant la membrane support collée au laminât présente une rigidité supérieure à 10 daN/mm. Selon un aspect de la présente invention, l’ensemble comprenant la membrane support collée au laminât présente une inertie d’au moins 5 kg/m². Selon un mode de réalisation de la présente invention, la surface de collage représente au moins 90 % d’une zone intercalaire située entre la membrane support et le laminât. Selon un aspect de la présente invention, une portion de la zone intercalaire dépourvue de colle a une longueur pour la petite dimension inférieure à 10 mm et une épaisseur inférieure à 1 mm. Selon un autre aspect de la présente invention, l’épaisseur de colle est comprise entre 200 μm et 1.5 mm. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la membrane support est une membrane bitumineuse. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, les fibres de verre sont disposées dans la couche frontale d’encapsulation. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, les fibres de verre sont disposées dans la couche arrière d’encapsulation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les fibres de verre sont disposées dans la couche frontale d’encapsulation et dans la couche arrière d’encapsulation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les couches frontale et arrière d’encapsulation présentent une épaisseur comprise entre 0.5 et 3mm. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les couches frontale et arrière d’encapsulation comprennent une résine choisie parmi les résines éthylène-acétate de vinyle « EVA », les résines époxy et les résines polyoléfines. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les cellules photovoltaïques sont réalisées à base de silicium cristallin. Selon un aspect de la présente invention, le laminât présente une rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est inférieur à 30 000 daN.kg.m -3 . La présente invention concerne également un procédé d’assemblage d’un ensemble pour couverture de toit tel que décrit précédemment comprenant les étapes suivantes : - on assemble les couches du laminât par un procédé de lamination, - on dispose une couche de colle sur une face arrière du laminât et/ou sur la membrane support, - on assemble par collage le laminât sur la membrane support pour obtenir l’ensemble pour couverture de toit. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif et des dessins annexés parmi lesquels : représente un schéma d’un ensemble photovoltaïque pour couverture de toit; représente une vue éclatée des différentes couches d’un ensemble pour couverture de toit selon un premier mode de réalisation; représente une vue éclatée des différentes couches d’un ensemble pour couverture de toit selon un deuxième mode de réalisation; représente une vue en coupe d’un ensemble pour couverture de toit; représente un organigramme des différentes étapes d’un procédé d’assemblage d’un ensemble pour couverture de toit ; représente un schéma d’une déformation locale d’une surface sous l’effet d’une charge ponctuelle. Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. On entend par « couche frontale ou face avant » dans la description suivante, la surface du laminât exposée en premier aux rayons solaires à l’état installé du laminât. De même, on entend par « couche arrière ou face arrière» dans la description suivante, la couche (ou surface) opposée à la couche frontale (surface avant), c’est-à-dire la surface qui est impactée en dernier par les rayons solaires lors de leur passage à travers le laminât à l’état installé du laminât. Ensuite, on entend par « transparent » dans la description suivante, un matériau, à travers lequel la lumière peut passer avec une transmittance d'au moins 80 % notamment dans les longueurs d’ondes comprises entre 315 nm et 1200 nm. De plus, on entend dans la description suivante par « film ou laminât en matériau souple ou flexible » le fait que lors de l’application d’un certain rayon de courbure, le film et les cellules photovoltaïques ne se fissurent pas. Dans la présente invention le matériau devrait supporter sans dommage un rayon de courbure de 1 mètre. D’autre part, en référence aux figures 2 et 3 représentant les couches d’un laminât, les différentes couches sont espacées les unes des autres. Cette représentation est uniquement réalisée pour mieux identifier les différentes couches. A l’état livré du laminât, les différentes couches représentées sont en contact les unes avec les autres. En référence aux figures 1, 2 et 3, il est représenté un ensemble pour couverture de surface 1 comprenant une membrane support 13 et un laminât photovoltaïque 2. La couverture de surface 1 peut correspondre à une couverture de toit d’un bâtiment ou d’une structure légère, voire d’un véhicule. La membrane support 13 est par exemple une membrane bitumineuse présentant une épaisseur e comprise entre 2 et 10 mm, ou encore une membrane en polychlorure de vinyle (PVC), en polyoléfine thermoplastique (TPO) ou en éthylène-propylène-diène monomère (EPDM). Dans le cas d’une couverture de toit, au-delà de la membrane support 13 on peut aussi prendre en compte pour la rigidité l’éventuelle couche d’isolation de 10 à 200 mm comme de la laine de roche, du polystyrène expansé, du polyuréthane, les pare-vapeurs et le support comme des tôles en acier nervurées, un platelage bois ou une dalle béton. Le laminât 2 comprend une couche de cellules photovoltaïques 3 connectées entre elles, composée selon la représentation particulière de la figure 1 par quatre colonnes de six cellules photovoltaïques 3. Les cellules photovoltaïques 3 formant la couche de cellules photovoltaïques 3 dans ce laminât 2 sont par exemple des cellules à base de silicium monocristallin ou multicristallin. L’utilisation de silicium monocristallin permet d’avoir de bons rendements de conversion photovoltaïque au mètre carré ce qui limite la surface nécessaire pour un besoin d’énergie déterminée. Par ailleurs, un tel matériau présente également une bonne résistance au vieillissement ce qui permet d’augmenter la longévité et la fiabilité de ce laminât 2. Le laminât 2 comprend également une couche frontale d’encapsulation 5 et une couche arrière d’encapsulation 7. Les couches frontales 5 et arrière 7 d’encapsulation sont disposées d’un côté et de l’autre de la couche de cellules photovoltaïques 3 et prennent en sandwich la couche de cellules photovoltaïques 3. Les couches frontale 5 et arrière 7 d’encapsulation sont par exemple réalisées respectivement par des couches de résine 50 et 70. La résine d'encapsulation est par exemple réalisée en époxy ou en éthylène-acétate de vinyle « EVA » ou en résine polyoléfine. La couche arrière et/ou la couche frontale d’encapsulation comprend également des fibres de verre 9. Dans l’exemple de la figure 2, seule la couche arrière d’encapsulation 7 comprend des fibres de verre 9 tandis que sur la figure 3, la couche frontale 5 et la couche arrière 7 d’encapsulation comprennent des fibres de verre 9. Alternativement, seule la couche arrière d’encapsulation 7 peut comprendre des fibres de verre 9. Les couches frontale 5 et arrière 7 d’encapsulation peuvent par exemple comprendre chacune un tissu de fibres de verre 9 et une résine d’encapsulation 50, 70. Plus particulièrement, la résine d’encapsulation 50, 70 est disposée entre la couche de cellules photovoltaïques 3 et le tissu de fibres de verre 9 afin d’assurer la cohésion entre le tissu de fibres de verre 9 et la couche de cellules photovoltaïques 3. A titre de variante, chacune des deux couches frontales 5 et arrière 7 peut être formée d’une seule couche de tissu en fibre de verre 9 imprégnée de résine d'encapsulation 50, 70. Les couches frontale 5 et arrière 7 d’encapsulation présentent par exemple une épaisseur E comprise entre 0.5 et 3mm. Le laminât 2 peut également comporter des couches supplémentaires représentées sur la figure 3 comme par exemple une couche de protection 11, aussi appelée couche avant, située sur la face avant de la couche frontale d'encapsulation 5. Le laminât 2 peut aussi comprendre une couche arrière de protection 16 disposée sur la face arrière de la couche arrière d'encapsulation 7 et configurée notamment pour protéger les cellules photovoltaïques 3 et les liaisons électriques entre celles-ci, qui sont par exemple réalisées au moyen de bandes métalliques. La couche arrière de protection 16 peut également comprendre des propriétés réfléchissantes pour renvoyer les rayons solaires vers la couche de cellules photovoltaïques 3. D’autres couches supplémentaires peuvent également rentrées dans la composition du laminât 2. Le laminât 2 forme ainsi un module photovoltaïque. Le laminât 2 peut être un laminât souple. La flexibilité du laminât 1 est alors obtenue grâce aux matériaux constitutifs des différentes couches composant ce laminât 2. L’utilisation d’un laminât souple 2 pour un tel panneau ou module photovoltaïque permet de faciliter son transport et son installation car la fragilité de ce dernier est diminuée. De plus, le poids est réduit par rapport à un module photovoltaïque comprenant une vitre en verre et une structure métallique. Au moins la couche frontale d’encapsulation 5, et l’éventuelle couche de protection 11 sont transparents pour permettre aux rayons solaires d’atteindre la couche de cellules photovoltaïques 3 afin de permettre leur conversion en énergie électrique via l'effet photovoltaïque. Le laminât 2 est configuré pour être collé sur la membrane support 13 pour former l’ensemble pour couverture de surface 1. De plus, l’ensemble 1 présente une rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est supérieur à 30 000 daN.kg.m -3 . L’ensemble présente également une rigidité supérieure à 10 daN/mm. Au moins la membrane support 13 peut présenter une rigidité supérieure à 10 daN/mm. Le laminât 2 présente par exemple une rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est inférieur à 30 000 daN.kg.m -3 , la combinaison avec la membrane support 13 étant alors nécessaire pour obtenir une rigidité et une inertie globale telles que le produit de la rigidité par l’inertie soit supérieur à 30 000 daN.kg.m -3 . La rigidité (ou l’élasticité) de l’ensemble 1 comprenant la membrane support 13, la colle 17 et le laminât 2 est définie comme le déplacement D de l’ensemble 1 sous une charge ponctuelle P au point d’application de la charge avec une surface de référence correspondant à un cercle ayant un diamètre d compris entre 10 cm et 15 cm autour du point d’application de la charge P comme représenté sur la figure 6. La rigidité s’exprime en force par unité de longueur (N/m ou en unité pragmatique en daN/mm). L’inertie (verticale) de l’ensemble 1 peut être ramenée à la masse surfacique puisqu’il s’agit de la masse à déplacer lors d’un impact, elle s’exprime en masse par unité de surface horizontale (kg/m 2 ). L’inertie de l’ensemble 1 est par exemple d’au moins 5 kg/m². Le couplage mécanique entre le laminât 2 et la membrane support 13 est réalisé par une couche de colle 17 disposée entre la face arrière du laminât 2 (correspondant à la face arrière d’encapsulation 7 ou le cas échéant à la couche arrière 16) et la membrane support 13. La colle utilisée est par exemple du butyle déposé à froid en usine sur l’arrière du laminât 2 ou encore du bitume déposé à chaud sur la membrane support 13. L’épaisseur h de la couche de colle 17 est par exemple comprise entre 200 μm et 1.5 mm. De plus, la colle est répartie de sorte que la surface de collage représente au moins 90 % d’une zone intercalaire située entre la membrane support 13 et le laminât 2, c’est à-dire que l’ensemble des portions dépourvues de colle dans la zone intercalaire correspond à une surface inférieure à 10 % de la surface totale des faces en regard du laminât 2 et de la membrane support 13. De plus, de préférence, une portion de cette zone intercalaire dépourvue de colle a, sur la petite dimension, de chacune des portions une longueur inférieure L à 10 mm et une épaisseur l inférieure à 1mm comme représenté par le rectangle blanc situé dans couche de colle 17 sur la figure 4. Par longueur selon la petite dimension, on entend ici le diamètre de la surface circulaire la plus grande que l’on peut insérer dans la zone dépourvue de colle. Par exemple, si la zone dépourvue de colle a une forme rectangulaire, cela correspondra à la largeur du rectangle et si la zone dépourvue de colle a une forme elliptique, cela correspondra au petit diamètre de l’ellipse. Sur cette figure 4, la couche de colle 17 est représentée de manière surdimensionnée par rapport aux autres couches du laminât 2 par soucis de clarté pour représenter une portion dépourvue de colle. Une telle disposition de la colle permet d’obtenir une bonne répartition des efforts sur les différentes couches de l’ensemble pour couverture de surface 1 ce qui permet ainsi de limiter les déformations locales lors d’un impact de grêlons. Les matériaux et épaisseur de l’ensemble pour couverture de surface 1 ainsi formée sont choisis de sorte que l’ensemble pour couverture de surface 1 présente une rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est supérieur à 30 000 daN.kg.m -3. . L’ensemble 1 peut également présenter une inertie d’au moins 5 kg/m². Un tel ensemble pour couverture de surface 1 comprenant un laminât photovoltaïque 2 collé sur une membrane support 13 tel que décrit précédemment permet d’obtenir un ensemble pour couverture de surface 1 dont le poids total est limité tout en ayant une déformation limitée sous l’impact de grêlons de sorte que les cellules photovoltaïques 3 ne sont pas détériorées par des grêlons produisant par exemple une énergie cinétique de 2,2 joules à l’impact. Cette résistance à la grêle est obtenue par la combinaison des caractéristiques mécaniques de la membrane support 13 et du laminât 2 ainsi que par la qualité du collage entre le laminât 2 et la membrane support 13 permettant une répartition des efforts à la fois sur le laminât 2 et sur la membrane support lors des impacts de grêle, ce qui permet de limiter la déformation du laminât 2 et donc des cellules photovoltaïques 3. Les étapes de fabrication d’un tel ensemble pour couverture de surface 1 vont maintenant être décrites à partir de l’organigramme de la figure 5. La première étape 101 concerne l'assemblage de la couche de cellules photovoltaïques 3, des couches frontale 5 et arrière 7 d'encapsulation et éventuellement de la couche arrière de protection 13. Cet assemblage est par exemple obtenu par un procédé de lamination classique, c’est-à-dire par élévation de la température, sous vide ou sous une atmosphère inerte par exemple, d’un empilement des différentes couches formant le laminât 2 puis par pression sur cet empilement pendant une durée déterminée. Comme indiqué précédemment, les couches frontale 5 et arrière 7 d’encapsulation comprennent une résine d’encapsulation 50, 70. au moins l’une des couches frontale 5 ou arrière 7 d’encapsulation comprend un tissu de fibres de verre 9. La deuxième étape 102 qui est une étape optionnelle concerne le dépôt d’une couche de protection 11 sur la face avant de la couche frontale d’encapsulation 5. La couche de protection 11 permet de protéger les autres couches du laminât 2. La couche de protection 11 peut par exemple comporter un film optique à haute transparence (supérieure à 80 ou 90%). La troisième étape 103 concerne le dépôt de la couche de colle 17 sur la face arrière du laminât 2 et/ou sur la face avant de la membrane support 13. La colle est de préférence répartie uniformément sur l’ensemble de la ou des surfaces en regard de la membrane support 13 et du laminât 2, c’est-à-dire au niveau de la zone intercalaire située entre la membrane support 13 et le laminât 2. L’épaisseur h de la couche de colle 17 est par exemple comprise entre 200 μm et 1.5 mm. De plus, la colle est répartie de sorte que la surface de collage représente au moins 90 % d’une zone intercalaire située entre la membrane support 13 et le laminât 2. La quatrième étape 104 concerne l’assemblage par collage entre la membrane support 13 et le laminât 2 pour obtenir l’ensemble pour couverture de surface 1. L’assemblage peut se faire directement sur site, la membrane support 13 étant préalablement installée, par exemple sur un toit, et le laminât 2 étant collé sur la membrane support 13 ou l’assemblage peut être fait préalablement et l’ensemble 1 est ensuite installé sur la surface, par exemple le toit du bâtiment. Les exemples de réalisation développés ici sont des exemples fournis à titre illustratif et non limitatif. En effet, il est tout à fait possible pour l’homme de l’art d’utiliser d’autres cellules photovoltaïques 3 que des cellules à base de silicium monocristallin ou multicristallin comme par exemple des cellules organiques ou des couches minces inorganiques, sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi, le procédé de fabrication décrit précédemment permet grâce à l’assemblage par collage d’un laminât photovoltaïque 2 et d’une membrane support 13, ledit assemblage ayant un rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est supérieur à 30 000 daN.kg.m -3 , d’obtenir un ensemble pour couverture de surface 1 pouvant résister aux intempéries et notamment à la grêle. Ainsi, la combinaison de modules photovoltaïques formés par un laminât qui peut être souple et léger avec une membrane support 13, notamment en bitume, qui présente par exemple une rigidité supérieure à 10 daN/mm, permet de fournir un ensemble pour couverture de surface 1 facile à fabriquer et à installer. Ensemble pour couverture de surface (1), notamment de toit, comprenant : - une membrane support (13), - un laminât (2) comprenant : - au moins une couche de cellules photovoltaïques (3) connectées entre elles, - une couche frontale d’encapsulation (5) et une couche arrière d’encapsulation (7) prenant en sandwich la couche de cellules photovoltaïques (3), dans lequel au moins l’une des couches d’encapsulation (5, 7) comprend des fibres de verre (9) et dans lequel l’ensemble comprenant la membrane support (13) collée au laminât (2) présente une rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est supérieur à 30 000 daN.kg.m -3 Ensemble (1) selon la revendication 1 dans lequel l’ensemble comprenant la membrane support (13) collée au laminât (2) présente une rigidité supérieure à 10 daN/mm. Ensemble (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l’ensemble comprenant la membrane support (13) collée au laminât (2) présente une inertie d’au moins 5 kg/m². Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la surface de collage représente au moins 90 % d’une zone intercalaire située entre la membrane support (13) et le laminât (2). Ensemble (1) selon la revendication 4 dans lequel les portions de la zone intercalaire dépourvue de colle a une longueur dans la petite dimension inférieure à 10 mm et une épaisseur inférieure à 1mm. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’épaisseur de la couche de colle (17) est comprise entre 200 μm et 1.5 mm. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la membrane support (13) est une membrane bitumineuse. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel des fibres de verre (9) sont disposées dans la couche frontale d’encapsulation (5). Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel des fibres de verre (9) sont disposées dans la couche arrière d’encapsulation (7). Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les couches frontale (5) et arrière (7) d’encapsulation présentent une épaisseur comprise entre 0.5 et 3mm. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les couches frontale (5) et arrière (7) d’encapsulation comprennent une résine choisie parmi les résines éthylène-acétate de vinyle « EVA », les résines époxy et les résines polyoléfines. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les cellules photovoltaïques (3) sont réalisées à base de silicium cristallin. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le laminât présente une rigidité et une inertie telles que le produit de la rigidité et de l’inertie est inférieur à 30 000 daN.kg.m -3 Procédé d’assemblage d’un ensemble pour couverture de surface (1), selon l’une des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes : - on assemble les couches du laminât (2) par un procédé de lamination (101), - on dispose une couche de colle (17) sur une face arrière du laminât (2) et/ou sur la membrane support (13) (103), - on assemble par collage le laminât (2) sur la membrane support (13) pour obtenir l’ensemble pour couverture de surface (1) (104).