Brevet FR3131668A1 — publié le 20230707

Le module photovoltaïque tridimensionnel (2) comporte une structure de support tridimensionnelle (3) comportant un axe central et une pluralité d’éléments de support (4) répartis autour de l’axe central, chaque élément de support (4) comportant un sommet (5) et deux faces de support (6) qui sont sensiblement planes et qui sont reliées l’une à l’autre le long d’une ligne de crête (Lc) inclinée par rapport à l’axe central et s’étendant jusqu’au sommet (5) de l’élément de support (4) respectif en s’éloignant de l’axe central ; et une pluralité de revêtements photovoltaïques (7) fixés à la structure de support tridimensionnelle (3), chaque revêtement photovoltaïque (7) étant disposé sur une face de support (6) respective et s’étendant sensiblement parallèlement à cette dernière, chaque revêtement photovoltaïque (7) comprenant au moins une cellule photovoltaïque et recouvrant au moins en partie la face de support (6) respective. Figure 1 Module photovoltaïque tridimensionnel La présente invention concerne de manière générale le domaine de l’énergie solaire photovoltaïque. Elle vise plus précisément un module photovoltaïque tridimensionnel. Etat de la technique Dans le domaine de l’énergie solaire photovoltaïque, il est connu d’utiliser, de manière générale, des panneaux photovoltaïques en deux dimensions constitués par la superposition de plusieurs couches consistant généralement de haut en bas en : - un revêtement antireflet pour limiter la réflexion des rayons solaires sur les couches semi-conductrices sous-jacentes ; - une couche de verre protectrice pour protéger les couches semi-conductrices sous-jacentes ; - une grille conductrice ; - une couche de semi-conducteur dopé N ou P ; - une couche de semi-conducteur dopé P ou N ; et - une couche de base. L’inconvénient majeur de ce type de panneaux photovoltaïques réside dans la faible quantité d’énergie produite par m 2 . En effet, avec un panneau photovoltaïque bidimensionnel, la quantité d’énergie produite par m 2 n’est pas optimisée. De plus, ce type de panneau photovoltaïque n’a pas une production d’énergie homogène au cours de la journée. En effet, cette production suit une loi gaussienne, maximale lorsque le Soleil est à son point de culmination, et plus faible le reste de la journée et en particulier en début et en fin de journée. Par ailleurs, la solution classique nécessite d’orienter le panneau photovoltaïque de façon optimale par rapport au rayonnement solaire, ce qui n’est pas toujours aisé selon la configuration de l’édifice recevant un tel panneau photovoltaïque. Pour pallier de tels inconvénients, il est connu de réaliser un module photovoltaïque tridimensionnel comportant: - une structure de support tridimensionnelle ayant une forme pyramidale à base carrée, et comprenant quatre faces de support ayant chacune une forme triangulaire ; et - une pluralité de revêtements photovoltaïques fixés à la structure de support tridimensionnelle, chaque revêtement photovoltaïque étant disposé sur une face de support respective et s’étendant sensiblement parallèlement à la face de support respective, chaque revêtement photovoltaïque comprenant au moins une cellule photovoltaïque et recouvrant au moins en partie la face de support respective. Une telle configuration du module photovoltaïque tridimensionnel permet d’augmenter la surface développée recouverte de matière photovoltaïque active, et donc de produire, lorsque le Soleil est à son point de culmination et que le module photovoltaïque tridimensionnel est disposé sur une surface horizontale, plus d’énergie par unité de surface qu’un panneau photovoltaïque classique. Cependant, en raison des ombres portées générées par la structure de support tridimensionnelle durant la course de déplacement du Soleil au cours d’une journée, la quantité d’énergie produite annuellement par un tel module photovoltaïque tridimensionnel n’est pas optimale. De plus, à certains instants de la course de déplacement du Soleil, certains des revêtements photovoltaïques ne sont pas insolés et génèrent des charges résistives qui s’opposent à l’énergie fournie par les revêtements photovoltaïques insolés, ce qui limite encore la quantité d’énergie produite annuellement par un tel module photovoltaïque tridimensionnel. En outre, lorsqu’une pluralité de modules photovoltaïques tridimensionnels du type précité sont assemblés les uns aux autres pour former un dispositif photovoltaïque, chaque structure de support tridimensionnelle génère, lors de la course de déplacement du Soleil, des ombres, voire de l’obscurité, sur les revêtements photovoltaïques des modules photovoltaïques tridimensionnels adjacents, ce qui limite donc considérablement la quantité d’énergie produite annuellement par un tel dispositif photovoltaïque. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précédemment cités. Le problème technique à la base de l’invention consiste donc à fournir un module photovoltaïque tridimensionnel permettant de produire annuellement plus d’énergie par unité de surface qu’un module photovoltaïque tridimensionnel classique. A cet effet, la présente invention concerne un module photovoltaïque tridimensionnel comportant : - une structure de support tridimensionnelle comportant un axe central et une pluralité d’éléments de support répartis autour de l’axe central de la structure de support tridimensionnelle, chaque élément de support comportant un sommet et deux faces de support qui sont sensiblement planes et qui sont reliées l’une à l’autre le long d’une ligne de crête, la ligne de crête de chacun des éléments de support étant inclinée par rapport à l’axe central de la structure de support tridimensionnelle et s’étendant jusqu’au sommet de l’élément de support respectif en s’éloignant de l’axe central de la structure de support tridimensionnelle, - une pluralité de revêtements photovoltaïques fixés à la structure de support tridimensionnelle, chaque revêtement photovoltaïque étant disposé sur une face de support respective et s’étendant sensiblement parallèlement à la face de support respective, chaque revêtement photovoltaïque comprenant au moins une cellule photovoltaïque et recouvrant au moins en partie la face de support respective. Une telle configuration de la structure de support tridimensionnelle, et donc de l’orientation des différents revêtements photovoltaïques, permet de maximiser la surface insolée du module photovoltaïque tridimensionnel à chaque instant de la course de déplacement du Soleil, et donc de capter une quantité d’énergie importante provenant du Soleil, et ce sans requérir à un quelconque mécanisme de déplacement configuré pour modifier l’orientation du module photovoltaïque tridimensionnel en fonction de la position du Soleil. En particulier, la disposition des éléments de support limite le phénomène d’ombres portées généré par chaque élément de support sur les autres éléments de support de la structure de support tridimensionnelle, et donc sur les revêtements photovoltaïques disposés sur les faces de support des autres éléments de support de la structure de support tridimensionnelle, tout en permettant une bonne pénétration lumineuse au sein du module photovoltaïque tridimensionnel. De plus, compte tenu de la disposition des éléments de support, et donc des faces de support, tous les revêtements photovoltaïques sont au moins en partie simultanément insolés durant une partie importante de la course de déplacement du Soleil, ce qui assure une meilleure régularité de la production d’énergie au cours d’une journée (et notamment durant les phases ascendante et descendante du Soleil) et donc également au cours de l’année. La disposition des éléments de support permet également de produire de l’électricité plus tôt dans la journée et jusque plus tard dans la journée comparativement aux modules photovoltaïques tridimensionnels de l’art antérieur. En outre, lorsqu’un revêtement photovoltaïque n’est pas directement insolé (du fait de l’ombre propre générée par l’élément de support respectif), il est néanmoins apte à capter au moins une partie de la lumière réfléchie par des revêtements photovoltaïques prévus sur d’autres éléments de support. En d’autres termes, le module photovoltaïque tridimensionnel selon la présente invention limite considérablement les risques d’obscurité générée par chaque élément de support sur les revêtements photovoltaïques disposés sur les faces de support des autres éléments de support. Enfin, même lorsqu’un revêtement photovoltaïque prévu sur un élément de support n’est ni directement, ni indirectement insolé, cela ne représente qu’une partie mimine des revêtements photovoltaïques appartenant au module photovoltaïque tridimensionnel qui n’est pas insolée. Par conséquent, le module photovoltaïque tridimensionnel permet de produire, non seulement en instantanée, mais surtout annuellement, plus d’énergie par unité de surface qu’un panneau photovoltaïque classique et également qu’un module photovoltaïque tridimensionnel classique. Le module photovoltaïque tridimensionnel peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. Selon un mode de réalisation de l’invention, le rapport de la surface développée des faces de support des éléments de support sur la surface au sol occupée par le module photovoltaïque tridimensionnel est supérieur à 3, et par exemple compris entre 4 et 6, et avantageusement entre 4,5 et 5,5. Ces dispositions assurent une production d’énergie, par unité de surface, relativement élevée comparativement à l’énergie produite, par unité de surface, par un module photovoltaïque tridimensionnel de l’art antérieur. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’axe central de la structure de support tridimensionnelle est configuré pour s’étendre sensiblement verticalement lorsque le module photovoltaïque tridimensionnel est disposé sur une surface horizontale. Selon un mode de réalisation de l’invention, les revêtements photovoltaïques de ladite pluralité de revêtements photovoltaïques sont distincts les uns des autres et sont reliés en série et/ou en parallèle. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, au moins un revêtement photovoltaïque, et par exemple chacun des revêtements photovoltaïques, de ladite pluralité de revêtements photovoltaïques est flexible. Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque revêtement photovoltaïque comprend une pluralité de cellules photovoltaïques reliées en parallèle et/ou en série. Selon un mode de réalisation de l’invention, les sommets des éléments de support sont répartis, et par exemple régulièrement répartis, autour de l’axe central de la structure de support tridimensionnelle. Selon un mode de réalisation de l’invention, les sommets des éléments de support sont équidistants de l’axe central de la structure de support tridimensionnelle. En d’autres termes, les sommets des éléments de support sont disposés sur un cercle centré sur l’axe central de la structure de support tridimensionnelle. Selon un mode de réalisation de l’invention, les lignes de crête sont sécantes en un point d’intersection situé sensiblement sur l’axe central de la structure de support tridimensionnelle. Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque ligne de crête est rectiligne. Selon un mode de réalisation de l’invention, les lignes de crête sont régulièrement réparties autour de l’axe central de la structure de support tridimensionnelle. Selon un mode de réalisation de l’invention, chacune des lignes de crête est inclinée par rapport à l’axe central d’un angle d’inclinaison compris entre 10 et 40°, avantageusement entre 20 et 30°, et par exemple d’environ 26°. Selon un mode de réalisation de l’invention, chacune des faces de support présente une forme globalement triangulaire. Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque face de support comporte un premier bord s’étendant le long de la ligne de crête respective, un deuxième bord s’étendant jusqu’au sommet de l’élément de support respectif et un troisième bord opposé au sommet de l’élément de support respectif. De façon avantageuse, le deuxième bord de chaque face de support présente une extrémité qui est opposée au sommet respectif et qui est plus proche de l’axe central que le sommet respectif. Selon un mode de réalisation de l’invention, le deuxième bord de chaque face de support est incliné par rapport à l’axe central de la structure de support tridimensionnelle, de telle sorte que l’extrémité dudit deuxième bord, qui est opposée au sommet respectif, est plus proche de l’axe central que le sommet respectif. Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque face de support de chaque élément de support est inclinée, par rapport à un plan de référence respectif qui est parallèle à l’axe central et qui passe par le troisième bord de ladite face de support, d’un angle d’inclinaison compris entre 5 et 10°, et par exemple d’environ 7°. Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier bord de chaque face de support présente une longueur comprise entre 35 et 55 mm, et avantageusement entre 40 et 50 mm, et par exemple d’environ 44 mm. Selon un mode de réalisation de l’invention, le deuxième bord de chaque face de support présente une longueur comprise entre 55 et 75 mm, et avantageusement entre 60 et 70 mm, et par exemple d’environ 65 mm. Selon un mode de réalisation de l’invention, le troisième bord de chaque face de support présente une longueur comprise entre 25 et 45 mm, et avantageusement entre 30 et 40 mm, et par exemple d’environ 34 mm. Selon un mode de réalisation de l’invention, le nombre d’éléments de support est compris entre 3 et 6. Selon un mode de réalisation de l’invention, pour chaque paire d’éléments de support adjacents de la structure de support tridimensionnelle, les faces de support adjacentes des deux éléments de support adjacents sont situées en regard l’une de l’autre. Selon un mode de réalisation de l’invention, pour chaque paire d’éléments de support adjacents de la structure de support tridimensionnelle, les faces de support adjacentes des deux éléments de support adjacents sont reliées l’une à l’autre le long d’une zone de liaison qui est inclinée par rapport à l’axe central de la structure de support tridimensionnelle et qui s’étend vers le bas en s’éloignant de l’axe central de la structure de support tridimensionnelle. Selon un mode de réalisation de l’invention, toutes les faces de support des éléments de support présentent des orientations différentes. Selon un mode de réalisation de l’invention, les deux faces de support de chaque élément de support sont symétriques par rapport à un plan de symétrie respectif passant par la ligne de crête respective. Selon un mode de réalisation de l’invention, les plans de symétrie des éléments de support sont sécants selon une ligne d’intersection qui est sensiblement confondue avec l’axe central de la structure de support tridimensionnelle. Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque élément de support présente un plan de symétrie passant par la ligne de crête respective. Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque élément de support présente, vue de dessus, une forme triangulaire, et par exemple une forme triangulaire équilatérale. En d’autres termes, une projection orthogonale de l’ensemble des points d’un élément de support sur un plan de référence perpendiculaire à l’axe central de la structure de support tridimensionnelle définit une surface de forme triangulaire, et de préférence de forme triangulaire équilatérale. Selon un mode de réalisation de l’invention, un rapport du premier bord de chaque face de support sur un côté de la forme triangulaire équilatérale est compris entre 1,7 et 2,2, avantageusement entre 1,8 et 2, et par exemple entre 1,90 et 1,95. Selon un mode de réalisation de l’invention, un rapport du deuxième bord de chaque face de support sur un côté de la forme triangulaire équilatérale est compris entre 2,7 et 3, avantageusement entre 2,8 et 2,9, et par exemple d’environ 2,86. Selon un mode de réalisation de l’invention, un rapport du troisième bord de chaque face de support sur un côté de la forme triangulaire équilatérale est compris entre 1,2 et 1,8, avantageusement entre 1,3 et 1,7, et encore avantageusement entre 1,4 et 1,6.Selon un mode de réalisation de l’invention, un rapport de la hauteur du module photovoltaïque tridimensionnel sur un côté de la forme triangulaire équilatérale est compris entre 2,5 et 3,5, avantageusement entre 2,8 et 3,3, et par exemple entre 3 et 3,1. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module photovoltaïque tridimensionnel comporte en outre une embase qui est située en dessous de la structure de support tridimensionnelle et qui définit, au moins en partie, un logement interne dans lequel sont logés au moins en partie des fils électriquement conducteurs reliés aux revêtements photovoltaïques. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’embase présente une forme polygonale, et par exemple globalement hexagonale. Selon un mode de réalisation de l’invention, la structure de support tridimensionnelle est monobloc. Selon un mode de réalisation de l’invention, les éléments de support de la structure de support tridimensionnelle sont distincts les uns des autres, et la structure de support tridimensionnelle est formée par un assemblage des éléments de support. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module photovoltaïque tridimensionnel comporte une coiffe de protection, également nommée coiffe d’encapsulation, qui recouvre les revêtements photovoltaïques, la coiffe de protection étant en matériau transparent au rayonnement lumineux. Selon un mode de réalisation de l’invention, la coiffe de protection est configurée pour combler au moins en partie un espace interne situé entre les éléments de support. Selon un mode de réalisation de l’invention, la coiffe de protection est formée par durcissement d’une résine transparente. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module photovoltaïque tridimensionnel comporte un revêtement de surface antireflet disposé sur une face supérieure de la coiffe de protection. Selon un mode de réalisation de l’invention, la face supérieure de la coiffe de protection s’étend sensiblement perpendiculairement à l’axe central de la structure de support tridimensionnelle. Selon un mode de réalisation de l’invention, la face supérieure de la coiffe de protection s’étend au-delà des sommets des éléments de support. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module photovoltaïque tridimensionnel comprend une borne principale positive à laquelle sont reliées électriquement des bornes positives de tous les revêtements photovoltaïques, et une borne principale négative à laquelle sont reliées électriquement des bornes négatives de tous les revêtements photovoltaïques. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module photovoltaïque tridimensionnel présente une section transversale de forme polygonale, et par exemple hexagonale. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module photovoltaïque tridimensionnel présente une hauteur comprise entre 3 et 6 cm, et par exemple d’environ 4 cm. Une telle hauteur de module photovoltaïque tridimensionnel est notamment retenue lorsque le module photovoltaïque tridimensionnel est destiné à être installé sur des toits inclinés ou horizontaux. Le module photovoltaïque tridimensionnel pourrait cependant présenter une hauteur bien supérieure à 6 cm pour d’autres applications, par exemple lorsque le module photovoltaïque tridimensionnel est destiné à être installé selon une orientation sensiblement verticale. La présente invention comporte en outre un dispositif photovoltaïque comportant une pluralité de modules photovoltaïques tridimensionnels selon la présente invention, lesdits modules photovoltaïques tridimensionnels étant disposés de manière adjacente. De façon avantageuse, le dispositif photovoltaïque s’étend selon un plan d’extension. Selon un mode de réalisation de l’invention, pour chaque paire de modules photovoltaïques tridimensionnels adjacents du dispositif photovoltaïque, les embases des deux modules photovoltaïques tridimensionnels adjacents sont juxtaposées, c’est-à-dire sont au contact l’une de l’autre. De façon avantageuse, un côté d’une embase d’un module photovoltaïque tridimensionnel est configuré pour s’étendre le long et pour être en contact avec un côté d’une embase d’un module photovoltaïque tridimensionnel adjacent. Brève description des figures La présente invention sera bien comprise à l’aide de la description qui suit en référence aux figures annexées, dans lesquelles des signes de références identiques correspondent à des éléments structurellement et/ou fonctionnellement identiques ou similaires. est une vue schématique éclatée d’un module photovoltaïque tridimensionnel selon la présente invention. est une vue en perspective de dessus d’une structure de support tridimensionnelle appartenant au module photovoltaïque tridimensionnel de la . est une vue de dessus de la structure de support tridimensionnelle de la équipée de revêtements photovoltaïques. est une vue en perspective de côté de la structure de support tridimensionnelle de la . Module photovoltaïque tridimensionnel (2) comportant : - une structure de support tridimensionnelle (3) comportant un axe central (A) et une pluralité d’éléments de support (4) répartis autour de l’axe central (A) de la structure de support tridimensionnelle (3), chaque élément de support (4) comportant un sommet (5) et deux faces de support (6) qui sont sensiblement planes et qui sont reliées l’une à l’autre le long d’une ligne de crête (Lc), la ligne de crête (Lc) de chacun des éléments de support (4) étant inclinée par rapport à l’axe central (A) de la structure de support tridimensionnelle (3) et s’étendant jusqu’au sommet (5) de l’élément de support (4) respectif en s’éloignant de l’axe central (A) de la structure de support tridimensionnelle (3), - une pluralité de revêtements photovoltaïques (7) fixés à la structure de support tridimensionnelle (3), chaque revêtement photovoltaïque (7) étant disposé sur une face de support (6) respective et s’étendant sensiblement parallèlement à la face de support (6) respective, chaque revêtement photovoltaïque (7) comprenant au moins une cellule photovoltaïque et recouvrant au moins en partie la face de support (6) respective. Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon la revendication 1, dans lequel les sommets (5) des éléments de support (4) sont répartis autour de l’axe central (A) de la structure de support tridimensionnelle (3). Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les sommets (5) des éléments de support (4) sont équidistants de l’axe central (A) de la structure de support tridimensionnelle (3). Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les lignes de crête (Lc) sont sécantes en un point d’intersection situé sensiblement sur l’axe central (A) de la structure de support tridimensionnelle (3). Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chacune des lignes de crête (Lc) est inclinée par rapport à l’axe central (A) d’un angle d’inclinaison (α) compris entre 10 et 40°, avantageusement entre 20 et 30°, et par exemple d’environ 26°. Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chacune des faces de support (6) présente une forme globalement triangulaire. Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le nombre d’éléments de support (4) est compris entre 3 et 6. Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les deux faces de support (6) de chaque élément de support (4) sont symétriques par rapport à un plan de symétrie (P) respectif passant par la ligne de crête (Lc) respective. Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon la revendication 8, dans lequel les plans de symétrie (P) des éléments de support (4) sont sécants selon une ligne d’intersection qui est sensiblement confondue avec l’axe central (A) de la structure de support tridimensionnelle (3). Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, lequel comporte en outre une embase (8) qui est située en dessous de la structure de support tridimensionnelle (3) et qui définit, au moins en partie, un logement interne (9) dans lequel sont logés au moins en partie des fils électriquement conducteurs reliés aux revêtements photovoltaïques (7). Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon la revendication 10, dans lequel l’embase (8) présente une forme polygonale, et par exemple globalement hexagonale. Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, lequel comporte une coiffe de protection (14) qui recouvre les revêtements photovoltaïques (7), la coiffe de protection (14) étant en matériau transparent au rayonnement lumineux. Module photovoltaïque tridimensionnel (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, lequel comporte un revêtement de surface antireflet (15) disposé sur une face supérieure de la coiffe de protection (14). Dispositif photovoltaïque comportant une pluralité de modules photovoltaïques tridimensionnels selon l’une quelconque des revendications précédentes, lesdits modules photovoltaïques tridimensionnels étant disposés de manière adjacente.