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CA 02443783 2003-10-07
WO 02/084044 PCT/FR02/01316
TOILE PHOTOGENERATRICE ET SUPPORT POUR UNE TELLE TOILE
L'invention concerne la composition des toiles et revêtements
photogénérateurs, c'est à
dire de toiles susceptibles de générer un courant électrique, résultant de
l'éclairement
solaire. Elle concerne également les équipements nécessaires pour cumuler la
protection
solaire habituelle inhérente à l'utilisation des stores, et la fourniture
d'électricité des
cellules photovoltaïques.
La toile photogénératrice conforme à l'invention est destinée à être utilisée
comme store
1o extérieur fixe ou enroulable pour les vürines, les baies vitrées, les
fenêtres, les terrâsses,
les balcons et les loggias et également pour les auvents de caravanes, les
camping-cars, les
mobil-home et les bungalow, ainsi que pour les couvertures de piscines et de
bassins.
La mise en oeuvre de toile en tant que store ou dispositif équivalent en vue
de la protection
contre le rayonnement solaire est largement connue et dëveloppée, de sorte
qu'il n'y a pas
lieu de la décrire ici en détail. L'objet de l'invention est de profiter de
l'exposition de ces
toiles audit rayonnement solaire, pour produire de l' électricité, en y
intégrant une nappe de
cellules photovoltaïques interconnectées.
2o Cette intégration se heurte à différentes difficultés, parmi lesquelles
figurent la protection
effective physique desdites cellules, leur interconnexion, mais également le
problème
relatif au stockage de la toile munie d'une telle nappe, dans la mesure où
celui-ci risque
d'endommager les cellules.
Selon l'invention, le revêtement photogénérateur est composé d'un réseau de
cellules
solaires interconnectées et disposées en nappes. Ces cellules sont élaborées à
partir de
couches minces, dont l'épaisseur est supérieures à 10 microns, de silicium
amorphe, de
silicium monocristallin ou multicristallin, de tellure de cadmium ou de
diséléniure de
cuivre et d'indium ou d'arséniure de gallium. Elles sont disposées sur un
support rigide tel
3o que le verre, la céramique ou (acier, ou sur un support flexible tel que
les matëriaux
organiques ou Ies polyméres. Cet empilement comprend une ëlecirode en
molybdéne pour
le contact électrique inférieur et une électrode transparente en oxyde de zinc
constitue Ie
contact électrique supérieur.
Cette nappe de cellules est encapsulée dans une résine thermoplastique ou est
recouverte
d'un filin. Cette couche de protection est destinée à protéger les cellules de
(humidité, à les
rendre stables aux ultraviolets, et en outre, à assurer (isolement électrique.
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Une feuille plastique multicouche recouvre le revers de la nappe et la protége
de l'usure
mécanique due à f enroulement sur un support de stockage.
L'invention concerne donc également un support pour toile photogénëratrice,
constitué par
un tube à symétrie de révolution et à section transversale polygonale
régulière sur la
périphérie duquel est enroulée ladite toile. Les cellules photovoltaïques sont
ainsi réparties
sur Ia toile selon une succession de rangées, l'espacement entre deux rangées
adjacentes
étant choisi de telle sorte que lors du stockage de ladite toile sur le tube
polygonale, les
cellules soient maintenues selon un plan parallèle à l'un des cotés
définissant ledit
polygone. En outre, la longueur des cotés du polygone constitutif du tube est
supériëure à
la plus grande dimension des cellules photovoltaïques.
La manière dont l'invention peut être réalisée, et les avantages qui en
découlent,
ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre
indicatif et non
limitatif à l'appui des figures annexées.
La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un store photogénérateur
mettant en
couvre la toile conforme à l'invention.
La figue 2 est une vue schématique en section transversale illustrant le mode
particulier de
stockage conforme à l'invention.
La figure 3 illustre schématiquement le mécanisme d'enroulement dudit store.
Les figures 4a et 4b illustrent schématiquement le mécanisme d'inclinaison du
store,
respectivement en position standard et en position inclinée.
La figure 5 est une vue schématique en plan d'une couverture de piscine
mettant en oeuvre
une toile photogënératrice conforme à l'invention, dont Ia figure 6 est une
vue de détail.
La figure 7 illusire le mode de stockage d'une telle couverture.
La figure 8 illustre un premier mode de réalisation de la connexion électrique
entre la toile
photogénératrice et le circuit électrique de l' entité à laquelle elle est
raccordée.
La figure 9 illustre un second mode de réalisation de la connexion électrique
entre la toile
photogënératrice et Ie circuit électrique de l'entité à laquelle elle est
raccordée.
On a donc représenté en relation avec les figures 1 à 5, une première mise en
couvre de la
toile photogénératrice conforme à l'invention, en relation avec un store (2).
Celui-ci intègre
donc une toile photogénératrice (1), comportant une succession de rangées de
cellules
photovoltaïques (3) interconnectées. La face du store destinée à être exposée
au
rayonnement solaire est revêtue d'une résine thermoplastique, destinée à
protéger les
cellules de (humidité, à les rendre stables aux ultraviolets, et en outre, à
assurer l'isolement
électrique.
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Corollairement, la face opposée, reçoit une feuille plastique multicouche,
destinée à
protéger la toile (1) de (usure mécanique due à (enroulement sur un support de
stockage.
La toile photogënératrice (1) exposée à (éclairement solaire, produit un
courant électrique
s continu de 6, 12 ou 24 Volts, susceptible d'alimenter des appareils
électriques locaux ou
d'être envoyé sur le réseau de distribution électrique, après avoir été
transformé en courant
alternatif et compté. Le rendement des cellules photovoltaïques est variable
en fonction du
temps d'exposition et de (angle d'insolation, (éclairement solaire
perpendiculaire aux
cellules photovoltaïques (3) étant le plus performant.
Cette toile est stockée sur un support particulier, conformément à la présente
invention.
Ainsi, pour les stores simples dont le débattement s'effectue par la rotation
manuelle ou
motorisée du cylindre d'enroulement de la toile, et dont la tension de la
toile est due au
poids de la barre de charge (8), le cylindre d'enroulement du support est
constitué par un
tube (5), dont la section transversale est en forme de polygone régulier, et
dans l'exemple
décrit, en forme d'hexagone. Bien entendu, toute autre forme pourrait être
retenue,
notamment, en triangle équilatéral, en carré, en pentagone, etc.
2o Quel que soit le polygone régulier utilisé pour le tube (5), la largeur de
chaque face doit
êire au moins égal à la largeur de la cellule photovoltaïque (3). En outre,
lesdites cellules
(3) sont réparties sur la toile (1) par rangées réguliéres, l'espacement entre
deux rangées
adjacentes étant choisi de telle sorte à ménager un espace intermédiaire
vierge de toute
cellules, afm de recouvrir l'angle de séparation des surfaces planes
constitutives des cotés
définissant le tube (5), les arrêtes (6) du polygone constitutif dudit tube
(5) étant
avantageusement arrondies, afm de rendre plus progressif (enroulement et le
déroulement
de la toile.
Ainsi lors de (enroulement de la toile photogénératrice sur le tube (5), les
cellules
3o photovoltaïques (3) viennent s'appliquer successivement sur chaque face
plane du
polygone régulier et s'empilent ainsi tour après tour les unes sur les autres
sans risque de
fracture ou d'usure prématurée par cintrage.
Pour les stores complexes équipés de bras (7) d'extension, d'une barre de
charge (8), d'un
système d'enroulement et de supports (9) de toile; on rémplace le tube
d'enroulement
cylindrique par un tube en forme de polygone régulier, à l'instar de ce qui a
été décrit
précédemment. Il convient également d'équiper les supports latéraux du tube
polygonal et
des bras d'extension d'un système d'inclinaison variable, afin d'accroître le
rendement de la
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toile photogénératrice. A cet effet, deux vérins (10) électriques de taille
réduite, solidaires
d'une plaque (11), fixée au mur ou à la cloison portant le store, agissent
conjointement sur
les supports (9) équipés de charniéres (12), afin d'aboutir à une élévation ou
un
abaissement des supports (9),et partant du store au cours de la journée. Ces
vérins, sont
avantageusement commandés par une horloge, positionnent automatiquement la
toile
photogénératrice en fonction de la course journalière et saisonnière du
soleil. Cette course
est en France à 23 ° au zénith en hiver, et à 60 ° en été. De la
sorte, ce système procure un
rendement optimal.
io Dans le cas des ouvertures et fermetures motorisées des stores
photogénérateurs éqùipës
d'un système d'inclinaison automatique, il est possible de programmer leurs
fonctionnements de 9 h à 16 h, cette plage horaire permettant de recevoir 90 %
de
(énergie solaire journalière.
Les stores, auvents et bannes photogénérateurs conformes à l'invention
présentent
plusieurs avantages, parmi lesquels on peut citer
~ l'utilisation des mécanismes des stores traditionnels, permettant .
d'intégrer à
moindre coût les toiles photogénératrices dans les bâtiments neufs et dans les
bâtiments existants ;
~ des rendements de production d'énergie électrique supérieurs à ceux obtenus
'avec
les modules fixes installés en toiture, en façade ou au sol ;
~ la possibilité de disposer d'une double fonction . protection solaire et
photogénération d'énergie électrique.
En outre, en fonction des applications envisagées, on peut également
mentionner les
points suivants
~ les auvents pour camping-car, caravanes, mobil home et bungalow apportent
une
indépendance énergétique et assurent le rechargement des batteries ;
~ les bannes photogénératrices installées en façade des boutiques alimentent
les
éclairages des vitrines et les enseignes lumineuses 24 h sur 24 h sans
surcoût.
La toile photogénératrice conforme à l'invention est également susceptible
d'être mise en
oeuvre pour les couvertures (4) de piscines ou de bassins.
L'orientation des piscines et bassins par rapport à la course du soleil
requiert (utilisation
de deux types de couvertures photogénératrices. Les couvertures pour une
exposition Est -
Ouest et les couvertures pour (exposition Nord - Sud.
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Les couvertures Est - Ouest présentent une toile photogénératrice, dont les
rangées de
cellules se succèdent sur toute Ia surface de Ia couverture, elles sont
.destinées à êire
installées à plat sur le bassin. Elles sont équipëes d'une succession de
barres (13)
transversales de maintien, qui prennent appui de part et d'autre du bassin.
Les barres de
maintien passent dans un fourreau situé sur Ia face inférieure de la
couverture, c'est à dire
dirigée vers le bassin, et assurent la rigidité de (ensemble.
Au milieu de la zone de la toile délimitée par deux barres (13) successives,
une ligne
d'écoulement des eaux traverse la couverture et permet (évacuation des eaux de
pluie. Un
1o cordon périphérique assure la tension de la couverture et sa fixation au
sol.
Les couvertures Nord - Sud (figure 7) présentent une toile photogénératrice,
dont les zones
comportant les rangées de cellules photovoltaïques sont séparées par une
surface réduite
exemptes de telles cellules. A chaque jonction des zones exemptes de cellules,
une barre
transversale (19) de maintien repose successivement au sol et sur deux pieds
(14) à
hauteur variable. Cette configuration permet d'élever la couverture (4) à
quelqûes
centimètres du sol, puis à la maintenir au sol et ainsi de suite, créant de la
sorte une
succession de pans de surface. La formation de pans successifs permet
d'exposer les
surfaces couvertes de cellules photovoltaïques à (éclairement solaire selon un
angle
2o d'insolation optimal. Un angle constant de 30° en été donne une
exposition perpendiculaire
à l'éclairement solaire et donc un rendement de I00 %. Une ligne d'écoulement
située le
long des barres fixées au sol permet (évacuation des eaux de pluie et un
cordon
périphérique assure la tension de la couverture et sa fixation au sol, les
barres de maintien
passant dans un fourreau situé sur Ia face inférieure de la couverture et
assurant Ia rigidité
de (ensemble.
Quel que soit le type de couverture, la fonction génératrice peut être jumelée
â une
fonction isolante, afin de conserver durant la nuit la chaleur accumulée par
Peau du bassin
Lors des j ournées ensoleillées.
L'enroulement des couvertures photogénératrices conformes à l'invention met en
oeuvre un
tube en section transversale en forme de polygone régulier, par exemple en
forme de
triangle équilatéral, de carré, de pentagone ou bien d'hexagone. Quel que soit
le polygone
régulier utilisé, la Largeur de chaque coté doit êire au moins égale à La
largeur des cellules
photovoltaïques mises en oeuvre au sein de la toile. Ainsi lors de
(enroulement de la toile
photogénérairice sur ledit tube, les cellules viennent s'appliquer
successivement sur
chaque face du polygone régulier et s'empilent ainsi tour après tour les une
sur les autres
sans risque de fracture ou d'usure prématurée par cintrage. Les rangées de
cellules
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photovoltaïques sont disposées sur la toile de manière à laisser un espace
intermédiaire nu
afm de recouvrir (angle de sëparation des surfaces planes du tube, à l'instar
de ce qui a été
dëcrit en relation avec la figure 2. Les barres de maintien (13, 19) sont
retirées au fur et à
mesure de l'enroulement de la toile photogénératrice. Cet enroulement peut
être manuel ou
motorisé et le système complet d'enroulement peut être déplacé ou être abaissé
et s'intégrer
dans Ia dalle.
Les couvertures pour piscines et bassins conformes à la présente invention
présentent
plusieurs avantages, parmi lesquels on peut citer
1o ~ la disponibilité d'une grande surface de cellules photovoltaïques
utilisablè toute
fannëe et permettant de répondre à une large part des besoins en électrïcité
d'une
habitation. En fonction de f ensoleillement régional elles produisent entre
110 et
140 kWh/anlm2 sans rej et de gaz à effet de serre ni production de déchets ;
~ la conservation de la fonctionnalité habituelle des couvertures de piscines
;
~ la conservation des mécanismes habituels d'enroulement ;
~ la possibilité d'intégrer à moindre coût les énergies renouvelables dans
(habitat
neuf ou existant.
La connexion électrique entre la toile photogénératrice (1) et le circuit
électrique du
2o bàtiment auquel elle est susceptible d'être raccordée est réalisée de la
manière suivànte.
Cette connexion s'établit au moyen d'un système rotatif composé de disques ou
de
cylindres.
Ainsi, dans une première forme de réalisation, illustrée sur la figure 8, le
système rotatif
intègre deux disques (16, 17). Le premier disque (17), isolant électrique, est
solidaire du
tube (5), et est donc susceptible de tourner concomitamment avec ce dernier.
Il comprend
deux lames circulaires concentriques (20, 21) conductrices de l'électricité,
embouties dans
deux rainures ménagées à cet effet sur le disque et reliées respectivement aux
deux
électrodes émergeant de l'ensemble des cellules photovoltaïques .
Le second disque (16) est solidarisé au support dudit tube, et est monté
coaxiallement avec
le tube (5) et avec le premier disque (17). Il est donc statique. Ce disque
(16) est équipé de
deux contacteurs éleciriques (15), se projetant en direction du disque (17),
afin d'être en
permanence en contact avec les deux lames circulaires (20, 21 ). Ces
contacteurs sont
connectés aux deux fils d'alimentation électrique du circuit électrique du
bâtiment.
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Ainsi, lors de l'enroulement ou du déroulement de la toile sur et hors du tube
(5), le disque
(17) solidaire du tube (5) tourne corollairement selon le même axe que le
disque statique
(16), solidaire du support, le contact électrique n'étant jamais interrompu,
compte tenu de
la permanence du contact entre les contacteurs (15) et les lames circulaires
(20, 21).
Dans la seconde forme de réalisation représentée en relation avec la figure 9,
le système
rotatif intègre une bague périphérique cylindrique (25), solidaire du support
du tube (5), et
isolant électriquement. Cette bague (25) est donc statique. Elle intègre deux
contacteurs
électriques (24), se prolongeant de part et d'autre de la paroi définissant
ladite bague, et
1o connectés aux deux fils d'alimentation électrique du circuit électrique du
bâtiment.
Ce système comporte également un cylindre (22), coaxial par rapport à la bague
(25), et
solidaire du tube (5). Ce cylindre isolant (22) est également monté
coaxiallement par
rapport à l'axe de rotation dudit tube (5). Ce cylindre est susceptible de
tourner à l'intérieur
de 1a bague (25). Il est muni de deux lames (23), conductrices de
l'électricité, également
cylindriques, connectées respectivement aux deux électrodes émergeant de
l'ensemble des
cellules photovolta'iques. L'axe de révolution de deux lames est confondu avec
l'axe de
révolution du cylindre (22). Ces lames sont destinées à être en contact
permanent avec les .
contacteurs (24) de la bague (25).
Ainsi, lors de l'enroulement ou du déroulement de la toile sur et hors du tube
(5), Ie
cylindre (22) solidaire du tube (5) tourne corollairement selon le même axe
que la bague
statique (25), solidaire du support, le contact électrique .n'étant jamais
interrompu, compte
tenu de la permanence du contact entre les contacteurs (24) et les lames
cylindriques (23).
Le rendement solaire moyen annuel en fonction de (orientation et de
(inclinaison statique
par rapport à (horizontal des toiles photogénératrices est le suivant
Inclinées à 30° et exposées
~ à (Est . 90
~ au Sud-Est et au Sud-ouest . 96
~ au Sud . 100
~ à (Ouest . 93 %.
Inclinées à 60° et exposées
~ à (Est 78
~ au Sud-Est et au Sud-Ouest : 88
~ au Sud . 9I
~ à (Ouest . 93 %.
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A la verticale et exposées
~ à l'Est . 55
~ au Sud-Est et au Sud-Ouest . 66
~ au Sud : 68
~ à l'Ouest . 55 %.
A plat : 93 %.
Pour Ies stores et auvents équipés du système d'inclinaison automatique le
rendement
1o solaire moyen annuel est de 100 % quelle que soit l'exposition Est, Ouest,
Sud-Est, Sud
Ouest ou Sud.
