CH699564A2 - Arrangement de modules photovoltaïques sur structure de support. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un arrangement de modules photovoltaïques, comprenant une structure der support supportant une pluralité de modules photovoltaïques (C). Selon l’invention, ladite structure de support comporte des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) susceptibles de flotter sur une surface d’eau, notamment d’un lac ou de la mer, et sur lesquelles sont supportés des éléments porteurs (Z1, Z2, G, H) auxquels sont attachés ou intégrés au moins une partie des modules photovoltaïques (C) de ladite pluralité de modules photovoltaïques.

Description

  [0001]    La présente invention concerne un arrangement de modules photovoltaïques qui comprend une structure de support supportant une pluralité de modules photovoltaïques.

ETAT DE LA TECHNIQUE

  

[0002]    On connaît des systèmes photovoltaïques qui utilisent des cellules photovoltaïques ou "cellules solaires" communément en silicium cristallin et assemblées en panneaux rigides. Ces panneaux solaires rigides sont positionnés sur des structures métalliques ou intégrés dans des bâtiments.

  

[0003]    Récemment, des cellules solaires à couche mince ont été développées et fabriquées. Elles sont utilisées pour la réalisation de panneaux photovoltaïques ou plutôt de feuilles photovoltaïques qui permettent d'intéressantes applications, tandis que les panneaux solaires plus traditionnels souffrent de plusieurs désavantages dûs à leur rigidité et à leur épaisseur importante. D'abord, il est pratiquement impossible de modifier la forme de ces panneaux solaires traditionnels sans les fissurer ou briser. Ensuite, leur épaisseur les rend non seulement assez lourds mais également assez chers. Par contre, les panneaux - ou plutôt "feuilles" - solaires susmentionnés et dits "à couche mince" possèdent des caractéristiques qui leur permettent d'être installés sur des structures non-planaires de forme spéciale.

  

[0004]    Cette technologie à couche mince permet en outre une réduction marquante des phases du travail pour la réalisation, dans un procédé unique, de toutes les parties d'un panneau solaire, en éliminant les phases coûteuses de l'assemblage des cellules classiques rigides et de leur connexion électrique, typiques de la technologie à silicium mono ou polycristallin. Le remplacement des panneaux solaires a base de cellules solaires épaisses, donc rigides et assez lourdes, par des panneaux/feuilles solaires à couche mince, donc flexibles et assez légers, permet non seulement une augmentation du nombre de leurs applications, mais aussi un degré élevé d'automation de leur fabrication.

  

[0005]    En outre, l'utilisation de la technologie photovoltaïque en zones habitées est accompagnée de toutes sortes de problèmes.

  

[0006]    1) D'abord, les générateurs photovoltaïques terrestres ont besoin d'importantes structures de support pour en réaliser à des échelles assez grandes, sauf s'ils sont installés sur les toits de bâtiments existants.

  

[0007]    2) Ensuite, il est impossible de réaliser des installations photovoltaïques d'intérêt industriel (centaines de MW) sans envahir les espaces indispensables pour l'agriculture, au moins en zones qui ne sont pas désertiques.

  

[0008]    3) Les systèmes terrestres sont caractérisés par des coûts élevés de construction, ce qui rend peu économique la réalisation de générateurs photovoltaïques de grandes dimensions.

  

[0009]    4) Bien que dans ces dernières années une réduction progressive du coût de l'énergie produite par les systèmes photovoltaïques ait été enregistrée, il n'est pas encore compétitif avec le coût de l'énergie électrique produite par les sources traditionnelles.

L'INVENTION

  

[0010]    L'invention a pour but de permettre à un arrangement de modules photovoltaïques d'être installé dans la mer ou dans un lac, notamment près de la côte ou de la rive, à un prix raisonnable.

  

[0011]    A cet effet, selon un premier aspect de l'invention, l'arrangement selon l'invention est caractérisé en ce que la structure de support comporte des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) susceptibles de flotter sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer, et sur lesquelles sont supportés des éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) auxquels sont attachés ou intégrés au moins une partie des modules photovoltaïques (C) de la pluralité de modules photovoltaïques. L'utilisation d'éléments flottants destinés à flotter sur une surface d'eau est une solution idéale pour créer des fondements adaptifs pour un arrangement de modules photovoltaïques. En outre, l'invention contribue à surmonter les quatre problèmes susmentionnés pour la production d'énergie électrique par technologie photovoltaïque.

  

[0012]    De préférence, les éléments flottants (A1, A2, B1, B2) sont arrangés de manière espacée avec un espacement entre des éléments flottants voisins. Cela permet l'installation d'éléments porteurs en forme de plate-forme ou en forme de ponts qui s'étendent entre divers éléments flottants tout en reliant ces-derniers pour garantir la cohésion d'un tel arrangement de modules d'une part et un écart minimal entre des éléments flottants voisins, c'est-à-dire une certaine rigidité de l'arrangement tout entier d'autre part.

  

[0013]    Dans un mode d'exécution préféré de l'invention, cet espacement est maintenu par une rigidité desdits éléments porteurs (D, F, Z1, Z2) qui s'étendent entre des éléments flottants voisins (A1, A2, B1, B2) et écartent ces-derniers. Les éléments porteurs peuvent être réalisés de nombreuses manières tels que des profilés ou des tuyaux ou d'autres corps oblongs qui ne sont guère étirables ou compressibles selon la ligne reliant les points d'attachement où sont attachés les extrémités des éléments porteurs aux éléments flottants. Néanmoins, ces corps oblongs devraient être déformables par flexion selon une direction perpendiculaire à ladite ligne reliant les points d'attachement des éléments porteurs.

  

[0014]    Les éléments flottants (A1, A2, B1, B2) peuvent être constitués par des corps creux, ce qui confère aux éléments flottants de l'arrangement suffisamment de flottabilité de sorte que ce-dernier puisse supporter un poids assez important de modules photovoltaïques.

  

[0015]    Dans un mode préféré de l'invention, les éléments flottants sont constitués par un ou plusieurs premiers tuyaux (A1, A2) ou par de premières bouées enchaînées définissant un premier moyen de flottaison en forme de ligne d'une part, et par un ou plusieurs seconds tuyaux (B1, B2) ou par de secondes bouées enchaînées définissant un second moyen de flottaison en forme de ligne d'autre part. En outre, les éléments porteurs rigides (D, F, Z1, Z2, G, H) présentent des première (G) et seconde (H) extrémités. La première extrémité (G) d'un élément porteur est supportée par le premier moyen de flottaison (A1, A2) et la seconde extrémité (H) de cet élément porteur est supportée par le second moyen de flottaison (B1, B2). La rigidité des éléments porteurs permet que les premier et second moyens de flottaison restent écartés les uns des autres.

  

[0016]    Dans un mode de réalisation particulièrement intéressant de l'arrangement, le premier moyen de flottaison (A1, A2) s'étend selon une première ligne sensiblement circulaire et avec un premier diamètre, tandis que le second moyen de flottaison (B1, B2) s'étend selon une seconde ligne, concentrique à la première, sensiblement circulaire et avec un second diamètre inférieur audit premier diamètre. Les éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) s'étendent, en tant que rayons, entre les première et seconde lignes circulaires.

   Cette géométrie permet la limitation de tout l'arrangement par des éléments flottants qui non seulement confèrent à l'arrangement de la flottabilité, mais constituent en outre des "pare-chocs" susceptibles d'amortir des chocs qui peuvent se produire lorsque l'arrangement flottant de déplace sur et le long de la surface de la mer ou d'un lac et vient se heurter contre un obstacle comme par exemple un arrangement voisins du même type.

  

[0017]    De préférence, les éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) comprennent une enceinte délimitée par des parois flexibles (D, F) définissant un espace hermétique (S) à l'intérieur de l'enceinte et reliée ou susceptible d'être reliée à une source de gaz comprimé (P) de façon à maintenir gonflée ou gonfler l'enceinte porteuse de modules photovoltaïques. Cette enceinte gonflable, qui peut être constituée d'un seul caisson ou de plusieurs caissons, forme donc un corps creux dont la forme et le volume sont déterminés par la quantité et la pression du gaz de gonflement. Ce type d'éléments porteurs ultralégers, en tant qu'enceinte flexible, contribue à la légèreté globale de l'arrangement selon l'invention.

  

[0018]    Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, les modules photovoltaïques (C) sont du type à couche mince (E) et sont attachés sur la paroi flexible supérieure (D), exposée au rayonnement solaire, de cette enceinte flexible. En gonflant l'enceinte, la courbure de sa paroi flexible supérieure se modifie sans que la superficie de la paroi flexible soit modifie. Ce comportement de la paroi supérieure exposée au soleil est garanti par deux mesures avantageuses:

  

[0019]    D'abord, la paroi est constituée d'un matériau en forme de couche mince sur laquelle est attachée, par exemple par adhésion, soudure ou couture, un module photovoltaïque à couche mince. Au lieu de cette structure de module photovoltaïque à couche mince attaché à une couche de base (non-photovoltaïque), on peut utiliser une structure de paroi flexible alternative dans laquelle une partie ou la totalité de la paroi flexible (non-photovoltaïque) est remplacée par un module photovoltaïque à couche mince. Les bordures de couches minces adjacentes peuvent être arrangées d'une manière chevauchante et attachées les unes aux autres, par exemple par adhésion, soudure ou couture, dans les zones de superposition.

   Dans ces mesures d'attachement (adhésion, soudure, couture, etc.), il est important de veiller à ce que les zones d'attachement soient étanches à l'air afin de ne pas compromettre le caractère hermétique de l'enceinte flexible.

  

[0020]    Ensuite, le matériau de la paroi de base (non-photovoltaïque) ainsi que le matériau des modules photovoltaïques à couche mince ont un module d'élasticité assez élevé de sorte que l'étirement de ces matériaux, en forme de couche mince ou de feuille, lors du gonflement de l'enceinte est négligeable, ce qui permet la flexion des couches minces ou feuilles de ces matériaux tout en conservant leurs superficies constantes.

  

[0021]    De préférence, chaque élément porteur (D, F, Z1, Z2, G, H) comprend une enceinte oblongue s'étendant sensiblement le long d'un axe longitudinal entre une première zone de support (G) qui supporte ou à laquelle est attachée (I) une première extrémité de l'élément porteur et une seconde zone de support (H) qui supporte ou à laquelle est attachée (I) une seconde extrémité de l'élément porteur. Cette structure confère aux éléments porteurs un caractère de ponts ultra-léger.

  

[0022]    Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, cette enceinte oblongue (D, F, S) est encadrée par un cadre élastique (Z1, Z2, G, H) également oblong à l'intérieur duquel sont tendues les parois flexibles (D, F) de l'enceinte. Lors du gonflement de l'enceinte, le cadre élastique subit une déformation qui est plus prononcée pour les côtés longs que pour les côtés courts du cadre. Les côtés du cadre peuvent être réalisés en métal ou en polymère, de préférence sous la forme de tuyaux ou de profilés. La déformation du cadre, due au gonflement de l'enceinte attachée au cadre, est plus importante au milieu de l'enceinte oblongue, c'est-à-dire à moitié de la distance entre les deux extrémités, qu'au niveau des extrémités.

   En d'autres termes, plus on s'éloigne des extrémités du cadre et de l'enceinte le long de leur axe longitudinal, plus la déformation élastique du cadre et le gonflement de l'enceinte sont importants. Le rapprochement des côtés longs du cadre dans la direction transversale du cadre est alors plus important au milieu à moitié de la longueur de l'enceinte. Il y a donc plus de gonflement de l'enceinte oblongue au niveau de son milieu à moitié de sa longueur.

  

[0023]    De préférence, les parois flexibles supérieure et inférieure (D, F) de l'enceinte sont superposées, et les bordures (les périphéries) de la paroi supérieure (D) et de la paroi inférieure (F) sont attachées à des points d'attachement parois-cadre à l'intérieur du cadre (Z1, Z2, G, H). Avantageusement, le cadre est un cadre sensiblement planaire, c'est-à-dire les côtés du cadre s'étendent tous sensiblement dans un même plan. Un tel cadre peut être un cadre trapézoïdal ou rectangulaire. Les barres ou profilés (Z1, Z2, G, H) constituant le cadre sont alors susceptibles de fléchir élastiquement sous l'effet d'une traction provoquée par un gonflement de l'enceinte (D, F, S) et agissant aux points d'attachement parois-cadre du cadre (Z1, Z2, G, H).

  

[0024]    Dans un mode de réalisation intéressant, les éléments flottants (A1, A2, B1, B2) constitués par des corps creux sont susceptibles d'être au moins partiellement remplis d'un liquide, notamment d'eau, afin de modifier leur rapport poids-volume et donc leur flottabilité.

  

[0025]    D'une manière similaire, dans un autre mode de réalisation intéressant, les éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) avec leur enceinte (D, F, S), délimitée par des parois flexibles (D, F) et définissant un espace hermétique (S), sont susceptibles d'être gonflés au moins partiellement par un gaz, notamment par de l'air, afin de modifier leur forme.

  

[0026]    Pour assurer le remplissage au moins partiel des éléments flottants par un liquide, une première partie des éléments flottants (A1, B1) sont branchés, via une ligne hydraulique (2), à une unité de pressurisation (P).

  

[0027]    Pour assurer le gonflement au moins partiel des éléments flottants par un gaz, une seconde partie des éléments flottants (A2, B2) sont branchés, via une ligne pneumatique (1), à une unité de pressurisation (P).

  

[0028]    De préférence, les éléments porteurs avec leur enceinte gonflable (D, F, Z1, Z2, G, H) sont raccordés à l'unité de pressurisation via la seconde partie des éléments flottants (A2, B2) et la ligne pneumatique (1).

  

[0029]    Les modules photovoltaïques peuvent être branchés en série et/ou en parallèle, via une ligne électrique (3), à une unité de gestion électrique (W) qui commande l'unité de pressurisation. De préférence, cette unité de pressurisation comporte un compresseur pour comprimer de l'air et pressuriser la ligne pneumatique d'une part et une pompe à eau pour pressuriser la ligne hydraulique d'autre part. Les éléments flottants (partiellement remplis d'eau et/ou d'air) et les éléments porteurs (gonflés par de l'air) peuvent être équipés de capteurs, notamment de capteurs de pression, pour déterminer leur état de remplissement ou de gonflement.

   Les signaux des capteurs peuvent être transmis à l'unité de gestion électrique pour permettre à cette-dernière de commander l'unité de pressurisation, c'est-à-dire le compresseur et la pompe à eau, en fonction de l'état de remplissement et/ou de gonflement des éléments flottants et des éléments porteurs.

  

[0030]    L'unité de pressurisation (P) susmentionnée peut être positionnée sur une bouée (Q). De même, l'unité de gestion électrique (W) peut être positionnée sur une bouée (Q). De préférence, l'unité de pressurisation (P) et l'unité de gestion électrique (W) sont positionnées sur une seule bouée (Q). De préférence, la bouée (Q) est susceptible de flotter, indépendamment des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) et indépendamment des éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H), sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer.

   Par la présence de cette bouée qui peut être réalisée en tant que corps métallique et/ou corps polymère creux par exemple du type bidon métallique ou du type écume formant une mousse polymère, l'unité de pressurisation et l'unité de gestion électrique, qui constituent des unités actives et sensibles, sont toujours maintenues au-dessus de la surface de l'eau. En plus, cette bouée est idéale pour l'ancrage de l'arrangement de modules photovoltaïques. De préférence, ce-dernier est positionné de façon concentrique autour de la bouée centrale d'ancrage et maintenue dans cette position concentrique par des câbles de fixation qui relient la bouée centrale et les éléments flottants entourant cette-dernière.

  

[0031]    Selon un second aspect de l'invention, l'arrangement de modules photovoltaïques est caractérisé en ce qu'au moins une partie des modules photovoltaïques sont gonflables. Cela permet un ajustement de la flottabilité de l'arrangement par une simple augmentation ou réduction de degré de gonflement des modules photovoltaïques gonflables. De préférence, tous les modules photovoltaïques de l'arrangement sont gonflables.

  

[0032]    De préférence, la structure de support comporte des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) susceptibles de flotter sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer, et susceptibles d'être au moins partiellement submergés sous cette surface d'eau.

  

[0033]    De préférence, la totalité des modules photovoltaïques est subdivisée en des unités modulaires de support constituées par des éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) auxquels sont attachés ou dans lesquels sont intégrés au moins une partie des modules photovoltaïques (C) de ladite totalité de modules photovoltaïques.

  

[0034]    Les structures préférées des éléments flottants et des éléments porteurs selon le second aspect de l'invention sont identiques aux structures préférées du premier aspect de l'invention décrites dans les paragraphes précédents.

  

[0035]    Avec l'arrangement de l'invention, le gonflement des modules photovoltaïques peut donc être utilisé pour ajuster la flottabilité de l'arrangement et la forme des modules photovoltaïques. Lorsqu'il fait beau et le vent ainsi que les vagues sont faibles, on peut gonfler pleinement les modules photovoltaïques gonflables et ne submerger les éléments flottants que faiblement. Par contre, lorsqu'il fait mauvais et le vent ainsi que les vagues sont forts, on peut gonfler les modules photovoltaïques faiblement et submerger les éléments flottants au maximum.

   Cette gestion de la hauteur de l'arrangement au-dessus du niveau de l'eau, par son gonflement et donc sa forme d'une part et par le degré de sa submersion d'autre part, permet de minimiser la surface d'attaque exposée aux vents et par conséquent de minimiser le risque d'endommagement et de détérioration prématurée de l'arrangement selon l'invention.

  

[0036]    Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs modes d'exécution de l'invention.
<tb>La fig. 1 <sep>est une vue schématique en perspective d'un module photovoltaïque et d'une partie de la structure de support d'un mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et flottant sur une surface d'eau.


  <tb>La fig. 2 <sep>est une vue schématique en perspective du module photovoltaïque coupé selon un plan vertical passant par la ligne A-A de la fig. 1, sensiblement au milieu de l'étendue longitudinale du module et orthogonal à la surface d'eau.


  <tb>La fig. 3 <sep>est une vue plus en détail de certains éléments de la structure de support de l'arrangement de la fig. 1selon l'invention.


  <tb>La fig. 4 <sep>est une vue schématique en perspective, similaire à celle de la fig. 1, de plusieurs modules photovoltaïques adjacents et d'une partie de la structure de support d'un arrangement selon l'invention d'une part, et représente de façon schématique un système de commande associé à l'arrangement pour le contrôle et la gestion de ce-dernier.


  <tb>La fig. 5 <sep>est une vue globale d'en haut d'une structure de support d'un mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et destinée à recevoir des modules photovoltaïques selon l'invention.


  <tb>La fig. 6 <sep>est une vue globale d'en haut, similaire à celle de la fig. 5, d'une structure de support d'un arrangement selon l'invention et complétée de modules photovoltaïques selon l'invention.


  <tb>La fig. 7 <sep>est une vue globale d'en haut d'une structure de support d'un autre mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et destinée à recevoir des modules photovoltaïques selon l'invention.

MEILLEURE REALISATION DE L'INVENTION

  

[0037]    Les fig. 1 à 5 illustrent schématiquement divers éléments de l'invention. La fig. 1montre un module photovoltaïque formé par deux toiles D et F, dont une toile inférieure F et une toile supérieure D, comme on le voit dans la fig. 2. Ces deux couches D et F se joignent le long de leur bordures longitudinales et transversales formant ainsi une enceinte hermétique à l'intérieur de laquelle un espace S est délimité. Une couche photovoltaïque E réalisée par technologie à couche mince est attachée à la surface inférieure de la couche D, c'est-à-dire à l'intérieur de l'enceinte. Les couches D et F sont réalisées en polymère.

   Un polymère préféré et bien adapté à l'emploi en mer M est Péthylène-tetrafluoro-éthylène (ETFE), pour ses qualités mécaniques (résistance mécanique très élevée) et chimiques/biologiques (basse adhésivité au biofilms, suppression du biofouling).

  

[0038]    L'enceinte formée par les deux couches flexibles D et F est entourée d'un cadre Z1, Z2, G, H dont les quatre côtés peuvent être formés par barres ou profilés, deux barres relativement longues Z1 et Z2 ainsi que deux barres relativement courtes G et H. Les barres longues constituent des lests Z1 et Z2. La forme caractéristique de l'enceinte observable en section dans la fig. 2 (selon un plan vertical passant par la ligne A-A de la fig. 1 ) s'obtient sensiblement grâce à l'interaction de la pressurisation de l'espace S à l'intérieur de l'enceinte, grâce au poids et à la déformation élastique des lests Z1 et Z2 (le poids et la déformation des barres G et H étant négligeables), et grâce au poids et à la déformation des couches D et F et l'interaction de la surface de l'eau avec la couche inférieure F.

  

[0039]    Cette modalité de réalisation rend possible l'élimination de toutes les structures intermédiaires de soutien, permettant ainsi une économie constructive considérable.

  

[0040]    Le panneau flexible C se trouvant environ à moitié de la distance entre les extrémités G, H de l'enceinte encadrée et visible à la fig. 1, si gonflé d'air, assume une forme de voûte visible aux figures 1 et 2, et si vidé de l'air, assume une forme aplatie utile en phase d'immersion, non pas visibles aux fig. 1 et 2, mais plutôt correspondant à la forme aplatie des panneaux flexibles, visibles à la fig. 1, près des deux extrémités G, H de l'enceinte encadrée.

  

[0041]    En principe, selon l'invention, les couches ou panneaux F et D constituant les parois de l'enceinte sont tendus à l'intérieur du cadre sensiblement rectangulaire ou trapézoïdal formé par les barres Z1, Z2, G et H. Pour garantir la forme aplatie de l'enceinte à l'état évacué, les couches D et F et/ou les barres Z1, Z2, G et H doivent être déformables élastiquement.

  

[0042]    Pour éviter l'étirement d'une couche mince photovoltaïque E attachée à ou intégré dans une couche supérieure D, visible à la fig. 2, il est nécessaire que la couche D ne subisse sensiblement aucun étirement afin d'éviter des ruptures de la couche mince photovoltaïque. La déformation élastique de l'enceinte lors de son gonflement s'obtient donc grâce à la déformation élastique, c'est-à-dire la flexion, des barres élastiques Z1, Z2. II en résulte une forme plus voûtée de l'enceinte près de la moitié de sa longueur (près du panneau C de la fig. 1) qui correspond à une flèche plus importante de la flexion des barres ou lests Z1, Z2 d'une part, et une forme moins voûtée, voire aplatie, près des deux extrémités G, H de l'enceinte.

  

[0043]    Néanmoins, selon l'invention, l'utilisation d'un cadre Z1, Z2, G, H sensiblement rigide n'est pas exclue. Dans ce cas, la couche photovoltaïque devrait être composée d'une pluralité d'unités photovoltaïques adjacentes, chacune d'une superficie suffisamment limitée, afin de ne pas se briser lorsque leur support polymérique définissant l'enceinte subit un étirement lors du gonflement de l'enceinte. Le branchement de ces unités photovoltaïques séparées est réalisé avec des raccords déformables entre les unités photovoltaïques, tels que des fils ou bandes métalliques en forme de zigzag ou de méandre ou des régions polymériques du support rendues conductrices, par exemple par dopage.

   Au lieu de subir des ruptures incontrôlables, les unités photovoltaïques adjacentes s'éloignent l'une de l'autre lors du gonflement de l'enceinte, l'augmentation de la distance entre deux unités adjacentes étant absorbée par ces raccords déformables.

  

[0044]    Les éléments flottants extérieurs A1, A2 et intérieurs B1, B2 peuvent avoir la forme de couronnes constituées par des tuyaux réalisés en polymère, de préférence en polyéthylène haute densité (PEHD). La couronne extérieure A1, A2 et la couronne intérieure B1, B2 sont reliées par des rayons rigides R s'étendant sensiblement radialement entre les couronnes extérieure A1, A2 et intérieure B1, B2 et espacés angulairement selon la direction circonférentielle des couronnes. Les rayons peuvent être réalisés en même matériau que les couronnes, de préférence sous la forme de profilés du type U ou du type H.

  

[0045]    L'énergie électrique produite par les couches minces photovoltaïques E, ou panneaux flexibles, rejoigne une unité de gestion électrique W, ou tableau électrique, par des lignes électriques K, ou câbles électriques. Cette énergie électrique est rendue utilisable pour un consommateur U par l'unité de gestion électrique W, notamment par un onduleur produisant du courant alternatif à partir du courant continu généré par les panneaux photovoltaïques flexibles. Cette unité de gestion électrique W est logée à bord d'une bouée Q.

  

[0046]    La gestion des phases d'immersion/émersion est réalisée au moyen d'un système P apte à pressuriser et dépressuriser les panneaux photovoltaïques avec du gaz et à remplir ou vider avec de l'eau les parties creuses des structures tubulaires des couronnes extérieure A1, A2 et intérieure B1, B2. Le système de pressurisation P est logé sur la bouée Q à côté de l'unité de gestion électrique W (fig. 4). L'unité de pressurisation P est reliée aux couronnes flottantes intérieures B1, B2 par deux conduites T1 et T2, rigides ou flexibles. Comme on le voit à la fig. 6, la conduite T1 est destinée à l'envoi d'air pressurisé, vers les enceintes D, F des éléments porteurs D, F, Z1, Z2, G, H (fig. 1) auxquels sont attachés ou intégrés 0 au moins une partie des modules photovoltaïques C.

   La conduite T1 forme donc un tronçon de la ligne pneumatique 1 vers le tuyau B2 des éléments flottants intérieurs B1, B2 (fig. 1). Comme on le voit également à la fig. 6, la conduite T2 est destinée à l'envoi d'eau vers les éléments flottants intérieurs B1, B2. La conduite T2 forme donc un tronçon de la ligne hydraulique 2 vers le tuyau B2 des éléments flottants intérieurs B1, B2.

  

[0047]    Un système d'amarrage (qui n'est pas représenté dans les figures) relie les modules photovoltaïques C, les éléments flottants A1, A2, B1, B2, les éléments porteurs D, F, Z1, Z2, G, H et la bouée Q avec le fond marin par le biais d'ancres et/ou de corps morts.

  

[0048]    Comme cellules photovoltaïques à couche mince E peuvent être utilisées soit des cellules au silicium amorphe (a-Si), soit les cellules CIS ou des cellules de CdTe. Aujourd'hui, il est préférable d'utiliser la technologie a-Si à cause de la nature non-toxique du silicium et l'abondance de cette matière première, mais aussi à cause de la moindre consommation d'énergie dans la fabrication de cellules solaires à base de couches minces du type a-Si par rapport à la fabrication de cellules solaires du type CIS ou en CdTe.

  

[0049]    Les éléments de raccordement ou d'attachement G, H et I entre les couronnes et les panneaux solaires C sont réalisés en polymère, de préférence en PEHD, notamment du type PE100.

  

[0050]    La fig. 5 est une vue globale d'en haut de la structure de support d'un mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et destinée à recevoir des modules photovoltaïques selon l'invention. Cette structure est réalisée par des couronnes sensiblement circulaires A1, A2 et B1, B2 réalisées sous forme de tuyaux extérieurs A1, A2 et sous forme de tuyaux intérieurs B1, B2. Le rapport concentrique entre la couronne extérieure A1, A2 et la couronne intérieure B1, B2 est obtenu et maintenu par huit rayons R assez rigides qui s'étendent radialement entre la couronne intérieure et la couronne extérieure. Cette structure définit alors huit secteurs L dont chacun est délimité par un tronçon de la couronne extérieure A1, A2, un tronçon de la couronne intérieure B1, B2 et de deux rayons R.

   De préférence, au moins les rayons R sont rigides, séparant ainsi les couronnes extérieure A1, A2 et intérieure B1, B2. Les tronçons de couronne constituant les limites extérieure et intérieure d'un secteur L peuvent être réalisés soit sous forme de structure rigide, soit sous forme de structure flexible. La bouée Q se trouve au centre commun des deux couronnes concentriques extérieure A1, A2 et intérieure B1, B2.

  

[0051]    La fig. 6 est une vue globale d'en haut, similaire à celle de la fig. 5, d'une structure de support d'un arrangement selon l'invention et complétée de modules photovoltaïques C selon l'invention. Les modules photovoltaïques C ont une forme dont la vue en plan est trapézoïdale, permettant de remplir un secteur L par dix modules photovoltaïques C de ce type. Chaque module C est attaché avec son côté extérieur à la couronne extérieure A1, A2 par un certain nombre de moyens de fixation I (par exemple deux), tandis que le côté intérieur du module C, plus court que son côté extérieur, est attaché à la couronne intérieure B1, B2 par un nombre plus petit de moyens de fixation I (par exemple un seul).

   Par conséquent, il y a au moins trois de ces points de fixations I arrangés dans les trois coins d'un triangle déterminant le plan dans lequel s'étend le module C. Cette structure obtient une grande stabilité avec un minimum de moyens de fixation I. Les câbles K permettent le branchement électrique des modules C à l'unité de gestion d'énergie. Les conduites T1 et T2 permettent le branchement pneumatique des éléments porteurs D, F, Z1, Z2, G, H et le branchement hydraulique des éléments flottants A1, A2, B1, B2 à l'unité de pressurisation P (fig. 4).

  

[0052]    La fig. 7 est une vue globale d'en haut d'une structure de support d'un autre mode d'exécution de l'arrangement selon l'invention et destinée à recevoir des modules photovoltaïques selon l'invention.

  

[0053]    Cette structure est réalisée par trois couronnes sensiblement circulaires A1, A2 et A1, A2 et A1, A2 réalisées sous forme de tuyaux. Le rapport concentrique entre la couronne extérieure A1, A2 et la couronne moyenne A1, A2 est obtenu et maintenu par huit rayons R assez rigides qui s'étendent radialement entre les deux couronnes A1, A2 et A1, A2 radialement adjacentes. Cette structure définit alors huit secteurs L dont chacun est délimité par un tronçon de la couronne extérieure A1, A2, un tronçon de la couronne moyenne A1, A2 et de deux rayons R. Le rapport concentrique entre la couronne moyenne A1, A2 et la couronne intérieure A1, A2 est obtenu et maintenu par huit rayons R' également assez rigides qui s'étendent radialement entre les deux couronnes A1, A2 et A1, A2 radialement adjacentes.

   Cette structure définit alors huit secteurs L' dont chacun est délimité par un tronçon de la couronne moyenne A1, A2, un tronçon de la couronne intérieure A1, A2 et de deux rayons R.

  

[0054]    Comme dans le mode d'exécution de la fig. 5, au moins les rayons R et R peuvent être rigides, séparant ainsi les couronnes extérieure A1, A2, moyenne A1, A2 et intérieure A1, A2. Les tronçons de couronne constituant les limites extérieure et moyenne d'un secteur L ou bien les limites moyenne et intérieure d'un secteur L peuvent être réalisés soit sous forme de structure rigide, soit sous forme de structure flexible. La bouée Q se trouve également au centre commun des trois couronnes concentriques extérieure A1, A2, moyenne A1, A2 et intérieure A1, A2.

  

[0055]    En somme, l'arrangement selon le premier mode d'exécution de l'invention illustré dans les fig. 1à 6comporte les éléments suivants:
1) des structures tubulaires A1 et A2 formant une couronne qui délimite extérieurement les modules photovoltaïques C;
2) des structures tubulaires B1 et B2, concentriques à la précédente, formant une couronne qui délimite intérieurement les modules photovoltaïques C;
3) ces deux structures creuses, réalisées en matériau polymère et construites avec des épaisseurs de matériau selon les besoins de support et selon les besoins de capacité de résistance désirés pour résister aux sollicitations dynamiques par le vent et l'eau, peuvent être remplies d'air pressurisé ou d'eau selon les besoins, par exemple pour faire flotter l'arrangement sur la surface de l'eau M ou pour le faire plonger sous la surface de l'eau M;

  
4) des structures rigides R formant des rayons entre les couronnes A1, A2 et B1, B2 concentriques et raccordés par leur première extrémité à la couronne extérieure A1, A2 et par leur seconde extrémité à la couronne intérieure B1, B2, définissant plusieurs secteurs L destinés à recevoir des modules photovoltaïques C;
5) des panneaux photovoltaïques C dont chacun est composé par
une toile supérieure D en matériau polymérique, transparent au rayonnement solaire, qui englobe, en le scellant hermétiquement, la partie photo-active E de façon à protéger les cellules et leurs contacts métalliques contre les conditions ambiantes (p.ex. humidité);
une toile inférieure F, elle aussi en matériau polymérique, en contact avec la surface de l'eau M;

  
deux têtes G, H, une pour chaque extrémité du panneau photovoltaïque, équipés de systèmes opportuns 1, de liaison aux structures A1, A2 et B1, B2, pour compléter le panneau;
le panneau C maintenant sa forme grâce à la pressurisation de l'espace S existant entre les deux toiles D et F d'une part et grâce à la présence et au poids de deux lests Z1, Z2 mis en position latérale de chaque côté du panneau C, s'étendant le long de chaque bordure longue du panneau et constamment immergés dans l'eau;

  6) un système P de pressurisation et dépressurisation composé par des compresseurs d'air et pompes centrifuges pour l'eau qui, au moyen de vannes spéciales V gérées par un contrôleur électronique Y, est apte à
pressuriser les panneaux C via les tuyaux B2 et la conduite pneumatique 1 et/ou les tuyaux B1 de flottaison via la conduite pneumatique 1 pendant la phase d'émersion d'une part, et apte à
dépressuriser les panneaux C et/ou les tuyaux B1 via les mêmes conduites et/ou pomper de l'eau dans les tuyaux B1 de flottaison pendant la phase d'immersion d'autre part;7) une bouée centrale Q
abritant les dispositifs W et P, nécessaires respectivement à la gestion électrique et au contrôle des phases d'immersion/émersion de l'arrangement;
branchée électriquement au module au moyen de câbles K pour la gestion de l'énergie U générée par les panneaux C;

   et
branchée pneumatiquement et hydrauliquement à travers les conduites flexibles T1 et T2.

  

[0056]    En somme, l'arrangement selon le second mode d'exécution de l'invention illustré dans la fig. 7comporte les éléments susmentionnés avec, en outre, une troisième structure tubulaire, c'est-à-dire:
1) des structures tubulaires A1 et A2 formant une couronne extérieure qui délimite à l'extérieur les modules photovoltaïques C;
2) des structures tubulaires A1 et A2, concentriques à la précédente, formant une couronne moyenne qui délimite plus à l'intérieur les modules photovoltaïques C;
3) des structures tubulaires A1et A2, concentriques à la précédente, formant une couronne intérieure qui délimite le plus à l'intérieur les modules photovoltaïques C;

  
4) des structures rigides R formant des rayons entre les couronnes A1, A2 et A1, A2 concentriques et raccordés par leur première extrémité à la couronne extérieure A1, A2 et par leur seconde extrémité à la couronne moyenne A1, A2, définissant plusieurs secteurs L destinés à recevoir des modules photovoltaïques C;
5) des structures rigides R' formant des rayons entre les couronnes A1, A2 et A1, A2 concentriques et raccordés par leur première extrémité à la couronne moyenne A1, A2 et par leur seconde extrémité à la couronne intérieure A1, A2, définissant plusieurs secteurs L' destinés à recevoir des modules photovoltaïques C.

APPLICATION INDUSTRIELLE

  

[0057]    Les installations techniques, commes décrites en détail, réalisées selon la présente invention concernent la création d'installations modulaires à bas coût, basées sur un systèmes à modules flottant pourvus de panneaux photovoltaïques flexibles définissant une ou plusieurs enceintes gonflables par un gaz et/ou un liquide, notamment de l'air et de l'eau, ces-derniers devenant donc éléments structuraux, garantissant soutien, forme et résistance.

  

[0058]    Les avantages dérivant de la présente invention permettent de:
1) rendre possible la réalisation de centrales électriques photovoltaïques offshore, de configurer des installations de grande taille en raison de leur modularité, aussi avec l'utilisation de systèmes d'amarrage (qui ne sont pas illustrés dans les figures), adaptés aux différentes bathymétries et aux spécificités des fonds marins;
2) améliorer les rendements des cellules à couche mince, montées dans la configuration adoptée dans la présente invention, les échanges thermiques avec le support liquide augmentant l'efficacité du refroidissement du panneau et, même en conditions de radiation solaire très élevée, les cellules photovoltaïques n'atteignant pas des températures telles à provoquer des détériorations de leur rendement;

  
3) réaliser des structures avec des panneaux photovoltaïques gonflables, de géométries les plus variées, celles représentées dans les figures ne constituant qu'une seule des possibles combinaisons structurales et apte à supporter les situations marines difficiles;
4) réaliser des générateurs photovoltaïques marins flottants et immergeables en profondeur, afin d'annuler l'effet dynamique des vagues en conditions climatiques extrêmes.

  

[0059]    Cette invention permet donc la réalisation de "champs solaires" off-shore très efficients et avec une productivité énergétique stable dans le temps.

Claims (27)

1. Arrangement de modules photovoltaïques, comprenant une structure der support supportant une pluralité de modules photovoltaïques (C), caractérisé en ce que ladite structure de support comporte des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) susceptibles de flotter sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer, et sur lesquelles sont supportés des éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) auxquels sont attachés ou intégrés au moins une partie des modules photovoltaïques (C) de ladite pluralité de modules photovoltaïques.

2. Arrangement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments flottants (A1, A2, B1, B2) sont arrangés de manière espacée avec un espacement entre des éléments flottants voisins.

3. Arrangement selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit espacement est maintenu par une rigidité desdits éléments porteurs (D, F, Z1, Z2) s'étendant entre des éléments flottants voisins (A1, A2, B1, B2) et écartant ces-derniers.

4. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits éléments flottants (A1, A2, B1, B2) sont constitués par des corps creux.

5. Arrangement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits éléments flottants sont constitués par un ou plusieurs premiers tuyaux (A1, A2) ou par de premières bouées enchaînées définissant un premier moyen de flottaison en forme de ligne d'une part, et par un ou plusieurs seconds tuyaux (B1, B2) ou par de secondes bouées enchaînées définissant un second moyen de flottaison en forme de ligne d'autre part, en ce que lesdits éléments porteurs rigides (D, F, Z1, Z2, G, H) présentent des première (G) et seconde (H) extrémités, ladite première extrémité (G) d'un élément porteur étant supportée par ledit premier moyen de flottaison (A1, A2) et ladite seconde extrémité (H) de cet élément porteur étant supportée par ledit second moyen de flottaison (B1, B2).

6. Arrangement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier moyen de flottaison (A1, A2) s'étend selon une première ligne sensiblement circulaire et ayant un premier diamètre, tandis que le second moyen de flottaison (B1, B2) s'étend selon une seconde ligne, concentrique à la première, sensiblement circulaire et ayant un second diamètre inférieur audit premier diamètre, et en ce que lesdits éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) s'étendent, en tant que rayons, entre lesdites première et seconde lignes circulaires.

7. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) comprennent une enceinte délimitée par des parois flexibles (D, F) définissant un espace hermétique (S) à l'intérieur de ladite enceinte et reliée ou susceptible d'être reliée à une source de gaz comprimé (P) de façon à maintenir gonflée ou gonfler ladite enceinte porteuse de modules photovoltaïques.

8. Arrangement selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits modules photovoltaïques (C) sont du type à couche mince (E) et attachés sur la paroi flexible supérieure (D), exposée au rayonnement solaire, de ladite enceinte flexible.

9. Arrangement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque élément porteur (D, F, Z1, Z2, G, H) comprend une enceinte oblongue s'étendant sensiblement le long d'un axe longitudinal entre une première zone de support (G) qui supporte ou à laquelle est attachée (I) une première extrémité dudit élément porteur et une seconde zone de support (H) qui supporte ou à laquelle est attachée (I) une seconde extrémité dudit élément porteur.

10. Arrangement selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite enceinte oblongue (D, F, S) est encadrée par un cadre élastique (Z1, Z2, G, H) à l'intérieur duquel sont tendues lesdites parois flexibles (D, F) de ladite enceinte.

11. Arrangement selon la revendication 10, caractérisé en ce que des parois flexibles supérieure et inférieure (D, F) de ladite enceinte sont superposées, et en ce que les bordures (les périphéries) de ladite paroi supérieure (D) et de ladite paroi inférieure (F) sont attachées à des points d'attachement parois-cadre à l'intérieur dudit cadre (Z1, Z2, G, H).

12. Arrangement selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que ledit cadre est un cadre rectangulaire.

13. Arrangement selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que ledit cadre est un cadre trapézoïdal.

14. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les barres ou profilés (Z1, Z2, G, H) constituant ledit cadre sont susceptibles de fléchir élastiquement sous l'effet d'une traction provoquée par un gonflement de ladite enceinte (D, F, S) et agissant aux points d'attachement parois-cadre dudit cadre (Z1, Z2, G, H).

15. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que lesdits éléments flottants (A1, A2, B1, B2) constitués par des corps creux sont susceptibles d'être au moins partiellement remplis d'un liquide, notamment d'eau, afin de modifier leur rapport poids-volume et donc leur flottabilité.

16. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que lesdits éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) avec leur enceinte (D, F, S), délimitée par des parois flexibles (D, F) et définissant un espace hermétique (S), sont susceptibles d'être gonflés au moins partiellement par un gaz, notamment par de l'air, afin de modifier leur forme.

17. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'une première partie desdits éléments flottants (A1, B1) sont branchés, via une ligne hydraulique (2), à une unité de pressurisation (P).

18. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'une seconde partie desdits éléments flottants (A2, B2) sont branchés, via une ligne pneumatique (1), à une unité de pressurisation (P).

19. Arrangement selon la revendication 18, caractérisé en ce que lesdits éléments porteurs avec leur enceinte gonflable (D, F, Z1, Z2, G, H) sont raccordés à ladite unité de pressurisation (P) via ladite seconde partie des éléments flottants (A2, B2) et ladite ligne pneumatique (1).

20. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que lesdits modules photovoltaïques sont branchés en série et/ou en parallèle, via une ligne électrique (3), à une unité de gestion électrique (W).

21. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que ladite unité de pressurisation (P) est positionnée sur une bouée (Q).

22. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ladite unité de gestion électrique (W) est positionnée sur une bouée (Q).

23. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que ladite unité de pressurisation (P) et ladite unité de gestion électrique (W) sont positionnées sur une seule bouée (Q).

24. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 21 à 23, caractérisé en ce que ladite bouée (Q) est susceptible de flotter, indépendamment desdits éléments flottants (A1, A2, B1, B2) et indépendamment desdits éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H), sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer.

25. Arrangement de modules photovoltaïques, comprenant une structure supportant une pluralité de modules photovoltaïques (C), caractérisé en ce qu'au moins une partie desdits modules photovoltaïques sont gonflables.

26. Arrangement selon la revendication 25, caractérisé en ce que ladite structure de support comporte des éléments flottants (A1, A2, B1, B2) susceptibles de flotter sur une surface d'eau, notamment d'un lac ou de la mer, et susceptibles d'être au moins partiellement submergés sous cette surface d'eau.

27. Arrangement selon la revendication 25 ou 26, caractérisé en ce que la totalité des modules photovoltaïques est subdivisée en des unités modulaires de support constituées par des éléments porteurs (D, F, Z1, Z2, G, H) auxquels sont attachés au moins une partie des modules photovoltaïques (C) de ladite totalité de modules photovoltaïques.