CH721469A1 - Installation solaire basculante - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un module photovoltaïque comprenant un ensemble (40) d'éléments fixes, un corps rigide (20) connecté à l'ensemble (40) d'éléments fixes de façon à pouvoir penduler autour d'un axe d'oscillation (120) horizontal, un ou plusieurs panneaux photovoltaïques bifaciaux (30) fixés sur le corps rigide (20) en sorte que, en l'absence de forces externes, le corps rigide (20) assume une position d'équilibre. Le corps rigide (20) peut s'écarter de la position d'équilibre par l'effet du vent pour réduire la prise au vent du module photovoltaïque.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne une installation photovoltaïque.

Etat de la technique

[0002] Les installations photovoltaïques revêtent déjà une importance significative et leur nombre est toujours en croissance. S'il est courant d'installer des panneaux photovoltaïques sur des toitures, les installations photovoltaïques en dehors des bâtiments, par exemple en milieu agricole ou alpin sont moins répandues, malgré l'abondance d'emplacements potentiellement exploitables. Ces installations présentent des défis spéciaux, par exemple les rigueurs du climat, notamment du vent, de la pluie ou de la neige. Dans certains cas, un impact visuel réduit est requis ou souhaitable.

[0003] On connait aussi des exemples d'installations solaires avec des éléments photovoltaïques verticaux, de type conventionnel ou bifacial. La puissance électrique générée par ces installations est souvent distribuée dans la journée plus également que celle provenant des installations conventionnelles avec des panneaux inclinés. Esthétiquement, les systèmes verticaux peuvent être moins imposants et plus facilement acceptées.

[0004] Les installations solaires présentent nécessairement une surface de captage importante qui génère, avec le vent, des forces aérodynamiques élevées. Cela impose des contraintes mécaniques sévères et influence négativement les coûts.

[0005] On connait des installations avec des panneaux photovoltaïques suspendus verticalement par le haut. Sous l'action du vent, les panneaux prennent une position inclinée qui réduit la prise au vent. L'angle d'inclinaison reste assez modeste en présence de vents faibles ou modérés et a peu d'effet sur la production d'énergie. Lors de tempêtes violentes, cependant, le vent peut pousser les panneaux dans une orientation sensiblement horizontale en réduisant ainsi drastiquement la prise au vent. Dans les systèmes de ce type, le vent peut enclencher des oscillations des panneaux engendrant des efforts dynamiques parfois importants.

[0006] Malgré toutes ces améliorations, les installations photovoltaïques connues peuvent subir des dommages lorsque le vent souffle avec une violence exceptionnelle.

Bref résumé de l'invention

[0007] Un but de la présente invention est de proposer une installation photovoltaïque exempts des limitations des produits connus. Cela n'est pas le seul objet de l'invention qui peut présenter plusieurs avantages, en combinaison ou en alternative. Par exemple le système photovoltaïque de l'invention pourrait, si cela est souhaitable, inclure des caractéristiques qui permettent de le déployer ou le replier dans un abri en fonction des conditions météo. Il se prête aussi à des installations dans des endroits qui serait difficilement exploitables par des installations solaires conventionnelles, comme des vergers, des parcelles agricoles ou des lieux fréquentés par le public ou encore des terrains accidentés. L'occupation du sol est réduite.

[0008] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen de l'objet des revendications ci-dessous, notamment par un module photovoltaïque comprenant un ensemble d'éléments fixes, un corps rigide connecté à l'ensemble d'éléments fixes de façon à pouvoir penduler autour d'un axe d'oscillation horizontal, un ou plusieurs panneaux photovoltaïques bifaciaux fixés sur le corps rigide de sorte que, en l'absence de forces externes, le corps rigide assume une position d'équilibre, le corps rigide pouvant s'écarter de la position d'équilibre par l'effet du vent pour réduire la prise au vent du module photovoltaïque.

Brève description des figures

[0009] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : Lafigure 1illustre un exemple d'installation photovoltaïque selon l'invention avec une occupation du sol particulièrement réduite. Les panneaux installés en hauteur permettent l'accès au sol et son utilisation pour d'autres buts, par exemple un verger comme ici illustré. LaFigure 2illustre un détail de l'installation de la figure 1. Lafigure 3illustre un autre exemple d'installation photovoltaïque selon l'invention. Cette variante présente un poids réduit et est prévue pour l'installation sur un toit plat. Lafigure 4est un diagramme conceptuel illustrant l'effet du vent sur l'installation de l'invention.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0010] L'installation photovoltaïque illustrée sur lesfigures 1 et 2est prévue pour être installée dans un milieu agricole et permet, avantageusement, un accès presque sans encombrement au sol. Chaque module photovoltaïque est disposé horizontalement à une hauteur suffisante, selon les besoins. L'exemple illustré concerne un verger, une vigne, ou un terrain agricole avec des culture à haute tige, et l'espace libre au-dessous des panneaux photovoltaïques est suffisant pour permettre le développement de la végétation et les travaux attenants, de récolte, taille, maintient et ainsi de suite.

[0011] L'installation photovoltaïque de lafigure 1permet aussi, si on le souhaite, libre accès au public, par exemple à des randonneurs, tout en protégeant les panneaux photovoltaïques du vandalisme.

[0012] Deux poteaux verticaux40fixés dans le sol soutiennent l'installation à la hauteur souhaitée, avec une emprise au sol très contenue. La même fonction de soutien, cependant, peut être assurée d'autres éléments fixes, selon la situation.

[0013] L'installation photovoltaïque comporte un corps rigide20soutenu par les poteaux40de façon à pouvoir penduler autour d'un axe d'oscillation horizontal120. Dans cet exemple l'axe120passe par le sommet des poteaux40et est matérialisé par des palier42, mais il ne s'agit pas de caractéristiques essentielles de l'invention.

[0014] Le corps rigide20prend la forme, dans cet exemple de réalisation, d'une poutre plate comprenant un cadre métallique avec des traverses24verticales et, optionnellement, des diagonales26. Selon la structure choisie, elle peut être classée parmi les poutres en échelle (sans diagonales) ou les poutres en treillis (avec les diagonales26). Les panneaux photovoltaïques30sont installés dans les espaces libres entre les traverses24, sensiblement dans le plan médian de la poutre, en position verticale. Les diagonales26portent une ombre sur la surface active des panneaux photovoltaïques30; cependant, les inventeurs ont trouvé qu'elles peuvent être dimensionnées de sorte que la réduction de production soit petite ou négligeable. Préférablement, les diagonales26sont réalisées avec des câbles ou des tirants solides de section réduite. Avantageusement, elles peuvent être orientées pour travailler surtout en traction, minimisant les efforts de compression ou cisaillement.

[0015] L'illustration montre une rangée horizontale de panneaux. On comprend que, selon les besoins de surface photovoltaïque et hauteur libre, on pourrait aussi avoir dans l'invention des modules photovoltaïques orientés en „portrait“ (le côté majeur vertical en lieu qu'horizontal) et/ou avec plusieurs étages de panneaux.

[0016] Avantageusement, le corps rigide20ainsi que les panneaux30qui sont montés à l'intérieur se trouvent normalement dans leur position d'équilibre verticale, ou très proche d'elle. Cette position assure un captage optimal d'énergie photovoltaïque lorsque le vent est faible ou modéré.

[0017] L'angleϑentre le corps rigide20et la verticale augmente avec la force du vent jusqu'à atteindre, pour des vents impétueux, des valeurs proches de 90°. Cela réduit sensiblement la prise au vent des panneaux30et la poussée latérale sur les supports40. Grâce à cette caractéristique, le système de l'invention peut supporter des conditions météorologiques sévères ou, pour une vitesse du vent égale, être plus léger et plus économique qu'un système équivalent avec des panneaux fixes.

[0018] Avantageusement, les panneaux photovoltaïques30peuvent ne pas remplir entièrement les ouvertures du corps rigide20. Un espace ouvert35peut être présent entre le bord supérieur du panneau30et la limite du corps rigide20. Cela permet d'allonger la longueur du pendule et augmente la période propre des oscillations. Les inventeurs ont déterminé qu'une période longue est avantageuse, en ce qu'elle permet de contrôler les battements de l'installation lorsque la vitesse du vent est forte. On peut également augmenter la période d'oscillation en ajoutant du lest dans la moitié inférieure du corps rigide20, ce qui a l'effet de baisser la position du centre de masse, et par conséquent augmenter la longueur du pendule équivalent, ou bien en baissant l'axe d'oscillation120vers le milieu des panneaux, tout en restant au-dessus, avec l'effet de réduire le couple de rappel de la force poids.

[0019] Ce concept est illustré par lafigure 4qui est une représentation idéalisée d'une installation photovoltaïque, vue de côté. Le corps rigide30peut penduler par rapport à l'axe horizontal120sous l'action de la force poids200et de la poussée du vent210. Par vents forts, l'écoulement de l'air est turbulent et des tourbillons peuvent apparaître. Le corps rigide30alors ne trouve pas une position d'équilibre mais oscille, parfois avec violence, autour d'un angleϑécarté de la verticale. Ces battements, combinés avec les oscillations élastiques de la poutre20et des supports40, peuvent donner lieu à des défaillance lorsque la vitesse du vent dépasse une valeur critique. Les inventeurs ont déterminé que cet inconvénient est exacerbé lorsque la période d'oscillation libre du pendule est courte, et moindre lorsqu'elle est longue, par exemple lorsque la période des oscillations libres est une seconde ou plus : T0≥ 1 s.

[0020] On peut contrôler ces battements indésirables par un ou plusieurs amortisseurs 250 qui limitent la vitesse des oscillations par dissipation d'énergie. On peut utiliser des amortisseurs hydrauliques ou des systèmes à friction, des dispositif magnétiques dans lesquels l'énergie cinétique est dissipée grâce au phénomène des courants de Foucault, ou des matériaux flexibles capables d'amortir les oscillations. Un seul système d'amortissement 250 opportunément dimensionné peut contrôler les oscillations du corps rigide20avec une pluralité des panneaux photovoltaïques30, ce qui est économiquement avantageux.

[0021] Dans une variante préférée, l'amortisseur250est configuré pour exercer sa fonction seulement lorsque l'angle d'oscillationϑdépasse une valeur seuil prédéterminée, correspondante ou inférieure à une vitesse critique du vent à laquelle les battements surgissent ou deviennent intolérables. Grâce à cette action variable de l'amortisseur, les petites oscillations inférieures à la valeur seuil sont peu amorties, ou pas du tout amorties. Le corps rigide20peut alors réagir immédiatement à des rafales de vent en augmentant l'angleϑpour réduire la poussée210et l'amortisseur250intervient pour réduire les battements avant qu'ils deviennent excessifs.

[0022] On peut prévoir aussi, si requis, un dispositif de rappel230tendant à ramener le corps rigide vers la position verticale en collaboration avec la force poids200. Ce rappel peut être obtenu par des ressorts ou d'autres éléments élastiques, par des poids ou par tout autre dispositif.

[0023] Lafigure 3montre une variante de l'invention prévue pour une installation sur un toit plat. Le système de suspension du corps rigide20est équivalent à celui de l'exemple précédent, mais le panneau ne consent pas un passage au-dessous, et les support40présentent des pieds réglables47pour la mise à niveau et l'installation sur le toit d'un bâtiment. Cette variante de l'invention est peu sensible aux conditions d'enneigement et peut se concilier aisément avec la végétation en toiture.

[0024] Dans la mesure du possible, on préfère installer les dispositifs photovoltaïques sur les toitures plates en ancrant les pieds à des plaques de lest posés sur la surface du toit et maintenues en position par leur propre poids, pour ne pas toucher aux couches d'étanchéité. Par rapport aux systèmes rigides verticaux ou inclinés ou surélevés, et à égalité de la vitesse maximale du vent prévue pour le site d'installation, le module de l'invention peut être plus léger et surtout moins lesté, car il est capable de réduire sa prise au vent.

Numéros de référence employés sur les figures

[0025] 20 corps rigide 22 montant 24 traverse 26 diagonale 30 panneau photovoltaïque 35 espace libre 25 axe de basculement 42 palier 38 amortisseur 40 poteau 41 support 120 axe de basculement 200 force poids 210 poussée du vent 230 force de rappel élastique 250 amortisseur θ angle de basculement

Claims (9)

1. Module photovoltaïque comprenant un ensemble (40) d'éléments fixes, un corps rigide (20) connecté à l'ensemble d'éléments fixes de façon à pouvoir penduler autour d'un axe d'oscillation (120) horizontal, un ou plusieurs panneaux photovoltaïques bifaciaux (30) fixés sur le corps rigide (20) en sorte que, en l'absence de forces externes, le corps rigide (20) assume une position d'équilibre, le corps rigide (20) pouvant s'écarter de la position d'équilibre par l'effet du vent pour réduire la prise au vent du module photovoltaïque.

2. Module photovoltaïque selon la revendication précédente, dans lequel le panneau photovoltaïque (30) ou les panneaux photovoltaïques sont verticaux dans la position d'équilibre.

3. Module photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corps rigide (20) est une poutre planaire et le panneau photovoltaïque (30) ou les panneaux photovoltaïques gisent dans le plan de la poutre plate.

4. Module photovoltaïque selon la revendication précédente, la poutre étant une poutre en échelle avec des traverses verticales (24) ou bien une poutre en treillis avec des traverses verticales (24) et des diagonales (26).

5. Module photovoltaïque selon la revendication 3, l'axe d'oscillation (120) étant aligné avec des bords supérieurs d'un groupe de panneaux photovoltaïques, ou bien au-dessus du panneau photovoltaïque ou des panneaux photovoltaïques dans la position d'équilibre, ou bien entre un bord supérieur du panneau photovoltaïque ou des bords supérieurs des panneaux photovoltaïques et un centre de masse du support rigide équipé des panneaux photovoltaïques.

6. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un dispositif de rappel (230) pour ramener le corps rigide (20) vers sa position d'équilibre.

7. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un amortisseur (250) pour atténuer des oscillations du mouvement pendulaire du corps rigide (20).

8. Module photovoltaïque selon la revendication précédente, dans lequel l'amortisseur (250) est configuré pour permettre les oscillations libres du corps rigide (20) lorsque l'angle (ϑ) du support rigide est dans un secteur prédéterminé comprenant la position d'équilibre, et pour atténuer les oscillations du corps rigide (20) lorsque l'angle du support rigide relative à la position d'équilibre dépasse les limites du secteur.

9. Module photovoltaïque selon la revendication précédente, l'amortisseur (250) étant un amortisseur hydraulique, un amortisseur électrodynamique à courants de Foucault ou bien un amortisseur à friction.