FR2938567A1

FR2938567A1 - Procede et systeme pour l'installation de panneaux isolants et de panneaux solaires souples sur toiture.

Info

Publication number: FR2938567A1
Application number: FR0857900A
Authority: FR
Inventors: Ariane Dubosc; Borgne Philippe Le
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-05-21

Abstract

L'invention concerne la fixation de panneaux photovoltaïques sur une toiture horizontale ou à faible pente de bâtiment. La toiture comporte en particulier une couche d'isolation et le panneau est souple de sorte que l'on peut prévoir des moyens de fixation (15) par adhésion, telle que par exemple des bandes auto-agrippantes, du panneau souple (14) à la surface supérieure d'au moins un élément (12a) de la couche d'isolation.

Description

Procédé et système pour l'installation de panneaux isolants et de panneaux solaires souples sur toiture La présente invention concerne l'installation de panneaux solaires sur la toiture d'édifices.

Plus particulièrement, la présente invention concerne l'installation de panneaux solaires sur une toiture horizontale de bâtiment. On entend par toiture horizontale le fait que la toiture puisse avoir une pente relativement à un plan horizontal comprise entre 0% et 5%. Généralement, les toitures des bâtiments sont réalisées selon le schéma représenté sur la figure 1. Les toitures comportent plusieurs couches, chacune remplissant une fonction technique particulière du bâtiment. Ainsi, on peut voir sur la figure 1 une première couche 10 représentant la dalle en béton de la toiture. Sur cette dalle en béton, on prévoit un revêtement de protection qu'assurent les couches 11 et 12. Parmi ces couches, on retrouve une couche 11 d'étanchéité, chargée de protéger la dalle en béton de l'humidité provoquée par les conditions climatiques, comme par exemple la pluie. Au-dessus ou en-dessous de cette couche d'étanchéité, on trouve aussi une couche d'isolation thermique 12. Cette couche d'isolation thermique est chargée de réguler les flux de chaleur entre le bâtiment et l'extérieur. Dans le cadre de la mise en place d'une toiture dite inversée , classiquement, cet isolant est réalisé en polystyrène extrudé. Le polystyrène extrudé, est sensible aux rayons ultraviolets. Ainsi, lorsque la couche d'isolation est au-dessus de la couche d'étanchéité (toitures inversées), il est nécessaire de prévoir un procédé de tenue mécanique et de protection sous forme d'une couche de lestage 13. Habituellement, cette couche de lestage 13 peut être une couche de graviers. Elle a pour fonctions, lorsqu'elle recouvre la couche d'isolation 12 : un maintien de la couche d'isolation thermique 12 en contact avec la couche directement en dessous (tenue mécanique ù solidarisation), et une protection des couches directement en-dessous, et notamment de la couche d'isolation thermique 12 contre les rayons solaires et en particulier des ultraviolets. Par ailleurs, dans l'optique de diversifier les sources de production d'énergies, il 5 a été promu récemment d'intégrer les panneaux solaires à la structure même de la toiture des bâtiments. Les panneaux solaires permettent de produire de l'énergie électrique à partir de source renouvelable. Cette énergie peut être consommée dans le bâtiment, ou être injectée dans un réseau de distribution d'énergie électrique. 10 Cependant, l'intégration des panneaux solaires doit se faire : soit en amont de la conception des bâtiments, soit en modifiant la structure de la toiture en fixant des moyens de support des panneaux, comme par exemple des rails de fixation. Ainsi, pour les bâtiments de construction préexistante, l'intégration de panneaux 15 solaires implique souvent la modification de la structure déjà existante. Cependant, les toitures des bâtiments sont réalisées de sorte à résister à l'usure du temps. Ainsi, modifier la structure implique un coût de travaux élevé qui n'est pas nécessaire du point de vue de la durée de vie de cette structure. De plus, les couches d'isolation de toiture constituent un coût élevé dans la construction des bâtiments et 20 sont souvent réduites au minimum. Ainsi, la modification de la structure de la toiture d'un bâtiment peut constituer un coût très élevé qui peut dissuader d'installer des panneaux solaires. De façon plus générale, il est recherché actuellement une solution simple, rapide et efficace pour monter des panneaux solaires sur une toiture nouvelle ou préexistante. 25 La présente invention vient améliorer la situation.

A cet effet, elle propose tout d'abord un procédé de fixation d'au moins un panneau photovoltaïque sur une toiture sensiblement horizontale et comportant au moins une couche d'isolation, dans lequel le panneau photovoltaïque est un panneau souple et dans lequel on prévoit des moyens de fixation par adhésion réversible du panneau souple à la surface supérieure d'au moins un élément de la couche d'isolation de la toiture. Ainsi, dans la configuration de l'invention, on prévoit de fait que la couche d'isolation soit au-dessus de la couche d'étanchéité, laquelle peut alors reposer sur la dalle de béton. Un avantage de la présente invention est que le panneau photovoltaïque peut alors protéger la couche d'isolation sans nécessiter la couche de lestage habituelle 13 représentée sur la figure 1. Il apparaît alors que le panneau solaire agencé dans la mise en oeuvre de l'invention revêt plusieurs fonctions techniques liées au bâtiment. En effet, les panneaux solaires permettent notamment de renforcer la protection de la couche d'isolation thermique aux rayons ultraviolets. Ainsi, avec le procédé d'installation de panneaux solaires selon l'invention, il est possible d'installer des panneaux solaires sans modification de la structure de la toiture du bâtiment, tout en remplissant certaines fonctions techniques du bâtiment. Ce procédé permet de disposer des panneaux solaires conçus industriellement en remplissant une fonction technique du bâtiment, en substituant les panneaux à un équipement du bâtiment. On comprendra alors que ce procédé peut être éligible à la prime d'intégration des panneaux solaires au bâti offerte en France. Par ailleurs, du fait du faible poids habituel des panneaux solaires, l'invention permet avantageusement d'équiper des toitures n'acceptant qu'une faible surcharge.

Dans un cas général de mise en oeuvre de la présente invention, il est possible d'installer des panneaux solaires sur une toiture sans modifier la structure de celle-ci. En particulier, il n'est procédé à aucune opération détériorant une éventuelle couche d'isolation thermique de la toiture, ou une éventuelle couche d'étanchéité pouvant se trouver en-dessous de la couche d'isolation thermique. En effet, dans le cas général, il suffit de prévoir des moyens de fixation simples par adhésion entre le panneau, d'une part, et la surface supérieure de la couche d'isolation, d'autre part. Toutefois, on veillera à adapter l'adhérence des moyens de fixation précités en 5 fonction du poids des panneaux solaires, de leur disposition, ainsi que des conditions climatiques. En effet, les panneaux solaires doivent notamment pouvoir résister à l'arrachement par le vent. Une réalisation avantageuse consiste à prévoir des moyens de fixation réversible à base de bandes textiles (ou plastiques) auto-agrippantes (dites velcro ), l'une 10 (par exemple femelle) montée sur la surface supérieure de l'élément de la couche d'isolation et l'autre, homologue (par exemple mâle), montée sur le panneau souple. D'après de premiers essais réalisés, ce type de moyens de fixation offre la résistance suffisante à la prise au vent, même en cas de vents violents. Dans une telle réalisation, il peut être avantageux de prévoir l'intégration d'au 15 moins une bande auto-agrippante lors de la fabrication même des éléments de la couche d'isolation pour que la bande auto-agrippante affleure en surface. Cette réalisation est avantageusement aisée dans le cas où l'élément de la couche d'isolation est en polystyrène extrudé comme indiqué précédemment. Ainsi, dans une telle réalisation seulement, il pourrait être prévu de remplacer les couches d'isolation 20 existantes (ce qui est fréquent néanmoins dans le cadre de leur entretien ou de l'entretien de la couche d'étanchéité sous-jacente) par des couches d'isolation comportant une bande auto-agrippante pré-intégrée. Selon un autre avantage d'une réalisation à base de bandes textiles auto-agrippantes, ce type d'accroche réversible permet d'intervenir à tout moment sur les 25 panneaux, sur la couche d'isolation, voire aussi sur la couche d'étanchéité située en-dessous de l'isolant. Ce procédé autorise des contraintes plus souples par rapport à l'état de l'art pour le calepinage de la couche d'isolation et des panneaux solaires.

Dans une réalisation où l'on prévoirait un adhésif sur la couche d'isolation, soit pour solidariser une bande auto-agrippante, soit pour solidariser directement le panneau photovoltaïque par sa surface inférieure, on prendra soin de ne pas dégrader la couche d'isolation. En particulier, un adhésif à base d'acrylique sera utilisé tandis qu'un adhésif à base de solvant (le plus courant) sera évité. Si l'adhésion d'une bande auto-agrippante est prévue sur la couche d'isolation, l'adhésif sera préférentiellement appliqué sous température contrôlée, par exemple à une température supérieure à 15°C. En effet, les adhésifs les plus communs ne sont pas performants en-dessous de 15°C. Ainsi, l'adhésion de la bande auto-agrippante à un élément de couche d'isolation sera effectuée préférentiellement en usine et non sur site. Par ailleurs, il est possible que l'état de surface de la couche d'isolation soit trop poreux pour une adhérence satisfaisante. Dans ce cas, on prévoira avantageusement d'appliquer initialement une couche préalable d'encollage. Ainsi, dans le procédé au sens de l'invention, le panneau souple peut être déroulé sur la toiture, en particulier sur la surface supérieure de la couche d'isolation, des moyens de fixation de la surface inférieure du panneau (bande auto-agrippante mâle, bande adhésive, ou autre) venant en regard de moyens de fixation homologues de la surface supérieure de la couche d'isolation (bande auto-agrippante femelle, bande adhésive, ou autre).

Une autre caractéristique avantageuse concerne aussi la connexion du panneau souple. On prévoit des moyens de connexion par câbles comportant une gaine à l'une des extrémités du panneau souple, cette gaine comportant sur la surface supérieure de l'une au moins de ses extrémités latérales des moyens de fixation (bande auto-agrippante ou adhésive) au panneau souple, et, sur sa surface inférieure, des moyens de fixation (bande auto-agrippante ou adhésive) à la couche d'isolation. Dans une réalisation avantageuse, on assemble une pluralité de panneaux souples et les deux extrémités latérales de la gaine comportent, sur leur surface supérieure, des moyens de fixation respectivement à un premier panneau et à un deuxième panneau, les panneaux étant ainsi joints mécaniquement entre eux, par un de leur côté au moins, par les moyens de connexion précités. En prévoyant alors des extrémités latérales suffisamment larges de la gaine, il est 5 possible, de façon très avantageuse de rattraper des écarts de positionnement relatif des panneaux de manière à assurer un recouvrement complet de la couche d'isolation par les panneaux et par la gaine, au niveau des moyens de connexion. Par ailleurs, il est avantageux de prévoir un dépassement de bande adhésive ou textile auto-agrippante, au-delà des bords latéraux des panneaux de manière à assurer 10 encore un recouvrement complet de la couche d'isolation par les panneaux et leurs bandes, au niveau d'un raccord entre des bords latéraux de panneaux. La présente invention vise aussi un système pour la mise en oeuvre du procédé ci-avant et comprenant ainsi au moins un panneau photovoltaïque souple, une couche d'isolation de la toiture et des moyens de fixation par adhésion du panneau souple à la 15 couche d'isolation par la surface supérieure de celle-ci. Le système comporte avantageusement aussi les moyens de connexion précités. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels, outre la figure 1 décrite ci-avant : 20 la figure 2 est une vue d'ensemble des panneaux souples installés sur une couche d'isolation thermique d'une toiture ; la figure 3 représente un rouleau de panneaux souples, en sortie d'usine, pré-équipés de moyens de fixation pour être installé sur la couche d'isolation ; la figure 4 représente un détail de la pose des panneaux souples, en particulier pour 25 la jointure de deux panneaux souples par leurs bords latéraux ; la figure 5 est une vue d'ensemble des panneaux photovoltaïques reliés électriquement à des moyens de connexion, de type "passe-câbles" ; la figure 6 représente un mode de réalisation pour joindre les petits côtés de panneaux souples par l'intermédiaire des moyens de connexion précités comportant une gaine rigide logeant des câbles de connexion ; et la figure 7 illustre une vue en coupe d'un élément de couche d'isolation de toiture.

On se réfère tout d'abord à la figure 3 sur laquelle les panneaux photovoltaïques, souples, portant la référence 14, à disposer sur la couche d'isolation d'une toiture, se présentent d'abord sous la forme d'un rouleau, en sortie d'usine, prêt à être déroulés sur une toiture et à être fixés en particulier sur une couche d'isolation telle que la couche d'isolation 12 de la figure 1 décrite précédemment. En particulier, en usine, des panneaux photovoltaïques souples, sous la forme d'un rouleau, viennent au contact avec un rouleau d'une bande large 14a, auto- agrippante, par exemple de type Velcro , laquelle est encollée sur la surface inférieure 14a des panneaux souples. Par exemple, il peut être prévu que la partie femelle d'une bande Velcro (bande de tissu jersey) soit encollée sur la surface inférieure 14a des panneaux souples, tandis qu'une bande Velcro mâle (petits crochets en matière plus rigide) soit montée sur les éléments 12a, 12b, 12c de la couche d'isolation de la toiture, comme on le verra plus loin en référence à la figure 7. Bien entendu, la face du panneau voltaïque souple qui est active pour recevoir la lumière et la convertir en énergie électrique est la surface supérieure 14b de la figure 3. En référence à la figure 2, on prévoit alors des bandes 15a, 15b, 15c, ... , homologues de la bande auto-agrippante 14a collée à la surface inférieure des panneaux souples 14, pour une fixation par adhésion des panneaux souples 14 aux éléments 12a, 12b, 12c, ..., de la couche d'isolation thermique de la toiture. Par ailleurs, une précaution avantageuse est prise et consiste à faire dépasser légèrement la bande auto-agrippante qui est encollée à la surface intérieure 14a des panneaux solaires 14, en particulier sur l'un des bords latéraux, de manière à assurer une jointure des panneaux solaires par leurs bords latéraux qui recouvrent complètement la couche d'isolation, sans risquer d'exposer cette dernière à la lumière et en particulier aux rayons ultraviolets. Ainsi, en référence à la figure 4, on observe que la bande 14a collée sur la surface inférieure d'un panneau souple 14 comporte un prolongement 14c qui permet de rattraper des défauts d'alignement de la pose d'un autre panneau 142. Ainsi, les panneaux 14 et 142 recouvrent complètement, au niveau de la jointure de leurs rebords latéraux, la couche d'isolation thermique, grâce au prolongement 14c de leur bande auto-agrippante.

On a représenté sur la figure 5 une vue d'ensemble des panneaux solaires 14, disposés sur la couche d'isolation 12, et ce, grâce aux bandes auto-agrippantes 15. Il est décrit maintenant comment connecter ces panneaux souples à un réseau de distribution électrique. On prévoit à cet effet des moyens de connexion 16 qui, en référence à la figure 6, comportent une cavité formant une gaine rigide logeant des câbles de connexion 17 et reposant sur une base qui comporte des rebords latéraux 16a et 16b, et une surface inférieure 16c. On prévoit avantageusement des ouvertures 16e en forme de U pour y glisser les fils de connexion aux panneaux solaires. Puis la gaine est fermée par un capot 16d, par exemple par encliquetage.

En particulier, la surface supérieure des rebords latéraux 16a et 16b comporte une bande auto-agrippante mâle pour coopérer avec la bande femelle collée sous les panneaux souples 14 et la surface inférieure 16c de la base des moyens de fixation comporte une bande auto-agrippante femelle pour coopérer avec la bande auto-agrippante mâle 15 qui est disposée sur la couche d'isolation 12.

Avantageusement encore, le fait de prévoir des rebords 16a et 16b larges pour la base de la gaine des moyens de connexion permet encore de rattraper des défauts d'alignement dans la pose des panneaux solaires, par rapport à leurs petits côtés, ici. Ainsi, on comprendra qu'à nouveau, la jonction des panneaux solaires par leurs petits côtés ne permet pas à la lumière (et en particulier aux rayons ultra-violets) d'atteindre la couche d'isolation, et ce, grâce à la forme spécifique de la gaine que comporte les moyens de connexion des panneaux souples.

On se réfère maintenant à la figure 7 pour décrire la structure schématique des bandes auto-agrippantes que comportent les éléments 12a de la couche d'isolation thermique. Pour rappel, ces éléments sont en polystyrène extrudé et pour limiter leur éventuelle porosité de surface, on applique, le cas échéant, préalablement une couche d'encollage ENC. Puis, on dispose un adhésif ADH, préférentiellement à base d'acrylique sur cette couche d'encollage EN, et à une température contrôlée, préférentiellement supérieure à 15°C, et on vient appliquer la bande textile auto-agrippante mâle, référencée TEX sur la figure 7. Concernant les moyens de fixation par bandes auto-agrippantes, selon les premiers essais réalisés en cadre privé, la gamme Dual Lock à base d'adhésif acrylique de la société 3M a donné de bons résultats. En variante, la gamme PS-18 de la société Velcro pourrait aussi être adaptée, comme la gamme Jersey 100 ou 200, avec adhésif acrylique, de la société Applix , ou bien les produits de la gamme Multiplast . Ces produits (industriels et haut de gamme) résistent à une forte humidité et sont particulièrement adaptés au milieu extérieur. Pour la recherche d'une bonne tenue mécanique, les bandes collées sur les éléments de couche d'isolation peuvent avoir des largeurs de 25, 50 ou 100 mm, selon la catégorie des produits envisagés. Les critères de satisfaction de la fixation des panneaux sont que, préférentiellement, les panneaux solaires soient bien fixés à la couche d'isolation, mais aussi que le démontage des panneaux (notamment pour l'entretien de la couche inférieure) n'occasionne pas d'arrachage de l'adhésif collant la bande auto-agrippante à un élément de la couche d'isolation.

Concernant d'ailleurs parmi les éléments s'appliquant sur la couche d'isolation thermique compatibles avec la réalisation décrite ci-avant, le produit Multiplast a permis d'obtenir de bons résultats. Il est positionnable au millimètre près, car plus fin que d'autres produits concurrents. En effet, du fait de leur épaisseur, les éléments standard possèdent une précision de positionnement ne pouvant descendre en dessous de 2 millimètres (ce qui n'est pas souhaitable dans les applications visées où les panneaux solaires sont préférentiellement positionnés avec une précision millimétrique afin d'être jointifs et recouvrir complètement la couche d'isolant pour le protéger des rayons ultraviolets). Ce produit Multiplast offre en outre une bonne résistance aux intempéries (vent, pluie, etc.). Enfin, plusieurs panneaux souples sont disponibles sur le marché. La plupart sont à base de silicium amorphe (à propriétés photovoltaïques). On peut citer à titre d'exemple les produits vendus par les sociétés Unisolar , Nanosolar , Powerfilm ou Solopower , ou autres. Le procédé au sens de l'invention apporte notamment les avantages suivants : isolation (fonction essentielle du bâti et nécessaire à l'éligibilité du couplage panneau solaire/couche d'isolation dans l'intégration au bâti), - production d'électricité, très faible charge pondérale au m2 (environ 5 kg/m2), décorrélation possible dans le temps entre la pose de la couche d'étanchéité, d'une part et le complexe d'isolation associé aux panneaux souples, d'autre part, ce qui permet d'éviter une trop grande perte de charge de travail, contrairement aux systèmes basés sur la pose de panneaux solaires intégrés à la couche d'étanchéité, possibilité d'intervention, après installation, sur les panneaux solaires, ou sur les couches d'isolant et/ou d'étanchéité, protection thermique de la couche étanchéité (située en dessous de la couche d'isolation), - protection mécanique des couches d'isolant et d'étanchéité. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemple ; elle s'étend à d'autres variantes. Ainsi, on comprendra que dans l'exemple représenté sur la figure 3, la bande textile auto-agrippante recouvre complètement la surface inférieure des panneaux solaires. Bien entendu, cette réalisation est susceptible de variantes et il peut n'être prévu que des bandes discrètes recouvrant partiellement la surface inférieure des panneaux solaires. De la même manière, il peut être prévu que les éléments de la couche d'isolation 12 soient revêtus complètement, chacun, par une bande auto-agrippante unique, plutôt que de prévoir quelques bandes recouvrant seulement partiellement leur surface supérieure. De manière plus générale, le type de réalisation à base de bande textile auto-agrippante est donné ci-avant à titre d'exemple, étant entendu que des bandes adhésives pourraient être aussi envisagées, notamment selon les contraintes d'intempéries à prévoir (vent violent, humidité, etc.). On comprendra ainsi que les moyens d'adhésion des panneaux solaires à la couche d'isolation sont décrits précédemment à titre d'exemple et sont susceptibles de variantes selon les applications envisagées. La présente invention s'applique dans les bâtiments anciens et neufs.25

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fixation d'au moins un panneau photovoltaïque sur une toiture horizontale de bâtiment, la toiture comportant au moins une couche d'isolation, caractérisé en ce que le panneau photovoltaïque est un panneau souple et en ce que l'on prévoit des moyens de fixation (15) par adhésion réversible du panneau souple (14) à la surface supérieure d'au moins un élément de la couche d'isolation (12) de la toiture.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prévoit des moyens de fixation à base de bandes auto-agrippantes, l'une (15) montée sur la surface supérieure de l'élément de la couche d'isolation (12) et l'autre, homologue, montée sur une surface inférieure (14a) du panneau souple (14).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la couche d'isolation (12) est réalisée en polystyrène extrudé, caractérisé en ce que l'on prévoit une intégration d'au moins une bande auto-agrippante (TEX) lors de la fabrication de l'élément de la couche d'isolation.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on prévoit un adhésif (ADH) pour solidariser la bande auto-agrippante (TEX) sur l'élément de couche d'isolation, l'adhésif étant appliqué sous température contrôlée.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'adhésif est à base d'acrylique.
6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'on prévoit en outre un encollage (ENC) préalable de la surface de la couche d'isolant destinée à recevoir l'adhésif (ADH).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on prévoit en outre, à l'une des extrémités du panneau souple, des moyens de 25 connexion (16) par câbles comportant une gaine qui présente : sur la surface supérieure de l'une au moins de ses extrémités latérales (16a,16b), des moyens de fixation au panneau souple, par adhésion, et, sur sa surface inférieure (16c), des moyens de fixation à la couche d'isolation, par adhésion.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on assemble une pluralité de panneaux souples bout-à-bout, caractérisé en ce que les deux extrémités latérales (16a,16b) de la gaine comportent, sur leur surface supérieure, des moyens de fixation respectivement à un premier panneau et à un deuxième panneau.
9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'on prévoit 10 un dépassement (14c) de bande textile au-delà d'au moins un des bords latéraux du panneau (14).
10. Système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins un panneau photovoltaïque souple (14) et une couche d'isolation (12) de toiture, et caractérisé en ce qu'il comporte des moyens 15 de fixation (15) par adhésion du panneau souple à la surface supérieure d'un élément au moins de la couche d'isolation.
11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de connexion par câbles (16) comportant une gaine qui présente : sur la surface supérieure (16a) de l'une au moins de ses extrémités latérales, 20 des moyens de fixation à un bord du panneau souple, par adhésion, et, sur sa surface inférieure (16c), des moyens de fixation à la couche d'isolation, par adhésion.