FR2939162A1 - Toiture solaire - Google Patents

Abstract

Toiture solaire (1) présentant une face supérieure (10) destinée à être en regard de l'environnement extérieur, et une face opposée intérieure (11), et comportant un ou des dispositifs photovoltaïques (3) pourvu d'une structure avant (30) et d'une structure arrière (31), et au moins un capteur solaire (4) apte à délivrer de l'eau chaude et comprenant une structure avant (40) et une structure arrière (41), les structures avant respectives (30, 40) des dispositifs photovoltaïques (3) et du capteur solaire (4) étant constituées de substrats verriers (20,22), et intégrées dans le plan de la toiture, et les structures arrière respectives (31, 41) étant agencées sous la toiture, en regard de la face intérieure (11), caractérisée en ce que lesdits substrats verriers (20,22) sont associés entre eux, en étant éventuellement séparés par d'autres substrats verriers (21) de transition, de manière à former un revêtement (2) unitaire et uniforme constituant tout ou partie de la toiture.

Description

i TOITURE SOLAIRE

L'invention concerne une toiture solaire comportant des dispositifs aptes à capter l'énergie solaire pour fournir de l'énergie électrique et thermique, tels que des systèmes photovoltaïques générant de l'électricité et respectivement des capteurs solaires utilisés pour une production d'eau chaude.

Depuis quelques années, pour des raisons économiques, un intérêt Io certain quant à l'usage de l'énergie solaire s'est développé pour assurer en partie les besoins de consommation en électricité et /ou eau chaude, des habitations ou locaux commerciaux.

Pour fournir des besoins en électricité, il est connu de disposer sur les 15 toitures des modules photovoltaïques comprenant des cellules photovoltaïques couplées en série les unes aux autres et générant un courant continu lorsqu'elles sont exposées à là lumière.

Un module photovoltaïque est généralement formé d'un panneau 20 photovoltaïque intégrant les cellules photovoltaïques, et d'un cadre métallique entourant et portant le panneau, ce cadre intégrant par ailleurs les câbles pour la distribution électrique. Le panneau photovoltaïque est conçu au moins sur sa face avant en regard de l'environnement extérieur, avec un substrat verrier. A titre d'exemple, le panneau comprend un 25 substrat verrier constituant donc sa face avant, un film plastique ou un substrat verrier constituant sa face arrière ; entre les substrats de face avant et face arrière sont insérés un ou plusieurs intercalaires polymères , et un élément photovoltaïque (empilement de matériaux semi-conducteurs) pris entre deux électrodes métalliques. Les matériaux semi- conducteurs sont par exemple à base de silicium cristallin ou de couches minces.

Pour les besoins spécifiques en eau chaude (utilisation sanitaire et éventuellement chauffage au sol ou mural), il est également connu de doter les toits de capteurs solaires. Ces capteurs se présentent notamment sous forme de modules, comprenant une couverture transparente, tel qu'un substrat verrier, et un absorbeur. L'absorbeur est io un élément dans lequel circule un fluide caloporteur, tel que simplement de l'eau à réchauffer. La couverture transparente laisse passer le rayonnement solaire jusqu'à l'absorbeur pour chauffer le fluide y circulant, et confine avantageusement le rayonnement infrarouge, minimisant ainsi le refroidissement de l'absorbeur. En outre, afin d'éviter les déperditions 15 thermiques de l'absorbeur, une isolation thermique est agencée à l'arrière et sur la périphérie du module.

Toutefois, selon l'ensoleillement ou certaines conditions de températures, telles que les conditions hivernales, ces capteurs solaires sont incapables 20 de fournir une eau suffisamment chaude. Aussi est-il nécessaire de coupler la production d'eau à une installation complémentaire de chauffage de l'eau par le gaz ou l'électricité, ce qui au final engendre des coûts de production pas toujours rentables au regard du coût d'achat et d'installation de ces capteurs. 25 Par ailleurs, on connaît d'autres systèmes utilisant la ressource énergétique solaire tels que des modules thermiques fournissant de l'air chaud. A cet effet, la demande de brevet américain US 2006/0118163 propose non seulement de disposer des modules photovoltaïques sur un 30 toit, mais également des modules thermiques à air chaud. Ces modules ou capteurs thermiques à air chaud comportent des substrats laissant passer l'énergie solaire, et un espace où de l'air est confiné pour être réchauffé grâce à ladite énergie. Des conduits de distribution sont connectés à ces modules pour capter l'air chaud, et assurer l'alimentation en air à réchauffer dans l'espace de confinement.

Cependant, si de tels modules thermiques peuvent être utilisés à la production d'air chaud, ils ne peuvent répondre à des besoins en production d'eau chaude dans la mesure où les échangeurs air/eau io nécessiteraient une surface d'échange considérable et ne permettraient pas d'atteindre les températures requises pour l'eau chaude domestique (sanitaire).

Il peut être envisagé d'agencer en combinaison sur les toits, ces modules 15 photovoltaïques et capteurs solaires thermiques à air chaud et/ou à eau chaude . Toutefois, tels que configurés actuellement, ils conduisent à un investissement conséquent pour une habitation. En pratique les particuliers choisissent plutôt une isolation performante de leur habitation, associée éventuellement à l'une ou l'autre des solutions de fourniture en 20 énergie thermique et électrique décrites plus haut, mais cumulent rarement ces solutions.

De plus, ces modules photovoltaïques et capteurs solaires thermiques, bien que pouvant être intégrés à la toiture et rapportés sans être en saillie 25 de la toiture, n'offrent pas une unité esthétique sur l'ensemble de la surface du toit.

L'invention a donc pour but de proposer une toiture solaire incorporant au moins un dispositif photovoltaïque et au moins un capteur solaire thermique de production d'eau chaude, cette toiture procurant les avantages suivants : - des coûts d'installation réduits, - la fourniture d'un ensemble à rendement performant produisant, grâce au capteur solaire thermique et à la configuration exclusive de la toiture sans nécessiter de systèmes complémentaires de réchauffement indépendants, une eau très chaude directement utile aux besoins sanitaires, - une minimisation des pertes thermiques, io - une garantie esthétique.

Par conséquent, la toiture solaire de l'invention présente une face supérieure destinée à être en regard de l'environnement extérieur et une face opposée intérieure, et comporte un ou des dispositifs photovoltaïques 15 pourvus chacun d'une structure avant et d'une structure arrière, et au moins un capteur solaire thermique apte à délivrer de l'eau chaude, dit capteur à eau chaude, et comprenant une structure avant et une structure arrière, les structures avant respectives des dispositifs photovoltaïques et du capteur à eau chaude étant constituées de substrats verriers et 20 intégrés dans le plan de la toiture, et les structures arrière respectives étant agencées sous la toiture, en regard de la face intérieure. La toiture est caractérisée en ce que lesdits substrats verriers sont associés entre eux, en étant éventuellement séparés par d'autres substrats verriers, dits substrats de transition, de manière à former une couverture verrière 25 unitaire et uniforme constituant tout ou partie de la toiture.

Ainsi, cette toiture combine plusieurs systèmes de récupération d'énergie aptes à produire de l'électricité et de l'eau chaude.

En outre, la configuration des structures avant des dispositifs photovoltaïques et des capteurs solaires, grâce à des substrats verriers similaires dans leur forme et leur apparence, fournissent un revêtement présentant une continuité de surface unitaire sans différence d'aspect, au moins au niveau de la zone rassemblant les dispositifs photovoltaïques et les capteurs solaires thermiques, et de préférence sur toute la superficie de la toiture.

Les toitures ne présenteront plus, comme c'est le cas actuellement, des io disparités de hauteur et d'aspect au niveau de l'intégration de ces systèmes de récupération d'énergie.

Enfin, cette couverture par des substrats verriers est simple à mettre en place, tout comme n'importe quelle couverture usuelle du type à tuiles ou 15 ardoises. Les spécialistes aptes à fixer les capteurs solaires n'ont qu'à s'occuper de monter les structures arrière desdits dispositifs et capteur, tandis que séparément le couvreur réalise la couverture de l'ensemble de la toiture.

20 De préférence, la toiture présente une pente définissant un faîtage, et comprenant une partie supérieure à proximité du faîtage, et une partie inférieure opposée, les dispositifs photovoltaïques étant agencés dans la partie inférieure, tandis que le capteur à eau chaude est disposé dans la partie supérieure. 25 Cette répartition des zones d'emplacement des dispositifs photovoltaïques et du capteur à eau chaude permet d'augmenter le rendement de l'ensemble.

Et pour optimiser ce rendement, la toiture comporte sous sa face intérieure et perpendiculairement à sa surface, deux barrières d'isolation thermiques qui sont agencées, latéralement et de part et d'autre du capteur à eau, par exemple à une distance de 5 cm, et de manière à laisser ouverte la zone s'étendant en direction des dispositifs photovoltaïques.

En effet, l'air se trouvant sous la toiture est avantageusement chaud ; sa chaleur est notamment procurée grâce au rayonnement solaire traversant io la couverture verrière, et au réchauffement des modules photovoltaïques. Les barrières d'isolation permettent donc, par leur configuration et leur agencement spécifique qui ne fait pas obstacle à l'air en provenance de la zone où se situent les modules photovoltaïques, de confiner l'air chaud autour du capteur, réduisant ses pertes thermiques et garantissant ainsi 15 une eau très chaude.

De préférence, les barrières s'étendent au delà du capteur à eau, en particulier jusqu'à une distance comprise entre 10 et 50 cm. Cette zone en façade du capteur à eau assure un gradient de température entre l'air 20 entrant dans cette zone et le bord du capteur évitant sinon un régime de turbulence qui aurait pour conséquence le refroidissement de l'air dans cette zone.

Avantageusement, la toiture comporte des moyens de convection forcée 25 de flux d'air circulant sous la toiture. Ces moyens, comprenant en particulier un ou plusieurs extracteurs d'air, sont aptes à réguler le flux d'air circulant sous la toiture pour garantir, une ventilation des modules photovoltaïques évitant leur trop fort réchauffement, et un apport forcé de flux chaud vers le capteur à eau chaude. Les extracteurs ont un débit 30 réglable sélectivement selon leur zone d'emplacement et/ou selon les conditions climatiques. La régulation est en particulier obtenue à partir de la vitesse de rotation des moteurs des extracteurs, cette vitesse de rotation pouvant être commandée de manière automatisée par un variateur de vitesse.

En particulier, trois extracteurs d'air seront agencés sous la toiture. Ils seront de préférence respectivement disposés, lorsque deux barrières d'isolation thermique seront prévues à proximité du capteur à eau chaude, dans la zone du capteur à eau chaude, dite zone centrale, et dans les io deux zones adjacentes de part et d'autre desdites barrières.

Dans ce cas, il sera avantageux d'établir des débits d'extraction tels que la vitesse v2 de l'air dans la zone centrale du capteur à eau chaude, et la vitesse vl dans chacune des zones adjacentes présentent des valeurs 15 différentes avec un ratio v2/v1 adaptable suivant les conditions climatiques, la saison, où l'heure de la journée.

En début de journée ou par climat froid, une faible vitesse de l'air sous les dispositifs photovoltaïques de l'ordre de 0,1 m/s suffit à les maintenir à 20 basse température, et le système sera configuré de manière à diriger les calories vers la zone du capteur à eau. Seront en particulier envisagées les valeurs suivantes : vl est compris entre 0 et 0,1 m/s, et v2 est compris entre 0,1 et 0,3 m/s.

25 A midi ou en période d'été, il est nécessaire d'établir une vitesse sous les dispositifs photovoltaïques supérieure à 0,3 m/s, et cela grâce à une vitesse vl> 0,3 m/s, la vitesse v2 étant ajustée de manière à gérer la température dans l'absorbeur à eau chaude. Si celle-ci est inférieure à 80°C, on pourra appliquer une vitesse v2 inférieure ou égale à vl. Mais 30 lorsque cette température dépasse 80°C, une vitesse v2 supérieure à vl sera appliquée pour ventiler l'absorbeur à eau chaude et éviter une surchauffe qui pourrait sinon entraîner l'endommagement de l'appareil.

Ces différentes situations seront gérées par un automate de régulation, en disposant des capteurs de température aux endroits appropriés.

Comme exprimé plus haut, les dispositifs photovoltaïques peuvent être séparés du capteur à eau chaude par une zone de transition, la toiture présentant dans cette zone des substrats verriers, dit substrats de Io transition.

Un inconvénient particulièrement gênant pour les dispositifs photovoltaïques existant est l'élévation de température qui dégrade fortement leur rendement. La zone de transition est avantageuse pour 15 permettre un effet de ventilation des dispositifs photovoltaïques qui ainsi ne subissent pas de surchauffe en raison sinon d'une trop proche proximité du capteur à eau chaude.

Cette zone de transition a pour fonction d'assurer que la vitesse de l'air 20 sous les modules photovoltaïques reste uniforme même lorsque les vitesses vl et v2 seront très différentes. Elle a une dimension minimum qui est comprise entre 10 et 50 cm, selon la configuration du toit : pente, épaisseur de la lame d'air sous la toiture, système de montage. Il sera préférable de prendre des valeurs plus élevées et d'élargir la zone de 25 manière à obtenir un meilleur découplage des vitesses entre vl et v2 d'une part, et la vitesse de l'air sous les capteurs photovoltaïques d'autre part. En pratique, la dimension de cette zone pourra correspondre à la partie de la toiture qui n'est pas couverte par les substrats des dispositifs photovoltaïques et des capteurs à eau chaude. 30 Lorsque la toiture présente une convexion forcée de flux d'air, cette zone de transition est avantageusement utilisée pour inclure des systèmes de récupération d'énergie complémentaires que sont des capteurs thermiques à air chaud aptes à générer de l'air chaud. Ces capteurs à air chaud comportent une structure avant constituée par les substrats verriers de transition, et une structure arrière sous la toiture comprenant un élément réfléchissant de l'énergie lumineuse.

Avantageusement, les dispositifs photovoltaïques, le ou les capteurs à io eau chaude et les capteurs à air chaud, sont répartis chacun respectivement sur un tiers de la toiture.

Selon une autre caractéristique, la structure arrière des dispositifs photovoltaïques comporte au moins un substrat de support associé à la 15 structure avant, des cellules photovoltaïques étant agencées entre la structure avant et le ou les substrats de support de la structure arrière.

Selon encore une autre caractéristique, la structure arrière du capteur à eau chaude comporte un absorbeur agencé à une distance h2 de la 20 structure avant dudit capteur, ainsi qu'un isolant thermique disposé sous l'absorbeur, à l'opposé de la toiture, et de manière accolée ou à une distance hi telle que hi est inférieure à h2, hi et h2 étant de préférence telles que la grandeur h1+h2 est comprise entre 10 et 100 mm, en particulier entre 30 et 50 mm. 25 Les substrats verriers des dispositifs photovoltaïques et du capteur à eau chaude, et les substrats verriers de transition sont formés de verre monolithique trempé ou de verre feuilleté. Ils peuvent en variante être en double vitrage hormis pour les dispositifs photovoltaïques. 30 2939162 i0 De préférence, les substrats verriers ne comportent pas de cadre métallique. L'absence de cadre métallique permet de diminuer de manière significative les ponts thermiques.

5 Les substrats verriers des dispositifs photovoltaïques et du capteur à eau chaude, et les substrats verriers de transition sont fixés entre eux par des moyens de fixation, tels que des crochets.

Les substrats verriers des dispositifs photovoltaïques et/ou du capteur à io eau chaude, et éventuellement les substrats verriers de transition, comportent des revêtements fonctionnels de type antireflet, et/ou bas-émissif.

La toiture est disposée sur une charpente à laquelle sont associées la 15 structure arrière du capteur à eau chaude, et éventuellement la structure arrière de capteur thermique à air chaud dont la structure avant est constituée des substrats de transition.

La charpente comporte avantageusement des moyens d'isolation 20 thermique qui comprennent un film apte à réfléchir la chaleur et disposé en regard de la face inférieure de la toiture. Ce film apte à réfléchir la chaleur peut constituer l'isolant thermique de l'absorbeur des capteurs à eau chaude et à air chaud.

25 La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir des illustrations ci-jointes, dans lesquelles : - La figure 1 représente une vue en perspective d'une toiture selon l'invention associée à une charpente; 15 20 Les figures 2a et 2b sont des vues partielles en coupe de la figure 1 selon deux modes de réalisation d'assemblage du revêtement de la toiture ; La figure 3 est une vue schématique de dessus de la toiture de la figure 1; La figure 4 est une vue de côté et en coupe selon l'axe C-C de la figure 3; La figure 5 illustre une vue en coupe et de dessus de la figure 1 ; La figure 6 est une vue partielle en élévation avec une coupe selon l'axe B-B de la figure 3.

La figure 1 illustre une toiture solaire 1 selon l'invention montée sur la charpente 1A d'une habitation non illustrée. La charpente s'entend par tous les moyens de soutènement et d'aide à la fixation de la toiture.

La toiture présente une face supérieure 10 en regard de l'environnement extérieur et destinée à recevoir l'énergie lumineuse, et une face intérieure 11 opposée en regard de la charpente 1A. Elle présente de préférence une pente, comme la plupart des toitures, définissant un faîtage 12.

La toiture comporte une couverture 2 formée par l'association d'une pluralité de substrats verriers 20, 21 et 22 plans, donnant un aspect de surface unitaire et continue.

25 En variante, les substrats verriers 20 à 22 ne forment qu'une partie de la couverture, le reste pouvant être constitué de moyens usuels de revêtement, tels que des tuiles ou des ardoises. Les substrats verriers seront toutefois intégrés de façon à être coplanaires avec les autres moyens de couverture pour établir un revêtement de surface sensiblement 30 plan.

Préférentiellement, les substrats verriers 20 à 22 ne présentent pas de cadre métallique de manière à éviter les ponts thermiques.

Les substrats verriers sont composés de verre monolithique trempé, ou de verre feuilleté comprenant par exemple une feuille de verre, un intercalaire en matière polymère, et une autre feuille de verre ou un film en matière plastique. Il est également possible d'envisager des vitrages isolants, hormis pour les dispositifs photovoltaïques. La composition des substrats verriers sera en particulier choisie selon la destination du substrat, quant à une utilisation pour des dispositifs photovoltaïques (substrats 20), un capteur à eau chaude (substrats 22), et une couverture simple de transition ou des capteurs à air chaud (substrats 21).

En référence à la figure2a, dans une configuration préférée, les substrats verriers sont disposés les uns par rapport aux autres par chevauchement à la manière de tuiles ou d'ardoises. Ils sont assemblés entre eux par des moyens de fixation 23, tels que des crochets illustrés sur la figure 2a. On peut citer à titre d'exemple le mode de fixation des tuiles verrières photovoltaïques commercialisées par la société SOLARWOOD.

Selon l'invention, la toiture a besoin d'une alimentation en air, en particulier pour assurer la ventilation des dispositifs photovoltaïques. Lorsqu'un tel assemblage des substrats n'est pas étanche, l'air s'introduisant entre les tuiles dans la zone de chevauchement sera ainsi directement utilisé.

Sur la variante de la figure 2b, les substrats sont associés par des moyens de fixation non représentés autres que des crochets, et présentent au niveau de leur liaison, des joints d'étanchéité à l'air 24. Afin de fournir une alimentation en air, il sera nécessaire de prévoir une prise d'air, de préférence au niveau de la gouttière se situant à l'extrémité libre opposée du faîtage.

Il est également possible d'envisager une combinaison de modes de fixation distincts, et d'associer les substrats sans ou avec étanchéité. Dans tous les cas, il est nécessaire de prévoir une ou des arrivées d'air depuis l'extérieur, entre les substrats lorsqu'il n'y a pas d'étanchéité, et/ou au niveau d'une ou de prises d'air spécifiques agencées de préférence en partie basse de la toiture.

Les substrats verriers 20 à 22 comportent avantageusement des couches fonctionnelles, telles qu'un revêtement antireflet pour minimiser les pertes en réflexion et/ou maximiser la pénétration du rayonnement solaire. Pour une application relative au capteur à air chaud, le revêtement antireflet est de préférence disposé sur les deux faces opposées des substrats 22.

De même, un revêtement bas-émissif peut être prévu pour éviter les déperditions thermiques en réfléchissant les infrarouges ayant traversé les substrats, et de les confiner sous la toiture. Le revêtement bas-émissif en étant disposé sur la face opposée à celle en regard de l'environnement extérieur peut remplacer un revêtement antireflet.

Enfin, les substrats verriers 20 à 22 peuvent être sérigraphiés sur la face opposée à celle en regard de l'environnement extérieur, avec un cadre noir pour renforcer l'unité esthétique de l'ensemble de la couverture 2, et masquer éventuellement certains éléments disposés sous la face inférieure 11 de la toiture. 15 20 Comme schématisé sur la figure 3 par des zones hachurées, la toiture solaire 1 comporte au moins un dispositif photovoltaïque 3 et au moins un capteur solaire thermique 4 apte à délivrer de l'eau chaude.

De manière avantageuse, lorsque la toiture présente une pente, l'invention prévoit de disposer le ou les capteurs à eau chaude 4 dans la partie supérieure 1B de la toiture, à proximité du faîtage 12, zone où la chaleur est la plus importante, tandis que les dispositifs photovoltaïques 3 sont disposés dans la partie inférieure 1C de manière à minimiser leur surchauffe, abaissant sinon leur rendement.

Les dispositifs photovoltaïques, et le ou les capteurs à eau chaude, peuvent être adjacents, ou bien de préférence comme illustré sur la figure 3, séparés par une zone de transition 1 D.

Le capteur à eau chaude 4 est agencé au plus près du faîtage 12, toutefois à distance des bords de la toiture de manière à éliminer les pertes par conduction thermique si le capteur était au contact du faîtage ; quelques centimètres suffisent

Tel que visible sur la figure 4, un dispositif photovoltaïque 3 comporte une structure avant 30 et une structure arrière 31.

Selon le mode de fabrication du dispositif photovoltaïque, plusieurs 25 configurations peuvent être envisagées.

Ainsi, la structure avant 30 est constituée par un substrat verrier 20 de couverture, tandis que la structure arrière 31 est constituée de cellules photovoltaïques de type connu à base de matériaux semi-conducteurs 30 déposés, lors de la fabrication, sur un substrat de support en verre ou en un autre matériau. Ces cellules peuvent même être encapsulées dans du verre. La structure arrière 31 est alors rapportée sur place contre le substrat verrier 20.

En variante, la structure avant 30 comporte un substrat verrier 20 et les cellules photovoltaïques en couches minces, tandis que la structure arrière 31 transparente, de préférence en verre, est rapportée contre la structure avant, notamment lors de l'installation de la toiture.

Dans une autre variante encore, la structure avant 30 et la structure arrière 31 forment à la fabrication, un ensemble monobloc intégrant les cellules photovoltaïques.

Il est aussi envisageable qu'une pluralité de substrats 20 forme la structure 30, tandis que la structure 31 est formée d'une surface unique s'étendant et associée à la pluralité de substrats 20, les cellules photovoltaïques étant intégrées entre les structures avant et arrière, de préférence solidaires de la structure arrière à la fabrication.

Le capteur à eau chaude 4 comprend (figure 4) une structure avant 40 constituée par un ou plusieurs substrats verriers 22 de couverture, et une structure arrière 41 comportant un absorbeur 42 et un isolant thermique 43. On parlera de plusieurs capteurs à eau chaude si plusieurs absorbeurs sont utilisés.

L'absorbeur 42 comporte un élément dans lequel circule un fluide caloporteur. Cet élément peut être en matière plastique, telle qu'en EPDM (Éthylène Propylène Diène Monomère) ou en PER (Polyéthylène Réticulé haute densité), revêtu d'une couche absorbante, de préférence de couleur noire. En variante, l'élément est en cuivre, soudé à une feuille absorbante du rayonnement solaire, elle-même en cuivre par exemple ou en aluminium, revêtue d'une couche absorbante également de couleur noire.

L'absorbeur 42 est agencé à une distance h2 de la structure avant verrière 40 de manière à créer une lame d'air 44 au-dessus de l'absorbeur.

L'absorbeur est porté par la charpente de manière suspendue ou posée.

L'isolant thermique 43 servant à limiter les déperditions de chaleur peut être agencé contre l'absorbeur, sur la face qui est opposée à celle en regard de la structure avant (non illustré). Néanmoins, l'isolant thermique 43 est de préférence disposé à une distance hl de l'absorbeur 42 telle qu'illustré sur la figure 4, de façon à créer un espace 45 de circulation de flux d'air sous l'absorbeur de manière à doubler la surface d'échange entre l'air chaud et l'absorbeur.

L'absorbeur doit être assez proche de la structure verrière 40 car le chauffage du fluide est avant tout obtenu par l'échauffement de la feuille absorbante du rayonnement solaire. Toutefois la présence de la lame d'air 44 de hauteur h2 permet lors d'un plus faible ensoleillement d'assurer le chauffage de l'absorbeur par échange thermique avec l'air chaud circulant dans cette zone.

La présence de l'espace 45 en dessous de l'absorbeur permet grâce à une circulation d'air chaud de chauffer l'absorbeur, également au niveau de sa face inférieure. De préférence, la hauteur hl est inférieure ou égale à la hauteur h2, et la grandeur h1+h2 est comprise entre 10 et 100 mm, en particulier comprise entre 30 et 50 mm.

Afin d'une part, de confiner au mieux l'air chaud dans les zones 44 et 45 pour maximiser la fonction du capteur à eau chaude, et d'autre part, d'assurer une ventilation efficace autour des dispositifs photovoltaïques pour ne pas les surchauffer, il est préférable de disposer des barrières d'isolation de flux 46 et 47 visibles par transparence sur la figure 3, qui s'étendent perpendiculairement à la toiture depuis sa face intérieure et de chaque côté latéral du capteur, depuis le faîtage en direction des dispositifs photovoltaïques. Cet agencement des barrières garantit une ouverture sur la zone 1C des dispositifs photovoltaïques .

Ces barrières d'isolation thermique sont fixées aux chevrons de la charpente et par exemple constituées de mousse isolante en EPDM. Elles sont de préférence de couleur noire, identique à celle des autres éléments du type l'absorbeur 42 pour l'esthétique de la toiture.

La figure 5 est une vue schématique de dessus des différents éléments, de ou associés à la toiture au niveau de sa structure arrière. Sont illustrées les barrières 46 et 47 agencées à une certaine distance b (transversalement à la pente du toit) du capteur à eau chaude, de préférence supérieure à 5 cm. Elles s'étendent de préférence au-delà du capteur d'une grandeur c (dans le sens de la pente du toit) de l'ordre de 10 à 50 cm pour fournir une zone de gradient de température, entre la zone de transition 1 D et le bas du capteur à eau chaude. Lorsqu'une zone de transition 1 D est prévue, celle-ci s'étend entre l'extrémité des barrières d'isolation et les dispositifs photovoltaïques sur une grandeur d minimum plutôt comprise entre 10 et 50 cm.

Bien entendu, le toit de l'habitation doté de la toiture de l'invention comporte des moyens d'isolation thermique qui sont agencés au niveau de la charpente à distance de la toiture. La figure 4 illustre ces moyens d'isolation thermique 13 qui, de manière connue, permettent d'isoler l'intérieur de l'habitation du froid et de la chaleur depuis l'extérieur, et de diminuer les pertes thermiques à l'intérieur de l'habitation.

Les moyens d'isolation thermique 13 comportent successivement empilés depuis l'opposé de la toiture et en direction de celle-ci, un matelas isolant 13a à base de fibres d'isolation thermique, du type fibres minérales ou végétales ou animales, ou à base de polystyrène, et un film pare-vapeur 13b dont la face assurant l'étanchéité à l'eau est en regard de la toiture. i0 Selon l'invention, est disposé sur le film pare-vapeur, un film 13c réfléchissant le rayonnement infrarouge lointain. Ce film a l'avantage de renvoyer la chaleur dans l'espace séparant les moyens d'isolation thermique 13, de la toiture 1 et participe au réchauffement de l'air dans la 15 zone 45 dont la chaleur est captée par l'absorbeur 42. On utilisera avantageusement le matériau Tyvek Reflex de la société Dupont de Nemours qui associe les éléments 13b et 13c.

On peut également disposer par-dessus ou à la place du film réfléchissant 20 13c, un matériau noir poreux 13d en EPDM ou en feutre, qui donnerait la couleur noire à l'ensemble du toit pour uniformiser la couleur du toit par transparence au travers de la couverture verrière 2. Ce matériau a la capacité d'absorber le rayonnement solaire et permet d'augmenter l'efficacité thermique du capteur à eau chaude en l'absence d'absorbeurs 25 àair61

Il est important de ne pas surchauffer l'espace environnant les dispositifs photovoltaïques 3 pour ne pas abaisser leur rendement. Il est ainsi réalisé selon l'invention une convection forcée de flux d'air pour assurer une 30 ventilation efficace des dispositifs.

A cet effet, des moyens de convection comportant des extracteurs d'air sont avantageusement installés à proximité du faîtage 12 et sous la toiture (figure 6).

En référence à la figure 6, il est prévu en particulier deux extracteurs latéraux 50 et 51 et un extracteur central 52 selon la dimension du toit. L'extracteur central est agencé dans la zone du capteur à eau, tandis que les extracteurs latéraux 50 et 51 sont disposés respectivement de part et d'autre des barrières d'isolation 46 et 47.

Cela permet idéalement d'extraire l'air chaud sous la toiture, et par l'arrivée d'air froid depuis l'extérieur, en particulier au niveau de la zone de jonction non étanche entre les substrats verriers, d'assurer une ventilation autour des dispositifs photovoltaïques. De plus, l'air chaud récupéré peut par ailleurs être recyclé en alimentant des systèmes de pompes à chaleur ou d'échangeurs air-eau pour la production d'eau chaude basse température pour le chauffage domestique, y compris des systèmes de stockage saisonnier préférentiellement agencés dans le sol.

Tel que déjà exprimé plus haut, on peut ne pas disposer trop près les dispositifs photovoltaïques du capteur à eau chaude, en prévoyant une zone de transition 1 D telle qu'illustrée sur les figures 3 et 4.

Au niveau de cette zone de transition peuvent être ajoutés des absorbeurs à air chaud 61 du type connu, visibles sur la figure 4, qui permettent d'absorber le rayonnement solaire et d'échanger efficacement avec l'air environnant. Les substrats verriers 21 de transition dans cette zone 1 D, constituent les structures avant 60 avant de capteurs thermiques à air chaud 6.

Les absorbeurs 61 sont disposés à distance de la face inférieure 11 de la toiture et des moyens d'isolation thermique 13, ou peuvent être supportés directement par les moyens d'isolation 13. Les mêmes distances hl et h2 que celles liées à l'absorbeur 42 du capteur à eau peuvent être établies.

En variante, ces absorbeurs de capteurs à air sont constitués par le matériau noir 13d lorsque celui-ci est prévu.

io L'air chaud produit sous la toiture et rentrant dans la zone 1B est particulièrement significatif, ce qui garantit une eau très chaude pour le capteur à eau, directement utilisable pour les besoins sanitaires, à la différence des capteurs à eau conventionnels.

15 Par ailleurs, si l'eau est trop chaude, la présence des extracteurs d'air chaud, essentiellement l'extracteur central assure par une aspiration régulée de l'air, un refroidissement adapté du capteur. Cette régulation par le débit des extracteurs et selon leur zone d'emplacement permet de modifier les vitesses de l'air en fonction des zones de la toiture. 20 Ainsi, selon l'invention, les structures avant des dispositifs photovoltaïques et des capteurs solaires fournissent selon l'invention une couverture verrière homogène. Le montage de cette structure avant est aisément maîtrisable, puisqu'il s'agit simplement de couvrir le toit par des substrats 25 verriers. Cette mise en oeuvre est réalisée par le couvreur sans intervention nécessaire d'entreprises davantage spécialisées.

En outre, la configuration de la toiture et l'agencement des dispositifs photovoltaïques et du capteur à eau permettent de fournir de l'électricité et de l'eau chaude, voire même très chaude pour alimenter en besoins électriques et thermiques l'habitation.

Enfin, les extracteurs d'air forment des moyens complémentaires efficaces s à la performance énergétique de la toiture. Leur débit sera adapté en fonction de la zone géographique de l'habitation et du climat impliquant un ensoleillement plus ou moins fort. Le débit agira sur la vitesse du flux d'air qui pourra en outre être différent selon les zones d'extraction. La régulation des débits sera avantageusement obtenue grâce à des moyens lo de commande automatisée tels qu'un variateur de vitesse et des capteurs de température disposés dans les zones appropriées.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Toiture solaire (1) présentant une face supérieure (10) destinée à être en regard de l'environnement extérieur, et une face opposée intérieure (11), et comportant un ou des dispositifs photovoltaïques (3) pourvus chacun d'une structure avant (30) et d'une structure arrière (31), et au moins un capteur à eau chaude (4) et comprenant une structure avant (40) et une structure arrière (41), les structures avant respectives (30, 40) des dispositifs photovoltaïques (3) et du capteur io solaire (4) étant constituées de substrats verriers respectifs (20, 22), et intégrées dans le plan de la toiture, et les structures arrière respectives (31, 41) étant agencées sous la toiture, en regard de la face intérieure (11), caractérisée en ce que lesdits substrats verriers (20, 22) sont associés entre eux, en étant éventuellement séparés par 15 d'autres substrats verriers (21) dits de transition, de manière à former une couverture (2) unitaire et uniforme constituant tout ou partie de la toiture.
2. 2. Toiture selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une pente définissant un faîtage (12), et comprenant une partie 20 supérieure (1B) à proximité du faîtage, et une partie inférieure (1C) opposée, les dispositifs photovoltaïques (3) étant agencés dans la partie inférieure, tandis que le capteur à eau chaude (4) est disposé dans la partie supérieure.
3. 3. Toiture selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle 25 comporte sous sa face intérieure et perpendiculairement à sa surface, deux barrières d'isolation thermiques qui sont agencées, latéralement et de part et d'autre du capteur à eau, et de manière à laisser ouverte la zone s'étendant en direction des dispositifs photovoltaïques.
4. 4. Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de convection forcée de flux d'air circulant sous la toiture, notamment des extracteurs dont le débit est réglable sélectivement selon leur zone d'emplacement et/ou selon les conditions climatiques.
5. 5. Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce les dispositifs photovoltaïques (3) sont séparés du capteur à eau chaude (4) au niveau d'une zone de transition (1 D) comportant des capteurs thermiques à air chaud (6) aptes à générer io de l'air chaud et dont la structure avant (60) est constituée par les substrats verriers de transition (21).
6. 6. Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure arrière (31) des dispositifs photovoltaïques comporte au moins un substrat de support associé à 15 la structure avant (30), des cellules photovoltaïques étant agencées entre la structure avant et le ou les substrats de support de la structure arrière.
7. 7. Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure arrière (41) du capteur à eau 20 chaude (4) comporte un absorbeur (42) agencé à une distance h2 de la structure avant (40) dudit capteur ainsi qu'un isolant thermique (43) disposé sous l'absorbeur, à l'opposé de la toiture, et de manière accolée ou à une distance hi, hl et h2 étant telles que la grandeur h1+h2 est comprise entre 10 et 100 mm, en particulier entre 30 et 50 25 mm.
8. 8. Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les dispositifs photovoltaïques (3), le ou les capteurs à eau chaude (4) et des capteurs à air chaud (6) sont répartis chacun respectivement sur un tiers de la toiture.
9. 9. Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les substrats verriers (20, 22) et les substrats verriers de transition (21) sont formés de verre monolithique trempé ou de verre feuilleté, ou de double vitrage hormis pour les dispositifs photovoltaïques, et de préférence ne comportent pas de cadre métallique.
10. 10.Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les substrats verriers (20, 22) et les substrats verriers de transition (21) sont fixés entre eux par des moyens de io fixation (21), tels que des crochets.
11. 11.Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les substrats verriers (20, 22) et éventuellement les substrats verriers de transition (21), comportent des revêtements fonctionnels de type antireflet, et/ou bas-émissifs. 15
12. 12.Toiture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est disposée sur une charpente (1A) à laquelle sont associées la structure arrière (41) du capteur à eau chaude, et éventuellement la structure arrière (61) de capteurs à air chaud (6) dont la structure avant (50) est constituée des substrats de 20 transition (21).
13. 13.Toiture selon la revendication 12, caractérisée en ce que la charpente (1B) comporte des moyens d'isolation thermique (13) qui comprennent un film apte à réfléchir la chaleur (13c) disposé en regard de la face inférieure (11) de la toiture, qui est apte à constituer 25 un isolant thermique pour les absorbeurs des capteurs à eau chaude et à air chaud.