OA22126A

OA22126A - Photovoltaic Green Roofs And Facades.

Info

Publication number: OA22126A
Application number: OA1202500104
Authority: OA
Inventors: Benoît DUMORTIER; Stéphane BOUDRANDI-SAJ
Original assignee: Green Skin
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2023-09-27
Publication date: 2025-12-15

Abstract

L'invention concerne un système de toiture végétalisée caractérisé en ce qu' il comprend : d) un support (10) e) des modules végétalisés (40) comprenant chacun une membrane d'étanchéité et un complexe de culture multicouche comprenant successivement au moins un premier matériau synthétique fibreux et un grillage souple f) une pluralité de panneaux photovoltaïques bifaciaux orientables (21 à 23) disposés audessus desdits modules végétalisés.The invention relates to a green roof system characterized in that it comprises: d) a support (10) e) vegetated modules (40) each comprising a waterproofing membrane and a multilayer growing complex comprising successively at least a first fibrous synthetic material and a flexible mesh f) a plurality of orientable bifacial photovoltaic panels (21 to 23) arranged above said vegetated modules.

Description

TOITURES ET FAÇADES VEGETALISEES PHOTOVOLTAÏQUES DOMAINE DE L’INVENTIONPhotovoltaic Green Roofs and Facades: A Field of Invention

[0001] La présente invention concerne le domaine des toitures et des façades à valeur ajoutée et plus particulièrement des toitures et façades végétalisées équipées de panneaux photovoltaïques orientables.[0001] The present invention relates to the field of value-added roofs and facades and more particularly to green roofs and facades equipped with adjustable photovoltaic panels.

[0002] Un exemple est illustré par le projet PROOF (Photovoltaic and green ROOF) mené par le l’Institut National de l’Énergie Solaire (INES), associant toiture végétalisée extensive (TVE) et panneau photovoltaïque, pour répondre à différents bénéfices :[0002] An example is illustrated by the PROOF (Photovoltaic and green ROOF) project carried out by the National Institute of Solar Energy (INES), combining extensive green roof (TVE) and photovoltaic panel, to meet various benefits:

- L’énergie solaire incidente en période estivale dissipée par une toiture végétalisée sous forme de flux de chaleur latente principalement, crée une diminution de la température d’air localisée et fournit les conditions favorables à l’augmentation du rendement électrique d’un panneau photovoltaïque ;- The solar energy incident during the summer period, dissipated by a green roof mainly in the form of latent heat flux, creates a localized decrease in air temperature and provides favorable conditions for increasing the electrical efficiency of a photovoltaic panel;

- Une toiture végétalisée extensive avec une structure pouvant stocker les eaux pluviales, favorise les flux d’évapotranspiration et peut, dès lors encore améliorer le rendement du panneau ;- An extensive green roof with a structure capable of storing rainwater promotes evapotranspiration flows and can therefore further improve the panel's performance;

- A l’échelle du bâtiment, le bilan énergétique global (production/consommation énergétique à l’usage + énergie grise) est plus avantageux pour un système combiné que pour une toiture terrasse nue ou végétalisée standard ;- At the building level, the overall energy balance (energy production/consumption in use + embodied energy) is more advantageous for a combined system than for a standard bare or green roof terrace;

- Par rapport à une configuration classique de toiture, un système combiné rend des services écosystémiques supplémentaires, évaluables et valorisables à l’échelle du quartier.- Compared to a classic roof configuration, a combined system provides additional ecosystem services that can be assessed and valued at the neighborhood level.

[0003] La combinaison d’une toiture végétalisée et de panneaux solaires améliore les performances énergétiques : Le végétal capture les poussières et particules, qui finissent donc moins sur les panneaux solaires. En prime, par l’évapotranspiration des plantes, l’air est plus frais, ce qui permet de refroidir les panneaux solaires. Ils absorbent ainsi moins de chaleur, pour un meilleur rendement. La combinaison entre le végétal à proximité d’un équipement solaire augmente de ce fait la production d’énergie tout en améliorant l’isolation du bâtiment. [0004] A Sidney par exemple, une différence de près de 20 degrés Celsius entre une surface solaire et une surface hybride végétal îsation/panneaux solaire a été constatée.[0003] The combination of a green roof and solar panels improves energy performance: The vegetation captures dust and particles, which therefore end up less on the solar panels. As an added bonus, through evapotranspiration from the plants, the air is cooler, which helps to cool the solar panels. They thus absorb less heat, resulting in better efficiency. The combination of vegetation near solar equipment therefore increases energy production while improving the building's insulation. [0004] In Sydney, for example, a difference of nearly 20 degrees Celsius was observed between a solar surface and a hybrid vegetation/solar panel surface.

La combinaison d’une toiture végétalisée et de panneaux solaires orientables permet également de protéger la végétation du rayonnement solaire direct par l’ombre portée des panneaux situé entre la toiture végétale et le soleil. Cette protection ombragée permet une limitation des flux d’évapotranspiration et contribue à une économie de la consommation en eau liée à l’irrigation.The combination of a green roof and adjustable solar panels also protects the vegetation from direct sunlight thanks to the shade cast by the panels between the green roof and the sun. This shaded protection limits evapotranspiration and contributes to water savings related to irrigation.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

[0005] Le brevet SE414804 décrit des toits extérieurs pour bâtiments destinés à être envahis par la végétation et comprenant une couche sous-jacente imperméable à l'eau et une couche de matériau au-dessus de laquelle des plantes, en particulier de l'herbe et similaires, peuvent pousser, caractérisés en ce que le sous-jacente, imperméable à l'eau, la couche est constituée de feuilles ondulées agencées avec leurs rainures s'étendant dans la direction inclinée de la surface du toit, et ladite couche cultivable consiste en une pluralité de feuilles séparées d'un matériau dans lequel les plantes peuvent se développer, lesquelles feuilles sont placées les unes à côté des autres et à une certaine distance les unes des autres au moins dans la direction inclinée de la surface du toit sur les feuilles ondulées sous-jacentes et sont maintenues sur celles-ci au moyen des mêmes moyens de maintien.[0005] Patent SE414804 describes exterior roofs for buildings intended to be covered by vegetation and comprising an underlying waterproof layer and a layer of material above which plants, in particular grass and the like, can grow, characterized in that the underlying, waterproof layer consists of corrugated sheets arranged with their grooves extending in the inclined direction of the roof surface, and said cultivable layer consists of a plurality of separate sheets of a material in which plants can grow, which sheets are placed next to each other and at least a certain distance apart from each other in the inclined direction of the roof surface on the underlying corrugated sheets and are held thereon by means of the same holding means.

[0006] Le brevet KRIOl572859B1 décrit un support d'installation photovoltaïque, et plus particulièrement, pour installer une installation photovoltaïque capable de produire une énergie solaire représentative parmi les énergies renouvelables en tout lieu et de minimiser l'installation de la structure qui y est utilisée.[0006] Patent KRIOl572859B1 describes a photovoltaic installation support, and more particularly, for installing a photovoltaic installation capable of producing solar energy representative among renewable energies in any location and minimizing the installation of the structure used there.

[0007] Le brevet KRI01572859 décrit un système de verdissement hybride pour le toit hors toit qui est installé sur le dessus du toit hors toit pour améliorer l'efficacité énergétique du bâtiment sur lequel le toit hors toit est installé et pour réduire le débit d'eau de pluie par temps de pluie. Une unité de végétation ayant une paroi de séparation et ayant une surface supérieure formée dans celle-ci et installée dans la plaque de toit.[0007] Patent KRI01572859 describes a hybrid green roof system installed on top of the roof to improve the energy efficiency of the building on which the roof is installed and to reduce rainwater runoff during rainfall. The system comprises a vegetation unit having a separating wall and a top surface formed within it, installed in the roof panel.

[0008] Le brevet KR20130142977 décrit un système de module de cellule solaire permettant à une cellule solaire d'être installée de manière stable dans un toit.[0008] Patent KR20130142977 describes a solar cell module system enabling a solar cell to be stably installed in a roof.

[0009] Le modelé d’utilité CN204392I50 décrit un module photovoltaïque avec une toiture sans support de rail de guidage photovoltaïque, il est caractérisé en ce que, comprenant : un connecteur de module photovoltaïque, est connecté au module photovoltaïque ; l'élément de serrage, est connecté à la toiture, avec une rotation entre le connecteur de module photovoltaïque et l’élément de serrage.[0009] The utility model CN204392I50 describes a photovoltaic module with a roof without photovoltaic guide rail support, it is characterized in that, comprising: a photovoltaic module connector, is connected to the photovoltaic module; the clamping element, is connected to the roof, with a rotation between the photovoltaic module connector and the clamping element.

INCONVENIENTS DE L’ART ANTERIEURDISADVANTAGES OF PRIOR ART

[0010] Les solutions de l’art antérieur présentent plusieurs inconvénients. En premier lieu, elles ajoutent une charge importante sur le toit et la structure du bâtiment, ce qui rend la solution inapplicable pour beaucoup de constructions dont la résistance n’est pas suffisante.[0010] Prior art solutions have several drawbacks. First, they add a significant load to the roof and the building structure, making the solution inapplicable for many buildings whose resistance is insufficient.

[0011] Les solutions de l’art antérieur se dégrade par ailleurs rapidement car les panneaux solaires créent un ombrage peut favorable à la croissance végétale.[0011] The prior art solutions also degrade rapidly because solar panels create shading that is not favorable to plant growth.

[0012] Enfin, la prise au vent de ces solutions de l’art antérieur est importante, et dans des zones connaissances des conditions atmosphériques sévères (vents forts, tempêtes, cyclones), ces solutions ne sont pas appropriées.[0012] Finally, the wind resistance of these prior art solutions is significant, and in areas with known severe atmospheric conditions (strong winds, storms, cyclones), these solutions are not appropriate.

[0013] Les solutions de l’art antérieur limitent le temps d'exposition optimal au rayonnement solaire car les panneaux photovoltaïques sont disposés de manière fixe et immobile.[0013] Prior art solutions limit the optimal exposure time to solar radiation because the photovoltaic panels are arranged in a fixed and immobile manner.

SOLUTION APPORTEE PAR L’INVENTIONSOLUTION PROVIDED BY THE INVENTION

Afin de remédier aux inconvénients de l’art antérieur, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un système de toiture végétalisée caractérisé en ce qu’il comprend : a) un support formé par un assemblage de tôles pliéesIn order to overcome the drawbacks of the prior art, the present invention, in its most general sense, relates to a green roof system characterized in that it comprises: a) a support formed by an assembly of folded metal sheets

b) des modules végétalisés comprenant chacun une membrane d’étanchéité et un complexe de culture multicouche comprenant successivement au moins un premier matériau synthétique fibreux et un grillage soupleb) vegetated modules each comprising a waterproofing membrane and a multi-layered growing system comprising successively at least a first fibrous synthetic material and a flexible mesh

c) une pluralité de panneaux photovoltaïques orientables.c) a plurality of adjustable photovoltaic panels.

DESCRIPTION DETAILLEE D’UN EXEMPLE NON LIMITATIF DE REALISATION [0014] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où : [FIG. 1] la figure 1 représente une vue en perspective de trois-quarts dessus d’un système selon l’inventionDETAILED DESCRIPTION OF A NON-LIMITING EXAMPLE OF AN EMBODIMENT [0014] The present invention will be better understood upon reading the following description, concerning a non-limiting example of an embodiment illustrated by the accompanying drawings where: [FIG. 1] Figure 1 represents a three-quarter top perspective view of a system according to the invention

[FIG. 2] la figure 2 représente une vue en coupe d’un système selon l’invention.[FIG. 2] Figure 2 represents a cross-sectional view of a system according to the invention.

PRINCIPE GENERAL DE L’INVENTIONGENERAL PRINCIPLE OF THE INVENTION

[0015] L’invention est basée sur un système modulaire d’aménagement d’une toiture, notamment d’une toiture plane sans limite d'inclinaison ou d’un toit terrasse consistant à déposer un support formé par des plaques de tôles métalliques pliées (10) ou tout autre matériaux (béton, zinc, ardoise, bois, etc), par exemple des tôles de couverture ou de bardage présentant des nervures parallèles. De telles tôles sont, de manière courante, utilisées en revêtement d'un bâtiment, que ce soit en toiture ou en façade. Il existe, de manière connue, des tôles équipées de nervures identiques et mitoyennes. Une telle unicité permet d'empiler plusieurs tôles, ce qui facilite le stockage et le transport. En revanche, cela implique que Ton transporte et/ou on stocke des tôles d'un type donné, donc pour réaliser un revêtement de bâtiment uniforme, au moins en ce qui concerne la configuration des nervures des tôles.[0015] The invention is based on a modular roofing system, particularly for flat roofs with no limit on slope or for roof terraces, consisting of a support formed by folded metal sheets (10) or any other material (concrete, zinc, slate, wood, etc.), for example, roofing or cladding sheets with parallel ribs. Such sheets are commonly used for building cladding, whether for roofs or facades. Sheets with identical and adjacent ribs are known to exist. This uniformity allows several sheets to be stacked, which facilitates storage and transport. However, this implies that sheets of a given type are transported and/or stored, thus ensuring a uniform building cladding, at least with regard to the rib configuration of the sheets.

[0016] Le terme « nervurée » doit être compris ici comme désignant un relief, positif ou négatif, donc en creux ou en bosse ménagé sur la tôle. Ce relief est à une altitude différente de celle du[0016] The term "ribbed" should be understood here as designating a relief, positive or negative, therefore a hollow or a bump, formed on the sheet metal. This relief is at a different altitude from that of the

plan moyen de la tôle. La forme, le nombre et/ou la répartition des nervures sur la tôle sont variables. Les nervures sont parallèles entre elles. Les nervures sont identiques sur une même tôle ou forment un motif se répétant sur chaque tôle.Average plane of the sheet metal. The shape, number and/or distribution of the ribs on the sheet metal are variable. The ribs are parallel to each other. The ribs are identical on the same sheet or form a repeating pattern on each sheet.

[0017] Le système comporte aussi des panneaux photovoltaïques (21, 22, 23) positionnés au moins partiellement au-dessus des zones végétalisées de façon à bénéficier à la fois du rafraîchissement par les végétaux, améliorant les performances de photoconversion, mais également à faire de l’ombre aux végétaux pour les protéger du rayonnement solaire direct.[0017] The system also includes photovoltaic panels (21, 22, 23) positioned at least partially above the vegetated areas so as to benefit both from the cooling provided by the plants, improving the photoconversion performance, and also to shade the plants to protect them from direct solar radiation.

[0018] Ces panneaux photovoltaïques (21, 22, 23) sont avantageusement articulés par rapport à des axes transversaux (31 à 33) formant des charnières par rapport au support (10), pour permettre d’ajuster l’orientation des panneaux photovoltaïques (21 à 23).[0018] These photovoltaic panels (21, 22, 23) are advantageously articulated with respect to transverse axes (31 to 33) forming hinges with respect to the support (10), to allow adjustment of the orientation of the photovoltaic panels (21 to 23).

[0019] La liaison entre les axes (31 à 33) et le support ( 10) est assuré par des cornières venant se fixer sur des nervures du support par exemple.[0019] The connection between the axes (31 to 33) and the support (10) is ensured by angle brackets which are fixed on ribs of the support for example.

[0020] Les panneaux photovoltaïques (21 à 23) peuvent être rabattus à plat, parallèlement plan (10) du support, ou érigé pour être dirigés en direction du soleil, les panneaux étant déplacés angulairement pour conserver un parallélisme entre eux. L’actionnement des panneaux (21 à 23) est commandé par un système d’entraînement constitué soit de charnières ou roulements motorisés sur lesquelles reposent les panneaux photovoltaïques soit des courroies ou des chaînes (20) entraînées par des moteurs (24 à 27) et fixés sur le bord supérieur des panneaux photovoltaïques (21 à 23) soit par un mécanisme similaire à celui d’une pergola bioclimatique où les panneaux photovoltaïques remplaceraient les lames de la pergola de manière à ce que leur positionnement en fonction de la position du soleil permette de refléter partiellement le soleil sur la face arrière du panneau PV bifacial adjacent et ainsi de suite sur chaque panneaux. [0021] Lorsque les panneaux sont rabattus, ils réduisent la prise au vent et protègent les végétaux, notamment pendant des tempêtes tropicales.[0020] The photovoltaic panels (21 to 23) can be folded flat, parallel to the plane (10) of the support, or erected to be directed towards the sun, the panels being moved angularly to maintain parallelism between them. The actuation of the panels (21 to 23) is controlled by a drive system consisting either of motorized hinges or bearings on which the photovoltaic panels rest, or of belts or chains (20) driven by motors (24 to 27) and fixed to the upper edge of the photovoltaic panels (21 to 23), or by a mechanism similar to that of a bioclimatic pergola where the photovoltaic panels would replace the pergola's louvers so that their positioning according to the sun's position allows partial reflection of the sun onto the back face of the adjacent bifacial PV panel, and so on onto each panel. [0021] When the panels are folded down, they reduce wind resistance and protect the plants, especially during tropical storms.

[0022] Le système comporte enfin des modules végétalisés, par exemple du type décrit dans le brevet EP3755140. Ce module comprend un fond (41) venant se poser sur le support (10). Ce fond (41) rigide et étanche est complété par un complexe de culture multicouche comprenant successivement au moins un premier matériau synthétique fibreux (42) et un grillage souple (43) et optionnellement un deuxième matériau synthétique fibreux (3 ).[0022] The system also includes vegetated modules, for example of the type described in patent EP3755140. This module includes a base (41) that rests on the support (10). This rigid and waterproof base (41) is completed by a multilayer growing complex comprising successively at least a first fibrous synthetic material (42) and a flexible mesh (43) and optionally a second fibrous synthetic material (3).

[0023] Ces modules végétalisés (40) sont intercalés entre les charnières (31 à 33) des panneaux photovoltaïques (21 à 23).[0023] These vegetated modules (40) are interspersed between the hinges (31 to 33) of the photovoltaic panels (21 to 23).

[0024] En période de production d’électricité, les moteurs (24 à 27) commandent le basculement des panneaux photovoltaïques (21 à 23) en position active, orientées en direction du soleil, avec une orientation qui peut évoluer pour suivre la course du soleil.[0024] During electricity production, the motors (24 to 27) control the tilting of the photovoltaic panels (21 to 23) into the active position, oriented towards the sun, with an orientation that can change to follow the sun's path.

[0025] En dehors de ces périodes, les panneaux photovoltaïques (21 à 23) peuvent soit être rabattus à l’horizontal pour réduire la prise au vent et protéger les modules végétalisés (40), ou au contraire placés dans une position laissant le soleil éclairer les modules végétalisés (40).[0025] Outside of these periods, the photovoltaic panels (21 to 23) can either be folded horizontally to reduce wind resistance and protect the vegetated modules (40), or on the contrary placed in a position allowing the sun to illuminate the vegetated modules (40).

[0026] Les modules végétalisés (40) peuvent comporter en outre un système d’irrigation commandée par une pompe alimentée par une batterie rechargée par les panneaux photovoltaïques (21 à 23).[0026] The vegetated modules (40) may also include an irrigation system controlled by a pump powered by a battery recharged by the photovoltaic panels (21 to 23).

[0027] La description qui précède concerne des panneaux photovoltaïques (21 à 23) qui peuvent être fixes, inclinés selon un angle adapté pour exposer la plus grande surface perpendiculairement à la direction du soleil, ce qui permet de les faire bénéficier d’un rafraîchissement par les plantes et former un écran incliné limitant la prise au vent. Ils peuvent être préférentiellement rabattables par un pivotement autour d’un axe prévu dans la partie inférieur des panneaux photovoltaïques (21 à 23) de telle sorte qu’en cas d’intempéries ou de tornades, ils peuvent être placés à l’horizontale pour réduire la prise au vent et former une protection des végétaux. Les panneaux photovoltaïques (21 à 23) peuvent aussi être articulés par rapport à un axe médian ou supérieure pour assurer un maintien en position inclinée.[0027] The preceding description relates to photovoltaic panels (21 to 23) which can be fixed, inclined at an angle suitable for exposing the largest possible surface area perpendicular to the direction of the sun, thus allowing them to benefit from cooling by plants and forming an inclined screen that limits wind resistance. Preferably, they can be folded down by pivoting around an axis provided in the lower part of the photovoltaic panels (21 to 23) so that, in the event of inclement weather or tornadoes, they can be positioned horizontally to reduce wind resistance and provide protection for the plants. The photovoltaic panels (21 to 23) can also be hinged about a median or upper axis to ensure they remain in an inclined position.

VARIANTE : PANNEAUX BIFACIAUXVARIANT: BIFAL PANELS

[0028] Selon une variante de réalisation, les panneaux sont de type bifacial, c’est-à-dire présentent des cellules photovoltaïques recto et verso, afin d’exploiter les rayonnements indirects (réflexion du rayonnement solaire sur un panneau voisin, albedo,...).[0028] According to one embodiment, the panels are bifacial, i.e. have photovoltaic cells on both sides, in order to exploit indirect radiation (reflection of solar radiation on a neighboring panel, albedo,...).

Claims

I - Green roof system characterized in that it comprises:

a) a support (10)

(b) vegetated modules (40) each comprising a waterproofing membrane and a multi-layered growing system comprising successively at least a first fibrous synthetic material and a flexible mesh

c) a plurality of orientable bifacial photovoltaic panels (21 to 23) arranged above said vegetated modules.

2 - Green roof system according to claim 1 characterized in that each of said adjustable photovoltaic panels is articulated to tilt between a position parallel to said support, and a position oriented in the direction of the sun.

3 - Green roof system according to claim 1 characterized in that each of said photovoltaic panels is articulated about an axis to tilt about its lower edge.

4 - Green roof system according to claim 1 characterized in that each of said adjustable photovoltaic panels is driven in rotation between a position parallel to said support, and a position oriented in the direction of the sun by belts or chains (20) driven by motors (24 to 27) and fixed on the upper edge of the photovoltaic panels (21 to 23).

5 - Green roof system according to claim 1 characterized in that each of said adjustable photovoltaic panels is driven in rotation between a position parallel to said support, and a position oriented in the direction of the sun controlled by a drive system consisting of motorized hinges or bearings on which the photovoltaic panels rest.

6 - Green roof system according to claim 1 characterized in that it further comprises profiles arranged transversely on said support, said profiles comprising a hinge for the articulation of one of said photovoltaic panels, said profiles separating two consecutive green modules.

7 - Green roof system according to claim 1 characterized in that said photovoltaic panels are of the bifacial type.