FR3135515A1 - Panneau solaire photovoltaïque et thermique. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un panneau solaire hybride (P) comportant au moins un profilé (30) monobloc issu d’extrusion, ledit profilé (30) comprenant une paroi formant les susdites faces inférieure et supérieure de l’échangeur thermique, et en ce que ledit profilé (30) comporte : - une pluralité d’ailettes (32) longitudinales s’étendant sensiblement perpendiculairement à partir de la face inférieure de l’échangeur thermique ou de la susdite paroi, et - au moins une portion du conduit de circulation (31) reliée directement à la face inférieure de l’échangeur thermique ou de la susdite paroi, la portion du conduit de circulation (31) s’étendant sensiblement parallèlement aux ailettes (32) longitudinales. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 5

Description

Panneau solaire photovoltaïque et thermique. Domaine technique.

La présente invention a pour objet un panneau solaire photovoltaïque et thermique (hybride). L’invention se rapporte également au montage de l’échangeur thermique d’un tel panneau hybride, cet échangeur étant particulièrement facile à monter et à démonter, notamment pour le remplacement de pièces défectueuses.

L’invention concerne le domaine technique des échangeurs thermiques pour le contrôle thermique de panneaux solaires hybrides. Un panneau solaire hybride fonctionne à la fois avec des capteurs photovoltaïques (pour produire de l’électricité) et avec des capteurs thermiques (pour produire de la chaleur). Sur la face supérieure des panneaux, côté soleil, des cellules photovoltaïques produisent de l’électricité à partir des rayons solaires. Sur la face inférieure, des capteurs solaires thermiques captent la chaleur émise par le soleil.

Etat de la technique.

Les panneaux solaires photovoltaïques permettent de produire une énergie électrique à partir du rayonnement solaire. Ils comprennent une pluralité d'éléments photovoltaïques (cellules ou couches minces) qui fonctionnent selon le principe de l'effet photoélectrique.

Généralement, plusieurs éléments photovoltaïques sont reliés entre eux sur un panneau solaire photovoltaïque, et plusieurs panneaux sont reliés pour créer une installation solaire. Cette installation produit de l'électricité qui peut être consommée sur place ou alimenter un réseau de distribution.

Les panneaux solaires photovoltaïques ne convertissent qu'une relativement faible part du rayonnement solaire en électricité, le reste étant de la chaleur non utilisée. Cette chaleur est défavorable à la performance électrique des panneaux solaires puisqu'on peut constater une diminution de l’efficacité des éléments photovoltaïques avec la température d'environ -0.45%/°C. C'est pourquoi il est doublement intéressant de refroidir les panneaux solaires photovoltaïques. En effet, non seulement l'efficacité des éléments photovoltaïques croît, mais les calories du refroidissement peuvent être utilisées dans des systèmes de chauffage plus ou moins complexes. On parle alors de panneaux solaires hybrides capables de produire simultanément une énergie électrique et une énergie thermique.

Généralement, un échangeur thermique est disposé en vis-à-vis de la face arrière du module photovoltaïque de façon à refroidir ce dernier.

Le document brevet WO 2012/069750 (SOLAIRE 2G) propose un panneau solaire hybride composé d'un échangeur thermique comprenant une zone d'échange thermique en contact avec les éléments photovoltaïques. Cette zone d'échange présente des éléments permettant de perturber l'écoulement d'un fluide de refroidissement. De fait, cette configuration nécessite une fabrication assez complexe de l'échangeur, mais surtout un coût important. De plus, l'échangeur est préférentiellement fabriqué en métal (inox) augmentant encore le coût ainsi que le poids du panneau.

On connaît également le document EP 2284910 dans lequel le dispositif proposé se compose du module photovoltaïque et d'un échangeur thermique placé en vis-à-vis de la face arrière dudit module. Au moins la face supérieure de l'échangeur est fabriquée en matière plastique diminuant ainsi les coûts ainsi que le poids du panneau. L'échangeur proposé comporte une zone d'échange thermique disposée sous le module photovoltaïque et dans laquelle s'écoule un fluide de refroidissement. Ce fluide se déplace dans des canaux internes s'étendant depuis une zone d'arrivée du fluide jusqu'à une zone d'évacuation.

On connaît enfin les documents WO 2008/003109 ainsi que les documents EP3408869 et WO 2017162993 au nom de la demanderesse. Ces derniers panneaux hybrides présentent des intérêts techniques, mais leurs capacités à refroidir le module photovoltaïque peuvent être améliorées, tout comme éventuellement leurs facilités de montage et démontage.

La présente invention entend s’appliquer ou s’utiliser avec une pompe à chaleur de sorte que le fluide caloporteur, circulant dans l’échangeur thermique du panneau solaire hybride, est plus froid que l’air. Ainsi, dans de tels systèmes, on récupère une partie de la chaleur de l’air qui constitue une source d’énergie thermique.

Dans ce cadre, on connaît le document WO 2018033409 qui divulgue une solution particulièrement couteuse. On connaît également le document EP 3270084, mais le montage d’un tel système est très complexe car il faut d'abord installer les extrudés, les raccorder un à un, puis poser le module photovoltaïque.

L’invention entend remédier aux inconvénients des panneaux hybrides de l’art antérieur.

En particulier, un objectif de l'invention est de simplifier la conception des échangeurs pour panneaux solaires hybrides de façon à diminuer les coûts de fabrication et de montage.

Un autre objectif de l'invention est de proposer un échangeur thermique dont la configuration permet d'obtenir un rendement énergétique optimisé pour un fonctionnement comme source froide de pompe à chaleur eau glycolée/eau.

Un objectif supplémentaire de l'invention est d'améliorer les échanges thermiques en premier lieu entre l'échangeur thermique et l’air ambiant, mais également entre l'échangeur thermique et le module photovoltaïque. Autrement dit, dans le dispositif selon l’invention, l’objectif principal est la déperdition dans l’échange air-fluide caloporteur et un objectif secondaire vise à refroidir le module photovoltaïque dans l’échange fluide caloporteur-module photovoltaïque.

Un autre objectif de l'invention est d’être installable en toiture, de sorte qu’il est nécessaire d'alléger le panneau solaire hybride et d’avoir des encombrements compatibles avec des systèmes d’installation en toiture (dit aussi systèmes de montage) classiques dans le secteur photovoltaïque.

Encore un autre objectif de l'invention réside dans le fait que le panneau solaire hybride doit être utilisable comme source froide d’une pompe à chaleur eau glycolée/eau, en particulier, il est nécessaire de maintenir une pression stable, de diminuer les pertes de charge dans les canaux et d'améliorer l'homogénéité de la circulation du fluide.

Présentation de l’invention.

Il a ainsi été constaté par la demanderesse, après diverses expériences et manipulations, qu’il était particulièrement avantageux de réaliser un échangeur thermique incorporant une zone d’échange thermique contiguë au module photovoltaïque directement relié d’une part à un moyen dissipateur de chaleur et d’autre part aux conduits ou portion de conduit dans lesquels circulent un fluide caloporteur, la zone d’échange thermique de l’échangeur étant constituée d’un unique ensemble se présentant sous la forme d’une structure monobloc.

Ainsi, la solution proposée par l’invention concerne un panneau solaire hybride comportant :
- un module photovoltaïque comportant une face avant et une face arrière,
- un échangeur thermique, notamment pour la dissipation de l’énergie thermique provenant du module photovoltaïque, comportant une face inférieure et une face supérieure, ladite face supérieure étant disposée en vis-à-vis de la face arrière du module photovoltaïque, l’échangeur thermique comportant au moins un conduit de circulation pour le transport d’un fluide caloporteur ainsi que deux collecteurs, l’un d’entrée et l’autre de sortie, respectivement pour l’introduction et l’évacuation du fluide caloporteur circulant dans le conduit de circulation,
- un cadre rigide encadrant le module photovoltaïque et l'échangeur thermique,
- au moins un élément élastique adapté pour exercer une force de compression contre la face inférieure de l'échangeur de sorte que ledit échangeur soit plaqué contre la face arrière du module photovoltaïque,
l'élément élastique prend appui contre au moins un élément d'appui, ledit élément d'appui étant en liaison avec le cadre de sorte qu'au moins une partie de la force de compression exercée par l'élément élastique sur l'élément d'appui soit reprise par ledit cadre,
l'élément d'appui est disposé sous l'échangeur et s'étend dans la largeur et/ou la longueur dudit échangeur.

Le procédé est remarquable en ce que l’échangeur thermique comprend au moins un profilé monobloc issu d’extrusion, ledit profilé comprenant une paroi formant les susdites faces inférieure et supérieure de l’échangeur thermique, et en ce que ledit profilé comporte :
- une pluralité d’ailettes longitudinales s’étendant sensiblement perpendiculairement à partir de la face inférieure de l’échangeur thermique ou de la susdite paroi, et
- au moins une portion du conduit de circulation reliée directement à la face inférieure de l’échangeur thermique ou de la susdite paroi, la portion du conduit de circulation s’étendant sensiblement parallèlement aux ailettes longitudinales.

Grâce à la structure monobloc du profilé, on dispose d’une zone d’échange thermique reliant directement – d’où une dissipation thermique par conduction particulièrement efficace/améliorée – tant les ailettes agissant comme dissipateur thermique que les conduits, ou portions de conduits, pour le transport d’un fluide caloporteur.

D’un point de vue de l’assemblage du panneau solaire hybride selon l’invention, cette structure monobloc du profilé permet aux opérateurs un montage et démontage facile et rapide de l’échangeur thermique. En effet, la zone d’échange thermique de l’échangeur est constituée uniquement de ce profilé monobloc. Bien entendu, la zone d’échange thermique de l’échangeur est classiquement constituée d’une pluralité de profilés monoblocs et l’opérateur n’a qu’à changer un ou plusieurs desdits profilés pour opérer sa maintenance.

En outre, cette structure monobloc de la zone d’échange thermique lui confère une résistance mécanique particulièrement intéressante.

Avantageusement, le moyen dissipateur d’énergie thermique (les ailettes) est distinct de la conduite, ou portion de conduite, transportant le fluide caloporteur. Autrement dit, la conduite, ou portion de conduite, n’est pas positionnée à distance de la paroi du profilé (la conduite y est ici reliée directement), en particulier en envisageant cette conduite ou portion de conduite sur ou dans le prolongement des ailettes.

Un aspect particulièrement intéressant de l’invention réside dans l’aspect modulaire de l’échangeur thermique doté de ce profilé monobloc, constituant à lui seul la zone d’échange thermique, comportant à la fois le moyen dissipateur d’énergie et le conduit transportant le fluide caloporteur. Par souci de simplification, l’échangeur thermique est classiquement composé d’une pluralité de profilés monobloc accolés les uns aux autres pour couvrir la zone d’échange thermique d’un module photovoltaïque. Or, s’il est nécessaire de remplacer tout ou partie de l’échangeur thermique, en particulier au niveau de sa zone d’échange thermique, il suffit d’enlever l’élément d’appui et de remplacer le ou les profilés considérés. Cette opération, de par le caractère monobloc du profilé ou modulaire de l’échangeur thermique (le module « zone d’échange thermique » étant réduit ou limité à une pièce unique), est particulièrement aisée et rapidement exécutée.

On entend par l’expression « sensiblement perpendiculaire » en lien avec les ailettes le fait que ces dernières s’étendent à 90° ± 15° (soit en formant un angle compris entre 75° et 105°) par rapport à la paroi (= zone d’échange thermique) du profilé (également désignée en tant que face inférieure de l’échangeur thermique), de préférence à 90° ± 5° (soit en formant un angle compris entre 85° et 95°) par rapport à la paroi, de façon encore plus préférée à 90° par rapport à la paroi du profilé.

On entend par l’expression « sensiblement parallèle » en lien avec la portion de conduit, ou le conduit, par rapport aux ailettes longitudinales le fait que l’angle d’extension entre ce conduit et ces ailettes est compris entre 0° ± 15°, de préférence compris entre 0° ± 5°, de façon encore plus préférée d’un angle de 0°.

On entend par l’expression « fluide caloporteur » tout type de fluide, avec une base liquide ou gazeuse (ou un mélange des deux, voire des nanofluides consistant en des particules métalliques nanométriques en suspension), présentant des propriétés physico-chimiques le rendant apte à récupérer de l’énergie thermique au niveau d’une zone d’échange thermique puis à la restituer dans une zone dite de libération ou de dissipation. A titre d’exemple non limitatif, on peut citer comme exemples l’eau, l’eau glycolée, ou encore d’autres fluides caloporteurs susceptibles d’être utilisés dans un panneau hybride selon l’invention les fluides halogénés (diphasique « liquide-vapeur »), du gaz de type dioxyde de carbone (diphasique « liquide-solide »), des solutions aqueuses à base de sels inorganiques tels que le chlorure de calcium, le carbonate de potassium ou encore des solutions aqueuses à base de sels inorganiques tels que le chlorure de calcium, le carbonate de potassium.

Dans la suite, l’expression de « module photovoltaïque » renvoie à la partie du panneau hybride apte à capter l’énergie provenant des rayons lumineux pour sa transformation en énergie électrique.

L’expression « fluide caloporteur » est équivalente à l’expression « fluide de refroidissement ».

D’autres caractéristiques avantageuses de l’appareil objet de l’invention sont listées ci-dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus. Chacune de ces caractéristiques contribue, le cas échéant, à la résolution de problèmes techniques spécifiques définis plus avant dans la description et auxquels ne participent pas nécessairement les caractéristiques remarquables définies ci-dessus. Ces dernières peuvent faire l’objet, le cas échéant, d’une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires :

De préférence, la paroi du profilé est ininterrompue et forme un carré ou rectangle.

Autrement dit, la paroi du profilé ou de l’échangeur thermique formant la zone d’échange thermique ne présente aucun trou, orifice, découpe d’aucune sorte et présente avantageusement une forme correspondante – au moins partiellement lorsque plusieurs profilés sont nécessaires pour couvrir la zone d’échange thermique - à celle du module photovoltaïque.

La forme du profilé est avantageusement adaptée aux boites de jonction, c’est-à-dire aux emplacements de ces dernières, servant à récupérer l’énergie électrique fournie par le module photovoltaïque. Eventuellement une découpe est réalisée dans un profilé pour accueillir la ou les boîtes de jonction.

Avantageusement, le susdit profilé monobloc est en aluminium.

Avantageusement, le panneau solaire hybride comporte au moins deux éléments d'appui disposés sous l'échangeur, lesquels éléments d'appui se présentent sous la forme de barres installés à intervalles réguliers dans la longueur et/ou largeur dudit échangeur.

Sur la , on note qu’il y a cinq éléments d’appui avantageusement fixés au cadre rigide, mais bien entendu on peut envisager un plus grand nombre de tels éléments d’appui ou au contraire un nombre plus réduit, soit un unique élément d’appui, en fonction en particulier des dimensions de la zone d’échange thermique.

De préférence, les éléments d’appui consistent en des barres métalliques, avantageusement en aluminium, fixées à leurs deux extrémités opposées au cadre rigide.

Avantageusement, ces barres métalliques en aluminium consistent en des profilés creux, de section ou de coupe rectangulaire présentant au moins deux sections/coupes, d’où une excellente résistance mécanique, en particulier une flèche faible sous compression, tout en étant particulièrement légères.

Une telle réalisation d’un élément d’appui est représentée schématiquement à titre d’exemple sur la annexée.

Avantageusement, les susdits collecteurs sont en cuivre ou en aluminium, de préférence en aluminium. Dans l’hypothèse où les collecteurs sont en cuivre, des manchons d’isolation galvanique sont utilisés au niveau du raccord. L’avantage de l’utilisation d’aluminium pour réaliser les collecteurs réside notamment dans l’absence de ces manchons galvaniques.

Avantageusement, le profilé comprend au moins deux portions de conduit de circulation.

On peut ainsi prévoir que le profilé comprend trois voire quatre ou plus de portions de conduit, en fonction des dimensions propres du profilé.

De préférence, le susdit conduit de circulation est fixé aux collecteurs par l’intermédiaire d’une portion de raccord fixée auxdits collecteurs, ladite portion de raccord étant également fixée au conduit de circulation, les fixations étant avantageusement mécaniques, par emmanchage, et/ou soudée. Avantageusement les portions de raccord fixées aux collecteurs et au conduit sont fixées mécaniquement par emmanchage, avec l’aide complémentaire d’un joint d’étanchéité, ou bien soudées, ou encore soudées d’un côté (par exemple avec le collecteur) et mécaniquement emmanchées de l’autre (par exemple avec le conduit).

Avantageusement, la portion de raccord est en aluminium, en laiton ou en cuivre ou en alliage à base de cuivre et de laiton, ou encore acier inoxydable. A nouveau, si ce raccord est en laiton ou cuivre alors que le profilé est en aluminium, le raccord comporte une isolation galvanique – typiquement sous la forme d’un manchon - pour protéger de ou contre la corrosion.

Selon un premier mode d’exécution de l’invention, la portion de raccord est coudée de sorte que les deux collecteurs sont disposés de telle manière à être compris intégralement à l’extérieur du volume intérieur formé par le susdit cadre rigide, autrement dit ces collecteurs dépassent le plan contenant la face intérieure du cadre rigide.

Selon un second mode d’exécution de l’invention, la portion de raccord s’étend sensiblement linéairement de sorte que les deux collecteurs sont disposés de telle manière à être compris intégralement dans le volume intérieur formé par le susdit cadre rigide, autrement dit à ne pas dépasser le plan contenant la face intérieure du cadre rigide.

Avantageusement, le susdit élément élastique consiste en une lame métallique ondulée en Ω, avantageusement fixé mécaniquement en pression sur ou contre la paroi du profilé.

Selon une possibilité complémentaire ou alternative à cette fixation dite mécanique, on peut prévoir que cette lame métallique présente au moins un point de colle (ou de collage) à l’une de ses extrémités.

Très avantageusement, les collecteurs sont raccordés à un module de raccord inter-panneau permettant le raccordement des échangeurs d’une pluralité de panneaux solaires hybrides.

Avantageusement, ledit panneau comprend une pluralité d’éléments élastiques répartis dans la longueur de chaque élément d’appui.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’échangeur thermique comprend une pluralité de susdits profilés disposés les uns à côté des autres.

Avantageusement, les éléments élastiques sont répartis de manière homogène sur toute la surface de la face inférieure de l’échangeur.

Ainsi, la paroi du profilé est parfaitement maintenue constamment plaquée contre la face arrière du module photovoltaïque.

Brève description des figures.

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d’un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels :
est une représentation schématique en coupe des différentes couches formant le module photovoltaïque.
est une vue schématique depuis l’arrière du panneau solaire hybride sur laquelle on voit en particulier des éléments d’appui, des éléments élastiques ainsi que le cadre rigide.
est une vue schématique en coupe, selon la coupe du plan B visible sur la , sur laquelle on voit l’interaction du profilé selon l’invention avec un élément d’appui et le module photovoltaïque.
est une vue schématique en coupe, selon la coupe du plan B visible sur la , sur laquelle on voit uniquement l’échangeur thermique selon l’invention.
est une vue schématique sur laquelle on voit l’arrière du panneau solaire hybride selon l’invention.
est une figure identique à la sur laquelle on voit précisément les conduits ou portions de conduit reliant de part et d’autre les collecteurs d’entrée et de sortie ou d’évacuation.
est une vue d’une portion d’un profilé sur laquelle on voit en particulier un élément d’appui contraignant trois éléments élastiques agissant en pression sur la face inférieure du profilé.
est une vue schématique de profil d’un élément élastique selon l’invention.
est une vue schématique en perspective d’un élément élastique selon l’invention.
est une vue schématique d’un collecteur, d’entrée ou de sortie, selon un premier mode d’exécution dans lequel des raccords coudés sont prévus pour reliés ledit collecteur à chaque conduit ou portion de conduit de l’échangeur thermique.
est une vue schématique en coupe d’un raccord coudé selon ce premier mode d’exécution.
est une vue schématique d’un collecteur, d’entrée ou de sortie, selon un deuxième mode d’exécution dans lequel des raccords linéaires sont prévus pour reliés ledit collecteur à chaque conduit ou portion de conduit de l’échangeur thermique.
est une vue schématique d’un module de raccord inter-panneau pour le raccordement d’un échangeur thermique d’un premier panneau à un échangeur thermique d’un second panneau.
est une vue schématique en coupe d’un élément d’appui.

Description des modes de réalisation.

Le panneau solaire P objet de l'invention est un panneau hybride, c'est-à-dire qu'il est capable de produire simultanément une énergie électrique et une énergie thermique. Il est destiné à être utilisé seul ou en combinaison avec d'autres panneaux similaires, de façon à ce que l'énergie électrique et thermique qu'il produit soient exploitables par une habitation ou un système énergétique.

En se rapportant en particulier aux figures 1 à 3 , le panneau solaire P comporte un module photovoltaïque 1 présentant une face avant 12 et une face arrière 11. La face avant 12 est laissée libre de façon à ce qu'elle puisse recevoir le rayonnement solaire. Environ 80% de l'énergie solaire reçue est dissipée dans le panneau P. La présence d'un échangeur thermique 2 placé en vis-à-vis de la face arrière 11 du module photovoltaïque 1 permet de récupérer la chaleur accumulée ou dissipée dans le module photovoltaïque 1.

Sur la , le module photovoltaïque 1 comporte au moins un, et avantageusement plusieurs éléments photovoltaïques 1a placés dans un le même plan. Ces derniers sont reliés électriquement entre eux, en série ou en parallèle, et sont généralement encapsulés, par exemple dans un polymère thermoplastique 1b, 1c tel que l'éthylène acétate de vinyle (EVA) ou encore le silicone pour former le module photovoltaïque 1. La face avant 12 du module photovoltaïque 1 exposée au rayonnement est recouverte d'une plaque transparente 1d, comme par exemple une plaque de verre.

Une couche 1e de matériau isolant électrique appelée « backsheet » est ajoutée sur la face arrière 11 du module photovoltaïque 1. Cette couche 1e assure, en plus de l'isolation électrique, une fonction d'étanchéité entre le module photovoltaïque 1 et l'échangeur thermique 2. Cette couche 1e peut, par exemple, être un film de fluorure de polyvinyle ou une plaque de verre, et permet d'empêcher la pluie et/ou l'humidité de l'air ambiant d'entrer en contact direct avec le module photovoltaïque 1, évitant ainsi tout problème électrique, comme par exemple des faux contacts ou des courts-circuits.

Si l’on envisage un échangeur thermique non métallique ou au moins les parties en contact avec le module photovoltaïque comme non métalliques, il est toutefois possible de supprimer la couche 1e de matériau isolant électrique. Dans ce cas particulier, la face arrière 11 est constituée par la couche d'encapsulation 1b. La fonction d'étanchéité et d'isolant électrique est alors reprise par l'échangeur thermique 2, qui couvre alors toute la surface du module photovoltaïque 1.

Ces différents éléments 1a, 1b, 1c, 1d, 1e sont empilés sous forme de sandwich et sont généralement maintenus ensemble par l’encapsulant, en général via une réticulation par un procédé de laminage à chaud.

L'échangeur thermique 2 est situé sous le module photovoltaïque 1 de manière à ne pas faire obstacle au rayonnement solaire.

L’échangeur est préférentiellement en contact direct avec le backsheet. Cependant, dans le mode de réalisation représenté sur la , une couche 7 de matériau pâteux et/ou malléable, est ajoutée et insérée entre la face arrière 11 du module photovoltaïque 1 et la face supérieure 21a de l'échangeur thermique 2.

L'utilisation d'un matériau 7 pâteux et/ou malléable permet de maintenir le module photovoltaïque 1 et l'échangeur thermique 2 en contact malgré les déformations éventuelles de ce dernier, tout en évitant la présence d'air entre ces deux éléments. L'épaisseur de la couche 7 peut varier de 0,1 mm à 1 cm (centimètre), de préférence inférieur à 1 mm, de manière à avoir une fine couche 7 permettant de laisser passer la chaleur malgré le fait d'utiliser un matériau isolant thermique. Le matériau utilisé est préférentiellement un gel, mais peut aussi se présenter sous la forme d'un matériau viscoélastique, d'une colle, d'un polymère, ou encore toute autre forme convenant à l'homme du métier.

L'échangeur thermique 2 comporte trois zones principales : une zone d'arrivée ZA du fluide de refroidissement, une zone d'échange thermique ZE et une zone d'évacuation ZV dudit fluide. Le module photovoltaïque 1 est préférentiellement positionné en vis-à-vis de la zone d'échange ZE, mais peut aussi se trouver au moins partiellement au-dessus des zones d'arrivée ZA et d'évacuation ZV. La zone d'échange ZE peut par exemple représenter de 70% à 100%, préférentiellement au moins 85% voire au moins 95%, de la surface du module photovoltaïque 1.

Le fluide de refroidissement, qui peut consister typiquement en de l'eau glycolée, circule dans l'échangeur thermique 2 afin de récupérer les calories issues du module photovoltaïque 1. Il est acheminé par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation et circule toujours dans le même sens dans l'échangeur 2, depuis la zone d'arrivée ZA jusqu'à la zone d'évacuation ZV en passant par la zone d'échange thermique ZE.

L'échangeur thermique 2 est composé d'une paroi 33 rectangulaire, voire carrée, 33 et de collecteurs 3a, 3b. Les collecteurs 3a, 3b forment respectivement les zones d'arrivée ZA et d'évacuation ZV, alors que la zone d'échange ZE est constituée par le ou les profilés 30.

Le diamètre hydraulique des collecteurs 3a, 3b est avantageusement supérieur à celui des conduits ou portions de conduit 31 de sorte que leur perte de charge est inférieure à celle des conduits 31. Ainsi lorsque le fluide de refroidissement arrive dans la zone d'arrivée ZA, il va d'abord remplir cette dernière avant de pénétrer dans les conduits 31. De même, le fluide va pouvoir s'évacuer sans contrainte dans la zone d'évacuation ZV. Le fluide va ainsi circuler dans les conduits 31, de manière homogène, sans circuit préférentiel et dans la totalité de la zone d'échange thermique ZE.

Comme cela est illustré sur les figures 3 et 4, l’échangeur thermique 2 ne dépasse pas du plan C formé par le cadre rigide 6, c’est-à-dire la ligne ou le plan C rejoignant les extrémités latérales inférieures du cadre 6 du côté où est fixé l’échangeur thermique 2.

Ainsi, le ou les éléments d’appui 4 sont fixés au niveau de leurs extrémités opposées directement ou indirectement au cadre rigide 6. Ce ou ces éléments d’appui 4 ne dépassent avantageusement pas du plan ou de la ligne C, autrement dit ces éléments d’appui 4 ne sont pas protubérants hors du cadre 6.

Si l’on considère le panneau P depuis le module photovoltaïque 1 qui est placé au-dessus de tous les autres éléments, on trouve dans l’ordre le module photovoltaïque 1 puis en option la couche 7 puis l’échangeur thermique 2. Si l’on considère uniquement l’échangeur thermique 2, on trouve au-dessus la paroi 33 directement en contact avec la couche 7 et/ou la face arrière 11 du module photovoltaïque 1, puis les ailettes 32 et le conduit ou la portion de conduit 31, éventuellement un ou plusieurs éléments élastiques 15 et enfin l’élément d’appui 4 qui contraint le ou les éléments élastiques 15 à plaquer le profilé 30 contre le module photovoltaïque 1 de sorte que la zone d’échange ZE soit contigüe.

Les figures 4 à 6 illustrent également une ou plusieurs boites de jonction 40 destinées à récupérer l’énergie électrique récupérée ou générée par le module photovoltaïque 1. Ces boites de jonction 40 sont avantageusement situées à distance en particulier du conduit ou de la portion de conduit 31 de sorte qu’il n’y a aucun risque de contact entre ces boites 40 et un conduit 31 dans lequel circule un fluide.

Une particularité du panneau solaire hybride selon l’invention réside dans l’échangeur thermique 2 et sa modularité, à savoir le fait que la zone d’échange thermique ZE de l’échangeur thermique 2 est formée par un profilé monobloc, issu d’extrusion, comportant à la fois le conduit ou la portion de conduit 31 et le moyen dissipateur de chaleur, c’est-à-dire les ailettes 32. Ce faisant, le moyen dissipateur de chaleur 32, la paroi 33 et le conduit ou la portion de conduit 31 forment un ensemble homogène unique, fait d’une seule matière.

Selon une interprétation, l’échangeur thermique 2 selon l’invention se présente comme une « harpe » de par l’alignement parallèle du moyen dissipateur d’énergie 32 et le conduit 31 entre les deux collecteurs 3a, 3b s’étendant perpendiculairement audit moyen 32 et audit conduit 31.

Un aspect important de l’échangeur thermique 2 selon l’invention réside dans la nature mécanique du moyen dissipateur d’énergie thermique 32, c’est-à-dire que ce moyen 32 consiste en un élément structurel passif ne nécessitant aucune énergie pour être mis en œuvre. Ce moyen dissipateur d’énergie thermique 32 fonctionne essentiellement par conduction thermique à travers la matière du profilé 30.

La illustre plus précisément le trajet du fluide caloporteur au sein du conduit ou de la portion de conduit 31. Dans cet exemple de réalisation, six profilés 30 sont nécessaires pour couvrir la zone d’échange thermique ZE et chaque profilé 30 comporte deux conduits ou portions de conduit 31. Les boites de jonction 40 sont positionnées ou situées entre deux profilés 30, un espace sans paroi 33 étant dédié à ces boites de jonction 40.

Selon une autre formulation, une particularité avantageuse de l’invention réside dans le fait que les conduits ou portions de conduit 31 s’étendent parallèlement au moyen dissipateur d’énergie thermique 32.

L’élément d’appui 4 est fixé avantageusement sur le cadre rigide 6, soit directement soit indirectement via un élément fixe relié au cadre 6. Cette dernière solution illustre la annexée.

Les figures 8a et 8b illustrent un mode d’exécution de l’élément élastique 15 consistant ici en une lame sensiblement en oméga présentant une certaine élasticité. Cette lame métallique est avantageusement métallique, par exemple consistant en une tôle, présentant une épaisseur de 1 mm à 10 mm, de préférence de 1 mm à 3 mm. Ces bandes ou lames 15 comportent ainsi deux extrémités relativement planes destinées à venir reposer sur la surface inférieure 21b de la paroi 33 du profilé 30. Ces lames ou bandes 15 présentent avantageusement une largeur légèrement inférieure à l’espace inter-ailettes, soit la distance entre deux ailettes contiguës. Ainsi, ces éléments élastiques 15 ont pour fonction première d’assurer, en coopération avec les éléments d’appui 4, le plaquage constant de la paroi 33 d’échange thermique contre le module photovoltaïque 1.

Ces éléments élastiques 15 sont avantageusement insérés en force au niveau d’au moins une de leurs extrémités planes sur la paroi 33.

En effet, les éléments 15 comportent avantageusement des ergots ou protubérances 16 destinées à venir en pression contre les ailettes 32. Ce faisant, l’élément élastique 15 est fixé mécanique – sans autre force – par simple contact ou friction avec ou contre le profilé 30. Avantageusement, seule une extrémité de l’élément élastique 15 est ainsi fixée avec ces protubérances/ergots latérales 16 de manière pouvoir se déformer élastiquement sous l’action de l’élément d’appui.

Ces éléments élastiques 15 peuvent sinon être collés au niveau d’au moins une de leurs extrémités planes sur la paroi 33 grâce à un scotch ou tout autre moyen analogue permettant la fixation de l’élément élastique 15.

Les figures 9 et 10 illustrent un mode d’exécution de l’invention au niveau de la réalisation des collecteurs 3a, 3b et de leurs liaisons avec les conduits ou portions de conduit 31. Sur ces deux figures, les collecteurs 3a, 3b sont situés hors du plan C défini par les limites latérales inférieures du cadre rigide 6. De ce fait, la liaison entre les conduits ou portions de conduit 31 et les collecteurs 3a, 3b consiste en un raccord coudé 35 formant un arc de cercle d’environ ou d’approximativement 90°.

Ce raccord coudé 35 est d’une part soudé aux collecteurs 3a, 3b et d’autre part fixé par emmanchement à l’extrémité du conduit ou de la portion de conduit 31 du profilé 30. Un joint d’étanchéité assure l’étanchéité de cette fixation mécanique par emmanchement. Les collecteurs 3a, 3b sont reliés à un raccord inter-panneau 50 pour la circulation du fluide caloporteur entre tous les échangeurs thermiques 2 des différents panneaux P lorsque le système comprend une pluralité de panneaux P selon l’invention.

Dans une version alternative au mode d’exécution représenté sur les figures 9 et 10, on peut également prévoir que les collecteurs 3a, 3b sont présents dans le plan C ou autrement dit ne dépassent hors de ce plan C. Ce mode de réalisation est visible sur la .

Dans ce mode d’exécution, les raccords 36 sont linéaires, c’est-à-dire que ces raccords 36 s’étendent linéairement depuis l’un des collecteurs 3a ou 3b jusqu’à l’extrémité d’un conduit ou d’une portion de conduit 31. Chaque collecteur 3a, 3b comporte à ses deux extrémités un embout coudé qui permet de raccorder ladite extrémité du collecteur 3a ou 3b au raccord inter-panneau 50.

Comme illustré sur la , l’élément d’appui 4 consiste avantageusement en un profilé métallique creux ou vide. Cet élément d’appui 4 présente avantageusement une section transversale définissant un huit ou autrement dit deux sections rectangulaires contiguës. Une telle configuration de l’élément d’appui 4 lui confère une résistance mécanique optimale pour ne pas dépasser du ce plan C malgré les contraintes de compression élastique, une grande légèreté et une certaine élasticité. Avantageusement, cet élément d’appui 4 est en aluminium.

Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

L’agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l’invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l’invention. En particulier:

• Il peut y avoir ou non une couche 7, de préférence sans la couche 7, entre le module photovoltaïque et l’échangeur thermique 2,
• la paroi 33 du profilé 30 présente une épaisseur comprise entre 0,3 mm (millimètre) et 8 mm, de préférence entre 0,5 mm et 3 mm,
• les éléments élastiques 15 pour le plaquage de la paroi 33 contre le module photovoltaïque 1 peuvent être différents de ceux mentionnés ci-dessus, tant en forme, en nature qu’en dimensions,
• dans le module photovoltaïque 1, le verre 1d peut être remplacé par un matériau appelé « frontsheet », transparent, souple, résistant aux ultraviolets, à base par exemple de fluoropropylène tel que le tétrafluoroéthylène ou ETFE,
• les couches 1b, 1c de matériau encapsulant ne sont pas forcément les mêmes, voire peuvent ne pas exister.

L’usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n’exclut pas la présence d’autres éléments ou d’autres étapes que ceux énoncés dans une revendication.

Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.

Claims (15)

1. Panneau solaire hybride (P) comportant :
   - un module photovoltaïque (1) comportant une face avant (12) et une face arrière (11),
   - un échangeur thermique (2), notamment pour la dissipation de l’énergie thermique provenant du module photovoltaïque (1), comportant une face inférieure (21b) et une face supérieure (21a), ladite face supérieure (21a) étant disposée en vis-à-vis de la face arrière (11) du module photovoltaïque (1), l’échangeur thermique (2) comportant au moins un conduit de circulation (31) pour le transport d’un fluide caloporteur ainsi que deux collecteurs (3a, 3b), l’un d’entrée et l’autre de sortie, respectivement pour l’introduction et l’évacuation du fluide caloporteur circulant dans le conduit de circulation (31),
   - un cadre rigide (6) encadrant le module photovoltaïque (1) et l'échangeur thermique (2),
   - au moins un élément élastique (15) adapté pour exercer une force de compression contre la face inférieure (21b) de l'échangeur (2) de sorte que ledit échangeur (2) soit plaqué contre la face arrière (11) du module photovoltaïque (1),
   l'élément élastique (15) prend appui contre au moins un élément d'appui (4), ledit élément d'appui (4) étant en liaison avec le cadre (6) de sorte qu'au moins une partie de la force de compression exercée par l'élément élastique (15) sur l'élément d'appui (4) soit reprise par ledit cadre (6),
   l'élément d'appui (4) est disposé sous l'échangeur (2) et s'étend dans la largeur et/ou la longueur dudit échangeur (2),
   caractérisé en ce que l’échangeur thermique (2) comprend au moins un profilé (30) monobloc issu d’extrusion, ledit profilé (30) comprenant une paroi (33) formant les susdites faces inférieure (21b) et supérieure (21a) de l’échangeur thermique (2), et en ce que ledit profilé (30) comporte :
   - une pluralité d’ailettes (32) longitudinales s’étendant sensiblement perpendiculairement à partir de la susdite paroi (33), et
   - au moins une portion du conduit de circulation (31) reliée directement à la susdite paroi (33), la portion du conduit de circulation (31) s’étendant sensiblement parallèlement aux ailettes (32) longitudinales.
2. Panneau solaire hybride (P) selon la revendication 1, dans lequel la paroi (33) du profilé (30) est ininterrompue et forme un carré ou rectangle.
3. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le susdit profilé (30) monobloc est en aluminium.
4. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit panneau comporte au moins deux éléments d'appui (4) disposés sous l'échangeur (2), lesquels éléments d'appui (4) se présentent sous la forme de barres installées à intervalles réguliers dans la longueur et/ou largeur dudit échangeur (2).
5. Panneau solaire hybride (P) selon la revendication 5, dans lequel les éléments d’appui (4) consistent en des barres métalliques, avantageusement en aluminium, fixées à leurs deux extrémités opposées au cadre rigide (6).
6. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les susdits collecteurs (3a, 3b) sont en cuivre ou en aluminium, de préférence en aluminium.
7. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le profilé (30) comprend au moins deux portions de conduit de circulation (31).
8. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le susdit conduit de circulation (31) est fixé aux collecteurs (3a, 3b) par l’intermédiaire d’une portion de raccord (35, 36) fixée auxdits collecteurs (3a, 3b), ladite portion de raccord (35, 36) étant également fixée au conduit de circulation, les fixations étant avantageusement mécanique, par emmanchage, et/ou soudée.
9. Panneau solaire hybride (P) selon la revendication 8, dans lequel la portion de raccord (35, 36) est en aluminium, en laiton ou en cuivre ou en alliage à base de cuivre et de laiton, ou encore acier inoxydable.
10. Panneau solaire hybride (P) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la portion de raccord (35) est coudée de sorte que les deux collecteurs (3a, 3b) sont disposés de telle manière à être compris intégralement à l’extérieur du volume intérieur formé par le susdit cadre rigide (6), autrement dit ces collecteurs (3a, 3b) dépassent le plan (C) contenant la face intérieure du cadre rigide (6).
11. Panneau solaire hybride (P) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la portion de raccord (36) s’étend sensiblement linéairement de sorte que les deux collecteurs (3a, 3b) sont disposés de telle manière à être compris intégralement dans le volume intérieur formé par le susdit cadre rigide (6), autrement dit à ne pas dépasser le plan (C) contenant la face intérieure du cadre rigide (6).
12. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le susdit élément élastique (15) consiste en une lame métallique ondulée en Ω, avantageusement fixé mécaniquement en pression sur ou contre la paroi (33) du profilé (30).
13. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les collecteurs (3a, 3b) sont raccordés à un module de raccord inter-panneau (50) permettant le raccordement des échangeurs (2) d’une pluralité de panneaux solaires hybrides (P).
14. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit panneau (P) comprend une pluralité d’éléments élastiques (15) répartis dans la longueur de chaque élément d’appui (4).
15. Panneau solaire hybride (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur thermique (2) comprend une pluralité de susdits profilés (30) disposés les uns à côté des autres.