FR3102300A1 - Structure for capturing diffuse and direct light rays for photovoltaic solar panels - Google Patents
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Abstract
Une structure 3D (1) de capture des rayons lumineux directs et diffus pour panneaux solaires photovoltaïques comporte deux sous-structures (2) et (3). Ladite sous-structure (3) est à l’arrière-plan et comporte un cadre (16) supportant un damier (161) d’une part de panneaux solaires mono-face (14), et d’autre part de miroirs (15). Ladite sous-structure (2) est au premier plan, et comporte deux surfaces photovoltaïques utiles, l’une au recto, et l’autre au verso qui exploite la lumière réfléchie par lesdits miroirs (15). Cette configuration apporte des performances optimisées l’hiver dans les régions les régions tempérées. Mais c’est aussi lorsque lesdites structures 3D (1) sont fixées aux plafonds des balcons d’immeubles que leurs capacités sont exploitées pour capter la lumière diffuse. Les propriétaires d'appartements et les copropriétés appuyés par les municipalités seront des partenaires de ce système urbain de production d’énergie verte ultra-décentralisé aligné sur des organisations de quartier pour stocker de l’hydrogène d’électrolyse Figure pour l’abrégé : Fig. 1 A 3D structure (1) for capturing direct and diffused light rays for photovoltaic solar panels comprises two sub-structures (2) and (3). Said substructure (3) is in the background and comprises a frame (16) supporting a checkerboard (161) on the one hand of single-sided solar panels (14), and on the other hand of mirrors (15 ). Said substructure (2) is in the foreground, and comprises two useful photovoltaic surfaces, one on the front, and the other on the back which exploits the light reflected by said mirrors (15). This configuration provides optimized winter performance in temperate regions. But it is also when said 3D structures (1) are attached to the ceilings of building balconies that their capacities are exploited to capture diffused light. City-backed apartment owners and condominiums will be partners in this ultra-decentralized urban green energy production system aligned with neighborhood organizations to store electrolytic hydrogen Figure for the abstract: Fig. 1
Description
CONTEXTE DE L’INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION
La part d’électricité produite par les modules solaires photovoltaïques ne cesse de croître, de par son attractivité en matière de bilan carbone et de prix de revient du Kwh.The share of electricity produced by photovoltaic solar modules continues to grow, due to its attractiveness in terms of carbon footprint and cost price per Kwh.
LA LUMIERE REFLECHIE EN MATIERE DE PRODUCTION PHOTOVOLTAIQUEREFLECTED LIGHT IN PHOTOVOLTAIC PRODUCTION
Les modules solaires photovoltaïques exploitent tantôt une lumière directe, tantôt une lumière réfléchie.Photovoltaic solar modules use sometimes direct light, sometimes reflected light.
La lumière réfléchie, également qualifiée de diffuse, est plus difficile à exploiter que la lumière directe, et peut être due aux nuages ou à la pollution.Reflected light, also referred to as diffuse, is more difficult to exploit than direct light, and may be due to clouds or pollution.
On la subit surtout l’hiver dans les régions les régions tempérées, là et où le ciel est plus souvent couvert que dégagé.It is mainly suffered in winter in temperate regions, where the sky is more often overcast than clear.
Corrélativement, à l’heure actuelle, en 2019 en Chine, 13% de la production photovoltaïque est perdue, si l’on considère qu’elle est pénalisée par un voile de pollution dans l’atmosphère.Correlatively, at present, in 2019 in China, 13% of photovoltaic production is lost, if we consider that it is penalized by a veil of pollution in the atmosphere.
IL EXISTE PLUSIEURS TYPES DE MODULES SOLAIRES PHOTOVOLTAÏQUES.THERE ARE SEVERAL TYPES OF SOLAR PHOTOVOLTAIC MODULES.
Il y a les modules solaires photovoltaïques à base de silicium comme les modules solaires monocristallins, les modules solaires polycristallins, les modules solaires amorphes, et les modules solaires à hétérojonction.There are silicon-based photovoltaic solar modules such as monocrystalline solar modules, polycrystalline solar modules, amorphous solar modules, and heterojunction solar modules.
Les modules solaires en silicium amorphe sont améliorables par des nanotubes et sont souvent les mieux adaptés à une faible lumière, à partir de 10 000 lux ou même moins.Amorphous silicon solar modules are upgradeable by nanotubes and are often best suited to low light, starting at 10,000 lux or even lower.
D’autres modules photovoltaïques à tellurure de cadmium (CdTe) ou à séléniure de cuivre indium gallium (CGIS) à couche mince fonctionnent correctement en cas d’irradiation indirecte, mais n’ont pas les autres qualités que possède le silicium, à savoir l’abondance et la recyclabilité.Other thin-film cadmium telluride (CdTe) or copper indium gallium selenide (CGIS) photovoltaic modules perform well under indirect irradiation, but lack the other qualities that silicon has, namely the abundance and recyclability.
D’autres technologies voient le jour dont une des plus prometteuses semble être les cellules organiques pour les faibles éclairements. A leur sujet, une publication étudie une production d’électricité à base d’un éclairement de seulement 1000 lux. (Cf. Yong Cui, Huifeng Yao, Tao Zhang, Ling Hong, Bowei Gao, Kaihu Xian, Jinzhao Qin, Jianhui Hou. 1 cm2 Organic Photovoltaic Cells for Indoor Application with over 20% Efficiency. Advanced Materials, First published: 06 September 2019).Other technologies are emerging, one of the most promising of which seems to be organic cells for low light. On their subject, a publication studies a production of electricity based on an illumination of only 1000 lux. (Cf. Yong Cui, Huifeng Yao, Tao Zhang, Ling Hong, Bowei Gao, Kaihu Xian, Jinzhao Qin, Jianhui Hou. 1 cm2 Organic Photovoltaic Cells for Indoor Application with over 20% Efficiency. Advanced Materials, First published: 06 September 2019 ).
Une autre technologie sera celle à pérovskite, et même à hétérojonction avec du silicium et de la pérovskite.Another technology will be perovskite, and even heterojunction with silicon and perovskite.
LES NIVEAUX D’ECLAIREMENT ONT LES CORRESPONDANCES SUIVANTES:THE ILLUMINANCE LEVELS HAVE THE FOLLOWING CORRESPONDENCE:
120 000 lux Soleil direct120,000 lux Direct sunlight
20 000 lux Ciel bleu à midi20,000 lux Blue sky at noon
10 000 - 25 000 lux Ciel nuageux à midi10,000 - 25,000 lux Cloudy sky at noon
400 lux Lever ou coucher du soleil, par temps clair400 lux Sunrise or sunset, on a clear day
<200 lux Ciel très nuageux<200 lux Very cloudy sky
40 lux Entièrement couvert40 lux Fully covered
L’invention s’attache entre autres à permettre aux modules solaires photovoltaïques à de mieux exploiter la lumière réfléchie dans les régions tempérées, là ou le niveau d’éclairement est souvent d’un niveau de 10 000 à 50 000 lux.The invention aims, among other things, to allow photovoltaic solar modules to better exploit the reflected light in temperate regions, where the level of illumination is often at a level of 10,000 to 50,000 lux.
LA PRODUCTION PHOTOVOLTAIQUE EN MILIEU URBAINPHOTOVOLTAIC PRODUCTION IN URBAN AREAS
En matière de production photovoltaïque, deux alternatives coexistent :In terms of photovoltaic production, two alternatives coexist:
la production éloignée, son stockage et son transport vers les lieux de consommation, ou bien sa production et son stockage près des lieux de consommation.remote production, storage and transport to places of consumption, or production and storage near places of consumption.
Pour illustrer la première alternative, on peut citer l’exemple d’une grande société allemande spécialisée dans les électrolyseurs qui va exploiter des champs de panneaux solaires photovoltaïques en Australie où la lumière est directe, puis stocker leur énergie sous forme d’hydrogène, et transporter cet hydrogène vers les centres de consommation en Chine et dans les autres pays du Sud-Est asiatique, tels que Japon, Corée, Singapour.To illustrate the first alternative, we can cite the example of a large German company specializing in electrolyzers which will operate fields of photovoltaic solar panels in Australia where the light is direct, then store their energy in the form of hydrogen, and transport this hydrogen to consumption centers in China and other Southeast Asian countries, such as Japan, Korea, Singapore.
Cette option se justifie tout à fait, mais elle n’est pas la seule. On peut aussi s’intéresser aux régions moins ensoleillées, avec un ciel souvent couvert mais proches des centres de consommation. La même grande société allemande spécialisée dans les électrolyseurs s’est engagée en Chine avec une grande société chinoise spécialisée dans l’énergie sur des programmes d’électrolyse de l’eau proches des lieux de consommations.This option is quite justified, but it is not the only one. We can also consider less sunny regions, with often overcast skies but close to consumption centers. The same large German company specializing in electrolyzers has made a commitment in China with a large Chinese company specializing in energy on water electrolysis programs close to places of consumption.
On peut même aller plus avant dans cette stratégie et produire l’électricité nécessaire à cette électrolyse au cœur des cités, même dans l’hypothèse où elles ne sont pas situées dans des régions ensoleillées. La production dans la ville même présente un avantage de plus en plus recherché dans les réseaux intelligents de distribution d’électricité.We can even go further in this strategy and produce the electricity necessary for this electrolysis in the heart of cities, even if they are not located in sunny regions. In-city generation is an increasingly sought-after advantage in smart grids.
Dans un contexte où l’urbanisation gagne la planète entière, récemment, en 2019, l’Office franco-allemand pour la transition énergétique (OFATE) a organisé une conférence sur le thème «Le photovoltaïque en milieu urbain» avec ses problématiques actuelles et futures.In a context where urbanization is taking over the entire planet, recently, in 2019, the Franco-German Office for Energy Transition (OFATE) organized a conference on the theme "Photovoltaic in an urban environment" with current and future issues.
Parmi les participants étaient présents des représentants de différents ministères français et allemands, de nombreuses municipalités, communautés de communes, ainsi que des entreprises françaises et allemandes issues de l’ensemble de la filière photovoltaïque.Among the participants were present representatives of various French and German ministries, numerous municipalities, communities of municipalities, as well as French and German companies from the entire photovoltaic sector.
Les questions suivantes étaient au cœur des discussions:The following questions were at the heart of the discussions:
Où et comment encourager le développement de projets photovoltaïques en milieux urbains et périurbains ? Quel recours à l’autoconsommation ?Where and how to encourage the development of photovoltaic projects in urban and peri-urban areas? What recourse to self-consumption?
Quels défis et obstacles d’ordre technique, urbanistique mais aussi architectural émergent et comment les surmonter ?What technical, urban planning but also architectural challenges and obstacles are emerging and how to overcome them?
Comment est organisé le cadre juridique relatif au développement du photovoltaïque en milieu urbain en France et en Allemagne ?How is the legal framework for the development of urban photovoltaics organized in France and Germany?
Mais les difficultés sont nombreuses, ainsi que le décrivent les deux publications ci-après.But there are many difficulties, as described in the two publications below.
Cf. Antonio Barragán-Escandón , Esteban Zalamea-León, Julio Terrados-Cepeda . Incidence of Photovoltaics in Cities Based on Indicators of Occupancy and Urban Sustainability. Energies 2019, 12, 810; doi:10.3390/en12050810Cf. Antonio Barragán-Escandón, Esteban Zalamea-León, Julio Terrados-Cepeda. Incidence of Photovoltaics in Cities Based on Indicators of Occupancy and Urban Sustainability. Energies 2019, 12, 810; doi:10.3390/en12050810
Cf. Wayne Hunter, Gideon Sagoe, Daniele Vettorato, Ding Jiayu. Sustainability of Low Carbon City Initiatives in China : A Comprehensive Literature Review. Sustainability 2019, 11, 4342See Wayne Hunter, Gideon Sagoe, Daniele Vettorato, Ding Jiayu. Sustainability of Low Carbon City Initiatives in China: A Comprehensive Literature Review. Sustainability 2019, 11, 4342
LE STOCKAGE DE LA PRODUCTION D’ELECTRICITE PHOTOVOLTAÏQUESTORAGE OF PHOTOVOLTAIC ELECTRICITY PRODUCTION
La production d’électricité photovoltaïque pose aussi le problème des technologies de stockage.The production of photovoltaic electricity also poses the problem of storage technologies.
Une solution parmi de nombreuses autres de stockage de l’énergie électrique photovoltaïque est l’hydrogène, obtenu par électrolyse de l’eau.One of many solutions for storing photovoltaic electrical energy is hydrogen, obtained by electrolysis of water.
Une autre solution de stockage est le méthanol d’électrolyse, obtenu à partir d’eau et de CO2.Another storage solution is electrolysis methanol, obtained from water and CO2.
Une troisième solution est représentée par les batteries.A third solution is represented by batteries.
UN MODELE POSSIBLE D’ORGANISATION INDIVIDUELLE ET COLLECTIVE POUR L’INVENTIONA POSSIBLE MODEL OF INDIVIDUAL AND COLLECTIVE ORGANIZATION FOR INVENTION
Toutes les solutions de stockage peuvent s’organiser localement au niveau collectif, quartier par quartier, dans la cité.All storage solutions can be organized locally at the collective level, district by district, in the city.
L’invention pourrait apporter sa pleine mesure en envisageant essentiellement une production individuelle d’électricité photovoltaïque et par contre un stockage collectif.The invention could bring its full potential by essentially considering an individual production of photovoltaic electricity and on the other hand a collective storage.
L’ECOLOGIE DES PANNEAUX SOLAIRES PHOTOVOLTAÏQUES A BASE DE SILICIUMTHE ECOLOGY OF SILICON-BASED PHOTOVOLTAIC SOLAR PANELS
Les modules solaires photovoltaïques à base de silicium ne posent pas de problème de recyclabilité.Silicon-based photovoltaic solar modules do not pose a recyclability problem.
En revanche, si l’on envisage une production décuplée des panneaux photovoltaïques, il commencera à se poser le problème écologique de la source d’approvisionnement en verre, qui est le matériau de protection des panneaux. Le verre est un matériau qui s’obtient, comme le béton, à partir de sables côtiers et fluviaux, ce qui est néfaste pour les écosystèmes et la biodiversité de ces zones. Il faut alléger la pression en sable côtier et fluvial en adoptant les solutions apportées par les propositions de l’Imperial College à Londres qui, avec la technologie dénommée « Finite », donne les clés pour utiliser les sables des déserts dans la production de béton.On the other hand, if we consider a tenfold production of photovoltaic panels, the ecological problem of the source of glass supply, which is the protective material for the panels, will begin to arise. Glass is a material that is obtained, like concrete, from coastal and river sands, which is harmful to the ecosystems and biodiversity of these areas. We must alleviate the pressure of coastal and river sand by adopting the solutions provided by the proposals of Imperial College in London which, with the technology called "Finite", gives the keys to using desert sands in the production of concrete.
L’idée est qu’avec cette substitution éloignant les sables côtiers et fluviaux de la production de béton, et en augmentant encore le recyclage du verre, il y ait des disponibilités suffisantes pour ce dernier.The idea is that with this substitution moving coastal and river sands away from concrete production, and further increasing glass recycling, there will be ample supply for the latter.
OBJETOBJECT
L’invention décrit une structure destinée à recevoir des panneaux solaires photovoltaïques, non seulement pour apporter des performances optimisées l’hiver dans les régions les régions tempérées, là et où le ciel est plus souvent couvert que dégagé, ou dans les régions où le ciel est voilé par la pollution, mais aussi pour être mesure de produire de façon optimale de l’électricité aux plafonds des terrasses et balcons d’immeubles où la lumière diffuse domine, et même si ces immeubles ne sont pas situées dans des régions ensoleillés.The invention describes a structure intended to receive photovoltaic solar panels, not only to provide optimized performance in winter in temperate regions, there and where the sky is more often overcast than clear, or in regions where the sky is veiled by pollution, but also to be able to optimally produce electricity on the ceilings of terraces and balconies of buildings where diffuse light dominates, and even if these buildings are not located in sunny regions.
En raison des avantages d’une production de méthanol ou d’hydrogène ultra-décentralisée, les propriétaires d'appartements et les copropriétés dans ces immeubles seront des partenaires de la production et de la distribution d’énergie, appuyés par les municipalités, et confortés par des architectes et des urbanistes à l’étude des évolutions qui seraient souhaitables pour mieux gérer l’urbanisation et la nécessaire transition énergétique du 21èmesiècle.Due to the benefits of ultra-decentralized methanol or hydrogen production, apartment owners and condominiums in these buildings will be partners in energy production and distribution, supported by municipalities, and strengthened by architects and urban planners to study the changes that would be desirable to better manage urbanization and the necessary energy transition of the 21st century.
La demande en panneaux solaires photovoltaïques est foudroyante. Le silicium est abondant, mais lesdits modules et panneaux solaires photovoltaïques sont habituellement protégés par une couche de verre pour lequel l’on puise du sable dans des zones côtières et fluviales qui recèlent des écosystèmes fragiles.The demand for photovoltaic solar panels is overwhelming. Silicon is abundant, but said modules and photovoltaic solar panels are usually protected by a layer of glass for which sand is drawn from coastal and river areas that harbor fragile ecosystems.
Les panneaux solaires photovoltaïques de l’invention peuvent être à l’abri, ce qui autorise l’utilisation d’une couche de polyméthylméthacrylate à la place du verre, dont la demande mondiale ne subit pas une pression supplémentaire.The photovoltaic solar panels of the invention can be sheltered, which allows the use of a layer of polymethylmethacrylate instead of glass, the global demand for which does not come under additional pressure.
Le polyméthylméthacrylate (PMMA) est un thermoplastique hautement recyclablePolymethylmethacrylate (PMMA) is a highly recyclable thermoplastic
DETAIL DE L’INVENTIONDETAIL OF THE INVENTION
Selon l’invention,According to the invention,
une structure 3D (1) comporte au moins deux sous-structures (3) et (2) de capture des rayons lumineux directs et diffus pour modules solaires photovoltaïques, à savoira 3D structure (1) comprises at least two substructures (3) and (2) for capturing direct and diffuse light rays for photovoltaic solar modules, namely
l’une, ici dénommée sous-structure (3),en arrière plan, et plane, constituée d’un cadre (16) supportant un damier (161), lequel damier (161) est one, here called substructure (3), in the background, and flat, consisting of a frame (16) supporting a checkerboard (161), which checkerboard (161) is
pourvu d’une part de petits panneaux solaires photovoltaïques mono-face (14)provided on the one hand with small single-sided photovoltaic solar panels (14)
capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus,capable of exploiting direct and diffuse light rays,
etAnd
pourvu d’autre part de miroirs (15) renvoyant des rayons lumineux vers l’avant-scène,provided on the other hand with mirrors (15) returning light rays to the front of the stage,
lesdits panneaux solaires photovoltaïques mono-face (14) et lesdits miroirs (15)said single-sided photovoltaic solar panels (14) and said mirrors (15)
étant à pourtour rectangulaire, plus ou moins plats ou incurvés ou bosselés,being rectangular in outline, more or less flat or curved or bumpy,
et plus ou moins concaves ou convexes,and more or less concave or convex,
etAnd
l’autre, ici dénommée sous-structure (2),en premier plan, the other, here called substructure (2), in the foreground,
faisant partiellement ombrage à ladite sous structure (3), mono-ou–multibloc,partially shading said substructure (3), mono-or-multibloc,
tout bloc étant de forme parallélépipédique ou ballonnée ou gondolée,any block being of parallelepipedic or swollen or warped shape,
à surface photovoltaïque continue et pleine, plus ou moins plate ou bosseléewith a continuous and solid photovoltaic surface, more or less flat or bumpy
ou à surface photovoltaïque en damiers avec cases photovoltaïques pleines plus ou moins plates ou bosselées, et avec cases vides,or with a checkerboard photovoltaic surface with more or less flat or bumpy full photovoltaic boxes, and with empty boxes,
ladite sous-structure (2) étant exposée pour un part frontale à la lumière directe et pour une autre part non-frontale à la lumière réfléchie (diffuse).said substructure (2) being exposed for a frontal part to direct light and for another non-frontal part to reflected (diffuse) light.
Lesdites deux sous-structures (3) et (2) sont séparées par des écarteurs réfléchissants (13).Said two substructures (3) and (2) are separated by reflective spacers (13).
Lesdits miroirs (15) de ladite sous-structure (3) d’arrière-plan renvoient des rayons lumineux sur la face cachée non-frontale de ladite sous-structure (2) de premier plan.Said mirrors (15) of said background substructure (3) reflect light rays onto the non-frontal hidden face of said foreground substructure (2).
On peut qualifier de « surface utile » toute surface photovoltaïque.A "useful surface" can be defined as any photovoltaic surface.
En calibrant de manière appropriée la surface utile de ladite sous-structure (2) de premier plan, la surface utile de ladite structure 3D (1) peut être supérieure à la surface utile d’un panneau solaire photovoltaïque plan et de même surface que ladite sous-structure (3) d’arrière plan, et produire plus d’électricité lorsque la lumière comporte plus de rayons diffus que de rayons directs, par exemple par temps nuageux en hiver dans les régions tempérées ou encore à l’ombre d’une construction ou encore par temps voilé.By appropriately calibrating the useful surface of said foreground substructure (2), the useful surface of said 3D structure (1) can be greater than the useful surface of a planar photovoltaic solar panel and of the same surface as said background substructure (3), and produce more electricity when the light contains more diffuse rays than direct rays, for example in cloudy weather in winter in temperate regions or in the shade of a construction or in cloudy weather.
Selon une version l’invention,According to one version the invention,
la face frontale exposée à la lumière directe de ladite sous-structure (2) à surface photovoltaïque continue ou en damiers est pourvue de surfaces photovoltaïques à base de silicium monocristallin.the front face exposed to direct light of said substructure (2) with a continuous or checkerboard photovoltaic surface is provided with photovoltaic surfaces based on monocrystalline silicon.
Selon une version l’invention,According to one version the invention,
la face cachée non-frontale de ladite sous-structure (2) à surface photovoltaïque continue ou en damiers est pourvue de surfaces photovoltaïques à couche mince.the non-frontal hidden face of said substructure (2) with a continuous or checkerboard photovoltaic surface is provided with thin-film photovoltaic surfaces.
Selon une version l’invention,According to one version the invention,
lesdits modules solaires (14) de ladite sous-structure (3) sont pourvus de surfaces photovoltaïques à couche mince.said solar modules (14) of said substructure (3) are provided with thin-film photovoltaic surfaces.
Selon une version l’invention,According to one version the invention,
ladite sous-structure (2) de premier plan est un assemblage de parallélépipédes ou de volumes plus ou moins ballonnés ou gondolés, et est constitué d’un cadre (9) supportant un damier (99) de cases vides (21) et de petits panneaux solaires bi-faces (7) faisant partiellement ombrage à ladite sous-structure (3).said foreground substructure (2) is an assembly of parallelepipeds or more or less swollen or warped volumes, and consists of a frame (9) supporting a checkerboard (99) of empty boxes (21) and small two-sided solar panels (7) partially shading said substructure (3).
Ces panneaux solaires bi-faces (7) sont pourvus sur leur face recto de modules solaires (71) capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus, et sont pourvus sur leur face verso de modules solaires (72) capables d’exploiter les rayons lumineux diffus.These two-sided solar panels (7) are provided on their front face with solar modules (71) capable of exploiting direct and diffuse light rays, and are provided on their reverse face with solar modules (72) capable of exploiting diffuse light rays.
La surface desdits modules solaires (71) est plate ou non.The surface of said solar modules (71) is flat or not.
La surface desdits modules solaires (72) est plate ou non.The surface of said solar modules (72) is flat or not.
Lesdits damiers (99) et (161) sont décalés pour être complémentairesSaid checkerboards (99) and (161) are offset to be complementary
à la fois dans la capture de la lumière directe et dans la capture de la lumière diffuse.both in capturing direct light and in capturing diffuse light.
Selon une version l’invention,According to one version the invention,
lesdits modules solaires (71) sont faits de silicium monocristallin,said solar modules (71) are made of monocrystalline silicon,
tandis que lesdits modules solaires (72) et lesdits petits panneaux solaires mono-face (14) sont basés sur des technologies à couches minces.while said solar modules (72) and said small single-sided solar panels (14) are based on thin film technologies.
Selon une version l’invention,According to one version the invention,
ledit cadre (9) de premier plan est de dimensions inférieures audit cadre (16) d’arrière-plan, lequel cadre (16) reçoit plus de lumière directe que lorsque ledit cadre (9) et ledit cadre (16) sont de même dimension, et renvoie donc plus de lumière réfléchie vers lesdits modules solaires photovoltaïques (72).said foreground frame (9) is smaller in size than said background frame (16), which frame (16) receives more direct light than when said frame (9) and said frame (16) are of the same size , and therefore returns more reflected light to said photovoltaic solar modules (72).
Selon une version l’invention,According to one version the invention,
lesdites structures 3D (1) sont plaquées ou scellées aux plafonds (4) des balcons d’immeubles résidentiels, ou aux plafonds de hangars ou de tout type d’abri.said 3D structures (1) are plated or sealed to the ceilings (4) of the balconies of residential buildings, or to the ceilings of sheds or any type of shelter.
Dans cette configuration, lesdites structures 3D (1) ne reçoivent pas de lumière directe, reçoivent à toute heure des rayons réfléchis, et exploitent toutes leurs surfaces utiles en permanence.In this configuration, said 3D structures (1) do not receive direct light, receive reflected rays at any time, and exploit all their useful surfaces permanently.
A surface de plafond égale, cette configuration apporte une production d’électricité photovoltaïque supérieure à celle des solutions classiques de panneaux photovoltaïques à une seule surface.For an equal ceiling surface, this configuration provides higher photovoltaic electricity production than conventional single-surface photovoltaic panel solutions.
Selon une version l’invention,According to one version the invention,
lesdits modules et panneaux solaires photovoltaïques (71), (72) et 14 sont protégés par une couche de polyméthylméthacrylate au lieu d’être protégés par du verre, ce qui évite d’accroitre la demande mondiale sur le verre pour lequel l’on puise dans des zones côtières et fluviales qui recèlent des écosystèmes fragiles Le polyméthylméthacrylate est un thermoplastique hautement recyclable.said modules and photovoltaic solar panels (71), (72) and 14 are protected by a layer of polymethylmethacrylate instead of being protected by glass, which avoids increasing the world demand on the glass for which one draws in coastal and river areas that harbor fragile ecosystems Polymethylmethacrylate is a highly recyclable thermoplastic.
FIGURESFIGURES
La Figure 1A montre ladite sous-structure (2) destinée à occuper le premier plan et à faire partiellement ombrage à ladite sous-structure (3).Figure 1A shows said substructure (2) intended to occupy the foreground and to partially shade said substructure (3).
Ladite sous-structure (2) est ici bi-bloc, chaque bloc étant de forme ballonnée et à surface photovoltaïque continue.Said substructure (2) is here bi-block, each block being balloon-shaped and continuous photovoltaic surface.
Ladite sous-structure (2) est exposée pour un part frontale (710) à la lumière directe et pour une autre part non frontale (720) à la lumière réfléchieSaid substructure (2) is exposed for a frontal part (710) to direct light and for another non-frontal part (720) to reflected light
La Figure 1B montre ladite sous-structure (3) destinée à occuper l’arrière plan. Elle est plane, et constituée d’un cadre (16) supportant un damier (161) pourvu d’une part de petits modules solaires photovoltaïques mono-face (14) capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus, et pourvu d’autre part de miroirs (15) renvoyant des rayons lumineux vers l’avant-scène,Figure 1B shows said substructure (3) intended to occupy the background. It is flat, and consists of a frame (16) supporting a checkerboard (161) provided on the one hand with small single-sided photovoltaic solar modules (14) capable of exploiting direct and diffuse light rays, and provided with on the other hand mirrors (15) returning light rays to the front stage,
Lesdits modules solaires photovoltaïques mono-face (14) et lesdits miroirs (15) étant à pourtour rectangulaire, plus ou moins plats ou bosselés et plus ou moins concaves ou convexes.Said single-sided photovoltaic solar modules (14) and said mirrors (15) being rectangular in circumference, more or less flat or bumpy and more or less concave or convex.
La Figure 1C montre ladite structure 3D (1) avec ladite sous-structure (2) au premier plan et faisant partiellement ombrage à ladite sous-structure (3) en arrière plan.Figure 1C shows said 3D structure (1) with said substructure (2) in the foreground and partially shading said substructure (3) in the background.
Les deux sous-structures (1) et (3) sont distanciées par des écarteurs réfléchissants (13).The two substructures (1) and (3) are distanced by reflective spacers (13).
On peut qualifier de « surface utile » toute surface photovoltaïque.A "useful surface" can be defined as any photovoltaic surface.
En calibrant de manière appropriée la surface utile de ladite sous-structure (2) de premier plan, la surface utile de ladite structure 3D (1) peut être supérieure à la surface utile d’un panneau solaire photovoltaïque plan et de même surface que ladite sous-structure (3) d’arrière plan, et produire plus d’électricité lorsque la lumière comporte plus de rayons diffus que de rayons directs, par exemple par temps nuageux en hiver dans les régions tempérées ou encore à l’ombre ou encore par temps voilé.By appropriately calibrating the useful surface of said foreground substructure (2), the useful surface of said 3D structure (1) can be greater than the useful surface of a planar photovoltaic solar panel and of the same surface as said background substructure (3), and produce more electricity when the light contains more diffuse rays than direct rays, for example in cloudy weather in winter in temperate regions or in the shade or even in veiled weather.
La
Ladite sous-structure (3) d’arrière plan est plane, constituée d’un cadre (16) supportant un damier (161), lequel damier (161) estSaid background substructure (3) is flat, consisting of a frame (16) supporting a checkerboard (161), which checkerboard (161) is
pourvu d’une part de petits panneaux solaires photovoltaïques mono-face (14)provided on the one hand with small single-sided photovoltaic solar panels (14)
capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus,capable of exploiting direct and diffuse light rays,
etAnd
pourvu d’autre part de miroirs (15) renvoyant des rayons lumineux vers lesdits modules solaires photovoltaïques (72) de ladite sous-structure (2) de premier plan.provided on the other hand with mirrors (15) returning light rays to said photovoltaic solar modules (72) of said sub-structure (2) foreground.
Lesdits panneaux solaires photovoltaïques mono-face (14) et lesdits miroirs (15)Said single-sided photovoltaic solar panels (14) and said mirrors (15)
sont à pourtour rectangulaire, et plats.are rectangular in outline, and flat.
Ladite sous-structure (2) de premier plan fait partiellement ombrage à ladite sous structure (3) d’arrière plan.Said foreground substructure (2) partially shades said background substructure (3).
Elle est constituée d’un cadre (99) supportant un damier (99) avec cases photovoltaïques pleines et ballonnées, et avec cases vides (71),It consists of a frame (99) supporting a checkerboard (99) with full and ballooned photovoltaic boxes, and with empty boxes (71),
ladite sous-structure (2) étant exposée pour un part frontale à la lumière directesaid substructure (2) being exposed for a frontal part to direct light
et pour une autre part non-frontale à la lumière réfléchie (diffuse).and on the other hand non-frontal to reflected (diffuse) light.
Lesdites cases photovoltaïques pleines et ballonnées dudit damier (99) sont des panneaux solaires bi-faces (7) sont pourvus sur leur face frontale (recto) de modules solaires (71) capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus, et sont pourvus sur leur face cachée et non frontale (verso) de modules solaires (72) capables d’exploiter les rayons lumineux diffus.Said full and ballooned photovoltaic boxes of said checkerboard (99) are two-sided solar panels (7) are provided on their front face (front) with solar modules (71) capable of exploiting direct and diffuse light rays, and are provided on their hidden face and not front (back) of solar modules (72) capable of exploiting diffuse light rays.
Lesdites deux sous-structures (3) et (2) sont séparées par des écarteurs réfléchissants (13).Said two substructures (3) and (2) are separated by reflective spacers (13).
La Figure 3A montre ladite sous-structure (2) en un assemblage de parallélépipédes et qui est constituée d’un damier (99) de cases vides (21) et de petits panneaux solaires bi-faces (7) faisant partiellement ombrage à ladite surface (3).Figure 3A shows said substructure (2) in an assembly of parallelepipeds and which consists of a checkerboard (99) of empty boxes (21) and small two-sided solar panels (7) partially shading said surface (3).
Ces panneaux solaires bi-faces (7) sont pourvus sur leur face recto de modules solaires (71) capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus, et sont pourvus sur leur face verso de modules solaires (72) capables d’exploiter les rayons lumineux diffus.These two-sided solar panels (7) are provided on their front face with solar modules (71) capable of exploiting direct and diffuse light rays, and are provided on their reverse face with solar modules (72) capable of exploiting diffuse light rays.
La Figure 3B montre ladite sous-structure (3) destinée à occuper l’arrière plan.Figure 3B shows said substructure (3) intended to occupy the background.
Elle est plane, et constituée d’un cadre (16) supportant un damier (161) pourvu d’une part de petits panneaux solaires mono-face (14) capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus, et pourvu d’autre part de miroirs (15) renvoyant des rayons lumineux vers lesdits modules solaires photovoltaïques (72) de ladite sous-structure (2) de premier plan.It is flat, and consists of a frame (16) supporting a checkerboard (161) provided on the one hand with small single-sided solar panels (14) capable of exploiting direct and diffuse light rays, and provided on the other part of mirrors (15) returning light rays to said photovoltaic solar modules (72) of said foreground substructure (2).
Lesdits panneaux solaires photovoltaïques mono-face (14) et lesdits miroirs (15)Said single-sided photovoltaic solar panels (14) and said mirrors (15)
sont à pourtour rectangulaire, plus ou moins plats ou bosselés, et plus ou moins concaves ou convexes.are rectangular in outline, more or less flat or bumpy, and more or less concave or convex.
La Figure 3C montre ladite sous-structure (2) au premier plan en voie de se positionner devant ladite sous-structure (3) en arrière plan.Figure 3C shows said substructure (2) in the foreground in the process of positioning itself in front of said substructure (3) in the background.
La Figure 3D montre ladite structure 3D (1) avec ladite sous-structure (2) au premier plan et faisant partiellement ombrage à ladite sous-structure (3) en arrière plan.Figure 3D shows said 3D structure (1) with said substructure (2) in the foreground and partially shading said substructure (3) in the background.
La Figure 3D montre que ledit damier (99) et ledit damier (161) sont décalés de telle façon que lesdits panneaux solaires photovoltaïques (7) ne sont pas des obstacles à la lumière pour lesdits modules photovoltaïques solaires (14), au moins à midi.Figure 3D shows that said checkerboard (99) and said checkerboard (161) are offset in such a way that said photovoltaic solar panels (7) are not obstacles to light for said solar photovoltaic modules (14), at least at noon .
Les jours où le ciel est dégagé, ladite structure 3D (1) reçoit de la lumière directeOn days when the sky is clear, said 3D structure (1) receives direct light
sur les modules solaires (71), de la lumière directe et de la lumière réfléchie sur lesdits panneaux solaires mono-faces (14), et aussi de la lumière réfléchie sur lesdits modules solaires (72), laquelle lumière réfléchie provient tout particulièrement desdits miroirs (15) .on the solar modules (71), direct light and light reflected on said single-sided solar panels (14), and also light reflected on said solar modules (72), which reflected light comes particularly from said mirrors (15) .
De la façon dont ledit damier (99) et ledit damier (161) sont décalés, les rayons lumineux peinent à atteindre lesdits miroirs (15) lorsqu’il est midi, et par conséquent reçoivent moins de lumière réfléchie par lesdits miroirs (15) qu’en matinée ou l’après midi. A midi donc, ladite structure (1) exploite les rayons lumineux surtout sur les faces frontales desdites sous-structures (2) et (3), et reçoit essentiellement de la lumière directe, moitié pour les modules solaires (71) et moitié pour lesdits panneaux solaires mono-faces (14).The way said checkerboard (99) and said checkerboard (161) are staggered, the light rays struggle to reach said mirrors (15) when it is noon, and therefore receive less light reflected by said mirrors (15) than in the morning or in the afternoon. At noon therefore, said structure (1) exploits the light rays especially on the front faces of said substructures (2) and (3), and essentially receives direct light, half for the solar modules (71) and half for the said single-sided solar panels (14).
En matinée ou l’après midi, ledit cadre (9) fait moins obstacle à la sous-structure (3), le rôle desdits miroirs rectangulaires (15) dudit cadre (16) est plus important qu’à midi, et ladite structure 3D (1) exploite les rayons lumineux sur les deux surfaces utiles de ladite sous-structure (2) et sur l’unique surface utile de ladite sous-structure (3).In the morning or in the afternoon, said frame (9) obstructs the substructure (3) less, the role of said rectangular mirrors (15) of said frame (16) is greater than at noon, and said 3D structure (1) exploits the light rays on the two useful surfaces of said substructure (2) and on the single useful surface of said substructure (3).
Les Figures 4A, 4B, 4C et 4D sont analogues aux Figures 3A, 3B, 3C et 3D,Figures 4A, 4B, 4C and 4D are similar to Figures 3A, 3B, 3C and 3D,
à la différence que ledit cadre (9) est de dimensions inférieures audit cadre (16),with the difference that said frame (9) is of smaller dimensions than said frame (16),
lequel cadre (16) reçoit plus de lumière directe que lorsque ledit cadre (9) et ledit cadre (16) sont de même dimension, et renvoie donc plus de lumière réfléchie vers lesdits modules solaires (72).which frame (16) receives more direct light than when said frame (9) and said frame (16) are of the same size, and therefore returns more reflected light to said solar modules (72).
La Figure 5A représente en vue de dessus une structure (1) sur chassis (44).Figure 5A shows a top view of a structure (1) on frame (44).
La Figure 5B représente en vue de dessus une structure (1) sur chassis (44),Figure 5B shows a top view of a structure (1) on frame (44),
à la différence que ledit cadre (9) est de dimensions inférieures audit cadre (16),with the difference that said frame (9) is of smaller dimensions than said frame (16),
lequel cadre (16) reçoit plus de lumière.which frame (16) receives more light.
La
Dans cette configuration, lesdites structures 3D (1) reçoivent à toute heure des rayons réfléchis et exploitent toutes leurs surfaces photovoltaïques utiles, qu’elles appartiennent à ladite sous-structure (2) ou à ladite sous-structure (3).In this configuration, said 3D structures (1) receive reflected rays at all times and exploit all their useful photovoltaic surfaces, whether they belong to said substructure (2) or to said substructure (3).
A surface de plafond égale, cette configuration apporte plus de surface de réception des rayons lumineux que les solutions classiques de panneaux photovoltaïques à une seule surface.For an equal ceiling surface, this configuration provides more surface for receiving light rays than conventional solutions of photovoltaic panels with a single surface.
La
La
Dans cette configuration, lesdites structures 3D (1) reçoivent à toute heure des rayons réfléchis et exploitent toutes leurs surfaces photovoltaïques utiles, qu’elles appartiennent à ladite sous-structure (2) ou à ladite sous-structure (3).In this configuration, said 3D structures (1) receive reflected rays at all times and exploit all their useful photovoltaic surfaces, whether they belong to said substructure (2) or to said substructure (3).
A surface de plafond égale, cette configuration apporte plus de surface de réception des rayons lumineux que les solutions classiques de panneaux photovoltaïques à une seule surface.For an equal ceiling surface, this configuration provides more surface for receiving light rays than conventional solutions of photovoltaic panels with a single surface.
Claims (9)
l’une, ici dénommée sous-structure (3), en arrière plan, et plane, constituée d’un cadre (16) supportant un damier (161), lequel damier (161)
est pourvu d’une part de petits panneaux solaires photovoltaïques mono-face (14) capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus,
et pourvu d’autre part de miroirs (15) renvoyant des rayons lumineux vers l’avant-scène,
lesdits panneaux solaires photovoltaïques mono-face (14) et lesdits miroirs (15) étant à pourtour rectangulaire, plus ou moins plats ou bosselés et plus ou moins concaves ou convexes, et
l’autre ici dénommée sous-structure (2), en premier plan,
faisant partiellement ombrage à ladite sous structure (3), mono-ou–multibloc,
tout bloc étant de forme parallélélipipédique ou ballonnée ou gondolée, à surface photovoltaïque continue pleine, plus ou moins plate ou bosselée ou à surface photovoltaïque en damier avec cases photovoltaïques pleines, plus ou moins plates ou bosselées et avec cases vides,
ladite sous-structure (2) étant exposée pour un part frontale à la lumière directe et pour une autre part non-frontale à la lumière réfléchie (diffuse).
Lesdites deux sous-structures (3) et (2) sont séparées par des écarteurs réfléchissants (13).
Lesdits miroirs (15) de ladite sous-structure (3) renvoient des rayons lumineux sur la face cachée non-frontale de ladite sous-structure (2).
On peut qualifier de « surface utile » toute surface photovoltaïque. En calibrant de manière appropriée la surface utile de ladite sous-structure (2), la surface utile de ladite structure 3D (1) peut être supérieure à la surface utile d’un panneau solaire photovoltaïque plan et de même surface que ladite sous-structure (3), et produire plus d’électricité lorsque la lumière comporte plus de rayons diffus que de rayons directs, par exemple par temps nuageux en hiver dans les régions tempérées ou encore à l’ombre ou encore par temps voilé.3D structure with several substructures for capturing direct and diffuse light rays for photovoltaic solar modules, characterized in that a 3D structure (1) comprises at least two substructures (3) and (2) for capturing light rays direct and diffuse for photovoltaic solar modules, namely
one, here called substructure (3 ), in the background, and flat, consisting of a frame (16) supporting a checkerboard (161), which checkerboard (161)
is provided on the one hand with small single-sided photovoltaic solar panels (14) capable of exploiting direct and diffuse light rays,
and provided on the other hand with mirrors (15) returning light rays to the front stage,
said single-sided photovoltaic solar panels (14) and said mirrors (15) being rectangular in outline, more or less flat or bumpy and more or less concave or convex, and
the other here called substructure (2) , in the foreground,
partially shading said substructure (3), mono-or-multibloc,
any block being of parallelepipedal or ballooned or warped shape, with a solid, more or less flat or bumpy continuous photovoltaic surface or with a checkerboard photovoltaic surface with full, more or less flat or bumpy photovoltaic boxes and with empty boxes,
said substructure (2) being exposed for a frontal part to direct light and for another non-frontal part to reflected (diffuse) light.
Said two substructures (3) and (2) are separated by reflective spacers (13).
Said mirrors (15) of said substructure (3) reflect light rays onto the non-frontal hidden face of said substructure (2).
Any photovoltaic surface can be described as "usable surface". By appropriately calibrating the useful surface of said substructure (2), the useful surface of said 3D structure (1) can be greater than the useful surface of a planar photovoltaic solar panel and of the same surface as said substructure (3), and produce more electricity when the light contains more diffuse rays than direct rays, for example in cloudy weather in winter in temperate regions or in the shade or in cloudy weather.
la face exposée à la lumière directe de ladite sous-structure (2) à surface photovoltaïque continue ou en damiers est pourvue de surfaces photovoltaïques à base de silicium monocristallin.3D structure with several substructures for capturing direct and diffuse light rays according to claim 1, characterized in that
the face exposed to direct light of said substructure (2) with a continuous or checkerboard photovoltaic surface is provided with photovoltaic surfaces based on monocrystalline silicon.
la face cachée de ladite sous-structure (2) à surface photovoltaïque continue ou en damiers est pourvue de surfaces photovoltaïques à couche mince.3D structure with several substructures for capturing direct and diffuse light rays according to claim 1, characterized in that
the hidden face of said substructure (2) with a continuous or checkerboard photovoltaic surface is provided with thin-film photovoltaic surfaces.
lesdits modules solaires (14) de ladite sous-structure (3) sont pourvus de surfaces photovoltaïques à couche mince.3D structure with several substructures for capturing direct and diffuse light rays according to claim 1, characterized in that
said solar modules (14) of said substructure (3) are provided with thin-film photovoltaic surfaces.
ladite sous-structure (2) est un assemblage de parallélépipèdes ou de volumes plus ou moins ballonnés ou gondolés, et est constituée d’un cadre (9) supportant un damier (99) de cases vides (21) et de petits panneaux solaires bi-faces (7) faisant partiellement ombrage à ladite surface (3).
Ces panneaux solaires bi-faces (7) sont pourvus sur leur face recto de modules solaires (71) capables d’exploiter les rayons lumineux directs et diffus, et sont pourvus sur leur face verso de modules solaires (72) capables d’exploiter les rayons lumineux diffus.
La surface desdits modules solaires (71) et desdits modules solaires (72) est plate ou non.
Lesdits damiers (99) et (161) sont décalés pour être complémentaires à la fois dans la capture de la lumière directe et dans la capture de la lumière diffuse.3D structure with several substructures for capturing direct and diffuse light rays according to claim 1, characterized in that
said substructure (2) is an assembly of parallelepipeds or more or less ballooned or warped volumes, and consists of a frame (9) supporting a checkerboard (99) of empty boxes (21) and small solar panels bi -faces (7) partially shading said surface (3).
These two-sided solar panels (7) are provided on their front face with solar modules (71) capable of exploiting direct and diffuse light rays, and are provided on their reverse face with solar modules (72) capable of exploiting diffuse light rays.
The surface of said solar modules (71) and said solar modules (72) is flat or not.
Said checkerboards (99) and (161) are offset to be complementary both in the capture of direct light and in the capture of diffuse light.
lesdits modules solaires (71) sont faits de silicium monocristallin,
tandis que lesdits modules solaires (72) et lesdits petits panneaux solaires mono-face (14) sont basés sur des technologies à couches minces.3D structure with several surfaces for capturing direct and diffuse light rays, according to claim 5, characterized in that
said solar modules (71) are made of monocrystalline silicon,
while said solar modules (72) and said small single-sided solar panels (14) are based on thin film technologies.
ledit cadre (9) de premier plan est de dimensions inférieures audit cadre (16) d’arrière-plan,
lequel cadre (16) reçoit plus de lumière directe que lorsque ledit cadre (9) et ledit cadre (16) sont de même dimension, et renvoie donc plus de lumière réfléchie vers lesdits modules solaires (72).3D structure with several surfaces for capturing direct and diffuse light rays, according to claim 5, characterized in that
said foreground frame (9) is of smaller dimensions than said background frame (16),
which frame (16) receives more direct light than when said frame (9) and said frame (16) are of the same size, and therefore returns more reflected light to said solar modules (72).
lesdites structure 3D (1) sont plaquées ou scellées aux plafonds (4) des balcons d’immeubles résidentiels, ou aux plafonds de hangars ou de tout type d’abri.
Dans cette configuration, lesdites structures 3D (1) reçoivent à toute heure des rayons réfléchis et exploitent toutes leurs surfaces photovoltaïques utiles, qu’elles appartiennent à ladite sous-structure (2) ou à ladite sous-structure (3).
A surface de plafond égale, cette configuration apporte une production d’électricité photovoltaïque supérieure à celle des solutions classiques de panneaux photovoltaïques à une seule surface.3D structure with several surfaces for capturing direct and diffuse light rays, according to claim 1, characterized in that
said 3D structures (1) are flattened or sealed to the ceilings (4) of the balconies of residential buildings, or to the ceilings of sheds or any type of shelter.
In this configuration, said 3D structures (1) receive reflected rays at any time and exploit all their useful photovoltaic surfaces, whether they belong to said substructure (2) or to said substructure (3).
With an equal ceiling surface, this configuration provides higher production of photovoltaic electricity than conventional solutions of photovoltaic panels on a single surface.
lesdits modules et panneaux solaires photovoltaïques (71), (72) et 14 sont protégés par une couche de polyméthylméthacrylate au lieu d’être protégés par du verre,
ce qui évite d’accroitre la demande mondiale sur le verre pour lequel l’on puise dans des zones côtières et fluviales qui recèlent des écosystèmes fragiles. Le polyméthylméthacrylate est un thermoplastique hautement recyclable.3D structure with several surfaces for capturing direct and diffuse light rays, according to claim 1, characterized in that
said modules and photovoltaic solar panels (71), (72) and 14 are protected by a layer of polymethylmethacrylate instead of being protected by glass,
This avoids increasing global demand for glass, which is drawn from coastal and river areas that harbor fragile ecosystems. Polymethylmethacrylate is a highly recyclable thermoplastic.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR1911653A FR3102300A1 (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Structure for capturing diffuse and direct light rays for photovoltaic solar panels |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR1911653 | 2019-10-18 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR1911653A Withdrawn FR3102300A1 (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Structure for capturing diffuse and direct light rays for photovoltaic solar panels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3102300A1 (en) |
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2019
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