FR2957952A1 - HIGHLY GALBE PHOTOVOLTAIC ELEMENT - Google Patents
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Abstract
L'invention consiste en un élément photovoltaïque réalisé par l'encapsulation directe de cellules photovoltaïques sous une tuile transparente à fort galbe, cette tuile étant par exemple en verre moulé. Cette tuile transparente à fort galbe présente une géométrie particulière de sa face inférieure qui est constituée sur au moins la moitié de sa surface d'une pluralité de zones planes non coplanaires, chacune de ces zones planes étant équipée d'au moins une cellule photovoltaïque, l'ensemble de ces cellules étant interconnectées électriquement. Ces cellules photovoltaïques sont encapsulées à l'aide d'un polymère transparent entre les zones planes de la face inférieure de la tuile et un substrat arrière formé par un polymère afin de ne pas générer de perte optique par une multiplication des interfaces. La tuile transparente fortement galbée est constituée d'un matériau transparent tel que du verre, un polymère transparent ou un assemblage de verre et d'un polymère transparent, le polymère transparent pouvant être notamment un polycarbonate ou du PMMA. L'invention concerne également un système photovoltaïque réalisé avec cet élément photovoltaïque.The invention consists of a photovoltaic element made by the direct encapsulation of photovoltaic cells under a transparent tile with a strong curve, this tile being for example made of molded glass. This transparent tile with a large curvature has a particular geometry of its lower face which is constituted on at least half of its surface by a plurality of non-coplanar planar zones, each of these planar zones being equipped with at least one photovoltaic cell, all of these cells being electrically interconnected. These photovoltaic cells are encapsulated using a transparent polymer between the flat areas of the lower face of the tile and a rear substrate formed by a polymer so as not to generate optical loss by multiplying the interfaces. The highly curved transparent tile is made of a transparent material such as glass, a transparent polymer or an assembly of glass and a transparent polymer, the transparent polymer may be in particular a polycarbonate or PMMA. The invention also relates to a photovoltaic system produced with this photovoltaic element.
Description
Elément photovoltaïque fortement galbé Domaine technique de l'invention Highly curved photovoltaic element Technical field of the invention
L'invention concerne un élément photovoltaïque ayant une forte courbure et utilisant des cellules en silicium monocristallin ou polycristallin, cet élément photovoltaïque étant destiné à être monté en toiture ou en façade. L'invention concerne également un système photovoltaïque réalisé avec cet élément photovoltaïque. The invention relates to a photovoltaic element having a high curvature and using monocrystalline or polycrystalline silicon cells, this photovoltaic element being intended to be mounted on the roof or facade. The invention also relates to a photovoltaic system produced with this photovoltaic element.
État de la technique Une cellule photovoltaïque fournit un courant électrique dépendant de l'éclairement qu'elle reçoit. La tension électrique dépend du type du semi-conducteur formant la cellule. Cette tension est habituellement de l'ordre de 0,5 Volt à 0,7 Volt. Un module photovoltaïque est formé par association de cellules photovoltaïques. Les tensions souhaitées en sortie d'un module photovoltaïque sont généralement comprises entre quelques volts et plusieurs dizaines de volts. Pour cela, un module photovoltaïque est formé d'un assemblage de plusieurs cellules montées en série. Dans toute la description qui suit, la face avant d'une cellule est celle qui reçoit le rayonnement solaire. De même, la face avant d'un module est celle qui reçoit le rayonnement solaire. STATE OF THE ART A photovoltaic cell supplies an electric current depending on the illumination it receives. The voltage depends on the type of semiconductor forming the cell. This voltage is usually in the range of 0.5 volts to 0.7 volts. A photovoltaic module is formed by association of photovoltaic cells. The desired voltages at the output of a photovoltaic module are generally between a few volts and several tens of volts. For this, a photovoltaic module is formed of an assembly of several cells connected in series. Throughout the following description, the front face of a cell is the one that receives solar radiation. Similarly, the front of a module is the one that receives solar radiation.
Un module photovoltaïque peut être réalisé par association de cellules en silicium cristallin, monocristallin ou polycristallin. Les cellules possèdent sur leur face avant selon une première direction un réseau d'électrodes étroites de largeur typiquement comprise entre 80 et 150 gm et espacées de 1,5 à 3 mm. Les cellules possèdent également des bus qui collectent le courant issu des électrodes étroites et qui servent également de zones de connexion sur leur face avant. A photovoltaic module can be produced by combining crystalline silicon, monocrystalline or polycrystalline silicon cells. The cells have on their front face in a first direction an array of narrow electrodes of width typically between 80 and 150 gm and spaced from 1.5 to 3 mm. The cells also have buses that collect the current from the narrow electrodes and also serve as connection areas on their front side.
Sur leur face arrière, les cellules possèdent une métallisation, en pleine surface ou sous forme d'une grille, à base d'aluminium ainsi que deux bus généralement placés à l'aplomb des bus 1/13 de la face avant. Les électrodes étroites ainsi que les bus sont réalisés avec un matériau riche en argent. On their rear face, the cells have a metallization, in full surface or in the form of a grid, based on aluminum and two buses generally placed in line with the bus 1/13 of the front face. The narrow electrodes and the buses are made of a material rich in silver.
Les cellules sont alors connectées entre elles en série par des conducteurs électriques soudés sur la face avant d'une cellule et sur la face arrière de la cellule suivante. Dans un module photovoltaïque, plusieurs séries de cellules peuvent être montées en parallèle pour accroître le courant fourni par le module. Les cellules sont ensuite encapsulées entre deux substrats, un substrat avant transparent en verre et un substrat arrière en verre ou en un polymère faisant barrière à la diffusion de la vapeur d'eau. Un polymère transparent comme du polyvinylbutyrate, plus connu sous l'appellation PVB, ou un copolymère éthylène-acétate de vinyle, plus connu sous l'appellation EVA, disposé entre les substrats avant et arrière entoure les cellules et assure la cohésion de l'ensemble. The cells are then connected together in series by electrical conductors welded on the front face of a cell and on the rear face of the next cell. In a photovoltaic module, several series of cells can be connected in parallel to increase the current supplied by the module. The cells are then encapsulated between two substrates, a transparent glass front substrate and a glass or polymer backing substrate that is a barrier to water vapor diffusion. A transparent polymer such as polyvinylbutyrate, better known as PVB, or an ethylene-vinyl acetate copolymer, better known as EVA, disposed between the front and back substrates surrounds the cells and provides overall cohesion. .
Les modules photovoltaïques sont destinés à de nombreuses applications, et sont ainsi installés en des emplacements très variés. L'installation en toiture a été proposée depuis longtemps, notamment dans le brevet FR2354430 déposé en 1976. Ce brevet décrit l'empilement de cellules photovoltaïques en silicium polycristallin sur une tuile de toiture. Le brevet (DE4438858) décrit des moyens de connexion électrique pour des éléments de toiture photovoltaïques. The photovoltaic modules are intended for many applications, and are thus installed in a wide variety of locations. The installation on the roof has been proposed for a long time, in particular in the patent FR2354430 filed in 1976. This patent describes the stack of polycrystalline silicon photovoltaic cells on a roof tile. Patent (DE4438858) discloses electrical connection means for photovoltaic roof elements.
Les modules photovoltaïques placés en toiture sont de plusieurs types : • des modules photovoltaïques de grande dimension, typiquement plus d'un demi mètre carré, réalisés soit en technologie « silicium cristallin » sur substrat de silicium épais, typiquement 250 µm, soit en technologie « couches minces » de silicium amorphe ou d'autres semi-conducteurs comme CIS ou CdTe. Ces modules photovoltaïques de grande dimension sont installés soit en lieu et place de la couverture, qu'elle soit en tuiles, tôles, ou toute autre matière, soit en superposition à la couverture existante. Ces modules photovoltaïques de grande dimension sont plans, leur face avant étant formée d'un verre plan. • des modules photovoltaïques de petite dimension qui sont installés en lieu et place de plusieurs éléments de la couverture, par exemple à la place de 5 tuiles. Ces modules 2/13 photovoltaïques de petite dimension sont réalisés soit en technologie « silicium cristallin », soit en technologie « couches minces ». Ces modules photovoltaïques de petite dimension sont également plans, leur face avant étant formée d'un verre plan. The photovoltaic modules placed on the roof are of several types: • large photovoltaic modules, typically more than half a square meter, made either in "crystalline silicon" technology on a thick silicon substrate, typically 250 μm, or in " thin layers of amorphous silicon or other semiconductors such as CIS or CdTe. These large photovoltaic modules are installed either in place of the cover, whether it is in tiles, sheets, or any other material, either superimposed on the existing cover. These large photovoltaic modules are flat, their front face being formed of a flat glass. • small photovoltaic modules that are installed in place of several elements of the cover, for example instead of 5 tiles. These small photovoltaic modules 2/13 are made either in "crystalline silicon" technology or in "thin film" technology. These small photovoltaic modules are also flat, their front face being formed of a flat glass.
Des éléments de couverture, par exemple une tuile ou une ardoise, contenant un module photovoltaïque font également partie de l'état de l'art et sont commercialisés. Ces éléments peuvent être: • soit constitués d'un module photovoltaïque rapporté par collage sur la partie supérieure 10 de la tuile ou de l'ardoise • soit formés par dépôt et interconnexion de cellules photovoltaïques sur la partie supérieure de la tuile ou de l'ardoise et protection de ces cellules par un substrat en verre transparent. Il est également connu d'utiliser une tuile en verre comme support d'un module 15 photovoltaïque et en particulier d'intégrer un module photovoltaïque sous une tuile galbée en verre. Le brevet W02007132027 décrit un module photovoltaïque placé dans une tuile galbée. Les brevets japonais JP5005344 et européen EP0749557A1 décrivent un arrangement dans lequel un module photovoltaïque est placé en arrière d'une tuile transparente à la lumière et dont la surface est courbe. Ce module est espacé de la tuile par un cadre d'adaptation de forme 20 entre la tuile courbe et le module photovoltaïque plan. Dans cette configuration, une lame d'air est présente entre la tuile transparente et le module photovoltaïque ce qui provoque la multiplication des interfaces verre ù air, avec une perte de l'ordre de 5% de l'intensité lumineuse à chaque interface. Il est également connu de remplir le volume présent entre la tuile transparente et le module 25 photovoltaïque avec un corps transparent composé d'un polymère transparent ou de verre ou de placer en avant d'un élément photovoltaïque un corps transparent ayant une forme galbée comme dans le brevet FR2354430. Cover elements, for example a tile or a slate, containing a photovoltaic module are also part of the state of the art and are marketed. These elements may be: • either consisting of a photovoltaic module reported by gluing on the upper part 10 of the tile or slate • or formed by depositing and interconnecting photovoltaic cells on the upper part of the tile or the slate and protection of these cells by a transparent glass substrate. It is also known to use a glass tile as support for a photovoltaic module and in particular to integrate a photovoltaic module under a curved glass tile. The patent WO2007132027 describes a photovoltaic module placed in a curved tile. Japanese Patent JP5005344 and European Patent EP0749557A1 describe an arrangement in which a photovoltaic module is placed behind a light-transparent tile whose surface is curved. This module is spaced from the tile by a shape matching frame 20 between the curved tile and the flat photovoltaic module. In this configuration, an air gap is present between the transparent tile and the photovoltaic module which causes the multiplication of the glass-air interfaces, with a loss of the order of 5% of the light intensity at each interface. It is also known to fill the volume present between the transparent tile and the photovoltaic module with a transparent body made of a transparent polymer or glass or to place in front of a photovoltaic element a transparent body having a curved shape as in the patent FR2354430.
30 3/13 2957952 Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, de permettre la réalisation d'un élément de couverture photovoltaïque par l'assemblage de cellules 5 photovoltaïques sous la face inférieure d'une tuile transparente fortement galbée, sans générer de perte optique due à une multiplication des interfaces. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is to remedy these drawbacks and, in particular, to enable the production of a photovoltaic roofing element by the assembly of photovoltaic cells under the lower face of the photovoltaic cell. a highly curved transparent tile, without generating optical loss due to a multiplication of interfaces.
Dans la description suivante, la face avant d'une cellule est la face de la cellule qui reçoit directement le rayonnement solaire, et la face supérieure de la tuile est la face de la tuile en contact avec le milieu extérieur. Par opposition, la face inférieure de la tuile est la face de la tuile protégée du milieu extérieur et qui repose sur les éléments de la charpente de la toiture. In the following description, the front face of a cell is the face of the cell which directly receives the solar radiation, and the upper face of the tile is the face of the tile in contact with the external environment. In contrast, the underside of the tile is the face of the tile protected from the outside environment and which rests on the elements of the frame of the roof.
Selon l'invention, ce but est atteint par une géométrie particulière de la face inférieure de la tuile transparente fortement galbée, cette géométrie particulière permettant l'assemblage de cellules photovoltaïques sous la tuile sans générer de perte optique due à une multiplication des interfaces. According to the invention, this object is achieved by a particular geometry of the underside of the highly curved transparent tile, this particular geometry allowing the assembly of photovoltaic cells under the tile without generating optical loss due to a multiplication of the interfaces.
Selon l'invention, la face inférieure de la tuile transparente fortement galbée constituant l'élément photovoltaïque est formée sur au moins 50% de sa surface d'une pluralité de zones planes non coplanaires, chacune de ces zones planes étant équipée d'une cellule photovoltaïque, l'ensemble de ces cellules étant interconnectées électriquement. Selon une variante de l'invention, la face inférieure de la tuile transparente fortement galbée constituant l'élément photovoltaïque est formée sur au moins 75% de sa surface d'une pluralité de zones planes non coplanaires, chacune de ces zones planes étant équipée d'une cellule photovoltaïque, l'ensemble de ces cellules étant interconnectées électriquement. According to the invention, the lower face of the highly curved transparent tile constituting the photovoltaic element is formed on at least 50% of its surface of a plurality of non-coplanar planar zones, each of these planar zones being equipped with a cell photovoltaic, all of these cells being electrically interconnected. According to a variant of the invention, the lower face of the highly curved transparent tile constituting the photovoltaic element is formed on at least 75% of its surface with a plurality of non-coplanar planar zones, each of these planar zones being equipped with a photovoltaic cell, all of these cells being interconnected electrically.
Selon un développement de l'invention, chacune de ces zones planes de la face inférieure de la tuile transparente fortement galbée constituant l'élément photovoltaïque est équipée de plusieurs cellules photovoltaïques. Selon un autre développement de l'invention, l'au moins une cellule photovoltaïque équipant une zone plane de la face inférieure de la tuile transparente est encapsulée à l'aide d'un 4/13 polymère transparent entre la surface de ladite zone plane de la tuile et un substrat arrière formé par un polymère. According to a development of the invention, each of these flat areas of the lower face of the highly curved transparent tile constituting the photovoltaic element is equipped with several photovoltaic cells. According to another development of the invention, the at least one photovoltaic cell equipping a flat area of the underside of the transparent tile is encapsulated using a transparent polymer between the surface of said flat area of the tile and a back substrate formed by a polymer.
Selon un autre développement de l'invention, une feuille unique d'un polymère forme l'ensemble des substrats arrière encapsulant la pluralité de cellules photovoltaïques équipant l'ensemble des zones planes de la face inférieure de la tuile. According to another development of the invention, a single sheet of a polymer forms all of the rear substrates encapsulating the plurality of photovoltaic cells fitted to all the flat areas of the lower face of the tile.
L'invention concerne également un système photovoltaïque utilisant des éléments photovoltaïques réalisés par l'assemblage de cellules photovoltaïques, notamment des cellules photovoltaïques, sous la face inférieure d'une tuile transparente fortement galbée, la face inférieure de la tuile transparente fortement galbée étant formée sur au moins une partie de sa surface d'une pluralité de zones planes non coplanaires, chacune de ces zones planes étant équipée d'au moins une cellule photovoltaïque, l'ensemble de ces cellules étant interconnectées électriquement. The invention also relates to a photovoltaic system using photovoltaic elements produced by the assembly of photovoltaic cells, in particular photovoltaic cells, under the lower face of a highly curved transparent tile, the lower face of the highly curved transparent tile being formed on at least part of its surface of a plurality of non-coplanar planar zones, each of these planar zones being equipped with at least one photovoltaic cell, all of these cells being electrically interconnected.
Description sommaire des dessins Brief description of the drawings
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given by way of non-limiting example and represented in the accompanying drawings, in which:
La figure 1 représente selon l'invention la section d'une tuile à fort galbe dont la face inférieure formée d'une pluralité de zones planes non coplanaires est équipée de cellules photovoltaïques. FIG. 1 represents, according to the invention, the section of a tile with a large curve whose lower face formed of a plurality of non-coplanar planar zones is equipped with photovoltaic cells.
La figure 2 représente selon l'invention, en vue de dessous, une tuile à fort galbe dont la face inférieure formée d'une pluralité de zones planes non coplanaires est équipée de cellules photovoltaïques. 5/13 La figure 3 représente, selon l'invention, un exemple de la section AA d'une tuile à fort galbe dont la face inférieure formée d'une pluralité de zones planes non coplanaires est équipée de cellules photovoltaïques interconnectées dans une direction perpendiculaire à l'axe de la tuile. FIG. 2 represents, according to the invention, in a view from below, a tile with a large curve whose lower face formed of a plurality of non-coplanar planar zones is equipped with photovoltaic cells. FIG. 3 represents, according to the invention, an example of the section AA of a curved tile whose lower face formed of a plurality of non-coplanar planar zones is equipped with photovoltaic cells interconnected in a perpendicular direction. to the axis of the tile.
La figure 4 représente selon l'invention, un exemple en vue de dessous d'une tuile à fort galbe dont la face inférieure formée d'une pluralité de zones planes non coplanaires est équipée de cellules photovoltaïques interconnectées dans une direction perpendiculaire à l'axe de la tuile. FIG. 4 represents, according to the invention, an example from below of a curved tile whose lower face formed of a plurality of non-coplanar planar zones is equipped with photovoltaic cells interconnected in a direction perpendicular to the axis. of the tile.
La figure 5 représente, selon l'invention, un exemple de la section BB d'une tuile à fort galbe dont la face inférieure formée d'une pluralité de zones planes non coplanaires est équipée de cellules photovoltaïques interconnectées dans une direction parallèle à l'axe de la tuile. FIG. 5 represents, according to the invention, an example of the section BB of a tile with a large curve whose lower face formed of a plurality of non-coplanar planar zones is equipped with photovoltaic cells interconnected in a direction parallel to the axis of the tile.
La figure 6 représente selon l'invention, un exemple en vue de dessous d'une tuile à fort galbe dont la face inférieure formée d'une pluralité de zones planes non coplanaires est équipée de cellules photovoltaïques interconnectées dans une direction parallèle à l'axe de la tuile. FIG. 6 represents, according to the invention, an example from below of a tile with a large curve whose lower face formed of a plurality of non-coplanar planar zones is equipped with photovoltaic cells interconnected in a direction parallel to the axis. of the tile.
Description de modes particuliers de réalisation. Description of particular embodiments.
Un mode de réalisation de l'invention représenté en coupe en figure 1, un élément de couverture photovoltaïque est formé par une tuile transparente fortement galbée 1 dont la face supérieure 2 présente une forte courbure selon au moins une direction et dont la face inférieure possède sur au moins la moitié de sa surface une pluralité de zones planes non coplanaires 10 formant entre elles un angle non nul et par l'encapsulation d'une cellule photovoltaïque 20 sous chacune des zones planes 10. Les zones planes non coplanaires 10 sont notées l0a pour la première et 10k pour la k-ème. La cellule photovoltaïque encapsulées sous la zone plane 10k est notée 20k. Les cellules photovoltaïques sont interconnectées afin de former un circuit électrique continu ayant une connexion d'entrée et une connexion de sortie. Les cellules photovoltaïques 20 sont choisies parmi les cellules dites couches minces, les cellules dites épaisses et les cellules dites hétérojonction, les cellules dites couches minces étant constituées d'une couche mince d'un semi-conducteur choisi notamment parmi le silicium amorphe, le 6/13 silicium micro-cristallin, le tellurure de cadmium, l'alliage cuivre-indium-sélénium et l'alliage cuivre-indium-gallium-sélénium, les cellules dites épaisses ayant une épaisseur d'au moins 40 gm et étant constituées d'au moins un matériau semi-conducteur choisi notamment parmi le silicium monocristallin, le silicium polycristallin, l'arséniure de gallium. La tuile transparente fortement galbée 1 est constituée d'un matériau transparent choisi parmi le verre, un polymère transparent ou un assemblage de verre et d'un polymère transparent, le polymère transparent pouvant être notamment un polycarbonate ou un poly-méthyl-meta-acrylate connu sous le nom de PMMA. An embodiment of the invention shown in section in FIG. 1, a photovoltaic cover element is formed by a highly curved transparent tile 1 whose upper face 2 has a strong curvature in at least one direction and whose underside has on at least half of its surface a plurality of non-coplanar planar zones 10 forming between them a non-zero angle and encapsulation of a photovoltaic cell 20 under each of the flat areas 10. The non-coplanar planar areas 10 are noted 10a for the first and 10k for the k-th. The photovoltaic cell encapsulated under the 10k flat area is denoted 20k. The photovoltaic cells are interconnected to form a continuous electrical circuit having an input connection and an output connection. The photovoltaic cells 20 are chosen from the so-called thin-layer cells, the so-called thick cells and the so-called heterojunction cells, the so-called thin-film cells being constituted by a thin layer of a semiconductor chosen in particular from amorphous silicon, on the other hand. Micro-crystalline silicon, cadmium telluride, copper-indium-selenium alloy and copper-indium-gallium-selenium alloy, the so-called thick cells having a thickness of at least 40 gm and consisting of at least one semiconductor material chosen especially from monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, gallium arsenide. The highly curved transparent tile 1 is made of a transparent material chosen from glass, a transparent polymer or an assembly of glass and a transparent polymer, the transparent polymer possibly being in particular a polycarbonate or a poly-methyl-meta-acrylate known as PMMA.
Un mode de réalisation de l'invention représenté en vue de dessous en figure 2, un élément de couverture photovoltaïque est formé par une tuile transparente fortement galbée 1 dont la face supérieure présente une forte courbure selon au moins une direction et dont la face inférieure possède sur au moins la moitié de sa surface une pluralité de zones planes non coplanaires 10 formant entre elles un angle non nul et par l'encapsulation de plusieurs cellules photovoltaïques 20 sont encapsulées chacune des zones planes 10. La j-ème cellule photovoltaïque encapsulée sous la zone plane 10k est notée 20k j. L'ensemble des cellules photovoltaïques sont interconnectées en série ou en parallèle comme il est connu de le faire dans les panneaux photovoltaïques traditionnels afin de former un circuit électrique continu ayant une connexion d'entrée et une connexion de sortie. Ces connexions d'entrée et de sortie ainsi que le boitier de connexion ne sont pas représentés sur la figure 2. La tuile transparente fortement galbée 1 est constituée d'un matériau transparent choisi parmi le verre, un polymère transparent ou un assemblage de verre et d'un polymère transparent, le polymère transparent pouvant être notamment un polycarbonate ou un poly-méthyl-meta-acrylate connu sous l'appellation PMMA. An embodiment of the invention shown in bottom view in FIG. 2, a photovoltaic roofing element is formed by a highly curved transparent tile 1 whose upper face has a strong curvature in at least one direction and whose underside has on at least half of its surface a plurality of non-coplanar planar zones 10 forming between them a non-zero angle and by the encapsulation of several photovoltaic cells 20 are encapsulated each of the planar zones 10. The j-th photovoltaic cell encapsulated under the 10k flat area is noted 20k j. All photovoltaic cells are interconnected in series or in parallel as is known to do in traditional photovoltaic panels to form a continuous electrical circuit having an input connection and an output connection. These input and output connections as well as the connection box are not shown in FIG. 2. The highly curved transparent tile 1 consists of a transparent material chosen from glass, a transparent polymer or a glass assembly and a transparent polymer, the transparent polymer may be in particular a polycarbonate or a poly-methyl-meta-acrylate known as PMMA.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'au moins une cellule photovoltaïque 20 placée sous une zone plane 10 de la face inférieure de la tuile transparente fortement galbée est encapsulée à l'aide d'un polymère transparent entre un substrat avant formé par la surface de ladite zone plane 10 de la tuile et un substrat arrière. Le polymère transparent sera choisi parmi les copolymères d'acétate de vinyle, notamment le copolymère éthylène-acétate de 7113 vinyle, plus connu sous l'appellation EVA, et les résines silicones. Ce polymère transparent assure la cohésion mécanique entre le substrat avant, les cellules 10 et le substrat arrière. Ce polymère transparent assure également l'adaptation d'indice optique entre le matériau du substrat avant et les cellules 10. Le matériau du substrat arrière sera choisi parmi le verre et les polymères, notamment les polymères fluorés afin d'apporter une grande résistance à la migration des molécules d'eau vers le semi-conducteur des cellules photovoltaïques. According to a particular embodiment of the invention, the at least one photovoltaic cell 20 placed under a flat zone 10 of the lower face of the highly curved transparent tile is encapsulated with a transparent polymer between a front substrate. formed by the surface of said planar zone 10 of the tile and a rear substrate. The transparent polymer will be chosen from vinyl acetate copolymers, in particular the ethylene-vinyl acetate copolymer, better known under the name EVA, and the silicone resins. This transparent polymer provides mechanical cohesion between the front substrate, the cells 10 and the rear substrate. This transparent polymer also ensures the optical index matching between the material of the front substrate and the cells 10. The material of the rear substrate will be chosen from glass and polymers, in particular fluorinated polymers, in order to provide high resistance to migration of water molecules to the semiconductor of photovoltaic cells.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, l'ensemble des cellules photovoltaïques 20 composant l'élément de couverture photovoltaïque sont encapsulées à l'aide d'un polymère transparent entre un substrat avant formé par la pluralité des zones planes 10 de la face inférieure de la tuile et d'un unique substrat arrière, ce substrat arrière couvrant l'intégralité de la surface recevant toutes les cellules photovoltaïques 20. Le polymère transparent sera choisi parmi les copolymères d'acétate de vinyle, notamment le copolymère éthylène-acétate de vinyle et les résines silicones. Le matériau du substrat arrière sera de préférence une feuille d'un matériau polymère fluoré. According to another particular embodiment of the invention, the set of photovoltaic cells 20 composing the photovoltaic cover element are encapsulated using a transparent polymer between a front substrate formed by the plurality of plane areas 10 of the lower face of the tile and a single rear substrate, this rear substrate covering the entire surface receiving all the photovoltaic cells 20. The transparent polymer will be chosen from vinyl acetate copolymers, especially the ethylene-vinyl copolymer. vinyl acetate and silicone resins. The material of the backing substrate will preferably be a sheet of a fluoropolymeric material.
L'invention s'applique également à un élément de couverture photovoltaïque formé par une tuile transparente fortement galbée possédant sur sa face inférieure au moins trois zones planes 20 non coplanaires dont au moins deux sont équipées de cellules photovoltaïques. The invention also applies to a photovoltaic roofing element formed by a highly curved transparent tile having on its underside at least three non-coplanar flat areas, at least two of which are equipped with photovoltaic cells.
Exemple 1 Un élément de couverture photovoltaïque représenté en section AA en figure 3 et en vue de 25 dessous en figure 4 est réalisé par l'encapsulation de 36 cellules photovoltaïques sous une tuile 1 transparente fortement galbée. La tuile 1 en verre moulé présente la même géométrie que les tuiles en terre cuite qu'elle remplace en toiture. La tuile 1 est une tuile à fort galbe de dimension 280 x 480 mm2 et qui présente sur sa face supérieure un rayon de courbure irrégulier compris entre 120 mm et 200 mm. La tuile 1 comporte les mêmes éléments de 30 raccordement avec les tuiles voisines et destinés au cheminement de l'eau que les tuiles en terre cuite. 8/13 La tuile 1 présente sur sa face inférieure quatre zones planes 10-1 à 10-4 formant entre elles un angle de 30 degrés. Ces zones ont une largeur de 60 mm et une longueur de 345 mm. Example 1 A photovoltaic cover element shown in section AA in Figure 3 and in bottom view in Figure 4 is achieved by encapsulating 36 photovoltaic cells under a highly curved transparent tile 1. The molded glass tile 1 has the same geometry as the terracotta tiles it replaces in the roof. The tile 1 is a tile with a large curve of size 280 x 480 mm2 and which has on its upper face an irregular radius of curvature of between 120 mm and 200 mm. The tile 1 has the same connecting elements with the neighboring tiles and intended for the path of the water as the terracotta tiles. 8/13 The tile 1 has on its underside four planar areas 10-1 to 10-4 forming an angle of 30 degrees between them. These areas have a width of 60 mm and a length of 345 mm.
La tuile 1 est constituée d'un verre sodo-calcique avec une très faible teneur en fer, connu sous le nom de verre extra-blanc. L'épaisseur du verre est typiquement comprise entre 8 et 18 mm. La tuile a un coefficient de transmission voisin de 88% dans tout le spectre solaire entre le proche ultraviolet à 350 nm et le proche infrarouge à 1,2 µm. Des cellules photovoltaïques en silicium monocristallin d'une épaisseur de 200 gm environ sont assemblées en une guirlande constituée de neuf branches de quatre cellules. Les quatre cellules d'une même branche sont disposées de telle façon qu'il y a une cellule 20 en regard de chacune des zones planes 10. Par exemple, la première branche contient les cellules 20-1-1, 20-2-1, 20-3-1 et 20-4-1 disposées respectivement en regard des zones planes 10-1, 10-2, 10-3 et 10-4. Les quatre cellules d'une même branche sont électriquement assemblées en série. Pour cela un ruban 30 en cuivre étamé d'épaisseur 0,13 mm et de largeur 2 mm relie électriquement la face supérieure d'une cellule de la branche à la face inférieure de la cellule suivante dans cette même branche. Les neuf branches sont ensuite électriquement assemblées en parallèle par l'intermédiaire des conducteurs 33 et 34 réalisés en cuivre étamé d'épaisseur 0,13 mm et de largeur 4 mm. Les conducteurs 33 et 34 constituent ainsi les extrémités de la guirlande de cellules et sont connectés dans la boite de jonction 60. L'encapsulation des cellules photovoltaïques sous la tuile 1 est réalisée en déposant, par enduction au rouleau, une résine silicone transparente 50 d'indice optique 1.44, proche de celui du verre, sur chacune des quatre zones planes 10-1 à 10-4. La guirlande des cellules photovoltaïques 20 est ensuite mise en place sur les zones planes 10-1 à 10-4. Une feuille 40 d'épaisseur 0.3 mm d'un polymère fluoré et enduite de la même résine silicone est alors placée sur l'ensemble de la guirlande de cellules, la face enduite de la résine silicone contre les cellules. L'ensemble est ensuite placé dans une poche en élastomère et le vide est réalisé dans cette poche, la pression résiduelle étant de 20 millibars. La poche est alors placée dans une étuve à une température de 110°C pendant 30 minutes afin que la résine silicone réticule. 9/13 L'opération finale consiste alors à fixer la boite de jonction 60 est à souder les conducteurs 33 et 34 à un connecteur dans cette boite. L'élément de couverture photovoltaïque ainsi réalisé fourni une puissance de 9 W crête. Tile 1 consists of a soda-lime glass with a very low iron content, known as extra-white glass. The thickness of the glass is typically between 8 and 18 mm. The tile has a transmission coefficient of about 88% in the entire solar spectrum between the near ultraviolet at 350 nm and the near infrared at 1.2 μm. Monocrystalline silicon photovoltaic cells of a thickness of about 200 gm are assembled into a string consisting of nine branches of four cells. The four cells of one and the same branch are arranged in such a way that there is a cell 20 facing each of the planar zones 10. For example, the first branch contains the cells 20-1-1, 20-2-1 , 20-3-1 and 20-4-1 respectively arranged facing planar areas 10-1, 10-2, 10-3 and 10-4. The four cells of the same branch are electrically assembled in series. For this purpose, a tin-plated copper ribbon of thickness 0.13 mm and width 2 mm electrically connects the upper face of a cell of the branch to the lower face of the next cell in this same branch. The nine branches are then electrically assembled in parallel through the conductors 33 and 34 made of tinned copper thickness 0.13 mm and width 4 mm. The conductors 33 and 34 thus constitute the ends of the string of cells and are connected in the junction box 60. The encapsulation of the photovoltaic cells under the tile 1 is carried out by depositing, by roll coating, a transparent silicone resin 50. optical index 1.44, close to that of the glass, on each of the four flat areas 10-1 to 10-4. The garland of the photovoltaic cells 20 is then placed on the flat areas 10-1 to 10-4. A sheet 40 of thickness 0.3 mm of a fluoropolymer and coated with the same silicone resin is then placed on the whole of the string of cells, the side coated with the silicone resin against the cells. The assembly is then placed in an elastomeric bag and the vacuum is produced in this pocket, the residual pressure being 20 millibars. The pouch is then placed in an oven at a temperature of 110 ° C for 30 minutes so that the silicone resin crosslinks. 9/13 The final operation then consists in fixing the junction box 60 is to weld the conductors 33 and 34 to a connector in this box. The photovoltaic roof element thus produced provides a power of 9 W peak.
Exemple 2 Un élément de couverture photovoltaïque représenté en section BB en figure 5 et en vue de dessous en figure 6 est réalisé par l'encapsulation de 48 cellules photovoltaïques sous une tuile 1 transparente fortement galbée. La tuile 1 en verre moulé présente la même géométrie que les tuiles en terre cuite qu'elle remplace en toiture. La tuile 1 est une tuile à fort galbe de dimension 310 x 450 mm2 et qui présente sur sa face supérieure une partie arrondie avec un rayon de courbure d'environ 180 mm et une zone plane. La tuile 1 comporte les mêmes éléments de raccordement avec les tuiles voisines et destinés au cheminement de l'eau que les tuiles en terre cuite. Example 2 A photovoltaic cover element shown in section BB in FIG. 5 and in bottom view in FIG. 6 is made by encapsulating 48 photovoltaic cells under a highly curved transparent tile 1. The molded glass tile 1 has the same geometry as the terracotta tiles it replaces in the roof. The tile 1 is a tile with a large curve of size 310 x 450 mm2 and which has on its upper face a rounded portion with a radius of curvature of about 180 mm and a flat area. The tile 1 has the same connection elements with the neighboring tiles and intended for the path of water than the terracotta tiles.
La tuile 1 présente sur sa face inférieure cinq zones planes 10-1 à 10-5 formant entre elles un angle de 40 degrés en regard de la partie arrondie en face supérieure et une zone plane 10-6 en regard de la partie plane en face supérieure. Ces zones 10 ont une largeur de 52 mm et une longueur de 330 mm. La tuile 1 est constitué d'un verre sodo-calcique avec une très faible teneur en fer, connu sous le nom de verre extra-blanc. L'épaisseur du verre est typiquement comprise entre 8 et 18 mm. La tuile a un coefficient de transmission voisin de 90% dans tout le spectre solaire entre le proche ultraviolet à 350 nm et le proche infrarouge à 1,2 µm. Des cellules photovoltaïques en silicium monocristallin d'une épaisseur de 200 gm environ sont assemblées en une guirlande constituée de six branches de huit cellules. Les huit cellules d'une même branche sont disposées de telle façon qu'elles sont toutes en regard d'une même zone plane 10. Par exemple, la première branche contient les cellules 20-1-1 à 20-1-8 disposées en regard de la zone plane 10-1. Les huit cellules d'une même branche sont électriquement assemblées en série. Pour cela un ruban 30 en cuivre étamé d'épaisseur 0,13 mm et de largeur 2 mm relie électriquement la face supérieure d'une cellule de la branche à la face inférieure de la cellule suivante dans cette même branche. 10 / 13 Les six branches sont ensuite électriquement assemblées en parallèle par l'intermédiaire des conducteurs 35 et 36 réalisés en cuivre étamé d'épaisseur 0,13 mm et de largeur 4 mm. Les conducteurs 35 et 36 constituent ainsi les extrémités de la guirlande de cellules et sont connectés dans la boite de jonction 60. The tile 1 has on its underside five planar zones 10-1 to 10-5 forming between them an angle of 40 degrees facing the rounded portion on the upper face and a flat zone 10-6 opposite the flat portion opposite higher. These zones 10 have a width of 52 mm and a length of 330 mm. Tile 1 consists of a soda-lime glass with a very low iron content, known as extra-white glass. The thickness of the glass is typically between 8 and 18 mm. The tile has a transmission coefficient close to 90% throughout the solar spectrum between the near ultraviolet at 350 nm and the near infrared at 1.2 microns. Monocrystalline silicon photovoltaic cells of a thickness of about 200 gm are assembled into a string consisting of six branches of eight cells. The eight cells of the same branch are arranged in such a way that they are all facing one and the same plane area 10. For example, the first branch contains the cells 20-1-1 to 20-1-8 disposed in look at the flat area 10-1. The eight cells of the same branch are electrically assembled in series. For this purpose, a tin-plated copper ribbon of thickness 0.13 mm and width 2 mm electrically connects the upper face of a cell of the branch to the lower face of the next cell in this same branch. The six branches are then electrically assembled in parallel through the conductors 35 and 36 made of tinned copper of thickness 0.13 mm and width 4 mm. The conductors 35 and 36 thus constitute the ends of the string of cells and are connected in the junction box 60.
L'encapsulation des cellules photovoltaïques sous la tuile 1 est réalisée en déposant une feuille d'un copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA) d'épaisseur 0.38 mm sur la totalité de la zone couverte par les zones planes 10-1 à 10-6. La guirlande des cellules photovoltaïques est ensuite mise en place sur cette feuille d'EVA et en regard des zones planes 10-1 à 10-6. Une seconde feuille d'EVA d'épaisseur 0.38 mm et de même dimension que la première est déposée sur les cellules photovoltaïques, à l'aplomb de la première feuille d'EVA. Ces deux feuilles d'EVA formeront le milieu transparent 50 après ramollissement et réticulation. Une feuille 40 d'épaisseur 0.3 mm d'un polymère fluoré est alors placée sur la seconde feuille d'EVA. L'ensemble est ensuite placé dans une poche en élastomère et le vide est réalisé dans cette poche, la pression résiduelle étant de 20 millibars. La poche est alors placée dans une étuve à une température de 150°C pendant 30 minutes afm que l'EVA se ramollisse, flue et réticule. L'opération finale consiste alors à fixer la boite de jonction 60 est à souder les conducteurs 35 et 36 à un connecteur dans cette boite. L'élément de couverture photovoltaïque ainsi réalisé fourni une puissance de 11 W crête. 11 113 The encapsulation of the photovoltaic cells under the tile 1 is carried out by depositing a sheet of an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) 0.38 mm thick over the entire area covered by the flat areas 10-1 to 10- 6. The garland of the photovoltaic cells is then placed on this sheet of EVA and facing planar areas 10-1 to 10-6. A second sheet of EVA 0.38 mm thick and the same size as the first is deposited on the photovoltaic cells, directly above the first sheet of EVA. These two EVA sheets will form the transparent medium 50 after softening and crosslinking. A sheet 40 0.3 mm thick of a fluoropolymer is then placed on the second sheet of EVA. The assembly is then placed in an elastomeric bag and the vacuum is produced in this pocket, the residual pressure being 20 millibars. The pouch is then placed in an oven at a temperature of 150 ° C. for 30 minutes so that the EVA softens, flows and reticles. The final operation is then to fix the junction box 60 is to weld the conductors 35 and 36 to a connector in this box. The photovoltaic cover element thus produced provides a power of 11 W peak. 11 113
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| EP2550682A1 (en) | 2013-01-30 |
| WO2011117481A1 (en) | 2011-09-29 |
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