FR3117673A1 - Interconnecteur pour chaînes de cellules solaires destinées à former un module photovoltaïque - Google Patents
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Abstract
Titre : Interconnecteur pour chaînes de cellules solaires destinées à former un module photovoltaïque
L’invention concerne un interconnecteur pour chaînes de cellules solaires destinées à former un module photovoltaïque. Il comprend :
au moins un ruban d’interconnexion cellule 11 s’étendant au-delà d’une cellule 200 située en bout de chaîne par une extrémité 111, et au moins un ruban d’interconnexion chaîne 12,
une section de l’un parmi le ruban d’interconnexion cellule et le ruban d’interconnexion chaîne présente :
une surface sensiblement constante etune forme variable entre une première zone 101 d’épaisseur Z1 et une seconde zone 102 d’épaisseur Z2, l’épaisseur Z2 étant strictement inférieure à l’épaisseur Z1 et l’épaisseur Z2 étant strictement inférieure à 50 µm.
Chaque seconde zone constitue ainsi une zone de soudure par résistance sans perte en termes de conduction. Sans surépaisseur au niveau des interconnexions, le risque de casse du module est limité.
Figure pour l’abrégé : Fig. 3B
Description
La présente invention concerne le domaine des modules photovoltaïques, notamment destiné à une application spatiale. La présente invention concerne plus particulièrement la problématique des interconnecteurs et des assemblages entre chaînes (ou « strings » selon la terminologie anglo-saxonne) de cellules solaires pour former un module photovoltaïque. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des interconnexions et des assemblages entre strings de cellules solaires, et notamment entre strings de cellules solaires formant un module photovoltaïque destiné à une application spatiale.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le principe d’interconnexion permet d’établir une connexion électrique entre deux cellules solaires individuelles ou entre plusieurs strings d’un module photovoltaïque par l’intermédiaire d’un matériau conducteur appelé interconnecteur.
Les designs et techniques d’interconnexion entre deux cellules solaires individuelles sont généralement différents entre les applications terrestres et les applications spatiales.
Pour les applications terrestres, le standard d’interconnexion entre deux cellules solaires individuelles consiste en l’utilisation de rubans d’interconnexion en cuivre et étamés, brasés ou collés, sur les cellules solaires. L’épaisseur standard de chacun de ces rubans d’interconnexion est de l’ordre de 200 µm pour une largeur variant de quelques centaines de microns à quelques millimètres. La section correspondante est compatible avec les courants de fonctionnement des cellules solaires à base de silicium, généralement mises en œuvre pour les applications terrestres. Ces courants sont de façon standard compris entre 6 et 12 A.
Pour les applications spatiales, le standard d’interconnexion entre deux cellules solaires individuelles consiste en l’utilisation d’interconnecteurs en molybdène, Invar (FeNi) ou Kovar (FeNiCo), plaqués argent ou or, qui sont soudés par résistance (ou équivalemment par « welding » selon la terminologie anglo-saxonne). Ces interconnecteurs ont une géométrie spécifique permettant de résister aux fortes amplitudes thermiques de l’environnement spatial. L’épaisseur standard de ces interconnecteurs est de l’ordre de 25 µm pour une largeur allant jusqu’à plusieurs millimètres. Cette section est compatible avec les courants de fonctionnement des cellules multi-jonctions spatiales qui sont de façon standard inférieurs à 1 A.
Si l’utilisation de cellules solaires à base de silicium en environnement spatial est assez rare, le télescope Hubble en est un exemple. Il met en œuvre des cellules Silicium dont la surface de 2 cm x 4 cm permet l’utilisation d’un interconnecteur en molybdène plaqué argent, comprenant une boucle de relaxation dite « out-of-plane », pour lier électriquement entre elles deux cellules solaires individuelles. Il est donc possible d’utiliser, pour des applications spatiales, des cellules solaires à base de silicium interconnectées deux à deux par des interconnecteurs développés pour des applications spatiales.
Par ailleurs, l’assemblage entre elles des chaînes, ou “strings”, de cellules solaires permet de relier électriquement entre elles des chaînes de cellules solaires d’un même module, voire de plusieurs modules. Cet assemblage comprend de façon standard une interconnexion entre :
- au moins un ruban d’interconnexion tel que ceux permettant d’interconnecter entre elles deux cellules adjacentes d’une chaîne (en s’étendant par exemple sur une première des deux cellules jusque sous l’autre des deux cellules adjacentes entre elles pour une connexion en série de ces cellules), une extrémité dudit au moins un ruban d’interconnexion s’étendant en bout de chaîne ; un tel ruban sera par la suite appelé « ruban d’interconnexion cellule », et
- au moins un ruban d’interconnexion entre chaînes et/ou entre plusieurs extrémités de rubans d’interconnexion cellule en bout de chaîne, et que nous appellerons par la suite « ruban d’interconnexion chaîne ».
Que ce soit pour des applications spatiales ou terrestres, cet assemblage présente des risques de casse des panneaux, notamment lors de leur fabrication. En particulier, pour des configurations dite verre-verre, dans lesquelles l’assemblage est encapsulé avant d’être pris en sandwich entre deux plaques de verre, des surépaisseurs au niveau des assemblages entre ruban d’interconnexion cellule et ruban d’interconnexion chaîne peuvent conduire à la casse des plaques de verre, notamment lors de leur report. De telles surépaisseurs sont d’autant plus observables que ruban(s) d’interconnexion cellule et ruban(s) d’interconnexion chaîne sont interconnectés par brasure ou collage, qui impliquent tous deux un apport de matière.
Un objet de la présente invention est de proposer un assemblage entre ruban(s) d’interconnexion cellule et ruban(s) d’interconnexion chaîne qui permette de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique.
Un objet de la présente invention est plus particulièrement de proposer un assemblage entre ruban(s) d’interconnexion cellule et ruban(s) d’interconnexion chaîne qui permette de limiter, voire d’annihiler, le risque de casse des panneaux, notamment lors de leur production.
Un autre objet de l’invention est de proposer une solution d’intégration de panneaux de cellules solaires à base de silicium adaptée à des applications aussi bien spatiales que terrestres.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RESUME
Pour atteindre au moins l’un de ces objectifs, on prévoit, selon un premier aspect de l’invention, un interconnecteur pour au moins une chaîne de cellules solaires destinée à former une partie au moins d’un module photovoltaïque.
L’interconnecteur comprend au moins un ruban d’interconnexion cellule s’étendant en partie sur une cellule de la chaîne, la cellule étant située en bout de chaîne. Chaque ruban d’interconnexion cellule s’étend au-delà de ladite cellule sur laquelle il s’étend par une extrémité.
L’interconnecteur comprend en outre au moins un ruban d’interconnexion chaîne. Chaque ruban d’interconnexion chaîne peut être agencé pour interconnecter entre elles au moins deux extrémités de rubans d’interconnexion cellule et/ou au moins deux chaînes de cellules.
Chacun parmi ledit au moins un ruban d’interconnexion cellule et ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne s’étend selon une direction principale sur une épaisseur mesurée selon une direction perpendiculaire à un plan dans lequel s’étend principalement la chaîne de cellules solaires.
Une section dans un plan perpendiculaire à ladite direction principale d’un élément pris parmi ledit au moins un ruban d’interconnexion cellule et ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne présente :
- une surface sensiblement constante et
- une forme variable le long de la direction principale au moins entre une première zone d’épaisseur Z1 et une seconde zone d’épaisseur Z2, l’épaisseur Z2 de la seconde zone étant strictement inférieure à l’épaisseur Z1 de la première zone et l’épaisseur Z2 de la seconde zone étant strictement inférieure à 50 µm.
Ainsi, chaque seconde zone peut constituer une zone de soudure électriquement conductrice, et en particulier une zone de soudure par résistance (ou « welding » selon la terminologie anglo-saxonne).
Pour assurer une compatibilité entre le procédé de soudure par résistance et le principe d’interconnexion par ruban(s) d’interconnexion cellule et ruban(s) d’interconnexion chaîne, on prévoit de modifier la section des zones de ruban(s) d’interconnexion cellule et/ou des zones de ruban(s) d’interconnexion chaîne qui sont destinées à être soudées afin de réduire l’épaisseur de l’interconnexion. Plus particulièrement, les zones de soudure peuvent avoir été poinçonnées pour diminuer localement l’épaisseur des moyens d’interconnexion, tout en conservant la section de ces moyens afin de ne pas perdre en performances électriques.
Il est donc notamment proposé un interconnecteur permettant la connexion électrique de chaînes de cellules solaires entre elles tout en étant adapté à un procédé de soudure par résistance.
Grâce à cet interconnecteur, il n’y a plus de surépaisseur au niveau des interconnexions entre ruban(s) d’interconnexion cellule et ruban(s) d’interconnexion chaîne. Ainsi, le risque de casse des panneaux, notamment lors de leur production, est limité, voire annihilé.
En outre, l’interconnecteur selon le premier aspect de l’invention permet de réaliser des modules photovoltaïques, notamment avec des cellules solaires à base de silicium, qui résistent aux contraintes thermiques de l’environnement spatial. Notamment, l’absence de brasure ou de colle du fait de la possibilité d’utiliser la technique de soudure par résistance permet de limiter le nombre des différents matériaux impliqués dans l’interconnexion et donc est moins sujet aux différences de coefficients d’expansion thermique entre matériaux impliqués.
Un deuxième aspect concerne un module photovoltaïque comprenant des cellules solaires, de préférence à base de silicium, et au moins un interconnecteur tel qu’introduit ci-dessus.
Un troisième aspect concerne un procédé d’assemblage d’un module photovoltaïque selon le deuxième aspect de l’invention. Le procédé d’assemblage comprend une étape de soudure par résistance entre ledit au moins un ruban d’interconnexion cellule et ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne au niveau d’au moins une seconde zone.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les épaisseurs relatives des différents éléments représentés, ainsi que leurs proportions relatives dans des directions perpendiculaires à leur épaisseur, ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, ledit élément étant un ruban d’interconnexion cellule, il comprend une seconde zone située au niveau de l’extrémité par laquelle il s’étend au-delà de la cellule située en bout de chaîne.
Selon un exemple, ledit élément étant un ruban d’interconnexion chaîne, il comprend une seconde zone par ruban d’interconnexion cellule exempte d’une seconde zone, voire par ruban d’interconnexion cellule, chaque seconde zone du ruban d’interconnexion chaîne étant de préférence distante d’au moins une autre seconde zone du ruban d’interconnexion chaîne d’une distance sensiblement égale à une distance de séparation entre rubans d’interconnexion cellule adjacents entre eux, ces derniers étant agencés sensiblement parallèlement entre eux.
Selon un exemple, l’interconnecteur comprend au moins deux rubans d’interconnexion cellule, et au moins une, de préférence chacune, des extrémités desdits au moins deux rubans d’interconnexion cellule est interconnectée à l’autre des deux extrémités par ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne en y étant soudée par résistance au niveau d’au moins une seconde zone.
Selon un exemple, l’interconnecteur comprend au moins deux rubans d’interconnexion cellule, et au moins une, de préférence chacune, des extrémités desdits au moins deux rubans d’interconnexion cellule est interconnectée à l’autre des deux extrémités par un ruban d’interconnexion chaîne en y étant soudées par résistance au niveau de deux secondes zones superposées entre elles, l’une appartenant à un desdits au moins deux rubans d’interconnexion cellule, l’autre au ruban d’interconnexion chaîne.
Selon un exemple, la première zone présente une épaisseur supérieure ou égale à 70 µm, de préférence supérieure à 100 µm, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 200 µm, l’épaisseur étant mesurée perpendiculairement à un plan dans lequel s’étend principalement la chaîne de cellules solaires.
Selon un exemple, l’épaisseur Z1 est l’épaisseur maximale que présente l’élément sur toute son étendue le long de la direction principale.
Selon un exemple, la partie de chaque ruban d’interconnexion qui s’étend sur la cellule située en bout de chaîne est exempte d’une seconde zone. On évite ainsi d’opacifier la cellule et de réduire proportionnellement son rendement.
Selon un exemple, la largeur de chaque ruban d’interconnexion au niveau de chaque première zone est inférieure ou sensiblement égale à 1 mm.
Selon un exemple, chaque seconde zone s’étend sur :
- une surface sensiblement plane s’inscrivant dans le plan dans lequel s’étend principalement la chaîne de cellules solaires et/ou
- une surface sensiblement égale à 1 mm2en projection sur le plan dans lequel s’étend principalement la chaîne de cellules solaires.
Selon un exemple, ledit élément comprend une boucle de relaxation.
Selon un exemple, ledit élément est à base de cuivre, et comprend le cas échéant un étamage de surface d’une épaisseur sensiblement comprise entre 20 et 25 µm et/ou d’une composition en Ag pur, en SnAg, en SnPbAg ou en SnBiAg.
Selon un exemple, l’interconnecteur est plus particulièrement un interconnecteur pour au moins une chaîne de cellules solaires à base de silicium.
Selon un exemple, l’interconnecteur est exempt de brasure ou de colle.
Selon un exemple, dans le module photovoltaïque selon le deuxième aspect de l’invention :
- ledit au moins un interconnecteur réalise une jonction électrique entre au moins deux chaînes de cellules solaires, selon une configuration en série ou en parallèle desdites au moins deux chaînes, et/ou
- ledit au moins un interconnecteur est destiné à réaliser une jonction électrique entre au moins une chaîne de cellules solaires et une électronique extérieure.
Selon un exemple, le module photovoltaïque selon le deuxième aspect de l’invention comprend deux plaques de protection et un encapsulant, ledit au moins un interconnecteur et ladite au moins une chaîne de cellules solaires étant encapsulés par l’encapsulant pris en sandwich entre les deux plaques de protection, ces dernières étant le cas échéant constituées à base de verre.
Selon un exemple, le procédé d’assemblage selon le troisième aspect de l’invention comprend en outre une étape de matriçage, dans un moule comprenant une empreinte et un poinçon, d’un ruban d’interconnexion cellule de section constante et d’épaisseur égale à ladite épaisseur Z1. L’empreinte et le poinçon sont de préférence configurés pour déformer l’extrémité du ruban d’interconnexion cellule en la contraignant à progressivement s’étaler transversalement à son épaisseur de sorte à conserver la longueur du ruban d’interconnexion cellule inchangée tout en réduisant progressivement son épaisseur jusqu’à atteindre ladite épaisseur Z2 et former une seconde zone.
On entend, par « chaîne » (ou « string ») de cellules solaires, une succession sensiblement linéaire de cellules solaires dans un plan, les cellules étant connectées entre elles par au moins un ruban d’interconnexion entre chaque paire de cellules successives dans l’alignement. Ordinairement, chaque ruban d’interconnexion joint entre elles les deux cellules de chaque paire en s’étendant sous une première des deux cellules, puis sur la deuxième des deux cellules, un espace entre les cellules étant ménagé au niveau duquel le ruban d’interconnexion change de côté relativement au plan dans lequel s’inscrivent les cellules.
Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, le terme « épaisseur » désigne, sauf mention contraire, une dimension de l’objet concerné qui est perpendiculaire à un plan dans lequel s’étend principalement une chaîne de cellules solaires, ou un module photovoltaïque comprenant cette chaîne.
Le terme « largeur » désigne quant à lui la dimension d’un objet longitudinal, tel qu’un ruban, qui est perpendiculaire à la direction d’extension longitudinale de l’objet et parallèle au plan dans lequel s’étend principalement le module photovoltaïque.
La « section » d’un objet longitudinal, tel qu’un ruban est définie par la forme, la surface et les dimensions d'une coupe plane transversale de cet objet.
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 10 %, voire 5 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 10 %, voire 5 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 10 %, voire 5 %, près de cette valeur.
Lorsque le terme « sensiblement » se réfère à la qualité d’un objet, par exemple lorsqu’il est question d’un objet de section sensiblement constante, c’est que cette qualité s’accommode a minima de certaines erreurs de mesure ou que cette qualité est à apprécier au regard de la fonction de l’objet, et/ou d’une éventuelle dégradation acceptable de cette fonction, eu égard au tout, tel qu’un module photovoltaïque, dans lequel s’inscrit l’objet. Ainsi, la section de chacun des rubans d’interconnexion dont il est question ici est de préférence constante, aux erreurs de mesure près, mais peut également légèrement varier, au-delà desdites erreurs de mesure, si sa fonction qui est de conduire, par exemple selon certaines spécifications d’un cahier des charges, le courant électrique produit par les cellules solaires n’est pas altérée au point que le module photovoltaïque comprenant les rubans d’interconnexion ne serait plus fonctionnel ou perdrait tout intérêt du fait d’un rendement trop faible.
Initialement, l’invention visait à permettre une plus large utilisation des panneaux photovoltaïques composés de modules photovoltaïques dont les cellules solaires sont à base de silicium pour des applications spatiales.
Dans cette optique, plusieurs problématiques étaient à considérer.
Tout d’abord, l’impossibilité de souder des rubans d’interconnexion entre eux avec le procédé de soudure par résistance a été constatée dès lors que l’épaisseur des éléments à souder entre eux était de l’ordre de 200 microns, comme c’est le cas des éléments largement utilisés pour interconnecter entre elles des chaînes de cellules solaires à base de silicium pour des applications terrestres. En effet, souder par résistance de telles épaisseurs de matériaux nécessite de fournir un apport d’énergie important, non compatible avec les équipements actuels et/ou entrainant des déformations et des défauts d’esthétique non négligeables.
Par ailleurs, il a été constaté des pertes de performances électriques par pertes résistives en cas d’utilisation d’interconnecteurs spécifiques aux applications spatiales pour interconnecter entre elles des chaînes de cellules solaires à base de silicium. En effet, comme mentionné en introduction, les courants que peuvent supporter ces interconnecteurs sont plus faibles, d’environ un ordre de grandeur, par rapport à ceux que des interconnecteurs de chaînes de cellules solaires à base de silicium doivent pouvoir supporter.
En outre, les rubans d’interconnexion utilisés pour des applications terrestres étant souvent à base de cuivre présentent un coefficient d’expansion thermique (d’environ 17 ppm pour le cuivre) supérieur à ceux des matériaux tels que le molybdène (dont le coefficient d’expansion thermique est d’environ 4,8 ppm), l’Invar® (dont le coefficient d’expansion thermique est d’environ 1,6 ppm) et le Kovar® (dont le coefficient d’expansion thermique est d’environ 5,1 ppm) utilisés quant à eux pour constituer des interconnecteurs spécifiques aux applications spatiales. Les rubans d’interconnexion à base de cuivre sont donc a priori de moins bons candidats pour constituer des interconnecteurs spécifiques aux applications spatiales.
Ensuite, les interconnecteurs pour applications terrestres, souvent à base de cuivre comme mentionné ci-dessus, sont usuellement assemblés par brasage des rubans d’interconnexion entre eux. De telles brasures leur confèrent une faible résistance à l’environnement spatial, notamment du fait des températures qui y règnent, et des différences de température qu’on y observe. En effet, ces températures sont à l’origine de sollicitations mécaniques fortes grandement susceptibles d’entraîner la rupture de joints de soudure obtenus par brasure, comme par collage.
Pour répondre à ces problématiques initiales, il a été proposé un interconnecteur 10 pour au moins une chaîne 20 de cellules solaires 200 destinée à former un module photovoltaïque 1 selon la présente invention.
Comme cela apparaîtra par la suite, l’interconnecteur 10 peut permettre d’interconnecter électriquement deux chaînes 20 de cellules solaires 200 entre elles et/ou d’interconnecter électriquement une chaîne 20 de cellules solaires 200 à une électronique extérieure.
Ces deux possibilités sont illustrées sur les figures 1 et 2.
Plus particulièrement, la illustre une mise en série de quatre chaînes 20 de cellules solaires 200. À chaque extrémité de cette série de cellules solaires se situe un interconnecteur (représenté respectivement en haut, à gauche et à droite, de la ) destiné à permettre une connexion, direct ou indirect, à l’électronique extérieure. Entre ces deux interconnecteurs, se situe un interconnecteur reliant électriquement les deux chaînes 20 situées au centre du module photovoltaïque 1. En bas de la sont illustrés deux autres interconnecteurs reliant entre elles respectivement les deux chaînes 20 de droite et les deux chaînes 20 de gauche.
L’architecture illustrée sur la est un exemple d’une architecture connue de l’art antérieur sur laquelle l’invention s’applique avantageusement.
La illustre un autre exemple de ce type d’architecture connue sur laquelle l’invention est destinée à s’appliquer.
Quatre chaînes de deux cellules solaires y sont représentées. Les cellules ayant des dimensions plus grandes que celles illustrées sur la , on observe que plus de deux rubans d’interconnexion cellule 11, ici cinq rubans d’interconnexion cellule, s’étendent en bout de chaque chaîne de cellules solaires. Plus particulièrement, chaque cellule solaire illustrée sur la présente une forme carrée dont le côté peut être environ égal à 15 cm. Le nombre de connexions électriques à assurer avec chaque ruban d’interconnexion chaîne 12 étant proportionnel au nombre de rubans d’interconnexion cellule 11 s’étendant sur chaque cellule solaire 200 en bout de chaîne 20 et chaque interconnexion étant potentiellement une zone de rupture, il ressort que la présente invention sera encore plus avantageusement appliquée à ce deuxième type d’architecture illustrée, relativement au premier type d’architecture.
La est un agrandissement sur la zone référencée A illustrée sur la . On n’y observe notamment qu’il peut être nécessaire d’interconnecter entre eux deux rubans d’interconnexion chaîne 12, par exemple par deux de leurs extrémités et perpendiculairement entre elles. La présente invention concerne en premier lieu les interconnexions entre extrémités 111 des rubans d’interconnexion cellule 11 en bout de chaîne 20 de cellules solaires 200 et un ruban d’interconnexion chaîne 12, mais s’étend également à d’éventuelles interconnexions entre rubans d’interconnexion chaîne 12, notamment telles qu’illustrées sur la .
Dans l’optique susmentionnée, et pour atteindre les objectifs initialement fixés, il est proposé un interconnecteur 10 comprenant :
- au moins un ruban d’interconnexion cellule 11, cinq sur la figure 2A, s’étendant en partie sur une cellule 200 de la chaîne 20, la cellule 200 étant située en bout de chaîne 20, et ledit au moins un ruban d’interconnexion cellule 11 s’étendant au-delà de ladite cellule 200 par une extrémité 111, et
- au moins un ruban d’interconnexion chaîne 12, chaque ruban d’interconnexion chaîne 12 s’interconnectant avec l’extrémité 111 de chaque ruban d’interconnexion cellule 11, au nombre de cinq sur la figure 2A.
Chaque ruban d’interconnexion 11 et ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne 12 s’étend selon une direction principale sur une épaisseur mesurée selon une direction perpendiculaire à un plan (x,y) dans lequel s’étend principalement la chaîne 20 de cellules solaires 200.
L’interconnecteur 10 est essentiellement tel qu’une section dans un plan perpendiculaire à ladite direction principale, x ou y, d’un élément 11, 12 pris parmi ledit au moins ruban d’interconnexion cellule 11 et ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne 12 présente :
- une surface sensiblement constante et
- une forme variable le long de la direction principale au moins entre une première zone 101 d’épaisseur Z1 et une seconde zone 102 d’épaisseur Z2, l’épaisseur Z2 de la seconde zone 102 étant strictement inférieure à l’épaisseur Z1 de la première zone 101 et l’épaisseur Z2 de la seconde zone 102 étant strictement inférieure à 50 µm.
Les figures 3A et 3B illustrent un mode de réalisation dans lequel chaque ruban d’interconnexion cellule 11 comprend une seconde zone 102 située au niveau de l’extrémité 111 par laquelle il s’étend au-delà de la cellule 200 située en bout de chaîne 20.
Dans ce mode de réalisation, l’extrémité 111 de chaque ruban d’interconnexion cellule 11 peut avoir été moulée de la façon illustrée par les vues de dessus qu’offrent les figures 7A et 7B. Plus particulièrement, l’extrémité 111 de chaque ruban d’interconnexion cellule 11 peut avoir été calée contre une paroi d’une empreinte d’un moule 4, avant qu’un poinçon du moule 4 ne vienne écraser l’extrémité 111 du ruban d’interconnexion cellule 11 illustré sur la pour la déformer en la contraignant à progressivement s’étaler transversalement à son épaisseur de sorte à conserver la longueur du ruban d’interconnexion cellule 11 inchangée tout en réduisant progressivement son épaisseur jusqu’à atteindre ladite épaisseur Z2 et former une seconde zone 102 de la façon illustrée sur la . De la sorte, la section du ruban d’interconnexion cellule 11 est maintenue constante sur toute sa longueur. De ce fait, ses performances électriques sont conservées.
En effet, comme l’illustrent conjointement les figures 3A et 3B, la largeur dans la direction x du ruban d’interconnexion cellule 11 croit dans le sens y au niveau de son extrémité 111, tandis que sa hauteur dans la direction z décroît. L’extrémité 111 ainsi déformée se termine de préférence par une surface sensiblement plane s’inscrivant dans le plan (x,y) dans lequel s’étend principalement la chaîne 20 de cellules solaires 200. En alternative ou en complément, cette surface est sensiblement égale à 1 mm2en projection sur le plan (x,y).
De la sorte, l’extrémité 111 dudit au moins un ruban d’interconnexion cellule 11 selon le premier mode de réalisation de l’invention présente une surface par laquelle il est possible, et particulièrement aisé, de la souder par résistance audit au moins un ruban d’interconnexion chaîne 12. L’interconnexion ainsi obtenue est avantageusement exempte de brasure ou de colle, notamment en vues d’applications spatiales.
Un deuxième mode de réalisation, présentant les mêmes avantages, est illustré sur la .
Dans ce deuxième mode de réalisation, c’est ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne 12 qui comprend une seconde zone 102 ; il en comprend plus particulièrement une par ruban d’interconnexion cellule 11, chaque ruban d’interconnexion cellule 11 étant exempt d’une seconde zone 102. On notera que, relativement à l’illustration offerte par la , la section du ruban d’interconnexion chaîne 12 illustré sur la est bien plus étendue dans la direction y. Cette différence s’explique par la conservation de la surface de la section dans le plan (y,z) du ruban d’interconnexion chaîne 12. En effet, comme précédemment décrit en référence à la déformation de l’extrémité 111 de chaque ruban d’interconnexion 11, une diminution de la hauteur du ruban d’interconnexion chaîne 12 est acquise au prix d’une augmentation de sa largeur, suivant l’axe y, de sorte à ce que la surface de sa section reste sensiblement constante, pour préserver ses performances électriques. Les secondes zones 102 du ruban d’interconnexion chaîne 12 sont de préférence distantes entre elles d’une distance égale à une distance de séparation entre les rubans d’interconnexion 11 agencés quant à eux sensiblement parallèlement entre eux sur la cellule 200 située en bout de chaîne 20. De tels rubans d’interconnexion chaîne 12 peuvent aisément être fabriquées selon ces spécifications.
On notera que, dans ce mode de réalisation, la soudure par résistance de l’extrémité 111 de chaque ruban d’interconnexion cellule 11 avec le ruban d’interconnexion chaîne 12 sera de préférence réalisée par la surface du ruban d’interconnexion chaîne 12 d’épaisseur Z2 située en vis-à-vis de ladite extrémité 111.
Un troisième mode de réalisation est illustré sur la .
Dans ce troisième mode de réalisation, chaque ruban d’interconnexion cellule 11 comprend une seconde zone 102 et le ruban d’interconnexion chaîne 12 comprend autant de secondes zones 102 qu’elle a de rubans d’interconnexion cellule 11 à interconnecter entre eux.
On notera que, dans ce troisième mode de réalisation, la soudure par résistance de l’extrémité 111 de chaque ruban d’interconnexion cellule 11 avec le ruban d’interconnexion chaîne 12 peut être réalisée par l’une ou l’autre parmi la surface du ruban d’interconnexion chaîne 12 d’épaisseur Z2 située en vis-à-vis de ladite extrémité 111 et la surface de l’extrémité 111 de chaque ruban d’interconnexion cellule 11 d’épaisseur Z2 située en vis-à-vis du ruban d’interconnexion chaîne 12.
Notons que, dans chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus, la première zone 101 peut présenter une épaisseur supérieure ou égale à 70 µm. Elle peut même être supérieure ou égale à 100 µm, comme c’est le cas des rubans d’interconnexion souvent utilisés actuellement. Notons en outre que, comme illustré sur chacune des figures, l’épaisseur Z1 est de préférence l’épaisseur maximale que présente chaque ruban d’interconnexion 11 et/ou 12 sur toute son étendue le long de sa direction principale d’extension. Par ailleurs, la partie de chaque ruban d’interconnexion cellule 11 qui s’étend sur la cellule 200 située en bout de chaîne 20 est de préférence exempte d’une seconde zone 102 ; de la sorte, on évite d’ombrager des surfaces de captation d’énergie de ladite cellule solaire 200.
Il est en effet préférable que la largeur de chaque ruban d’interconnexion cellule 11 au niveau de chaque première zone 101 soit inférieure ou sensiblement égale à 1 mm, de sorte à optimiser la surface de captation d’énergie de ladite cellule solaire 200. Pour cette raison, il n’est pas envisageable de se contenter d’utiliser des rubans d’interconnexion présentant une section constante d’épaisseur Z2 et de surface égale à celle d’un ruban d’épaisseur égale à 200 microns, car cela reviendrait à ombrager par trop les cellules 200 sur lesquelles de tels rubans d’interconnexion s’étendraient. Notons que, dans cet exemple, conserver la section du ruban d’interconnexion en passant d’une épaisseur de 200 microns à une épaisseur de 50 microns induits un quadruplement de la largeur du ruban.
Considérons maintenant les illustrations offertes par les figures 7A et 7B.
La configuration illustrée sur la est relative à l’art antérieur et la configuration illustrée sur la est relative à la présente invention. Elles illustrent une même configuration dite verre-verre d’un module photovoltaïque 1. Sur la est illustrée, par le dessin d’un impact, la possibilité que le module photovoltaïque selon l’art antérieur casse du fait des épaisseurs superposées des rubans d’interconnexion 11 et 12. Il est à noter que, sur cette illustration, n’est pas représenté le matériau de brasure ou la colle qui vient encore augmenter l’épaisseur de l’interconnexion telle que représentée. En comparaison, on constate, sur la , que l’épaisseur au niveau de l’interconnexion entre chaque ruban d’interconnexion cellule 11 et le ruban d’interconnexion chaîne 12 est avantageusement diminuée du fait de la mise en œuvre de l’invention, comme ici illustrée par son premier mode de réalisation, mais comme cela se vérifie pour chacun de ses modes de réalisation.
Il ressort donc de ce qui précède qu’un avantage de la présente invention est de limiter, voire d’annihiler, le risque de casse du module photovoltaïque 1, notamment lors de sa fabrication, mais également lors du son utilisation à cause des contraintes thermiques.
Ainsi, si l’invention permet effectivement, comme initialement visé, d’étendre plus largement l’usage des cellules solaires à base de silicium à des applications spatiales, il apparaît également que l’invention présente un intérêt en termes de viabilisation des modules photovoltaïques 1, que ce soit :
- pour des applications spatiales ou terrestres, et/ou
- pour des cellules solaires à base de silicium ou autre.
La présente invention permet donc in fine de répondre à une problématique plus large que celle initialement considérée.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
Notamment, comme mentionné ci-dessus, l’invention s’étend également à toute interconnexion entre rubans d’interconnexion chaîne 12.
Par ailleurs, pour diminuer les contraintes mécaniques lors des cycles en température, l’interconnecteur 10 peut comprendre en outre une boucle de relaxation. Cette boucle permet d’absorber les différences de coefficient d’expansion thermique des différents matériaux et les écarts de température importants.
Claims (15)
- Interconnecteur (10) pour au moins une chaîne (20) de cellules solaires (200) destinée à former un module photovoltaïque (1), comprenant :
- au moins un ruban d’interconnexion cellule (11) s’étendant en partie sur une cellule (200) de la chaîne (20), la cellule (200) étant située en bout de chaîne (20), chaque ruban d’interconnexion cellule (11) s’étendant au-delà de ladite cellule (200) par une extrémité (111), et
- au moins un ruban d’interconnexion chaîne (12),
dans lequel une section dans un plan perpendiculaire à ladite direction principale d’un élément (11, 12) pris parmi ledit au moins un ruban d’interconnexion cellule (11) et ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne (12) présente :- une surface sensiblement constante et
- une forme variable le long de la direction principale au moins entre une première zone (101) d’épaisseur Z1 et une seconde zone (102) d’épaisseur Z2, l’épaisseur Z2 de la seconde zone (102) étant strictement inférieure à l’épaisseur Z1 de la première zone (101) et l’épaisseur Z2 de la seconde zone (102) étant strictement inférieure à 50 µm.
- Interconnecteur (10) selon la revendication précédente, dans lequel, ledit élément (11, 12) étant un ruban d’interconnexion cellule (11), il comprend une seconde zone (102) située au niveau de l’extrémité (111) par laquelle il s’étend au-delà de la cellule (200) située en bout de chaîne (20).
- Interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, ledit élément (11, 12) étant un ruban d’interconnexion chaîne (12), il comprend une seconde zone (102) par ruban d’interconnexion cellule (11) exempte d’une seconde zone (102), voire par ruban d’interconnexion cellule (11), chaque seconde zone (102) du ruban d’interconnexion chaîne (12) étant de préférence distante d’au moins une autre seconde zone (102) du ruban d’interconnexion chaîne (12) d’une distance sensiblement égale à une distance de séparation entre rubans d’interconnexion cellule (11) adjacents entre eux, ces derniers étant agencés sensiblement parallèlement entre eux.
- Interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux rubans d’interconnexion cellule (11), et dans lequel au moins une, de préférence chacune, des extrémités (111) desdits au moins deux rubans d’interconnexion cellule (11) est interconnectée à l’autre des deux extrémités (111) par ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne (12) en y étant soudée par résistance au niveau d’au moins une seconde zone (102).
- Interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux rubans d’interconnexion cellule (11), et dans lequel au moins une, de préférence chacune, des extrémités (111) desdits au moins deux rubans d’interconnexion cellule (11) est interconnectée à l’autre des deux extrémités (111)par ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne (12) en y étant soudées par résistance au niveau de deux secondes zones (102) superposées entre elles, l’une appartenant à un desdits au moins deux rubans d’interconnexion cellule (11), l’autre au ruban d’interconnexion chaîne (12).
- Interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première zone (101) présente une épaisseur supérieure ou égale à 70 µm, de préférence supérieure ou égale à 100 µm, l’épaisseur étant mesurée perpendiculairement à un plan dans lequel s’étend principalement la chaîne (20) de cellules solaires (200).
- Interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie de chaque ruban d’interconnexion cellule (11) qui s’étend sur la cellule (200) située en bout de chaîne (20) est exempte d’une seconde zone (102).
- Interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque seconde zone (102) s’étend sur :
- une surface sensiblement plane s’inscrivant dans le plan dans lequel s’étend principalement la chaîne (20) de cellules solaires (200) et/ou
- une surface sensiblement égale à 1 mm2en projection sur le plan dans lequel s’étend principalement la chaîne (20) de cellules solaires (200).
- Interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément (11, 12) est à base de cuivre, et comprend le cas échéant un étamage de surface d’une épaisseur sensiblement comprise entre 20 et 25 µm et/ou d’une composition en Ag pur, en SnAg, en SnPbAg ou en SnBiAg.
- Interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, exempt de brasure ou de colle.
- Module photovoltaïque (1) comprenant des cellules solaires (200), de préférence à base de silicium, et au moins un interconnecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Module photovoltaïque (1) selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un interconnecteur (10) réalise une jonction électrique entre au moins deux chaînes (20) de cellules solaires (200), selon une configuration en série ou en parallèle desdites au moins deux chaînes (20), et/ou dans lequel ledit au moins un interconnecteur (10) est destiné à réaliser une jonction électrique entre au moins une chaîne (20) de cellules solaires (200) et une électronique extérieure.
- Module photovoltaïque (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, comprenant deux plaques de protection (13, 14) et un encapsulant (15), ledit au moins un interconnecteur (10) et ladite au moins une chaîne (20) de cellules solaires (200) étant encapsulés par l’encapsulant (15) pris en sandwich entre les deux plaques de protection, ces dernières étant le cas échéant constituées à base de verre (13, 14).
- Procédé d’assemblage d’un module photovoltaïque (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, comprenant une étape de soudure par résistance entre ledit au moins un ruban d’interconnexion cellule (11) et ledit au moins un ruban d’interconnexion chaîne (12) au niveau d’au moins une seconde zone (102).
- Procédé d’assemblage selon la revendication précédente, comprenant en outre une étape de matriçage, dans un moule (4) comprenant une empreinte et un poinçon, d’un ruban d’interconnexion cellule (11) de section constante et d’épaisseur égale à ladite épaisseur Z1, l’empreinte et le poinçon étant configurés pour déformer l’extrémité (111) du ruban d’interconnexion cellule (11) en la contraignant à progressivement s’étaler transversalement à son épaisseur de sorte à conserver la longueur du ruban d’interconnexion cellule (11) inchangée tout en réduisant progressivement son épaisseur jusqu’à atteindre ladite épaisseur Z2 et former une seconde zone (102).
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