WO2011010076A2 - Procédé d'encapsulation de cellules photovoltaïques destinées a produire de l'électricité par exposition a la lumière - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the technical sector of photovoltaic cells, monocrystalline silicon, polycrystalline, amorphous and others that are integrated in the type of support tiles, panels and frames for this purpose.
- the photovoltaic cell is an electronic component which is the base of the installations producing this energy. It works on the principle of the photoelectric effect.
- Several cells are connected to each other on a photovoltaic solar module, several modules are grouped together to form a solar installation.
- Photovoltaic solar energy is a form of electrical energy produced from solar radiation. Solar energy is a renewable energy, so is solar photovoltaic energy.
- these cells are arranged in groups of substantially the same technical characteristics. They are arranged in series and parallel to allow their use at voltages and currents while ensuring their electrical insulation and their protection against external environmental factors.
- the invention consists in the implementation of a method for encapsulating photovoltaic cells.
- the process according to the invention is carried out by plasticization by means of the compression injection technique.
- the method makes it possible to directly use the interconnected cells (protected by a varnish or not) as inserts and to overmold them during the compression injection process.
- the so encapsulated cells is a photovoltaic module for producing electricity by exposure to light.
- the process allows to reproduce exactly the finished product which facilitates its installation, its replacement, its performance through optics. It allows to make modules that can contain a larger number of cells.
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Abstract
Le procédé d'encapsulation de cellules photovoltaïques destinées à produire de l'électricité par exposition à la lumière, s'effectue par l'encapsulation par injection compression des dites cellules par un ou des polymères thermoplastiques, dans des moules récepteurs et en ce que le module obtenu est soit un produit fini soit un produit semi-fini.
Description
PROCEDE DΈNCAPSULATION DE CELLULES
PHOTOVOLTAIQUES DESTINEES A PRODUIRE DE LΕLECTRICITE PAR EXPOSITION A LA LUMIERE. L'invention se rattache au secteur technique des cellules photovoltaïques, en silicium monocristallin, polycristallin, amorphe et autres qui sont intégrées dans des supports du type tuile, panneaux et encadrements destinés à cette fin. La cellule photovoltaïque est un composant électronique qui est la base des installations produisant cette énergie. Elle fonctionne sur le principe de l'effet photoélectrique. Plusieurs cellules sont reliées entre - elles sur un module solaire photovoltaïque, plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire. L'énergie solaire photovoltaïque est une forme d'énergie électrique produite à partir du rayonnement solaire. L'énergie solaire étant une énergie renouvelable, l'énergie solaire photovoltaïque l'est aussi.
Selon l'art antérieur, ces cellules sont disposées en groupe sensiblement de mêmes caractéristiques techniques. Elles sont disposées en série et en parallèles pour permettre leur utilisation à des tensions et des courants tout en assurant leur isolation électrique et leur protection contre les facteurs environnementaux extérieurs.
Selon la pratique actuelle, la protection des cellules doit permettre une durée de vie supérieure ou égale à 20 ans. La mise en œuvre actuelle s'effectue de la manière suivante : les cellules sont mises en sandwich entre deux plaques de verre avec interposition d'un matériau encapsulant sous forme d'un film polymère par exemple du type EVA ou tout autre polymère équivalent.
Le problème posé réside en ce que ce polymère est fusible à 1500C soit à une température élevée qu'il faut maintenir et ainsi par le fait que la réticulation de cette matière, ou résine doit se faire dans une chambre à vide susceptible d'atteindre ladite température de 1500C et ce dans un laps de temps relativement long de l'ordre de 15mn..
Plus spécifiquement, le problème réside en ce que le procédé actuel veut que l'EVA doit être polymérisé et réticulé à 1500C et que cette température doit être maintenue durant un temps relativement long de l'ordre de 15mn.
La mise en œuvre du procédé actuel présente ainsi certains inconvénients :
l'opération d'encapsulation reste longue, avec des cadences de fabrication relativement limitées et lentes de par la nécessité d'exécution de différentes phases opératoires.
La mise sous vide requiert un matériel coûteux.
Utilisation de différentes matières premières (verre, eva, cellule, fil étamé, mat de verre, scotch, TPT, silicone, cadre alu ...)
- Surface au sol importante d'une ligne de production
Poids important (obliger de renforcer les charpentes existantes) du produit fini
Produit fini difficilement recyclable En égard du fort développement de ce type de produits finis pour assurer la production d'électricité aussi bien pour répondre à des besoins individuels générant de faibles surfaces de pose, que de besoins industriels et collectifs, la démarche des demandeurs a été de réfléchir comment simplifier la production d'encapsulation desdites cellules avec une réduction des coûts
d'obtention, des temps de fabrication, et aussi assurer une meilleure productivité. Ainsi l'invention ici décrite permet d'encapsuler plusieurs cellules à la fois dans un procédé continu c'est-à-dire de réaliser le produit fini dans un temps bien inférieur à la méthode de production actuelle.
II restait aussi à considérer que les cellules photovoltaïques sont fragiles en elles-mêmes et qu'elles ne doivent pas être sollicitées à des contraintes extérieures trop fortes susceptibles de les dégrader et de les détériorer. En égard de ces contraintes, les demandeurs se sont orientés après réflexions, recherche, expérimentations vers l'encapsulation de cellules photovoltaïques par plastification de polymères en injection compression verticale et/ou horizontale. Cette orientation de recherche a fait l'objet de premières études et expérimentations qui apparaissent répondre de manière satisfaisante à la problématique du demandeur et répondre aux objectifs recherchés.
L'invention consiste à la mise en œuvre d'un procédé d'encapsulation de cellules photovoltaïques. Le procédé selon l'invention s'effectue par plastification par le biais de la technique de l'injection compression. Le procédé permet d'utiliser directement les cellules interconnectées (protégées par un vernis ou non) comme des inserts et de les surmouler lors du procédé d'injection compression. Les dites cellules ainsi encapsulées constitue un module photovoltaïque destiné à produire de l'électricité par exposition à la lumière.
L'injection compression consiste à injecter une galette de polymère plastique dans un moule dit « ouvert » que l'on comprime (fermeture du
moule) ensuite pour remplir le moule. Cette injection peut être verticale ou horizontale, la matière ou les matières peuvent être introduites dans le moule par mono ou multi-injection. Selon une autre disposition, la protection des cellules s'effectue par le dépôt éventuel d'un vernis ou d'une résine thermodurcissable.
L'injection compression s'effectue à basse pression à une température comprise entre 175 et 4500C et une pression comprise entre 1 et 100 bars. Cette pression exercée dans le moule est identique en tout point du moule.
Les performances techniques du module photovoltaïque seront obtenues en fonction des polymères plastiques utilisés, de l'épaisseur des faces avant et arrière choisies, de la mise sous vide utilisé ou non lors du procédé d'injection compression, de la protection des cellules optionnelles ( par vernisage ou coating). Les polymères plastiques sont utilisés sous forme de formulations polymères (stabilisées et/ ou chargées). Ces formulations peuvent être à base de différents polymères.
- PMMA, polyméthacrylate de méthyle
-ASA-PC, acrylonitrile styrène acrylonitrile- polycarbonate
-PC, polycarbonate
-PA, polyamide (11, 6-10, 10-10, 12, 4-10 ect)
-PVDF, polyfluorure de vinylidène
-PET polytetrafluorethylene
Les différentes étapes (représentée figure 2) du procédé consistent a: - Etape 1 : Fabriquer la face primaire (1) (avant ou arrière) par injection compression. La face primaire peut être du verre.
- Etape 2 : Ouvrir le moule, puis déposer les cellules (2) (protégées ou non) interconnectées (3) sur la face primaire. Il peut éventuellement être déposé d'autres inserts de type films plastiques, films silicones, câbles électriques, organes de refroidissement, verre - Etape 3 : Injection compression de la face secondaire (4) par surmoulage de l'insert dans le but d'obtenir : le produit fini. (5)
Pour réaliser ces étapes il est nécessaire d'utiliser un ou plusieurs moules avec plusieurs buses d'injection et plusieurs canaux de dégazages.
L'empreinte de la partie avant (6) du moule :
- est polie-miroir (6a),
- contient des pavés rapportés (8) sur les quatre côtés,
- contient un pavé rapporté pour la connectique (9),
- peut être usinée de sorte à améliorer l'optique,
- peut contenir les empreintes des cellules pour faciliter leur positionnement,
- peut contenir un canal d'injection et des évents de dégazage. L'empreinte de la partie arrière (7) du moule :
- est polie - miroir,
- contient un canal d'injection (10) et des évents de dégazage (11).
- contient des pavés rapportés sur les quatre côtés et peut contenir un pavé rapporté sur toute sa surface,
- peut être usinée de sorte à améliorer l'optique,
- peut contenir les empreintes des cellules pour faciliter leur positionnement,
- peut contenir un pavé rapporté pour la connectique.
La protection optionnelle des cellules s'effectue par dépôt d'un vernis, d'une colle ou d'une résine thermodurcissable. L'application est effectuée à température ambiante par électrodéposition d'une peinture poudre et peut être éventuellement vernis par trempage, fluage, spin coating. Le durcissement est obtenu par réticulation aux UV, ou IR ou thermique. De cette manière, les cellules sont ainsi protégées contre les agressions extérieures et peuvent être ainsi utilisées comme inserts lors de l'injection compression. Le module photovoltaïque obtenu incluant la ou les cellules photovoltaïques (protégées ou non) encapsulées dans de la matière plastique peut être considéré selon la configuration du moule, soit comme un produit fini (tuile, panneau, écaille, porte, vitre, décors, textile et habillement, toit ouvrant et tous autres supports susceptibles d'intégrer une enveloppe photovoltaïque encapsuler par plastification, etc ) soit être rapporté sur un constituant de bâtiments tels que tuiles, écaille de bardage, pare-soleil, éléments décoratifs, etc ...
On a illustré aux dessins la mise en œuvre de l'invention :
- La figure 1 illustre le produit obtenu c'est-à-dire d'un ensemble cellules photovoltaïques enrobé selon le procédé de l'invention injection compression
- La figure 2 illustre un exemple de moule mettant en œuvre l'invention, avec les figures 2a, 2b, 2c en vue de droite, de face et de gauche.
Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins.
Le procédé de mise en œuvre selon l'invention offre de grands avantages. Il réduit de manière conséquente les temps de fabrication et de séchage et de durcissement qui sont pour ce dernier situé dans une fourchette entre 10 et 90 secondes, comparativement au temps de 15 minutes nécessaire à la mise sous vide selon l'art antérieur. Le nombre de cellules ou de groupes de cellules pouvant être insérés dans le moule peut être plus important que dans la mise en œuvre de l'invention.
Le procédé selon l'invention met en œuvre des technologies de plasturgie par injection compression connues mais totalement innovantes par rapport au problème posé et à l'application de l'invention, ce qui évite la mise en œuvre de matériel et d'investissements lourds tels que ceux nécessaire à la mise sous vide dans l'art antérieur. La protection des cellules photovoltaïques est assurée par la qualité du matériau d'enrobage, son épaisseur, ses caractéristiques phisico-chimique et mécanique et en fonction des applications de l'invention, on pourra mettre en œuvre des variantes des caractéristiques du matériau d'enrobage. En outre, le procédé de mise en œuvre selon l'invention (injection compression) permet de travailler :
- à basse pression (< 100 bars),
- avec moins de matières que l'injection traditionnelle (épaisseur plus fines) et permet d'obtenir un module photovoltaïque plus léger,
- avec une pression exercée dans le moule identique en tout point du moule,
- à des cadences plus importantes qu'avec la technique actuelle et donc gagner énormément en productivité,
- avec un nombre plus importants de cellules par module photovoltaïque,
- avec une ligne de production moins onéreuse et moins encombrante au sol,
- avec différentes couleurs pour la face arrière et ainsi obtenir un module photovoltaïque décoratif,
- dans le but d'obtenir un produit recyclable et plus respectueux de l'environnement.
Le procédé permet de fabriquer le module photovoltaïque facilement recyclable.
Le procédé permet de reproduire à l'identique le produit fini ce qui facilite sa pose, son remplacement, son rendement grâce à l'optique. Il permet de faire des modules qui peuvent contenir un nombre plus important de cellules.
Les produits obtenus sont plus légers que les produits actuels car la technique de l'injection compression permet d'avoir de faibles épaisseurs.
Le produit obtenu est un élément décoratif lorsque la face arrière est réalisée avec des polymères colorés.
Claims
REVENDICATIONS
-1- Procédé d'encapsulation de cellules photovoltaïques destinées à produire de l'électricité par exposition à la lumière, caractérisé en ce qu'il s'effectue par l'encapsulation par injection compression des dites cellules par un ou des polymères thermoplastiques, dans des moules récepteurs et en ce que le module obtenu est soit un produit fini soit un produit semi-fini. -2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'injection compression s'effectue à basse pression, à une température comprise entre 175 et 450 0C et une pression comprise entre 1 et 100 bars. Cette pression exercée dans le moule est identique en tout point du moule. -3- Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que cette injection peut être verticale ou horizontale, une matière ou des matières peuvent être introduites dans le moule par mono ou multi-injection, et en ce que les matières sont des polymères plastiques suivants : PMMA, ASA-PC, PC, PA, PVDF et PET sous forme stabilisés et/ou formulés sous formes de compound (chargés billes de verre, ignifugés, cristal, transparent ...).
-4- Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la cadence de production est plus rapide par rapport au process actuel. Un module photovoltaïque est fabriqué en moins de trois minutes,
-5 - Procédé selon les revendications 2 est plus respectueux de l'environnement : 4 à 6 matières premières facilement séparables donc valorisables et recyclables, temps de production réduit, consommation énergétique lors de la production réduite, réduction du poids du produit finis.
-6- Procédé selon la revendication 2 permet de reproduire à l'identique le produit finis grâce à l'utilisation d'un moule ce qui facilite sa pose, son remplacement, son rendement grâce à l'optique
-7- Produit obtenu est un élément décoratif avec la possibilité d'utiliser des polymères colorés,
-8- Moule mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que :
- L'empreinte de la partie avant (6) du moule :
o est poli-miroir,
o contient des pavés rapportés (8) sur les quatre côtés, o contient un pavé rapporté pour la connectique (9), o peut être usinée de sorte à améliorer l'optique, o peut contenir les empreintes des cellules pour faciliter leur positionnement,
o peut contenir un canal d'injection et des évents de dégazage pour réaliser la pièce secondaire.
- L'empreinte de la partie arrière (7) du moule :
o est poli - miroir,
o contient un canal d'injection (10) et des évents de dégazage
(11) pour réaliser la pièce secondaire.
o contient des pavés rapportés sur les quatre côtés et peut contenir un pavé rapporté sur toute sa surface,
o peut être usinée de sorte à améliorer l'optique, o peut contenir les empreintes des cellules pour faciliter leur positionnement,
o peut contenir un pavé rapporté pour la connectique.
-9- Produit fini obtenu selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 incluant une ou des cellules photovoltaïques enrobées dans une matière plastique injectée compressée.
-10- Produit semi- fini obtenu selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 incluant une ou des cellules photovoltaïques enrobées dans une matière plastique injectée et compressée; ledit produit semi-fini étant intégré ensuite comme composant d'un autre produit.
-11- Produit selon la revendication 6 caractérisé dans son application comme : tuile, panneau, écaille, porte, vitre, décors, textile et habillement, toit ouvrant, pare-soleil, éléments décoratifs et tous autres supports susceptibles d'intégrer un module photovoltaïque.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10752864 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10752864 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |