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WO2023199005A1 - Module photovoltaïque léger comportant un cadre composite intégré - Google Patents

Module photovoltaïque léger comportant un cadre composite intégré Download PDF

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Publication number
WO2023199005A1
WO2023199005A1 PCT/FR2023/050541 FR2023050541W WO2023199005A1 WO 2023199005 A1 WO2023199005 A1 WO 2023199005A1 FR 2023050541 W FR2023050541 W FR 2023050541W WO 2023199005 A1 WO2023199005 A1 WO 2023199005A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
composite
layer
composite frame
frame
photovoltaic module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2023/050541
Other languages
English (en)
Inventor
Jérôme FRANCOIS
Imed DERBALI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to EP23725759.7A priority Critical patent/EP4508688A1/fr
Publication of WO2023199005A1 publication Critical patent/WO2023199005A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/80—Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
    • H10F19/85—Protective back sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S30/00—Structural details of PV modules other than those related to light conversion
    • H02S30/10—Frame structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/80—Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
    • H10F19/804—Materials of encapsulations

Definitions

  • the present invention relates to the field of photovoltaic modules, which comprise a set of photovoltaic cells electrically connected together, and preferably so-called “crystalline” photovoltaic cells, that is to say which are based on monocrystalline or multicrystalline silicon. llin.
  • the invention can be implemented for numerous applications, in particular autonomous and/or on-board applications, being particularly concerned with applications which require the use of lightweight photovoltaic modules, in particular with a weight per unit area of less than 5 kg/m 2 , and of low thickness, in particular less than 5 mm. It can thus be applied in particular to buildings such as homes or industrial premises, for example for the construction of their roofs, for the design of street furniture, for example for public lighting, road signs or even the recharging of electric cars, or even be used for nomadic applications (solar mobility), in particular for integration into vehicles, such as cars, buses or boats, drones, airships, among others.
  • buildings such as homes or industrial premises, for example for the construction of their roofs, for the design of street furniture, for example for public lighting, road signs or even the recharging of electric cars, or even be used for nomadic applications (solar mobility), in particular for integration into vehicles, such as cars, buses or boats, drones, airships, among others.
  • the invention thus proposes a lightweight photovoltaic module comprising a composite frame integrated into the structure of the module, as well as a method for producing such a photovoltaic module.
  • a photovoltaic module is an assembly of photovoltaic cells arranged side by side between a first transparent layer forming a front face of the photovoltaic module and a second layer forming a rear face of the photovoltaic module.
  • the first layer forming the front face of the photovoltaic module is advantageously transparent to allow the photovoltaic cells to receive a light flux. It is traditionally made from a single sheet of glass, in particular tempered glass, having a thickness typically between 2 and 4 mm, typically of the order of 3 mm.
  • the second layer forming the rear face of the photovoltaic module can be made from glass, metal or plastic, among others. It is often formed by a polymer structure based on an electrical insulating polymer, for example of the polyethylene terephthalate (PET) or polyamide (PA) type, which can be protected by one or more layers based on fluoropolymers, such as polyvinyl fluoride (PVF) or polyvinylidene fluoride (PVDF), and having a thickness of around 400 pm.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PA polyamide
  • fluoropolymers such as polyvinyl fluoride (PVF) or polyvinylidene fluoride (PVDF)
  • the photovoltaic cells can be electrically connected to each other by front and rear electrical contact elements, called connecting conductors, and formed for example by strips of tinned copper, respectively arranged against the front faces (faces facing the face front of the photovoltaic module intended to receive a light flux) and rear (faces facing the rear face of the photovoltaic module) of each of the photovoltaic cells, or even only on the rear face for IBC type photovoltaic cells (for “ Interdigitated Back Contact” in English).
  • IBC (“Interdigitated Back Contact”) type photovoltaic cells are structures for which the contacts are made on the rear face of the cell in the form of interdigitated combs. They are for example described in American patent US 4,478,879 A.
  • the photovoltaic cells located between the first and second layers respectively forming the front and rear faces of the photovoltaic module, can be encapsulated.
  • the encapsulant chosen corresponds to a polymer of the thermosetting or thermoplastic type, and can for example consist of the use of two layers (or films) of poly(ethylene-vinyl acetate) (EVA) between which are placed photovoltaic cells and cell connection conductors.
  • EVA poly(ethylene-vinyl acetate)
  • Each encapsulant layer may have a thickness of at least 0.2 mm and a Young's modulus typically between 2 and 400 MPa at room temperature.
  • the photovoltaic module 1 comprises a front face 2, generally made of transparent tempered glass with a thickness of approximately 3 mm, and a rear face 5, for example constituted by a polymer layer, opaque or transparent, single-layer or multi-layer , having a Young's modulus greater than 400 MPa at room temperature.
  • the photovoltaic cells 4 are the photovoltaic cells 4, electrically connected to each other by connecting conductors 6 and immersed between two front 3a and rear 3b layers of encapsulation material both forming a set encapsulating 3.
  • the process for producing the photovoltaic module 1 comprises a step called vacuum lamination of the different layers described above, at a temperature greater than or equal to 120°C, or even 140°C, or even 150°C, and lower or equal to 170°C, typically between 145 and 165°C, and for a duration of the lamination cycle of at least 10 minutes, or even 15 minutes.
  • the layers of encapsulation material 3a and 3b melt and come to encompass the photovoltaic cells 4, at the same time as adhesion is created at all the interfaces between the layers, namely between the front face 2 and the front layer of encapsulation material 3a, the layer of encapsulation material 3a and the front faces 4a of the photovoltaic cells 4, the rear faces 4b of the photovoltaic cells 4 and the rear layer of encapsulation material 3b, and the layer rear of encapsulation material 3b and the rear face 5 of the photovoltaic module 1.
  • the photovoltaic module 1 obtained is then framed, typically by means of an aluminum profile.
  • Such a structure has now become a standard which has significant mechanical resistance thanks to the use of a front face 2 in thick glass and the aluminum frame, allowing it, in particular and in the majority of cases, to comply with IEC 61215 standards. and IEC 61730.
  • a photovoltaic module 1 according to the classic design of the prior art has the disadvantage of having a high weight, in particular a weight per unit area greater than 10 kg/m 2 , or even 12 kg/m 2 , and is therefore not suitable for certain applications for which lightness is a priority.
  • This high weight of the photovoltaic module 1 mainly comes from the presence of thick glass, with a thickness of approximately 3 mm, to form the front face 2, the density of the glass being in fact high, of the order of 2.5 kg /m 2 /mm thick, and aluminum frame.
  • the glass is tempered.
  • the industrial thermal tempering infrastructure is configured to process glass at least 3 mm thick.
  • the choice of having a glass thickness of approximately 3 mm is also linked to a mechanical resistance to standardized pressure of 5.4 kPa.
  • the glass alone represents practically 70% of the weight of the photovoltaic module 1, and more than 80% with the aluminum frame around the photovoltaic module 1.
  • sheets of polymers such as polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE), or ethylene fluorinated propylene (FEP)
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • ECTFE ethylene chlorotrifluoroethylene
  • FEP ethylene fluorinated propylene
  • the invention aims to at least partially remedy the needs mentioned above and the disadvantages relating to the achievements of the prior art.
  • the invention aims in particular to design an alternative solution for a photovoltaic module designed to be light in order to adapt to certain applications, while having sufficient mechanical properties allowing it to be resistant to shocks and mechanical load, and in particular to IEC 61215 and I EC 61730 standards.
  • the invention thus has, according to one of its aspects, a photovoltaic module obtained from a stack, formed along a vertical stack axis, comprising at least:
  • an assembly encapsulating the plurality of photovoltaic cells characterized in that it further comprises:
  • a composite structure forming a frame for the photovoltaic module comprising at least:
  • a composite frame arranged at least in part, in particular completely, all around the periphery of the central layer so as to surround at least in part, in particular completely, the central layer, the rigidity of the composite frame being greater than the rigidity of the central layer, the composite frame having a Young's modulus greater than 10 GPa at 25°C, the assembly encapsulating the plurality of photovoltaic cells being located at least partially, in particular completely, between said first layer and said composite structure.
  • transparent means that the first layer forming the front face of the photovoltaic module is at least partially transparent to visible light, allowing at least approximately 80% of this light to pass through.
  • the optical transparency, between 300 and 1200 nm, of the first layer forming the front face of the photovoltaic module can be greater than 80%.
  • the optical transparency, between 300 and 1200 nm, of the encapsulating assembly can be greater than 90%.
  • the plurality of photovoltaic cells is arranged in a volume, for example hermetically sealed against liquids, at least in part formed by at least two layers of encapsulation material(s), joined together after lamination to form the encapsulating assembly.
  • the encapsulating assembly is constituted by at least two layers of encapsulating material(s), called core layers, between which the plurality of photovoltaic cells is encapsulated.
  • the layers of encapsulation material melt to form, after the lamination operation, only a single solidified layer (or assembly) in which the photovoltaic cells are embedded.
  • a new type of lightweight photovoltaic module which, by using a composite frame to replace the conventional aluminum frame, can have a surface weight of less than 5 kg/m 2 , while making it possible to stiffen the module, in particular an increase in the overall bending rigidity of the module.
  • the photovoltaic module according to the invention may also include one or more of the following characteristics taken individually or in any possible technical combination.
  • the materials constituting the central layer and the composite frame can advantageously be different.
  • first layer, the central layer, the composite frame and/or the possible second layer, described below can be at least partly formed by a composite material comprising a polymer resin and fibers.
  • the fibers may in particular be glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers, in particular hemp, linen and/or basalt, in particular in the form of fabrics, for example woven, non-woven and/or or sewn, in particular in the form of one or more folds, for example between 1 and 6 folds.
  • the polymer resin may in particular be chosen from: polyurethane (PU), polypropylene (PP), epoxy, polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), a fluoropolymer, in particular polyvinyl fluoride (PVF) or polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) and/or fluorinated ethylene propylene (FEP), among others.
  • PU polyurethane
  • PP polypropylene
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PA polyamide
  • a fluoropolymer in particular polyvinyl fluoride (PVF) or polyvinylidene fluoride (PVDF),
  • the first layer may be at least partly formed by a composite material comprising glass fibers impregnated with polymer resin.
  • the composite frame can have a Young's modulus of between 20 GPa and 100 GPa at 25°C, or even between 80 GPa and 100 GPa at 25°C or even between 20 GPa and 50 GPa at 25°C.
  • the composite frame is integrated into the stack, which is thus a multilayer stack, forming the photovoltaic module.
  • a transverse dimension, relative to the vertical stacking axis, of the composite frame is equal to a transverse dimension of the first transparent layer forming the front face of the photovoltaic module.
  • the transverse dimension of the composite frame is equal to a transverse dimension, relative to the vertical stacking axis, of the assembly encapsulating the plurality of photovoltaic cells.
  • the transverse dimension relative to the vertical stacking axis of the composite frame can advantageously be greater than the transverse dimension relative to the vertical stacking axis of the plurality of photovoltaic cells.
  • the stack may also include a second layer forming the rear face of the photovoltaic module.
  • Said composite structure can in particular be located between the first and second layers, in particular between the second layer and the assembly formed by the plurality of photovoltaic cells and the encapsulating assembly.
  • the composite structure may comprise at least one additional layer, in particular located between the assembly formed by the central layer and the composite frame and the assembly formed by the plurality of photovoltaic cells and the encapsulating assembly.
  • the composite frame can be a monolithic structure, in particular with a thickness of the frame equal to the thickness of the central layer.
  • This monolithic structure can be made up of one or more folds.
  • the composite frame can be a multilayer structure, in particular with a thickness of the frame greater than the thickness of the central layer.
  • the composite frame can be a sandwich type structure, comprising a main layer forming the core of the composite frame and two covering layers forming layers of skin, in particular made up of one or more plies, arranged on either side of the core so that the core is sandwiched between the two layers of skin.
  • the core of the composite frame can be of trapezoidal section in a plane including the vertical axis.
  • the core of the composite frame can be at least partly formed by a low density structure of less than 500 kg/m 3 , for example 100 kg/m 3 , in particular a cellular structure such as a low density foam, for example in polyurethane (PU), polyvinyl chloride (PVC) and/or polyethylene terephthalate (PET), honeycomb, wood, balsa and/or cork.
  • a low density structure of less than 500 kg/m 3 , for example 100 kg/m 3 , in particular a cellular structure such as a low density foam, for example in polyurethane (PU), polyvinyl chloride (PVC) and/or polyethylene terephthalate (PET), honeycomb, wood, balsa and/or cork.
  • PU polyurethane
  • PVC polyvinyl chloride
  • PET polyethylene terephthalate
  • the skin layers may be at least partly formed by a composite material comprising a polymer resin and fibers, in particular glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers, in particular basalt, in particular in the form fabrics, for example woven, non-woven and/or sewn, in particular in the form of one or more plies, for example between 1 and 6 plies.
  • a composite material comprising a polymer resin and fibers, in particular glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers, in particular basalt, in particular in the form fabrics, for example woven, non-woven and/or sewn, in particular in the form of one or more plies, for example between 1 and 6 plies.
  • One of the two layers of skin can form the rear face of the photovoltaic module.
  • part of said composite structure can define the rear face of the module.
  • the composite frame can be a tubular type structure, comprising a composite hollow body, in particular of rectangular or square section in a plane including the vertical axis.
  • the composite frame can be an angle-type structure, comprising a solid composite body defining an “L” shape in section in a plane including the vertical axis.
  • the internal angle formed by the “L” shape can advantageously define a housing for the second layer, the transverse dimension relative to the vertical stacking axis of the composite frame being greater than the transverse dimension relative to the axis vertical stacking of the second layer.
  • the composite frame in the form of a tubular or angle type structure can be monolithic or multilayer.
  • At least one bonding film can be positioned between the composite frame and at least one of the first and second layers or the encapsulating assembly.
  • the composite frame may include a bonding film on either side of it to facilitate its adhesion.
  • the thickness of the composite frame can be greater than or equal to the thickness of the central layer.
  • the transverse dimension relative to the vertical stacking axis of the plurality of photovoltaic cells may be greater than or equal to the transverse dimension relative to the vertical stacking axis of the central layer.
  • the transverse dimension of the central layer is substantially equal to the transverse dimension of the plurality of photovoltaic cells.
  • the central layer is positioned under the plurality of photovoltaic cells.
  • the plurality of photovoltaic cells is arranged between the first transparent layer forming the front face of the photovoltaic module and the central layer.
  • the encapsulating assembly can be formed by at least one front layer and a rear layer comprising at least one polymer type encapsulation material chosen from: acid copolymers, ionomers, poly(ethylene acetate vinyl) (EVA), vinyl acetals, such as polyvinyl butyrals (PVB), polyurethanes, polyvinyl chlorides, polyethylenes, such as linear low density polyethylenes, polyolefins elastomers of copolymers, copolymers of ot- olefins and a-, P- carboxylic to ethylenic acid esters, such as ethylene-methyl acrylate copolymers and ethylene-methyl acrylate copolymers. butyl, silicone elastomers and/or elastomers based on crosslinked thermoplastic polyolefin.
  • polymer type encapsulation material chosen from: acid copolymers, ionomers, poly(ethylene acetate vinyl) (EVA), vinyl
  • a transverse dimension of the front layer of the encapsulating assembly and a transverse dimension of the rear layer of the encapsulating assembly are substantially identical.
  • the encapsulating assembly may have a thickness of between 200 pm and 600 pm, in particular between 400 pm and 600 pm.
  • the encapsulating assembly can have a Young's modulus of between 2 MPa and 400 MPa at 25°C, or even between 2 MPa and 200 MPa at 25°C.
  • the invention also relates, according to another of its aspects, to a method of producing a photovoltaic module as defined above, from a stack, formed along a vertical stack axis, comprising:
  • a composite structure forming a frame for the photovoltaic module comprising at least:
  • the assembly encapsulating the plurality of photovoltaic cells being located at least partly between said first layer and said composite structure, the method comprising the step of manufacturing the photovoltaic module by a process of lamination, infusion, resin transfer molding (or RTM for “Resin Transfer Molding” in English) and/or consolidation of prepregs, so as to that the composite frame is integrated inside the photovoltaic module, in particular between the first and second layers.
  • the manufacturing step may include a hot and vacuum lamination step carried out at a temperature greater than or equal to 120°C, or even 140°C, or even 150°C, and less than or equal to 170°C, or even 180°C. °C, typically between 130°C and 180°C, or even between 145°C and 165°C, and for a duration of the lamination cycle of at least 5 minutes, or even 10 minutes, or even 15 minutes, in particular between 5 and 20 minutes.
  • the photovoltaic module and the production method according to the invention may include any of the characteristics previously stated, taken in isolation or in any technically possible combination with other characteristics.
  • FIG. 1 represents, in section, a classic example of a photovoltaic module comprising crystalline photovoltaic cells
  • FIG. 1 represents, in exploded view, the photovoltaic module of Figure 1
  • Figures 1 and 2 have already been described in the section relating to the state of the prior art.
  • Figures 3 to 9 illustrate different distinct embodiments of photovoltaic modules 1 according to the invention.
  • photovoltaic cells 4 interconnected by soldered tinned copper ribbons, similar to those represented in Figures 1 and 2, are “crystalline” cells, that is to say that they comprise mono or multicrista II in, and that they have a thickness between 1 and 250 pm.
  • transverse dimensions considered here can be widths and/or lengths.
  • Figure 3 illustrates, in section, a first example of production of a photovoltaic module 1 according to the invention.
  • Figure 3 corresponds to a view of the photovoltaic module 1 before the manufacturing step, in particular lamination, of the method according to the invention.
  • the photovoltaic module 1, or more precisely the stack intended to form the photovoltaic module 1 and produced along a vertical stacking axis X thus comprises a first layer 2 forming the front face of the photovoltaic module 1 and intended to receive a light flux , a plurality of photovoltaic cells 4 arranged side by side and electrically connected to each other, and an assembly 3 encapsulating the plurality of photovoltaic cells 4.
  • the The stack comprises a second layer 5 forming the rear face of the photovoltaic module 1.
  • the rear face of the photovoltaic module 1 is formed by a skin layer 16 of the composite structure 10, described by the following.
  • a composite structure 10 is present to form a frame for the photovoltaic module 1, and more particularly the frame of the photovoltaic module, in replacement of the aluminum frame usually used in conventional photovoltaic modules.
  • This composite structure 10 comprises a central layer 11 and a composite frame 12, arranged at least partly all around the periphery P of the central layer 11 so as to surround at least partly the central layer 11.
  • the composite frame 12 thus surrounds the central part of the photovoltaic module 1, stiffening the whole.
  • the composite frame 12 has a rigidity greater than the rigidity of the central layer 11, and in particular a Young's modulus E12 greater than 10 GPa at 25°C, for example between 20 GPa and 100 GPa at 25°C, or even between 80 GPa and 100 GPa at 25°C or even between 20 GPa and 50 GPa at 25°C.
  • transverse dimension di2 relative to the vertical stacking axis X of the composite frame 12 is greater than the transverse dimension d4 relative to the vertical stacking axis X of the plurality of photovoltaic cells 4.
  • this composite structure 10 is located between the first 2 and second 5 layers, and more particularly between the second layer 5 and the assembly formed by the plurality of photovoltaic cells 4 and the encapsulating assembly 3.
  • the composite structure 10 is located on the rear face such that the assembly formed by the plurality of photovoltaic cells 4 and the encapsulating assembly 3 is between the structure composite 10 and the first layer 2.
  • the transverse dimensions d2 of the first layer 2, dsa of the front layer 3a of the encapsulant 3, dsb of the rear layer 3b of the encapsulant 3, dio of the composite structure 10 and ds of the second layer 5 are substantially identical, while the transverse dimensions d4 of the plurality of photovoltaic cells 4 and of the central layer 11 are smaller but also substantially identical.
  • the first layer 2, forming the front face comprises glass fibers impregnated with polymer resin. It is thus in the form of a layer transparent composite based on glass fiber fabrics impregnated with transparent and impact-resistant polymer resin, and in particular in the form of a single ply.
  • the second layer 5, forming the rear face can also include glass fibers impregnated with polymer resin. It can therefore be of the same nature as the first layer 2. This possibility is particularly interesting for obtaining bifacial modules with bifacial cells where transparency is required on the front and rear faces.
  • the second layer 5, forming the rear face can be at least partly formed by a composite material comprising a polymer resin and fibers, in particular glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers.
  • a composite material comprising a polymer resin and fibers, in particular glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers.
  • the second layer 5 may comprise one or more basalt fiber fabrics, in particular one or more plies. Basalt fibers have a weight of around 300 to 600 g/m 2 .
  • the central layer 11 and the composite frame 12 are at least partly formed by a composite material comprising a polymer resin and fibers, in particular glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers, in particular hemp, linen and/or basalt, in particular in the form of fabrics, for example woven, non-woven and/or sewn, in particular in the form of one or more plies, for example between 1 and 6 plies.
  • a composite material comprising a polymer resin and fibers, in particular glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers, in particular hemp, linen and/or basalt, in particular in the form of fabrics, for example woven, non-woven and/or sewn, in particular in the form of one or more plies, for example between 1 and 6 plies.
  • the materials constituting the central layer 11 and the frame 12 are different.
  • the polymer resin used to impregnate the fibers, both for the first layer 2, the central layer 11, the composite frame 12 and/or the possible second layer 5, can be chosen from: polyurethane (PU), polypropylene (PP), epoxy, polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), a fluoropolymer, in particular polyvinyl fluoride (PVF) or polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) and/or fluorinated ethylene propylene (FEP).
  • PU polyurethane
  • PP polypropylene
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PA polyamide
  • a fluoropolymer in
  • Pre-impregnation can take place before shaping the photovoltaic module 1, for example by lamination, or the impregnation can take place during assembly, for example by injection of polymer resin during assembly.
  • the central layer 11 comprises one or more fabrics with linen fibers, in particular two folds of fabric. These fibers have a weight of around 200 to 400 g/m 2 .
  • the composite frame 12 is monolithic, formed from one or more plies of fibers. It is for example made up of one or more fabrics with basalt, glass or carbon fibers, in particular one ply or several plys.
  • the composite structure 10 comprises an additional layer 13, located between the assembly formed by the central layer 11 and the composite frame 12 and the assembly formed by the plurality of photovoltaic cells 4 and the encapsulating assembly 3.
  • This additional layer 13 is for example made of a composite material comprising a polymer resin and one or more fabrics with basalt fibers, in particular at least one ply and advantageously at least two plys.
  • the polymer resin provides adhesion between the layers after assembly.
  • the composite frame 12, the additional layer 13 and/or the possible second layer 5 using fabrics with basalt fibers may include NCF type fabrics (for “Non Crimp Fabric” in English, i.e. sewn multi-axial fabric) .
  • the composite frame 12 can have a transverse dimension di2, in particular a width, between 30 mm and 100 mm, and for example of the order of 60 mm for a photovoltaic module 1 of dimensions 700 mm x
  • the thickness ei2 of the frame 12 is equal to the thickness en of the central layer 11.
  • FIG. 5 to 9 illustrate several configurations for the composite frame 12 in the form of a multilayer structure. Then, the thickness ei2 of the frame 12 is greater than the thickness en of the central layer 11.
  • Figures 5 and 6 illustrate a composite frame 12 in the form of a sandwich type structure. It then comprises a main layer forming the core 14 of the frame 12 and two covering layers forming layers of skin 15, 16, arranged on either side of the core 14 so that the core 14 is taken into account. sandwich between the two layers of skin 15, 16.
  • the core 14 of the composite frame 12 has low rigidity while the skin layers 15, 16 have significant rigidity, in particular of the order of 20 GPa to 100 GPa, or even between 80 and 100 GPa or even between 20 and 100 GPa. 50 GPa at 25°C.
  • the core 14 of the composite frame 12 is for example formed by a low density structure less than 500 kg/m 3 , for example 100 kg/m 3 , in particular a cellular structure such as a low density foam, for example polyurethane. (PU), polyvinyl chloride (PVC) and/or polyethylene terephthalate (PET), honeycomb, wood, balsa and/or cork.
  • PU polyurethane
  • PVC polyvinyl chloride
  • PET polyethylene terephthalate
  • the skin layers 15, 16 are for example formed by a composite material comprising a polymer resin and fibers, in particular glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers, in particular basalt, in particular in the form fabrics, for example woven, non-woven and/or sewn, in particular in the form of one or more plies, for example between 1 and 6 plies, preferably 2 plies.
  • the skin layers 15, 16 may comprise different types of matrices, for example thermosetting and/or thermoplastic.
  • the thicknesses eis, ei6 of the skin layers 15, 16 can be between 0.2 mm and 2 mm, being preferably of the order of 0.5 mm.
  • the skin layer 16 forms the rear face of the photovoltaic module 1, which is therefore here devoid of a second layer 5 as described previously.
  • There skin layer 16 thus has a transverse dimension relative to the vertical stacking axis X of the composite frame 12 which is equal to the transverse dimension dio relative to the vertical stacking axis X of the composite structure 10.
  • the sandwich type structure thus formed is advantageous in that it makes it possible to increase the inertia and the rigidity of the composite frame 12 in bending, in particular up to a factor of 30, while preserving the low mass generated.
  • a sandwich-type structure has a bending rigidity proportional to the cube of its thickness. It is therefore possible, by increasing the thickness of the core 14, to significantly increase its bending moment of inertia and obtain a considerable increase in the rigidity of the structure while minimizing the increase in mass.
  • the choice of the thickness of the core 14 is made with the objective of a minimum mass for the mechanical stresses required, in particular the resistance to shearing, bending and/or impact.
  • the determination of the respective thicknesses of the skin layers 15, 16 and the core 14 is done so as to resist bending moments, shearing, and axial stresses induced by the forces applied to the construction elements of the sandwich-type structure.
  • Mechanical properties and weight reduction are typically the main criteria involved in the choice of constituents.
  • Figure 6 makes it possible to illustrate the possibility of having a core 14 of the composite frame 12 of trapezoidal section in a plane comprising the vertical axis X.
  • a trapezoidal section facilitates the implementation of the composite plies and the closure of the sandwich-type structure in relation to the external environment.
  • the extra thickness of the composite frame 12 relative to the rest of the composite structure 10 can possibly be compensated by the use of silicone sheets, for example of the Mosite type, in order to be able to apply uniform pressure throughout.
  • FIG. 7 also makes it possible to illustrate an embodiment of the composite frame 12 in the form of a tubular type structure.
  • This structure comprises a composite hollow body 12, which is for example of rectangular section in a plane comprising the vertical axis X.
  • This composite hollow body 12 in the form of a tube thus defines an internal cavity filled with air.
  • a second layer 5 is present here to form the rear face of the photovoltaic module 1.
  • the example shown in Figure 8 makes it possible to illustrate an embodiment of the composite frame 12 in the form of an angle iron type structure, comprising a solid composite body 12 defining an "L" shape in section in a plane comprising the vertical axis X.
  • the internal angle ai2 formed by the “L” shape defines a housing for the second layer 5, also present in this example.
  • the transverse dimension di2 relative to the vertical stacking axis X of the composite frame 12 is advantageously greater than the transverse dimension ds relative to the vertical stacking axis X of the second layer 5.
  • the composite frames 12 of the examples in Figures 7 and 8 are thus formed by profiles, in particular pultruded and integrated into the co-firing structure.
  • the example of Figure 8 represents transverse dimensions dsa, dsb of the front layers 3a and rear 3b of the encapsulating assembly 3 which are more reduced and in particular of the order of the transverse dimension of the central layer 11.
  • one or more bonding films 17, shown in dotted lines in Figures 7 and 8 can be integrated between the composite frame 12 and at least one of the first 2 and second 5 layers or the encapsulating assembly 3 to allow better adhesion between the different materials in order to guarantee good performance of the structure produced with regard to the resistance, heat resistance, wet aging required, as well as the implementation parameters of the module during manufacturing .
  • the photovoltaic module 1 can be obtained by a conventional lamination process in a single step, for example by hot lamination under vacuum at a temperature of approximately 150° C. for approximately 15 minutes, or even by a transformation process used for composite materials, in particular by infusion, resin transfer molding (or RTM for “Resin Transfer Molding” in English) and/or by consolidation of prepregs.
  • a composite frame 12 integrated inside the photovoltaic module 1 making it possible to avoid the use of the usual aluminum frame and thus to considerably reduce the surface weight of the module while guaranteeing sufficient rigidity.

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Abstract

L'objet principal de l'invention est un module photovoltaïque (1) obtenu à comportant au moins : une première couche (2), une pluralité de cellules photovoltaïques (4), un ensemble encapsulant (3) les cellules photovoltaïques (4), : une structure composite (10) formant un cadre pour le module photovoltaïque (1), comportant au moins une couche centrale (11) et un cadre composite (12), la rigidité du cadre (12) étant supérieure à la rigidité de la couche centrale (11), le cadre (12) présentant un module de Young (E12) supérieur à GPa à 25°C,.

Description

Module photovoltaïque léger comportant un cadre composite intégré
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention se rapporte au domaine des modules photovoltaïques, qui comportent un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement, et préférentiellement des cellules photovoltaïques dites « cristallines », c'est-à-dire qui sont à base de silicium monocristallin ou m ulticrista llin.
L'invention peut être mise en œuvre pour de nombreuses applications, notamment des applications autonomes et/ou embarquées, étant particulièrement concernée par les applications qui requièrent l'utilisation de modules photovoltaïques légers, en particulier d'un poids par unité de surface inférieur à 5 kg/m2, et de faible épaisseur, notamment inférieure à 5 mm. Elle peut ainsi notamment être appliquée pour des bâtiments tels que des habitats ou locaux industriels, par exemple pour la réalisation de leurs toitures, pour la conception de mobilier urbain, par exemple pour de l'éclairage public, la signalisation routière ou encore la recharge de voitures électriques, voire également être utilisée pour des applications nomades (mobilité solaire), en particulier pour une intégration sur des véhicules, tels que voitures, bus ou bateaux, des drones, des ballons dirigeables, entre autres.
L'invention propose ainsi un module photovoltaïque léger comportant un cadre composite intégré à la structure du module, ainsi qu'un procédé de réalisation d'un tel module photovoltaïque.
Technique antérieure
Un module photovoltaïque est un assemblage de cellules photovoltaïques disposées côte à côte entre une première couche transparente formant une face avant du module photovoltaïque et une seconde couche formant une face arrière du module photovoltaïque.
La première couche formant la face avant du module photovoltaïque est avantageusement transparente pour permettre aux cellules photovoltaïques de recevoir un flux lumineux. Elle est traditionnellement réalisée en une seule plaque de verre, notamment du verre trempé, présentant une épaisseur typiquement comprise entre 2 et 4 mm, classiquement de l'ordre de 3 mm.
La deuxième couche formant la face arrière du module photovoltaïque peut quant à elle être réalisée à base de verre, de métal ou de plastique, entre autres. Elle est souvent formée par une structure polymérique à base d'un polymère isolant électrique, par exemple du type polytéréphtalate d'éthylène (PET) ou polyamide (PA), pouvant être protégée par une ou des couches à base de polymères fluorés, comme le polyfluorure de vinyle (PVF) ou le polyfluorure de vinylidène (PVDF), et ayant une épaisseur de l'ordre de 400 pm.
Les cellules photovoltaïques peuvent être reliées électriquement entre elles par des éléments de contact électrique avant et arrière, appelés conducteurs de liaison, et formés par exemple par des bandes de cuivre étamé, respectivement disposées contre les faces avant (faces se trouvant en regard de la face avant du module photovoltaïque destinée à recevoir un flux lumineux) et arrière (faces se trouvant en regard de la face arrière du module photovoltaïque) de chacune des cellules photovoltaïques, ou bien encore uniquement en face arrière pour les cellules photovoltaïques de type IBC (pour « Interdigitated Back Contact » en anglais). Il est à noter que les cellules photovoltaïques de type IBC (« Interdigitated Back Contact ») sont des structures pour lesquelles les contacts sont réalisés sur la face arrière de la cellule en forme de peignes interdigités. Elles sont par exemple décrites dans le brevet américain US 4,478,879 A.
Par ailleurs, les cellules photovoltaïques, situées entre les première et deuxième couches formant respectivement les faces avant et arrière du module photovoltaïque, peuvent être encapsulées. De façon classique, l'encapsulant choisi correspond à un polymère du type thermodurcissable ou thermoplastique, et peut par exemple consister en l'utilisation de deux couches (ou films) de poly(éthylène-acétate de vinyle) (EVA) entre lesquelles sont disposées les cellules photovoltaïques et les conducteurs de liaison des cellules. Chaque couche d'encapsulant peut présenter une épaisseur d'au moins 0,2 mm et un module de Young typiquement compris entre 2 et 400 MPa à température ambiante. On a ainsi représenté partiellement et schématiquement, respectivement en coupe sur la figure 1 et en vue éclatée sur la figure 2, un exemple classique de module photovoltaïque 1 comportant des cellules photovoltaïques 4 cristallines.
Comme décrit précédemment, le module photovoltaïque 1 comporte une face avant 2, généralement réalisée en verre trempé transparent d'épaisseur d'environ 3 mm, et une face arrière 5, par exemple constituée par une couche polymère, opaque ou transparente, monocouche ou multicouche, ayant un module de Young supérieur à 400 MPa à température ambiante.
Entre les faces avant 2 et arrière 5 du module photovoltaïque 1 se situent les cellules photovoltaïques 4, reliées électriquement entre elles par des conducteurs de liaison 6 et immergées entre deux couches avant 3a et arrière 3b de matériau d'encapsulation formant toutes les deux un ensemble encapsulant 3.
De façon habituelle, le procédé de réalisation du module photovoltaïque 1 comporte une étape dite de lamination sous vide des différentes couches décrites précédemment, à une température supérieure ou égale à 120°C, voire 140°C, voire encore 150°C, et inférieure ou égale à 170°C, typiquement comprise entre 145 et 165°C, et pendant une durée du cycle de lamination d'au moins 10 minutes, voire 15 minutes.
Pendant cette étape de lamination, les couches de matériau d'encapsulation 3a et 3b fondent et viennent englober les cellules photovoltaïques 4, en même temps que l'adhérence se crée à toutes les interfaces entre les couches, à savoir entre la face avant 2 et la couche avant de matériau d'encapsulation 3a, la couche de matériau d'encapsulation 3a et les faces avant 4a des cellules photovoltaïques 4, les faces arrière 4b des cellules photovoltaïques 4 et la couche arrière de matériau d'encapsulation 3b, et la couche arrière de matériau d'encapsulation 3b et la face arrière 5 du module photovoltaïque 1. Le module photovoltaïque 1 obtenu est ensuite encadré, typiquement par le biais d'un profilé en aluminium.
Une telle structure est maintenant devenue un standard qui possède une résistance mécanique importante grâce à l'utilisation d'une face avant 2 en verre épais et du cadre aluminium, lui permettant, notamment et dans la majorité des cas, de respecter les normes IEC 61215 et IEC 61730. Néanmoins, un tel module photovoltaïque 1 selon la conception classique de l'art antérieur présente l'inconvénient d'avoir un poids élevé, en particulier un poids par unité de surface supérieur à 10 kg/m2, voire 12 kg/m2, et n'est ainsi pas adapté pour certaines applications pour lesquelles la légèreté est une priorité.
Ce poids élevé du module photovoltaïque 1 provient principalement de la présence du verre épais, avec une épaisseur d'environ 3 mm, pour former la face avant 2, la densité du verre étant en effet élevée, de l'ordre de 2,5 kg/m2/mm d'épaisseur, et du cadre aluminium. Pour pouvoir résister aux contraintes lors de la fabrication et également pour des raisons de sécurité, par exemple du fait du risque de coupure, le verre est trempé. Or, l'infrastructure industrielle de la trempe thermique est configurée pour traiter du verre d'au moins 3 mm d'épaisseur. En outre, le choix d'avoir une épaisseur de verre d'environ 3 mm est également lié à une résistance mécanique à la pression normée de 5,4 kPa. En définitif, le verre représente ainsi à lui seul pratiquement 70 % du poids du module photovoltaïque 1, et plus de 80 % avec le cadre en aluminium autour du module photovoltaïque 1.
Aussi, afin d'obtenir une réduction significative du poids d'un module photovoltaïque pour permettre son utilisation dans de nouvelles applications exigeantes en termes de légèreté et de mise en forme, il existe tout d'abord un besoin pour trouver une solution alternative à l'utilisation d'un verre épais en face avant du module. Une des problématiques consiste donc à remplacer la face avant en verre par de nouveaux matériaux plastiques ou composites avec pour but premier la diminution importante du poids surfacique, ou grammage.
Ainsi, des feuilles de polymères, comme le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), l'éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), l'éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE), ou l'éthylène propylène fluoré (FEP), peuvent représenter une alternative au verre. Cependant, lorsque seul le remplacement du verre par une telle feuille mince de polymères est envisagé, la cellule photovoltaïque devient très vulnérable au choc, à la charge mécanique et aux dilatations différentielles. Une alternative est l'utilisation de matériaux composites à base de fibres de verre en face avant, en remplacement du verre standard. Le gain de poids peut être significativement important en dépit d'une moins bonne transparence.
Le remplacement du verre en face avant des modules photovoltaïques a fait l'objet de plusieurs brevets ou demandes de brevet dans l'art antérieur. On peut ainsi citer à ce titre les demandes de brevet FR 2955 051 Al, FR 3 043 840 Al, FR 3 043 841 Al, FR 3 052 595 Al, FR 3 107990 Al, la demande de brevet américain US 2005/0178428 Al ou encore les demandes internationales WO 2008/019229 A2 et WO 2012/140585 Al. D'autres brevets ou demandes de brevet ont décrit l'utilisation de matériaux composites, comme par exemple la demande de brevet européen EP 2 863 443 Al, la demande de brevet français FR 3 106 698 Al, ou encore les demandes internationales WO 2018/076525 Al, WO 2019/006764 Al et WO 2019/006765 Al.
Cependant, malgré les progrès réalisés, la légèreté des modules photovoltaïques reste à améliorer afin d'atteindre un poids surfacique inférieur à 5 kg/m2 tout en économisant la matière utilisée en réduisant le volume utile du module.
Aussi, il existe également un besoin pour trouver une solution alternative à l'utilisation classique du cadre en aluminium avec pour objectif de diminuer le poids surfacique, ou grammage, du module photovoltaïque.
Exposé de l'invention
L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés précédemment et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
L'invention vise notamment à concevoir une solution alternative de module photovoltaïque prévu pour être léger afin de s'adapter à certaines applications, tout en présentant des propriétés mécaniques suffisantes lui permettant d'être résistant aux chocs et à la charge mécanique, et en particulier aux normes IEC 61215 et I EC 61730.
Elle vise en outre à améliorer la légèreté du cadre tout en permettant de rigidifier le module réalisé. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un module photovoltaïque obtenu à partir d'un empilement, formé selon un axe d'empilement vertical, comportant au moins :
- une première couche transparente formant la face avant du module photovoltaïque, destinée à recevoir un flux lumineux,
- une pluralité de cellules photovoltaïques disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles,
- un ensemble encapsulant la pluralité de cellules photovoltaïques, caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
- une structure composite formant un cadre pour le module photovoltaïque, comportant au moins :
- une couche centrale,
- un cadre composite, disposé au moins en partie, notamment totalement, tout autour de la périphérie de la couche centrale de sorte à entourer au moins en partie, notamment totalement, la couche centrale, la rigidité du cadre composite étant supérieure à la rigidité de la couche centrale, le cadre composite présentant un module de Young supérieur à 10 GPa à 25°C, l'ensemble encapsulant la pluralité de cellules photovoltaïques étant situé au moins en partie, notamment totalement, entre ladite première couche et ladite structure composite.
Le terme « transparent » signifie que la première couche formant la face avant du module photovoltaïque est au moins partiellement transparente à la lumière visible, laissant passer au moins environ 80 % de cette lumière.
En particulier, la transparence optique, entre 300 et 1200 nm, de la première couche formant la face avant du module photovoltaïque peut être supérieure à 80 %. De même, la transparence optique, entre 300 et 1200 nm, de l'ensemble encapsulant peut être supérieure à 90 %.
En outre, par le terme « encapsulant » ou « encapsulé », il faut comprendre que la pluralité de cellules photovoltaïques est disposée dans un volume, par exemple hermétiquement clos vis-à-vis des liquides, au moins en partie formé par au moins deux couches de matériau(x) d'encapsulation, réunies entre elles après lamination pour former l'ensemble encapsulant.
En effet, initialement, c'est-à-dire avant toute opération de lamination, l'ensemble encapsulant est constitué par au moins deux couches de matériau(x) d'encapsulation, dites couches de cœur, entre lesquelles la pluralité de cellules photovoltaïques est encapsulée. Toutefois, pendant l'opération de lamination des couches, les couches de matériau d'encapsulation fondent pour ne former, après l'opération de lamination, qu'une seule couche (ou ensemble) solidifiée dans laquelle sont noyées les cellules photovoltaïques.
Par ailleurs, grâce à l'invention, il peut être possible d'obtenir un nouveau type de module photovoltaïque léger qui, par l'utilisation d'un cadre composite en remplacement du cadre en aluminium classique, peut présenter un poids surfacique inférieur à 5 kg/m2, tout en permettant de rigidifier le module, notamment une augmentation de la rigidité globale en flexion du module.
Le module photovoltaïque selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
Les matériaux constitutifs de la couche centrale et du cadre composite peuvent avantageusement être différents.
De plus, la première couche, la couche centrale, le cadre composite et/ou l'éventuelle deuxième couche, décrite par la suite, peuvent être au moins en partie formés par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres.
Les fibres peuvent notamment être des fibres de verre, de carbone, d'aramide et/ou des fibres naturelles, notamment de chanvre, de lin et/ou de basalte, notamment sous la forme de tissus, par exemple tissés, non tissés et/ou cousus, notamment sous la forme d'un ou plusieurs plis, par exemple entre 1 et 6 plis.
La résine polymère peut notamment être choisie parmi : le polyuréthane (PU), le polypropylène (PP), l'époxy, le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyamide (PA), un polymère fluoré, notamment le polyfluorure de vinyle (PVF) ou le polyfluorure de vinylidène (PVDF), l'éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), l'éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE) et/ou l'éthylène propylène fluoré (FEP), entre autres.
La première couche peut être au moins en partie formée par un matériau composite comprenant des fibres de verre imprégnées de résine polymère.
En outre, le cadre composite peut présenter un module de Young compris entre 20 GPa et 100 GPa à 25°C, voire entre 80 GPa et 100 GPa à 25°C ou bien encore entre 20 GPa et 50 GPa à 25°C.
Le cadre composite est intégré dans l'empilement, qui est ainsi un empilement multicouche, formant le module photovoltaïque.
Dans un exemple de réalisation, une dimension transversale, par rapport à l'axe d'empilement vertical, du cadre composite est égale à une dimension transversale de la première couche transparente formant la face avant du module photovoltaïque.
Dans un exemple de réalisation, la dimension transversale du cadre composite est égale à une dimension transversale, par rapport à l'axe d'empilement vertical, de l'ensemble encapsulant la pluralité de cellules photovoltaïques.
La dimension transversale par rapport à l'axe d'empilement vertical du cadre composite peut être avantageusement supérieure à la dimension transversale par rapport à l'axe d'empilement vertical de la pluralité de cellules photovoltaïques.
L'empilement peut en outre comporter une deuxième couche formant la face arrière du module photovoltaïque. Ladite structure composite peut notamment être située entre les première et deuxième couches, notamment entre la deuxième couche et l'ensemble formé par la pluralité de cellules photovoltaïques et l'ensemble encapsulant.
Par ailleurs, la structure composite peut comporter au moins une couche additionnelle, notamment située entre l'ensemble formé par la couche centrale et le cadre composite et l'ensemble formé par la pluralité de cellules photovoltaïques et l'ensemble encapsulant.
Selon une première variante, le cadre composite peut être une structure monolithique, notamment avec une épaisseur du cadre égale à l'épaisseur de la couche centrale. Cette structure monolithique peut être constituée d'un ou plusieurs plis. Selon une deuxième variante, le cadre composite peut être une structure multicouche, notamment avec une épaisseur du cadre supérieure à l'épaisseur de la couche centrale.
Le cadre composite peut être une structure de type sandwich, comprenant une couche principale formant l'âme du cadre composite et deux couches de recouvrement formant des couches de peau, notamment constituées d'un ou plusieurs plis, disposées de part et d'autre de l'âme de sorte que l'âme soit prise en sandwich entre les deux couches de peau.
Selon une réalisation, l'âme du cadre composite peut être de section trapézoïdale dans un plan comprenant l'axe vertical.
L'âme du cadre composite peut être au moins en partie formée par une structure de faible densité inférieure à 500 kg/m3, par exemple 100 kg/m3, notamment une structure alvéolaire telle qu'une mousse faible densité, par exemple en polyuréthane (PU), en polychlorure de vinyle (PVC) et/ou polytéréphtalate d'éthylène (PET), un nid d'abeilles, du bois, du balsa et/ou du liège.
Les couches de peau peuvent être au moins en partie formés par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres, notamment des fibres de verre, de carbone, d'aramide et/ou des fibres naturelles, notamment de basalte, notamment sous la forme de tissus, par exemple tissés, non tissés et/ou cousus, notamment sous la forme d'un ou plusieurs plis, par exemple entre 1 et 6 plis.
L'une des deux couches de peau peut former la face arrière du module photovoltaïque. Ainsi, une partie de ladite structure composite peur définir la face arrière du module.
Par ailleurs, selon une variante, le cadre composite peut être une structure de type tubulaire, comprenant un corps creux composite, notamment de section rectangulaire ou carrée dans un plan comprenant l'axe vertical.
Selon une autre variante, le cadre composite peut être une structure de type cornière, comprenant un corps plein composite définissant une forme en « L » en section dans un plan comprenant l'axe vertical. L'angle interne formé par la forme en « L » peut avantageusement définir un logement pour la deuxième couche, la dimension transversale par rapport à l'axe d'empilement vertical du cadre composite étant supérieure à la dimension transversale par rapport à l'axe d'empilement vertical de la deuxième couche.
Le cadre composite sous forme de structure de type tubulaire ou cornière peut être monolithique ou multicouche.
En outre, au moins un film de collage peut être positionné entre le cadre composite et au moins l'une des première et deuxième couches ou encore l'ensemble encapsulant. En particulier, le cadre composite peut comporter de part et d'autre de celui-ci un film de collage pour faciliter son adhésion.
L'épaisseur du cadre composite peut être supérieure ou égale à l'épaisseur de la couche centrale.
De plus, la dimension transversale par rapport à l'axe d'empilement vertical de la pluralité de cellules photovoltaïques peut être supérieure ou égale à la dimension transversale par rapport à l'axe d'empilement vertical de la couche centrale.
Dans un exemple particulier, la dimension transversale de la couche centrais est sensiblement égale à ia dimension transversale de la pluralité de cellules photovoîtaïques.
Par exemple, la couche centrais est positionnée sous la pluralité de celluies photovoltaïques. Autrement dit, la pluralité de cellules photovoîtaïques est disposée entre la première couche transparente formant la face avant du module photovoltaïque et la couche centrale.
Par ailleurs, l'ensemble encapsulant peut être formé par au moins une couche avant et une couche arrière comportant au moins un matériau d'encapsulation de type polymère choisi parmi : les copolymères d'acides, les ionomères, le poly(éthylène-acétate de vinyle) (EVA), les acétals de vinyle, tels que les polyvinylbutyrals (PVB), les polyuréthanes, les chlorures de polyvinyle, les polyéthylènes, tels que les polyéthylènes linéaires basse densité, les polyoléfines élastomères de copolymères, les copolymères d'ot-oléfines et des a-, P- esters d'acide carboxylique à éthylénique, tels que les copolymères éthylène-acrylate de méthyle et les copolymères éthylène-acrylate de butyle, les élastomères de silicone et/ou les élastomères à base de polyoléfine thermoplastique réticulée.
Selon un exemple de réalisation, une dimension transversale de la couche avant de l'ensemble encapsulant et une dimension transversale de la couche arrière de l'ensemble encapsulant sont sensiblement identiques.
L'ensemble encapsulant peut présenter une épaisseur comprise entre 200 pm et 600 pm, notamment entre 400 pm et 600 pm. De plus, l'ensemble encapsulant peut présenter un module de Young compris entre 2 MPa et 400 MPa à 25°C, voire entre 2 MPa et 200 MPa à 25°C.
En outre, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de réalisation d'un module photovoltaïque tel que défini précédemment, à partir d'un empilement, formé selon un axe d'empilement vertical, comportant :
- une première couche transparente formant la face avant du module photovoltaïque, destinée à recevoir un flux lumineux,
- une pluralité de cellules photovoltaïques disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles,
- un ensemble encapsulant la pluralité de cellules photovoltaïques,
- une structure composite formant un cadre pour le module photovoltaïque, comportant au moins :
- une couche centrale,
- un cadre composite, disposé au moins en partie tout autour de la périphérie de la couche centrale de sorte à entourer au moins en partie la couche centrale, la rigidité du cadre composite étant supérieure à la rigidité de la couche centrale, le cadre composite présentant un module de Young supérieur à 10 GPa à 25°C, l'ensemble encapsulant la pluralité de cellules photovoltaïques étant situé au moins en partie entre ladite première couche et ladite structure composite, le procédé comportant l'étape de fabrication du module photovoltaïque par un procédé de lamination, d'infusion, de moulage par transfert de résine (ou encore RTM pour « Resin Transfer Molding » en anglais) et/ou de consolidation de préimprégnés, de sorte à ce que le cadre composite soit intégré à l'intérieur du module photovoltaïque, notamment entre les première et deuxième couches.
L'étape de fabrication peut comporter une étape de lamination à chaud et sous vide réalisée à une température supérieure ou égale à 120°C, voire 140°C, voire encore 150°C, et inférieure ou égale à 170°C, voire 180°C, typiquement comprise entre 130°C et 180°C, voire entre 145°C et 165°C, et pendant une durée du cycle de lamination d'au moins 5 minutes, voire 10 minutes, voire 15 minutes, notamment comprise entre 5 et 20 minutes.
Le module photovoltaïque et le procédé de réalisation selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
Brève description des dessins
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente, en coupe, un exemple classique de module photovoltaïque comportant des cellules photovoltaïques cristallines,
- la figure 2 représente, en vue éclatée, le module photovoltaïque de la figure 1, et
- les figures 3 à 9 illustrent, en coupe, différents exemples de réalisation de modules photovoltaïques conformes à l'invention.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Exposé détaillé de l'invention
Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites dans la partie relative à l'état de la technique antérieure. Les figures 3 à 9 permettent d'illustrer différents modes de réalisation distincts de modules photovoltaïques 1 conformes à l'invention.
On considère ici que les cellules photovoltaïques 4, interconnectées par des rubans en cuivre étamé soudés, semblables à ceux représentés aux figures 1 et 2, sont des cellules « cristallines », c'est-à-dire qu'elles comportent du silicium mono ou multicrista II in, et qu'elles présentent une épaisseur comprise entre 1 et 250 pm.
Par ailleurs, les dimensions transversales considérées ici peuvent être des largeurs et/ou des longueurs.
Bien entendu, ces choix ne sont nullement limitatifs.
Afin de décrire les différentes configurations envisagées, on se réfère tout d'abord à la figure 3 qui illustre, en coupe, un premier exemple de réalisation d'un module photovoltaïque 1 conforme à l'invention.
Il est à noter que la figure 3 correspond à une vue du module photovoltaïque 1 avant l'étape de fabrication, notamment de lamination, du procédé selon l'invention. Une fois cette étape réalisée, notamment par lamination assurant un pressage à chaud et sous vide, les différentes couches sont en réalité au contact les unes aux autres, et notamment interpénétrées les unes dans les autres.
Le module photovoltaïque 1, ou plus précisément l'empilement destiné à former le module photovoltaïque 1 et réalisé selon un axe d'empilement vertical X, comporte ainsi une première couche 2 formant la face avant du module photovoltaïque 1 et destinée à recevoir un flux lumineux, une pluralité de cellules photovoltaïques 4 disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles, et un ensemble encapsulant 3 la pluralité de cellules photovoltaïques 4. De plus, dans les exemples de réalisation des figures 3, 4, 7, 8 et 9, l'empilement comporte une deuxième couche 5 formant la face arrière du module photovoltaïque 1. Dans les exemples de réalisation des figures 5 et 6, la face arrière du module photovoltaïque 1 est formée par une couche de peau 16 de la structure composite 10, décrite par la suite.
Conformément à l'invention, et de manière commune aux exemples des figures 3 à 9, une structure composite 10 est présente pour former un cadre pour le module photovoltaïque 1, et plus particulièrement le cadre du module photovoltaïque, en remplacement du cadre en aluminium habituellement utilisé dans les modules photovoltaïques classiques.
Cette structure composite 10 comporte une couche centrale 11 et un cadre composite 12, disposé au moins en partie tout autour de la périphérie P de la couche centrale 11 de sorte à entourer au moins en partie la couche centrale 11.
Le cadre composite 12 vient ainsi enserrer la partie centrale du module photovoltaïque 1, venant rigidifier l'ensemble.
Aussi, le cadre composite 12 présente une rigidité supérieure à la rigidité de la couche centrale 11, et notamment un module de Young E12 supérieur à 10 GPa à 25°C, par exemple compris entre 20 GPa et 100 GPa à 25°C, voire entre 80 GPa et 100 GPa à 25°C ou bien encore entre 20 GPa et 50 GPa à 25°C.
De plus, la dimension transversale di2 par rapport à l'axe d'empilement vertical X du cadre composite 12 est supérieure à la dimension transversale d4 par rapport à l'axe d'empilement vertical X de la pluralité de cellules photovoltaïques 4.
Sur les exemples des figures 3, 4, 7, 8 et 9, cette structure composite 10 est située entre les première 2 et deuxième 5 couches, et plus particulièrement entre la deuxième couche 5 et l'ensemble formé par la pluralité de cellules photovoltaïques 4 et l'ensemble encapsulant 3. Sur les exemples des figures 5 et 6, la structure composite 10 est située en face arrière de telle sorte que l'ensemble formé par la pluralité de cellules photovoltaïques 4 et l'ensemble encapsulant 3 soit entre la structure composite 10 et la première couche 2.
Dans l'exemple de la figure 3, les dimensions transversales d2 de la première couche 2, dsa de la couche avant 3a de l'encapsulant 3, dsb de la couche arrière 3b de l'encapsulant 3, dio de la structure composite 10 et ds de la deuxième couche 5 sont sensiblement identiques, tandis que les dimensions transversales d4 de la pluralité de cellules photovoltaïques 4 et du de la couche centrale 11 sont plus faibles mais sensiblement identiques également.
Par ailleurs, la première couche 2, formant la face avant, comporte des fibres de verre imprégnées de résine polymère. Elle est ainsi sous la forme d'une couche composite transparente à base de tissus de fibres de verre imprégnés de résine polymère transparente et résistante au choc, et notamment sous la forme d'un seul pli.
La deuxième couche 5, formant la face arrière, peut également comporter des fibres de verre imprégnées de résine polymère. Elle peut donc être de même nature que la première couche 2. Cette possibilité est notamment intéressante pour l'obtention de modules bifaciaux avec cellules bifaciales où la transparence est requise en face avant et face arrière.
Plus généralement, la deuxième couche 5, formant la face arrière, peut être au moins en partie formée par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres, notamment des fibres de verre, de carbone, d'aramide et/ou des fibres naturelles, notamment de chanvre, de lin et/ou de basalte, notamment sous la forme de tissus, par exemple tissés, non tissés et/ou cousus, notamment sous la forme d'un ou plusieurs plis, par exemple entre 1 et 6 plis, et préférentiellement 4 plis. Préférentiellement, la deuxième couche 5 peut comporter un ou plusieurs tissus de fibres de basalte, notamment un ou plusieurs plis. Les fibres de basalte présentent un grammage de l'ordre de 300 à 600 g/m2.
La couche centrale 11 et le cadre composite 12 sont au moins en partie formés par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres, notamment des fibres de verre, de carbone, d'aramide et/ou des fibres naturelles, notamment de chanvre, de lin et/ou de basalte, notamment sous la forme de tissus, par exemple tissés, non tissés et/ou cousus, notamment sous la forme d'un ou plusieurs plis, par exemple entre 1 et 6 plis.
Avantageusement, les matériaux constitutifs de la couche centrale 11 et du cadre 12 sont différents.
La résine polymère, utilisée pour imprégner les fibres, aussi bien pour la première couche 2, la couche centrale 11, le cadre composite 12 et/ou l'éventuelle deuxième couche 5, peut être choisie parmi : le polyuréthane (PU), le polypropylène (PP), l'époxy, le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyamide (PA), un polymère fluoré, notamment le polyfluorure de vinyle (PVF) ou le polyfluorure de vinylidène (PVDF), l'éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), l'éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE) et/ou l'éthylène propylène fluoré (FEP).
Une préimprégnation peut avoir lieu avant la mise en forme du module photovoltaïque 1, par exemple par lamination, ou l'imprégnation peut avoir lieu pendant l'assemblage, par exemple par injection de résine polymère au cours de l'assemblage.
Préférentiellement, dans tous les exemples de réalisation des figures 3 à 9, la couche centrale 11 comporte un ou plusieurs tissus avec des fibres de lin, notamment deux plis de tissu. Ces fibres présentent un grammage de l'ordre de 200 à 400 g/m2.
Par ailleurs, dans les exemples des figures 3 et 4, le cadre composite 12 est monolithique, formé à partir d'un ou plusieurs plis de fibres. Il est par exemple constitué d'un ou plusieurs tissus avec des fibres de basalte, de verre ou de carbone, notamment un pli ou plusieurs plis.
De plus, dans l'exemple de la figure 4, la structure composite 10 comporte une couche additionnelle 13, située entre l'ensemble formé par la couche centrale 11 et le cadre composite 12 et l'ensemble formé par la pluralité de cellules photovoltaïques 4 et l'ensemble encapsulant 3. Cette couche additionnelle 13 est par exemple constituée d'un matériau composite comprenant une résine polymère et un ou plusieurs tissus avec des fibres de basalte, notamment au moins un pli et avantageusement au moins deux plis. Avantageusement, la résine polymère apporte de l'adhésion entre les couches après assemblage.
Le cadre composite 12, la couche additionnelle 13 et/ou l'éventuelle deuxième couche 5 utilisant des tissus avec des fibres de basalte peuvent comporter des tissus de type NCF (pour « Non Crimp Fabric » en anglais, soit du tissu multi axial cousu).
De façon générale, le cadre composite 12 peut présenter une dimension transversale di2, notamment une largeur, comprise entre 30 mm et 100 mm, et par exemple de l'ordre de 60 mm pour un module photovoltaïque 1 de dimensions 700 mm x
680 mm. Dans le cas des exemples des figures 3 et 4 pour lesquels le cadre composite
12 est monolithique, l'épaisseur ei2 du cadre 12 est égale à l'épaisseur en de la couche centrale 11.
Les exemples de réalisation des figures 5 à 9 permettent d'illustrer plusieurs configurations pour le cadre composite 12 sous la forme d'une structure multicouche. Alors, l'épaisseur ei2 du cadre 12 est supérieure à l'épaisseur en de la couche centrale 11.
En particulier, les exemples de réalisation des figures 5 et 6 illustrent un cadre composite 12 sous la forme d'une structure de type sandwich. Elle comprend alors une couche principale formant l'âme 14 du cadre 12 et deux couches de recouvrement formant des couches de peau 15, 16, disposées de part et d'autre de l'âme 14 de sorte que l'âme 14 soit prise en sandwich entre les deux couches de peau 15, 16.
L'âme 14 du cadre composite 12 présente une faible rigidité tandis que les couches de peau 15, 16 présentent une rigidité importante, notamment de l'ordre de 20 GPa à 100 GPa, voire entre 80 et 100 GPa ou bien encore entre 20 et 50 GPa à 25°C.
L'âme 14 du cadre composite 12 est par exemple formée par une structure de faible densité inférieure à 500 kg/m3, par exemple 100 kg/m3, notamment une structure alvéolaire telle qu'une mousse faible densité, par exemple en polyuréthane (PU), en polychlorure de vinyle (PVC) et/ou polytéréphtalate d'éthylène (PET), un nid d'abeilles, du bois, du balsa et/ou du liège.
Les couches de peau 15, 16 sont par exemple formées par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres, notamment des fibres de verre, de carbone, d'aramide et/ou des fibres naturelles, notamment de basalte, notamment sous la forme de tissus, par exemple tissés, non tissés et/ou cousus, notamment sous la forme d'un ou plusieurs plis, par exemple entre 1 et 6 plis, préférentiellement 2 plis. Les couches de peau 15, 16 peuvent comporter différents types de matrices, par exemple thermodurcissables et/ou thermoplastiques.
Les épaisseurs eis, ei6 des couches de peau 15, 16 peuvent être comprises entre 0,2 mm et 2 mm, étant préférentiellement de l'ordre de 0,5 mm.
La couche de peau 16 forme la face arrière du module photovoltaïque 1, qui est donc ici dépourvu d'une deuxième couche 5 telle que décrite précédemment. La couche de peau 16 présente ainsi une dimension transversale par rapport à l'axe d'empilement vertical X du cadre composite 12 qui est égale à la dimension transversale dio par rapport à l'axe d'empilement vertical X de la structure composite 10.
La structure de type sandwich ainsi formée est avantageuse en ce qu'elle permet d'augmenter l'inertie et la rigidité du cadre composite 12 en flexion, notamment jusqu'à un facteur de 30, tout en préservant la faible masse engendrée. En effet, une structure de type sandwich présente une rigidité en flexion proportionnelle au cube de son épaisseur. On peut donc en augmentant l'épaisseur de l'âme 14, augmenter de manière significative son moment d'inertie en flexion et obtenir une augmentation considérable de la rigidité de la structure tout en minimisant l'accroissement de masse. Néanmoins, le choix de l'épaisseur de l'âme 14 est réalisé dans l'objectif d'une masse minimale pour les contraintes mécaniques demandées, notamment la résistance au cisaillement, à la flexion et/ou au choc.
De plus, la détermination des épaisseurs respectives des couches de peau 15, 16 et de l'âme 14 se fait de façon à résister aux moments fléchissant, au cisaillement, et aux contraintes axiales induites par les forces appliquées sur les éléments de construction de la structure de type sandwich. Les propriétés mécaniques et l'allègement sont typiquement les critères principaux intervenant dans le choix des constituants.
Par ailleurs, l'exemple de réalisation de la figure 6 permet d'illustrer la possibilité d'avoir une âme 14 du cadre composite 12 de section trapézoïdale dans un plan comprenant l'axe vertical X.
Une section trapézoïdale permet de faciliter la mise en œuvre des plis composites et la fermeture de la structure de type sandwich par rapport à l'environnement extérieur.
Il est en outre à noter que lors de la mise en œuvre, la surépaisseur du cadre composite 12 par rapport au reste de la structure composite 10 peut être compensée éventuellement par l'usage de feuilles de silicone, par exemple de type Mosite, afin de pouvoir appliquer une pression uniforme sur l'ensemble.
L'exemple représenté sur la figure 7 permet en outre d'illustrer une réalisation du cadre composite 12 sous la forme d'une structure de type tubulaire. Cette structure comporte un corps creux composite 12, qui est par exemple de section rectangulaire dans un plan comprenant l'axe vertical X. Ce corps creux composite 12 sous forme de tube définit ainsi une cavité interne remplie d'air. Une deuxième couche 5 est ici présente pour former la face arrière du module photovoltaïque 1.
De plus, l'exemple représenté sur la figure 8 permet d'illustrer une réalisation du cadre composite 12 sous la forme d'une structure de type cornière, comprenant un corps plein composite 12 définissant une forme en « L » en section dans un plan comprenant l'axe vertical X. Il est à noter que l'angle interne ai2 formé par la forme en « L » définit un logement pour la deuxième couche 5, présente également dans cet exemple. De plus, la dimension transversale di2 par rapport à l'axe d'empilement vertical X du cadre composite 12 est avantageusement supérieure à la dimension transversale ds par rapport à l'axe d'empilement vertical X de la deuxième couche 5.
Les cadres composites 12 des exemples des figures 7 et 8 sont ainsi formés par des profilés, notamment pultrudés et intégrés à la structure en cocuisson.
Il est en outre à noter que, à la différence des exemples des figures 3 à 7, l'exemple de la figure 8 représente des dimensions transversales dsa, dsb des couches avant 3a et arrière 3b de l'ensemble encapsulant 3 qui sont plus réduites et notamment de l'ordre de la dimension transversale du de la couche centrale 11.
En outre, un ou plusieurs films de collage 17, représentés en traits pointillés sur les figures 7 et 8, peuvent être intégrés entre le cadre composite 12 et au moins l'une des première 2 et deuxième 5 couches ou l'ensemble encapsulant 3 pour permettre une meilleure adhésion entre les différents matériaux afin de garantir une bonne performance de la structure réalisée au regard de la résistance, de la tenue à la chaleur, du vieillissement humide demandés, ainsi que des paramètres de mise en œuvre du module lors de la fabrication.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 9, le principe d'un cadre composite 12 de type structure sandwich de la figure 5 est repris. Toutefois, la couche de peau 16 ne forme plus la face arrière, celle-ci étant réalisée par le biais d'une deuxième couche 5 dédiée. La couche de peau 16 se retrouve alors similaire à la couche de peau 15. Dans tous les exemples des figures 3 à 9, le module photovoltaïque 1 peut être obtenu par un procédé classique de lamination en une seule étape, par exemple par lamination à chaud sous vide à une température d'environ 150°C pendant environ 15 minutes, ou bien encore par un procédé de transformation utilisé pour les matériaux composites, notamment par infusion, moulage par transfert de résine (ou encore RTM pour « Resin Transfer Molding » en anglais) et/ou par consolidation de préimprégnés. Ainsi, on obtient avantageusement un cadre composite 12 intégré à l'intérieur du module photovoltaïque 1, permettant d'éviter le recours au cadre en aluminium usuel et ainsi d'alléger considérablement le poids surfacique du module tout en garantissant une rigidité suffisante.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module photovoltaïque (1) obtenu à partir d'un empilement, formé selon un axe d'empilement vertical (X), comportant au moins :
- une première couche (2) transparente formant la face avant du module photovoltaïque (1), destinée à recevoir un flux lumineux,
- une pluralité de cellules photovoltaïques (4) disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles,
- un ensemble encapsulant (3) la pluralité de cellules photovoltaïques (4), caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
- une structure composite (10) formant un cadre pour le module photovoltaïque (1), comportant au moins :
- une couche centrale (11),
- un cadre composite (12), disposé au moins en partie tout autour de la périphérie (P) de la couche centrale (11) de sorte à entourer au moins en partie la couche centrale (11), le cadre composite (12) étant au moins en partie formé par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres, une dimension transversale (dl2) du cadre composite (12) étant égale à une dimension transversale (d2) de la première couche (2) transparente formant la face avant du module photovoltaïque, et à une dimension transversale (d3a, d3b) de l'ensemble encapsulant (3) la pluralité de cellules photovoltaïques (4), la rigidité du cadre composite (12) étant supérieure à la rigidité de la couche centrale (11), le cadre composite (12) présentant un module de Young (E12) supérieur à 10 GPa à 25°C, l'ensemble encapsulant (3) la pluralité de cellules photovoltaïques (4) étant situé au moins en partie entre ladite première couche (2) et ladite structure composite (10).
2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (2), la couche centrale (11) et/ou le cadre composite (12) sont au moins en partie formés par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres, les fibres étant notamment des fibres de verre, de carbone, d'aramide et/ou des fibres naturelles, notamment de chanvre, de lin et/ou de basalte, et la résine polymère étant notamment choisie parmi : le polyuréthane (PU), le polypropylène (PP), l'époxy, le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyamide (PA), un polymère fluoré, notamment le polyfluorure de vinyle (PVF) ou le polyfluorure de vinylidène (PVDF), l'éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), l'éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE) et/ou l'éthylène propylène fluoré (FEP).
3. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la dimension transversale (dw ; di2) par rapport à l'axe d'empilement vertical (X) du cadre composite (12) est supérieure à la dimension transversale (d j par rapport à l'axe d'empilement vertical (X) de la pluralité de cellules photovoltaïques (4).
4. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'empilement comporte en outre une deuxième couche (5) formant la face arrière du module photovoltaïque (1), ladite structure composite (10) étant située entre les première (2) et deuxième (5) couches.
5. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure composite (10) comporte au moins une couche additionnelle (13), notamment située entre l'ensemble formé par la couche centrale (11) et le cadre composite (12) et l'ensemble formé par la pluralité de cellules photovoltaïques (4) et l'ensemble encapsulant (3).
6. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre composite (12) est une structure monolithique, notamment avec une épaisseur (ei2) du cadre (12) égale à l'épaisseur (en) de la couche centrale (11).
7. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le cadre composite (12) est une structure multicouche, notamment avec une épaisseur (en) du cadre (12) supérieure à l'épaisseur (en) de la couche centrale (11).
8. Module selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cadre composite (12) est une structure de type sandwich, comprenant une couche principale formant l'âme (14) du cadre composite (12) et deux couches de recouvrement formant des couches de peau (15, 16), disposées de part et d'autre de l'âme (14) de sorte que l'âme (14) soit prise en sandwich entre les deux couches de peau (15, 16).
9. Module selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'âme (14) du cadre composite (12) est de section trapézoïdale dans un plan comprenant l'axe vertical (X).
10. Module selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'âme (14) du cadre composite (12) est au moins en partie formée par une structure de faible densité inférieure à 500 kg/m3, par exemple 100 kg/m3, notamment une structure alvéolaire telle qu'une mousse faible densité, par exemple en polyuréthane (PU), en polychlorure de vinyle (PVC) et/ou polytéréphtalate d'éthylène (PET), un nid d'abeilles, du bois, du balsa et/ou du liège, et en ce que les couches de peau (15, 16) sont au moins en partie formés par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres.
11. Module selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, hormis la revendication 4, caractérisé en ce que l'une (16) des deux couches de peau (15, 16) forme la face arrière du module photovoltaïque (1).
12. Module selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le cadre composite (12) est une structure de type tubulaire, comprenant un corps creux composite (12), notamment de section rectangulaire ou carrée dans un plan comprenant l'axe vertical (X).
13. Module selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le cadre composite (12) est une structure de type cornière, comprenant un corps plein composite (12) définissant une forme en « L » en section dans un plan comprenant l'axe vertical (X).
14. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dimension transversale (d j par rapport à l'axe d'empilement vertical (X) de la pluralité de cellules photovoltaïques (4) est supérieure ou égale à la dimension transversale (du) par rapport à l'axe d'empilement vertical (X) de la couche centrale (11).
15. Procédé de réalisation d'un module photovoltaïque (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, à partir d'un empilement, formé selon un axe d'empilement vertical (X), comportant :
- une première couche (2) transparente formant la face avant du module photovoltaïque (1), destinée à recevoir un flux lumineux,
- une pluralité de cellules photovoltaïques (4) disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles,
- un ensemble encapsulant (3) la pluralité de cellules photovoltaïques (4),
- une structure composite (10) formant un cadre pour le module photovoltaïque (1), comportant au moins :
- une couche centrale (11), - un cadre composite (12), disposé au moins en partie tout autour de la périphérie (P) de la couche centrale (11) de sorte à entourer au moins en partie la couche centrale (11), le cadre composite (12) étant au moins en partie formé par un matériau composite comprenant une résine polymère et des fibres, une dimension transversale (dl2) du cadre composite (12) étant égale à une dimension transversale (d2) de la première couche (2) transparente formant la face avant du module photovoltaïque, et à une dimension transversale (d3a, d3b) de l'ensemble encapsulant (3) la pluralité de cellules photovoltaïques (4), la rigidité du cadre composite (12) étant supérieure à la rigidité de la couche centrale (11), le cadre composite (12) présentant un module de Young (E12) supérieur à 10 GPa à 25°C, , l'ensemble encapsulant (3) la pluralité de cellules photovoltaïques (4) étant situé au moins en partie entre ladite première couche (2) et ladite structure composite (10), le procédé comportant l'étape de fabrication du module photovoltaïque (1) par un procédé de lamination, d'infusion, de moulage par transfert de résine et/ou de consolidation de préimprégnés, de sorte à ce que le cadre composite (12) soit intégré à l'intérieur du module photovoltaïque (1).
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