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WO2024165558A1 - Module photovoltaïque à espace de décrochement intégrant une diode de bypass - Google Patents

Module photovoltaïque à espace de décrochement intégrant une diode de bypass Download PDF

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Publication number
WO2024165558A1
WO2024165558A1 PCT/EP2024/052912 EP2024052912W WO2024165558A1 WO 2024165558 A1 WO2024165558 A1 WO 2024165558A1 EP 2024052912 W EP2024052912 W EP 2024052912W WO 2024165558 A1 WO2024165558 A1 WO 2024165558A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
face wall
photovoltaic module
photovoltaic
sealing coating
bypass
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/EP2024/052912
Other languages
English (en)
Inventor
Bertrand Chambion
Benjamin Commault
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 EP24702808.7A priority Critical patent/EP4662715A1/fr
Publication of WO2024165558A1 publication Critical patent/WO2024165558A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • 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
    • H10F19/70—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising bypass diodes

Definitions

  • the invention relates to the field of photovoltaic energy. It relates more particularly to a photovoltaic module with an integrated bypass diode, intended particularly for applications in which the photovoltaic modules are integrated within fixed or mobile structures such as, in particular, motor vehicles.
  • photovoltaic modules such as solar panels available on the market, are composed of several photovoltaic cells. When one or more photovoltaic cells of a module are located in a shaded area, while the other cells are illuminated by the sun, these photovoltaic cells can then be crossed by a reverse current, heat up or even be destroyed. It is therefore necessary to protect the photovoltaic cells in the event of partial shading of a photovoltaic module.
  • a known solution to the problems of partial shading of photovoltaic modules consists of integrating bypass diodes (also called in French bypass, bypass, avoidance, bypass or bridging diodes) in the junction box attached to the module and which already contains the module's connections.
  • the photovoltaic modules are then arranged in a plurality of cell subassemblies connected in series.
  • a bypass diode is present in the junction box for each of these cell subassemblies, and makes it possible to close the circuit by switching off the subassembly of which certain photovoltaic cells are subject to shading.
  • the invention aims to improve the photovoltaic modules of the prior art.
  • the invention relates to a photovoltaic module comprising:
  • a photovoltaic assembly comprising at least one photovoltaic cell, arranged between a first face wall and a second face wall, and comprising two polarities;
  • bypass conductors which: are connected to the two polarities of the photovoltaic assembly; extend longitudinally between the first-face wall and the second-face wall; open into the offset space; and each comprise a connection surface extending into the offset space;
  • bypass diode arranged in the dropout space and connected to the connection surface of each bypass conductor
  • this sealing coating being contained in the thickness of the photovoltaic module defined by the first face wall and the second face wall.
  • the invention aims at a structural assembly comprising such a photovoltaic module and a frame, and of which:
  • the chassis has a support surface; - the photovoltaic module is mounted on this support surface so that the first face wall is flush with the frame.
  • the invention aims at a method of production by hot pressing of a photovoltaic module as described above, comprising:
  • the first face wall and the second face wall correspond to the front face wall and the rear face wall, which respectively designate the wall which is intended to receive the light radiation, and the wall which is opposite it.
  • the longitudinal direction is the direction in which the front and rear face walls extend, and the transverse direction is the direction normal to these walls.
  • the invention is particularly suitable for the integration of photovoltaic modules for civil and military applications, autonomous and/or on-board, in particular photovoltaic modules whose shape is influenced by its structural or facing function.
  • the invention makes it possible to produce a photovoltaic module constituting a functional part (in addition to its photovoltaic function) responding to issues of integration, mechanical strength, and robustness, and is particularly suitable for solar roofs for vehicles.
  • the invention allows great freedom of integration of components on the periphery of the photovoltaic module.
  • the photovoltaic modules according to the invention allow integration within vehicles, or any other structure, by dispensing with the need to provide any volume dedicated to the management of peripheral protections for the modules, such as protection by bypass diode.
  • Standardized photovoltaic modules, corresponding to simple predetermined locations can thus be intended for calibrated assemblies on structures.
  • the photovoltaic module according to the invention may include the following additional characteristics, alone or in combination:
  • the photovoltaic assembly is embedded in at least one layer of encapsulating material, the bypass conductors being, at least partially, in this layer of encapsulating material;
  • the encapsulating material stops at the level of said edge of the second-face wall, outside the recess space, the sealing coating being in contact with the first-face wall;
  • the encapsulating material extends into the recess space, along the first face wall
  • the sealing coating is in contact with the encapsulating material in the detachment space
  • the sealing coating is entirely made of the encapsulating material
  • - a is greater than b, the ratio a/b is approximately between 2 and 4, and
  • Amin being the minimum longitudinal distance between said edge of the second face wall and said flange of the first face wall, a being the transverse distance between the inner face of the first face wall and the inner face of the second face wall, b being the thickness (in the transverse direction) of the bypass diode and the bypass conductors, I being the width (in the longitudinal direction) of the bypass diode;
  • the sealing coating has a section connecting said edge of the second-face wall to said edge of the first-face wall;
  • the photovoltaic module includes a spacer placed in the sealing coating, between the bypass diode and the boundaries of the sealing coating;
  • the photovoltaic module comprises a dielectric film covering the sealing coating, between said edge of the second-face wall and said edge of the first-face wall;
  • the first face wall is a front face wall
  • the second face wall is a rear face wall
  • the structural assembly according to the invention may include the following additional characteristics, alone or in combination:
  • the first face wall comprises a cantilevered portion extending longitudinally beyond the sealing coating, the photovoltaic module being mounted on the support surface of the frame by this cantilevered portion;
  • said cantilevered portion is mounted on the support surface of the chassis by means of a seal;
  • the second-sided wall comprises a support portion, the photovoltaic module being mounted on the support surface of the frame by this support portion, the sealing coating being supported on the frame by means of a seal.
  • the method according to the invention may include the following additional characteristics, alone or in combination:
  • a hot pressing step is carried out after the step of positioning the second face wall, the step of laying the sealing coating being carried out after this hot pressing step;
  • the step of positioning the first face wall comprises the placement of additional portions of encapsulating material
  • a hot pressing step is carried out after the step of positioning the second face wall, the step of laying the sealing coating being carried out simultaneously with this hot pressing step, the encapsulating material also constituting the sealing coating.
  • FIG. 1 is a top view of a photovoltaic module according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates the arrangement of the photovoltaic cells within the photovoltaic module of Figure 1;
  • figure 3 is a view along section III-III of figure 1;
  • FIG. 4 is a detailed view of one of the side edges of the photovoltaic module, for a first embodiment of the photovoltaic module;
  • FIG. 5A and Figure 5B are top and side views respectively of an example of a bypass diode of the photovoltaic module
  • figure 6 is a view similar to figure 4 for a second embodiment of the photovoltaic module
  • figure 7 is a view similar to figure 4 for a third embodiment of the photovoltaic module
  • FIG. 8 is a top view of the front face wall of the photovoltaic module
  • FIG. 9 is a top view of the rear face wall of the photovoltaic module.
  • FIG. 10 is a view of the front and rear face walls superimposed
  • figure 12 and figure 13 illustrate a first embodiment of the method according to the invention
  • figure 14 illustrates a second embodiment of the method according to the invention
  • figure 17, figure 18 and figure 19 illustrate a third embodiment of the method according to the invention
  • figure 20 illustrates a fourth embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 23 illustrates a variant of the fourth embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 24 illustrates a first embodiment of a structural assembly according to the invention
  • FIG. 25 illustrates a second embodiment of a structural assembly according to the invention
  • FIG. 26 illustrates the detachment space of the photovoltaic modules according to the invention.
  • FIG. 1 shows a photovoltaic module 1 according to the invention, seen from above, for an example of an automotive application for which the invention is particularly suitable.
  • This example concerns a vehicle solar roof.
  • the photovoltaic module largely constitutes the roof of a motor vehicle, electric or hybrid, and this photovoltaic module 1 is suitable for partially recharging the vehicle batteries.
  • the photovoltaic module 1 comprises, in this example, a photovoltaic zone 2 and a panoramic zone 3 which will be devoid of photovoltaic elements to form a possibly transparent glass roof.
  • Figure 2 schematically illustrates the skeleton of photovoltaic cells that will be included in photovoltaic zone 2 of module 1.
  • photovoltaic cells can be arranged in any known configuration, in one or more strings. Seven strings 4 of photovoltaic cells are in this example connected in series and the module photovoltaic module 1 comprises a single connector 5 for connecting the complete solar roof to the vehicle's electrical network. This connector 5, here conforming to automotive requirements, is the only protruding connection of the photovoltaic module 1, the bypass functions of the photovoltaic cells 4 being provided in portions internal to the photovoltaic module 1.
  • reference 4 identifies both a chain of photovoltaic cells and a single photovoltaic cell in this chain.
  • the photovoltaic cells 4 are for example homo or heterojunction solar cells based on monocrystalline silicon (c-Si) and/or multicrystalline silicon (mc-Si), or IBC, or are thin-film solar cells comprising one or more materials selected from the group consisting of amorphous silicon (a-Si), microcrystalline silicon (pC-Si), perovskite, cadmium telluride (CdTe), copper-indium selenide (CIS), copper indium/gallium diselenide (CIGS).
  • Cells based on crystalline silicon are preferentially used. They generally have a thickness of between a few micrometers and 250 ⁇ m.
  • the spacing between neighboring photovoltaic cells may, in this application, be of the order of -1 mm to 1 mm, or more (in the case of strings of photovoltaic cells of the "shingle” or “paving" type, where the cells of the same string overlap slightly, the spacing between the photovoltaic cells is negative).
  • FIG. 2 functionally illustrates the bypass diodes 6 each connected to a photovoltaic assembly.
  • the concept of photovoltaic assembly here designates a group of photovoltaic cells 4 for which a single bypass diode provides the bypass function.
  • the photovoltaic assembly is therefore made up of at least a single photovoltaic cell 4 and can comprise as many photovoltaic cells as desired, subject to suitable sizing of the bypass diode, it being understood that photovoltaic assemblies with a single photovoltaic cell 4 provide better protection against partial shading since each cell has an individual bypass function.
  • FIG 3 is a view along section III-III of Figure 1 and illustrates the curved profile specific to this example of automotive application.
  • the modules Photovoltaic panels intended for structural assemblies thus generally have specific shape characteristics, limiting the possible manufacturing processes and their layout possibilities.
  • the photovoltaic module 1 comprises a first face wall (which is, in the present example, a front face wall 7) facing the outside of the vehicle and a second face wall (which is, in the present example, a rear face wall 8) facing the inside of the vehicle, as well as a middle zone 9 receiving the photovoltaic cells 4.
  • the front face wall 7 may be made of glass, as may the rear face wall 8, and the photovoltaic module 1 is devoid of a frame, made of aluminum or otherwise, for its direct integration as a structural part of the vehicle, which the invention allows.
  • the front face wall 7 and the rear face wall 8 may be of the same material as in this example, or be made of two different materials.
  • the two walls 7, 8 are preferably made of thin glass (soda-lime or another chemistry, tempered or not) with a thickness of less than 10 mm and preferably less than 3 mm.
  • a suitable polymer or a composite for example based on glass fibers, may be used.
  • FIG 4 is an enlarged view of Figure 3, of one edge of the photovoltaic module according to Box IV.
  • the photovoltaic module is illustrated as being planar, to simplify the figure.
  • a photovoltaic assembly comprising one or more photovoltaic cells 4 also comprises two bypass conductors 10 which connect the polarities of the photovoltaic assembly to a bypass diode 6 (only one conductor 10 being visible in this sectional view).
  • the bypass conductors 10 are for example made of copper strips.
  • the bypass conductors 10 each have a connection surface 16 on which the electrical connection with an electrode of the bypass diode 6 is made.
  • the bypass diode 6 is electrically connected to the connection surface 16 of the bypass conductors 10, for example by soldering or any other suitable means.
  • the photovoltaic cells 4 are embedded in at least one layer of encapsulating material 12 located in the middle zone, which has a thickness of the order of 20 to 2,000 ⁇ m.
  • This material is for example a crosslinked EVA elastomer, an elastomer based on crosslinked thermoplastic polyolefin (POR), a thermoplastic elastomer (polyolefin TPO, silicone, thermoplastic polyurethane, polyvinyl butyral PVB, functional polyolefin), or even an “ionically crosslinked” thermoplastic copolymer (lonomer).
  • POR crosslinked thermoplastic polyolefin
  • TPO silicone
  • thermoplastic polyurethane polyvinyl butyral PVB
  • functional polyolefin polyolefin
  • the photovoltaic module further comprises a recess space 13 which is defined by a withdrawal, in the direction of the photovoltaic cells 4, of an edge 14 of the rear face wall 8 relative to an edge 15 of the front face wall 7.
  • the two bypass conductors 10 connecting the photovoltaic assembly (here consisting of a single photovoltaic cell 4) extend longitudinally between the front face wall 7 and the rear face wall 8 and open into the offset space 13.
  • bypass conductors 10 further extend longitudinally in the breakaway space 13, and the connection surface 16, intended for the electrical connection with the bypass diode 6, is positioned in this breakaway space 13.
  • Figure 4 here illustrates a first embodiment of the photovoltaic module, in which the layer of encapsulating material 12 is stopped laterally at the level of the edge 14, and the recess space 13 is only occupied by a sealing coating 18 which envelops the bypass diode 6 and the bypass conductors 10.
  • the sealing coating 18 is preferably made of one of the following dielectric materials: polyurethane, silicones, epoxy, acrylate.
  • the sealing coating 18 has a triangular section, two sides of which are respectively adjacent to the front face wall 7, to the edge 14 of the rear face wall 8, and one side 19 of which extends directly between the edge 14 and the edge 15.
  • the dimensions A, a, b, and I indicated in Figure 4 correspond to the following dimensions:
  • this value is of the order of 2.5 mm;
  • the a/b ratio is approximately between 2 and 4, and preferably of the order of 2 or 3.
  • A is greater than or equal to 10 mm.
  • FIGS 5A and 5B illustrate a bypass diode suitable for this type of application, with a central housing 20 and two connection strips 21 adapted to form the connection surfaces 16, and which will each be brazed onto a bypass conductor 10.
  • Figure 6 illustrates a second embodiment of the photovoltaic module in which the sealing coating 18 enveloping the bypass diode 6 and the bypass conductors 10, in the offset space 13, is made directly of the encapsulating material of the encapsulating material layer 12.
  • Figure 7 illustrates a third embodiment of the photovoltaic module, particularly suitable for modules whose insulation class requires reinforced protection.
  • the elements are arranged as in the previous embodiments except that a spacer 22 is placed between the bypass diode 6 and the boundaries of the sealing coating 18.
  • the spacer 22 is made up of a rod whose section can be of the order of 2 to 3 mm on each side by 2 to 3 mm on each side, which is suitable for a photovoltaic module of pollution degree 2, with class II insulation.
  • the photovoltaic module 1 further comprises a dielectric film 23 covering the sealing coating 18.
  • This film 23 preferably has a thickness of 15 to 300 ⁇ m and is made from a polymer such as: ECTFE, FEP, ETFE, PVDF, PMMA, PC, PET, PE, PP, or even a multilayer film with these polymers.
  • the film 23 has a minimum thickness of 30 ⁇ m and complies with standard IEC 61730-2.
  • This third embodiment can be implemented with a sealing coating 18 conforming to one or other of the first and second embodiments.
  • Figures 8 to 10 illustrate an example of positioning of the recess spaces 13 on the top view of the photovoltaic module 1.
  • Figure 8 illustrates the outline of the front face wall 7.
  • Figure 9 illustrates the rear face wall 8 alone and makes visible the recesses of the rear face wall 8, on the outline of the latter, each of these recesses allowing the formation of the recess spaces 13.
  • FIG 10 illustrates the front face 7 and rear face 8 walls superimposed with the offset spaces 13 thus formed, in dotted lines, each of these offset spaces 13 receiving a bypass diode 6.
  • the bypass diodes 6 are thus integrated as much in the thickness of the photovoltaic module 1, without any element protruding from this thickness, as on the external contour of the photovoltaic module 1, which corresponds precisely to the contour of the front face wall 7, without an added frame.
  • the method for producing a photovoltaic module according to the invention will now be described.
  • the photovoltaic modules 1 are produced here by hot pressing the different layers (for example by hot lamination).
  • a single hot pressing step is necessary, for example at a temperature between 130°C and 180°C, preferably around 150°C, for a duration of between 5 and 20 min, preferably 10 min.
  • This assembly can also be carried out by other suitable means, such as by autoclave, or a combination of methods. In the case of lamination, this duration can be up to 30 min. In the case of an autoclave method, a duration of 2 to 3 h in a pressurized oven is suitable.
  • FIGS 11 to 23 also illustrate the photovoltaic module in planar form to simplify the figures.
  • Figure 11 illustrates a first step in which the front face wall 7 is positioned with the photovoltaic cells 4 and their bypass conductors 10 taken between two films of encapsulating material 12.
  • Figure 12 illustrates the next step in which the rear face wall 8, with its recess of the flange 14 relative to the flange 15, is positioned on the assembly, and the single hot pressing step then takes place.
  • Figure 13 illustrates the next step of soldering (or gluing, or any other suitable electrical connection method) the bypass diode 6 to the bypass conductors 10, then applying the sealing coating 18 so as to completely envelop the bypass diode 6 and the two bypass conductors 10.
  • Figures 14 to 16 illustrate a second embodiment of the method.
  • Figure 14 illustrates a first step in which the front face wall 7 is positioned with the photovoltaic cells 4 and their bypass conductors 10 taken between two films of encapsulating material 12.
  • Figure 15 illustrates the next step in which the rear face wall 8, with its recess of the flange 14 relative to the flange 15, is positioned on the assembly, then the bypass diode 6 is soldered to the bypass conductors 10 (or simply deposited, the soldering being able to take place with the hot pressing step), and then the single hot pressing step takes place.
  • Figure 16 illustrates the next step of applying the sealing coating 18 so as to completely envelop the bypass diode 6 and the two bypass conductors 10.
  • Figures 17 to 19 illustrate a third embodiment of the method.
  • Figure 17 illustrates a first step in which the front face wall 7 is positioned with the photovoltaic cells 4 and their bypass conductors 10 taken between two films of encapsulating material 12.
  • the film of encapsulating material which is against the front face wall 7 extends over the entire surface of this wall, even in the area of the offset space 13.
  • Figure 18 illustrates the next step in which the rear face wall 8, with its recess of the flange 14 relative to the flange 15, is positioned on the assembly, then the bypass diode 6 is soldered to the bypass conductors 10 (or simply deposited, the soldering being able to take place with the hot pressing step), and then the single hot pressing step takes place.
  • Figure 19 illustrates the next step of applying the sealing coating 18 so as to completely envelop the bypass diode 6 and the top of the bypass conductors 10, the bottom being already coated by the encapsulating material 12.
  • Figures 20 to 22 illustrate a fourth embodiment of the method.
  • Figure 20 illustrates a first step in which the front face wall 7 is positioned with the photovoltaic cells 4 and their bypass conductors 10 taken between two films of encapsulating material 12.
  • the film of encapsulating material which is against the front face wall 7 extends over the entire surface of this wall, even in the area of the offset space 13.
  • Figure 21 illustrates the next step in which the rear face wall 8, with its recess of the flange 14 relative to the flange 15, is positioned on the assembly, then the bypass diode 6 is soldered onto the bypass conductors 10 (or simply deposited, the soldering being able to take place with the hot pressing step), then additional portions 24 of encapsulating material 12 are positioned around the bypass diode 6.
  • Figure 22 illustrates the next hot pressing step, in which the encapsulating material spreads entirely into the middle zone of the module, as well as into the step space 13, to form the sealing coating 18.
  • Figure 23 illustrates a variant of the steps of Figures 21 and 22, in which a larger quantity of encapsulating material is placed in the recess space 13. These additional portions 24 of encapsulating material 12 in greater quantity result in the illustration of Figure 23, for which the sealing coating 18 has a protruding shape compared to the triangular profiles presented previously, while remaining within the perimeter of the recess space 13.
  • Figures 24 and 25 illustrate two embodiments, given as examples, of a structural assembly according to the invention.
  • such a structural assembly is composed of a photovoltaic module 1 as described above and a frame 25 forming part of a structure in which the photovoltaic module 1 is intended to be integrated as a structural portion.
  • this structural assembly is a motor vehicle and the chassis 25 in question is formed by the body of the vehicle, and more precisely by a frame at roof level.
  • Figures 24 and 25 both illustrate an edge of the photovoltaic module, seen in section at a recess space 13, and cooperating with the frame 25 of the structural assembly.
  • FIG 24 illustrates a first embodiment in which a photovoltaic module 1 is fixed to the chassis 25 (which is therefore here the body of a vehicle).
  • the photovoltaic module 1 is a photovoltaic module according to any of the preceding embodiments except that the front face wall 7 comprises a cantilevered portion 26 extending beyond the sealing coating 18.
  • the cantilevered portion 26 is fixed to a notch or a groove in the chassis 25 which thus has a support surface 27.
  • This fixing is done for example by a seal 29 (for example a polyurethane seal, or any other suitable material), so that the front face wall 7 is flush with the chassis 25.
  • Figure 25 illustrates a second embodiment of the structural assembly in which the photovoltaic module 1 conforms to one of the embodiments described above, and in which the photovoltaic module 1 is fixed to the bearing surface 27 of the frame 25.
  • a bearing portion 28, adjacent to the edge 14, of the rear face wall 8 is placed against the bearing surface 27.
  • a seal 29 (for example a polyurethane seal, or any other suitable material) provides filling and support along the entire length of the sealing coating 18 as well as the edge 15 of the front face wall 7. The front face wall 7 is thus flush with the frame 25.
  • the photovoltaic panel 1 is thus supported by a contact at the level of the support portion 28 while the entire area of the sealing coating 18 as well as the front face wall 7 itself is held by the seal 29, in a flexible manner.
  • the sealing coating 18 is here supported on the frame by means of the seal 29.
  • the possible contours of the sealing coating 18 may be different from those given here as an example, as long as these contours remain within the perimeter of the offset space 13.
  • Figure 26 illustrates the maximum perimeter of the offset space. This section shows that the offset space 13 is delimited transversely along a height corresponding to the dimension a of Figure 4, and is delimited longitudinally by the dimension A of Figure 4 (the distance along the longitudinal direction between the two edges 14, 15).
  • the sealing coating 18, being contained in the recess space 13 is therefore contained in the thickness of the photovoltaic module which is defined by the front face wall 7 and the rear face wall 8, no element projecting transversely or longitudinally.
  • the embodiments can be combined: for example, the different arrangements of the sealing coating 18 can be combined with the dimensioning rules described, or even with the presence of elements such as the spacer 22 or the dielectric film 23.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Module photovoltaïque, ensemble structurel, et procédé de production d'un tel module, ce module comportant : - un ensemble photovoltaïque; - un espace de décrochement (13); - deux conducteurs de bypass (10) raccordés aux deux polarités de l'ensemble photovoltaïque, s'étendant longitudinalement entre la paroi de première face (7) et la paroi de deuxième face (8), et débouchant dans l'espace de décrochement (13), avec chacun une surface de connexion (16) s'étendant dans l'espace de décrochement (13); - une diode de bypass (6) disposée dans l'espace de décrochement (13) et connectée à la surface de connexion (16) de chaque conducteur de bypass (10); - un enrobage de scellement (18) enveloppant la diode de bypass (6) et les deux conducteurs de bypass (10), cet enrobage de scellement (18) étant contenu dans l'épaisseur du module photovoltaïque définie par la paroi de première face (7) et la paroi de deuxième face (8).

Description

DESCRIPTION
Titre : Module photovoltaïque à espace de décrochement intégrant une diode de bypass
DOMAINE TECHNIQUE
L’invention concerne le domaine de l’énergie photovoltaïque. Elle concerne plus particulièrement un module photovoltaïque à diode de bypass intégrée, destiné particulièrement à des applications dans lesquelles les modules photovoltaïques sont intégrés au sein de structure fixes ou mobiles tels que, notamment, des véhicules automobiles.
ART ANTÉRIEUR
Les modules photovoltaïques courants, tels que les panneaux solaires disponibles sur le marché, sont composés de plusieurs cellules photovoltaïques. Lorsqu’une ou plusieurs cellules photovoltaïques d’un module sont situées dans une zone d’ombre, tandis que les autres cellules sont éclairées par le soleil, ces cellules photovoltaïques peuvent alors être traversées par un courant inverse, s’échauffer, voire être détruites. Il est donc nécessaire de protéger les cellules photovoltaïques en cas d’ombrage partiel d’un module photovoltaïque.
Une solution connue aux problèmes d’ombrage partiel des modules photovoltaïques consiste à intégrer des diodes de bypass (également appelées en français diodes de by-pass, de bipasse, d’évitement, de contournement, ou encore de pontage) dans le bo ier de jonction rapporté sur le module et qui contient déjà la connectique du module. Les modules photovoltaïques sont alors agencés en une pluralité de sous-ensembles de cellules montés en série. Une diode de bypass est présente dans le boitier de jonction pour chacun de ces sous-ensembles de cellules, et permet de refermer le circuit en mettant hors circuit le sous-ensemble dont certaines cellules photovoltaïques subissent un ombrage.
Par ailleurs, de nombreuses solutions d’intégration des diodes bypass directement dans des modules photovoltaïques existent dans l’art antérieur. Notamment, les demandes de brevet EP1676323, EP2264782, et WO2011/035553 décrivent des solutions de ce type. Cependant, les solutions de l’art antérieur entraînent généralement une surépaisseur de l’une des faces du module photovoltaïque, ou des proéminences latérales, et dégradent la fiabilité de montage par la présence de boitiers et connecteurs, ce qui les rend peu appropriées à une intégration dans des applications structurelles, c’est-à-dire des applications où le modules photovoltaïque est intégré au sein de structures telle qu’une carrosserie automobile.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
L’invention a pour but d’améliorer les modules photovoltaïques de l’art antérieur.
À cet effet, l’invention vise un module photovoltaïque comportant :
- un ensemble photovoltaïque comprenant au moins une cellule photovoltaïque, disposé entre une paroi de première face et une paroi de deuxième face, et comportant deux polarités ;
- un espace de décrochement formé par un retrait, en direction de l’ensemble photovoltaïque, d’un rebord de la paroi de deuxième face par rapport à un rebord de la paroi de première face ;
- deux conducteurs de bypass qui : sont raccordés aux deux polarités de l’ensemble photovoltaïque ; s’étendent longitudinalement entre la paroi de première face et la paroi de deuxième face ; débouchent dans l’espace de décrochement ; et comportent chacun une surface de connexion s’étendant dans l’espace de décrochement ;
- une diode de bypass disposée dans l’espace de décrochement et connectée à la surface de connexion de chaque conducteur de bypass ;
- un enrobage de scellement enveloppant la diode de bypass et les deux conducteurs de bypass, cet enrobage de scellement étant contenu dans l’épaisseur du module photovoltaïque définie par la paroi de première face et la paroi de deuxième face.
Selon un autre objet, l’invention vise un ensemble structurel comportant un tel module photovoltaïque et un châssis, et dont :
- le châssis comporte une surface d’appui ; - le module photovoltaïque est monté sur cette surface d’appui de sorte que la paroi de première face affleure le châssis.
Selon un autre objet, l’invention vise un procédé de production par pressage à chaud d’un module photovoltaïque tel que décrit précédemment, comportant :
- une étape de positionnement de la paroi de première face et de l’ensemble photovoltaïque disposé entre deux films de matériau encapsulant, ainsi que des conducteurs de bypass ;
- une étape de positionnement de la paroi de deuxième face, avec ledit retrait formant l’espace de décrochement ;
- une étape de connexion électrique des surfaces de connexion de la diode de bypass avec les conducteurs de bypass ;
- une étape de pose de l’enrobage de scellement.
Selon un mode de réalisation, la paroi de première face et la paroi de deuxième face correspondent à la paroi de face avant et à la paroi de face arrière, qui désignent respectivement la paroi qui est destinée à recevoir le rayonnement lumineux, et la paroi qui lui est opposée.
La direction longitudinale est la direction dans laquelle s’étendent les parois de face avant et arrière, et la direction transversale est la direction normale à ces parois.
L’invention est particulièrement adaptée à l’intégration de modules photovoltaïques pour des applications civiles et militaires, autonomes et/ou embarquées, notamment des modules photovoltaïques dont la forme est influencée par sa fonction structurelle ou de parement. L’invention permet de réaliser un module photovoltaïque constituant une pièce fonctionnelle (en plus de sa fonction photovoltaïque) répondant à des problématiques d’intégration, de tenue mécanique, et de robustesse, et est particulièrement adapté aux toits solaires pour véhicules.
L’invention permet une grande liberté d’intégration de composants en périphérie du module photovoltaïque.
Les modules photovoltaïques selon l’invention permettent une intégration au sein de véhicules, ou tout autre structure, en les dispensant de prévoir un quelconque volume dédié à la gestion de protections périphériques aux modules, tels que la protection par diode de bypass. Des modules photovoltaïques standardisés, correspondant à des emplacements prédéterminés simples peuvent ainsi être destinés à des montages calibrés sur structures.
Selon l’invention, aucune pièce rapportée ni élément extérieur n’est nécessaire au module photovoltaïque, autre que sa connectique externe qui est la seule à être saillante du module photovoltaïque.
Le module photovoltaïque selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- l’ensemble photovoltaïque est noyé dans au moins une couche de matériau encapsulant, les conducteurs de bypass étant, au moins partiellement, dans cette couche de matériau encapsulant ;
- le matériau encapsulant s’arrête au niveau dudit rebord de la paroi de deuxième face, hors de l’espace de décrochement, l’enrobage de scellement étant en contact avec la paroi de première face ;
- le matériau encapsulant s’étend dans l’espace de décrochement, le long de la paroi de première face ;
- l’enrobage de scellement est en contact avec le matériau encapsulant dans l’espace de décrochement ;
- l’enrobage de scellement est entièrement constitué du matériau encapsulant ;
- a est supérieur à b, le rapport a/b est sensiblement compris entre 2 et 4, et
, Amin étant le minimum de distance longitudinale entre ledit rebord de la
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paroi de deuxième face et ledit rebord de la paroi de première face, a étant la distance transversale entre la face interne de la paroi de première face et la face interne de la paroi de deuxième face, b étant l’épaisseur (dans la direction transversale) de la diode de bypass et des conducteurs de bypass, I étant la largeur (dans la direction longitudinale) de la diode de bypass ;
- l’enrobage de scellement présente une section raccordant ledit rebord de la paroi de deuxième face audit rebord de la paroi de première face ; - le module photovoltaïque comporte une entretoise placée dans l’enrobage de scellement, entre la diode de bypass et les frontières de l’enrobage de scellement ;
- le module photovoltaïque comporte un film diélectrique recouvrant l’enrobage de scellement, entre ledit rebord de la paroi de deuxième face et ledit rebord de la paroi de première face ;
- la paroi de première face est une paroi de face avant, et la paroi de deuxième face est une paroi de face arrière.
L’ensemble structurel selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- la paroi de première face comporte une portion en porte-à-faux s’étendant longitudinalement au-delà de l’enrobage de scellement, le module photovoltaïque étant monté sur la surface d’appui du châssis par cette portion en porte-à-faux ;
- ladite portion en porte-à-faux est montée sur la surface d’appui du châssis par l’intermédiaire d’un joint ;
- la paroi de deuxième face comporte une portion d’appui, le module photovoltaïque étant monté sur la surface d’appui du châssis par cette portion d’appui, l’enrobage de scellement étant appuyé sur le châssis par l’intermédiaire d’un joint.
Le procédé selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- une étape de pressage à chaud est réalisée après l’étape de positionnement de la paroi de deuxième face, l’étape de pose de l’enrobage de scellement étant réalisée après cette étape de pressage à chaud ;
- l’étape de positionnement de la paroi de première face comporte la mise en place de portions supplémentaires de matériau encapsulant, et une étape de pressage à chaud est réalisée après l’étape de positionnement de la paroi de deuxième face, l’étape de pose de l’enrobage de scellement étant réalisée simultanément à cette étape de pressage à chaud, le matériau encapsulant constituant également l’enrobage de scellement. PRÉSENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de dessus d’un module photovoltaïque selon l’invention ;
- la figure 2 illustre l’agencement des cellules photovoltaïques au sein du module photovoltaïque de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue suivant la coupe lll-lll de la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue de détail de l’un des bords latéraux du module photovoltaïque, pour un premier mode de réalisation du module photovoltaïque ;
- la figure 5A et la figure 5B sont des vues respectivement de dessus et de côté d’un exemple de diode de bypass du module photovoltaïque ;
- la figure 6 est une vue similaire à la figure 4 pour un deuxième mode de réalisation du module photovoltaïque ;
- la figure 7 est une vue similaire à la figure 4 pour un troisième mode de réalisation du module photovoltaïque ;
- la figure 8 est une vue de dessus de la paroi de face avant du module photovoltaïque ;
- la figure 9 est une vue de dessus de la paroi de face arrière du module photovoltaïque ;
- la figure 10 est une vue des parois de face avant et de face arrière superposées ;
- la figure 11 , la figure 12 et la figure 13 illustrent un premier mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
- la figure 14, la figure 15 et la figure 16 illustrent un deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention ; - la figure 17, la figure 18 et la figure 19 illustrent un troisième mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
- la figure 20, la figure 21 et la figure 22 illustrent un quatrième mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
- la figure 23 illustre une variante du quatrième mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
- la figure 24 illustre un premier mode de réalisation d’un ensemble structurel selon l’invention ;
- la figure 25 illustre un deuxième mode de réalisation d’un ensemble structurel selon l’invention ;
- la figure 26 illustre l’espace de décrochement des modules photovoltaïques selon l’invention.
Les éléments similaires et communs aux divers modes de réalisation portent les mêmes numéros de renvoi aux figures.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
La figure 1 représente un module photovoltaïque 1 selon l’invention, vu de dessus, pour un exemple d’application automobile pour laquelle l’invention est particulièrement adaptée. Cet exemple concerne un toit solaire de véhicule. Le module photovoltaïque constitue en grande partie le toit d’un véhicule automobile, électrique ou hybride, et ce module photovoltaïque 1 est adapté à recharger en partie les batteries du véhicule.
Le module photovoltaïque 1 comporte, dans cet exemple, une zone photovoltaïque 2 et une zone panoramique 3 qui sera dépourvue d’éléments photovoltaïques pour former un toit vitré éventuellement transparent.
La figure 2 illustre schématiquement le squelette de cellules photovoltaïques qui seront incluses dans la zone photovoltaïque 2 du module 1 .
Ces cellules photovoltaïques peuvent être agencées selon toute configuration connue, en une ou plusieurs chaines (« string », en anglais). Sept chaines 4 de cellules photovoltaïques sont dans cet exemple reliées en série et le module photovoltaïque 1 comporte un connecteur unique 5 pour relier le toit solaire complet au réseau électrique du véhicule. Ce connecteur 5, ici conforme aux exigences automobile, est la seule connectique saillante du module photovoltaïque 1 , les fonctions bypass des cellules photovoltaïques 4 étant assurées dans des portions internes au module photovoltaïque 1 .
Dans la suite de la description et sur les dessins, le repère 4 identifie aussi bien une chaine de cellules photovoltaïques, qu’une seule cellule photovoltaïque de cette chaine.
Les cellules photovoltaïques 4 sont par exemple des cellules solaires homo ou hétérojonction à base de silicium monocristallin (c-Si) et/ou multi-cristallin (mc-Si), ou IBC, ou sont des cellules solaires à couches minces comprenant une ou plusieurs matières choisies dans le groupe constitué du silicium amorphe (a-Si), le silicium microcristallin (pC-Si), la pérovskite, le tellurure de cadmium (CdTe), de cuivre- indium séléniure (CIS), le cuivre indium / gallium diséléniure (CIGS). Les cellules à base de silicium cristallin sont préférentiellement utilisées. Elles ont généralement une épaisseur comprise entre quelques micromètres et 250 pm. L’espacement entre les cellules photovoltaïques voisines peut-être, dans cette application, de l’ordre de - 1 mm à 1 mm, ou plus (dans le cas de chaines de cellules photovoltaïques de type « shingle » ou « paving », où les cellules d’une même chaine se recouvrent légèrement, l’espacement entre les cellules photovoltaïques est négatif).
La figure 2 illustre fonctionnellement les diodes bypass 6 connectées chacune à un ensemble photovoltaïque. La notion d’ensemble photovoltaïque désigne ici un groupe de cellules photovoltaïques 4 pour lesquelles une seule diode de bypass assure la fonction bypass. L’ensemble photovoltaïque est donc constitué au minimum d’une seule cellule photovoltaïque 4 et peut comporter autant de cellules photovoltaïques que souhaité, moyennement un dimensionnement adapté de la diode de bypass, étant entendu que des ensembles photovoltaïques avec une seule cellule photovoltaïque 4 permettent une meilleure protection contre l’ombrage partiel dans la mesure où chaque cellule dispose d’une fonction bypass individuelle.
La figure 3 est une vue selon la coupe lll-lll de la figure 1 et illustre le profil courbe spécifique à cet exemple d’application automobile. Les modules photovoltaïques destinés aux ensembles structurels présentent ainsi généralement des spécificités de forme, limitant les procédés de fabrication possibles, et leurs possibilités d’agencement.
Le module photovoltaïque 1 comporte une paroi de première face (qui est, dans le présent exemple, une paroi de face avant 7) tournée vers l’extérieur du véhicule et une paroi de deuxième face (qui est, dans le présent exemple, une paroi de face arrière 8) tournée vers l’intérieur du véhicule, ainsi qu’une zone médiane 9 recevant les cellules photovoltaïques 4.
La paroi de face avant 7 peut être en verre, de même que la paroi de face arrière 8, et le module photovoltaïque 1 est dépourvu de cadre, en aluminium ou autre, pour son intégration directe comme partie structurelle du véhicule, ce que permet l’invention. La paroi de face avant 7 et la paroi de face arrière 8 peuvent être de même matériau comme dans cet exemple, ou être faits de deux matériaux différents. Dans cette application, les deux parois 7, 8 sont de préférence en verre mince (soda-calcique ou d’une autre chimie, trempé ou non) d’épaisseur inférieure à 10 mm et préférentiellement inférieure à 3 mm. Alternativement, un polymère adapté ou un composite, par exemple à base de fibres de verre, peut être utilisé.
La figure 4 est une vue agrandie de la figure 3, d’un bord du module photovoltaïque selon l’encadré IV. Sur la figure 4, le module photovoltaïque est illustré comme étant plan, pour simplifier la figure.
Sur la figure 4, un ensemble photovoltaïque comportant une ou plusieurs cellules photovoltaïques 4 comporte également deux conducteurs de bypass 10 qui relient les polarités de l’ensemble photovoltaïque à une diode de bypass 6 (un seul conducteur 10 étant visible sur cette vue en coupe).
Les conducteurs de bypass 10 sont par exemple constitués de rubans de cuivre. Les conducteurs de bypass 10 comportent chacun une surface de connexion 16 sur laquelle se fait la connexion électrique avec une électrode de la diode de bypass 6. La diode de bypass 6 est électriquement connectée à la surface de connexion 16 des conducteurs de bypass 10, par exemple par brasage ou tout autre moyen adapté. Les cellules photovoltaïques 4 sont noyées dans au moins une couche de matériau encapsulant 12 située dans la zone médiane, qui présente une épaisseur de l’ordre de 20 à 2 000 pm. Ce matériau est par exemple un élastomère réticulé EVA, un élastomère à base de polyoléfine thermoplastique réticulée (POR), un élastomère thermoplastique (polyoléfine TPO, silicone, polyuréthane thermoplastique, polyvinyl butyral PVB, polyoléfine fonctionnelle), ou encore un copolymère thermoplastique « réticulé ioniquement » (lonomère). Une combinaison des matériaux précédemment cités peut être envisagée.
Le module photovoltaïque comporte de plus un espace de décrochement 13 qui est défini par un retrait, en direction des cellules photovoltaïques 4, d’un rebord 14 de la paroi de face arrière 8 par rapport à un rebord 15 de la paroi de face avant 7.
Les deux conducteurs de bypass 10 raccordant l’ensemble photovoltaïque (ici constitué d’une seule cellule photovoltaïque 4) s’étendent longitudinalement entre la paroi de face avant 7 et la paroi de face arrière 8 et débouchent dans l’espace de décrochement 13.
Les conducteurs de bypass 10 s’étendent de plus longitudinalement dans l’espace de décrochement 13, et la surface de connexion 16, destinée à la connexion électrique avec la diode de bypass 6 est positionnée dans cet espace de décrochement 13.
La figure 4 illustre ici un premier mode de réalisation du module photovoltaïque, dans lequel la couche de matériau encapsulant 12 est stoppée latéralement au niveau du rebord 14, et l’espace de décrochement 13 est seulement occupé par un enrobage de scellement 18 qui enveloppe la diode de bypass 6 et les conducteurs de bypass 10.
L’enrobage de scellement 18 est réalisé de préférence par l’un des matériaux diélectriques suivants : polyuréthane, silicones, époxy, acrylate.
Selon ce premier mode de réalisation, l’enrobage de scellement 18 présente une section triangulaire dont deux côtés sont respectivement adjacents à la paroi de face avant 7, au rebord 14 de la paroi de face arrière 8, et dont un côté 19 s’étend directement entre le rebord 14 et le rebord 15. Les dimensions A, a, b, et I indiquées sur la figure 4, correspondent aux dimensions suivantes :
- A : distance longitudinale entre le rebord 14 de la paroi de face arrière 8 et le rebord 15 de la paroi de face avant 7 ;
- a : distance transversale entre la face interne de la paroi de face avant 7 et la face interne de la paroi de face arrière 8, c’est-à-dire l’épaisseur (dans la direction transversale) de la paroi de face arrière 8 additionnée de l’épaisseur de la couche médiane constituée de la cellule photovoltaïque 4 et du matériau encapsulant 12. Dans cet exemple, cette valeur est de l’ordre de 2,5 mm ;
- b : épaisseur (dans la direction transversale) de la diode de bypass 6 et du conducteur de bypass 10 ;
- I : largeur (dans la direction longitudinale) de la diode de bypass 6. Dans le présent exemple, cette valeur est de 5,7 mm.
Les dimensions A, a, b, et I permettent un dimensionnement optimal de l’espace de décrochement 13 du point de vue de la tenue diélectrique et mécanique. Dans le présent exemple, s’agissant de dimensions compatibles avec un module photovoltaïque 1 pour intégration dans un véhicule automobile, ces dimensions répondent aux exigences suivantes :
- a > b ;
- le rapport a/b est sensiblement compris entre 2 et 4, et de préférence de l’ordre de 2 ou 3.
De plus, la valeur minimale de A (Amin) est la suivante :
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Dans le présent exemple, A est supérieur ou égal à 10 mm.
Les figures 5A et 5B illustrent une diode de bypass adaptée à ce type d’application, avec un boitier central 20 et deux rubans de connexion 21 adaptés à former les surfaces de connexion 16, et qui seront chacune brasée sur un conducteur de bypass 10.
La figure 6 illustre un deuxième mode de réalisation du module photovoltaïque dans lequel l’enrobage de scellement 18 enveloppant la diode de bypass 6 et les conducteurs de bypass 10, dans l’espace de décrochement 13, est constitué directement du matériau encapsulant de la couche de matériau encapsulant 12.
La figure 7 illustre un troisième mode de réalisation du module photovoltaïque, particulièrement adapté à des modules dont la classe d’isolation nécessite une protection renforcée. Dans ce troisième mode de réalisation, les éléments sont disposés comme dans les modes de réalisation précédents si ce n’est qu’une entretoise 22 est placée entre la diode de bypass 6 et les frontières de l’enrobage de scellement 18.
Dans cet exemple, l’entretoise 22 est constituée par une baguette dont la section peut être de l’ordre de 2 à 3 mm de côté par 2 à 3 mm de côté, qui est adaptée pour un module photovoltaïque de degré de pollution 2, à isolation de classe II.
Le module photovoltaïque 1 comporte de plus un film diélectrique 23 recouvrant l’enrobage de scellement 18. Ce film 23 présente de préférence une épaisseur de 15 à 300 pm et est réalisé dans un polymère tels que : ECTFE, FEP, ETFE, PVDF, PMMA, PC, PET, PE, PP, ou encore un film multicouche avec ces polymères.
De préférence, le film 23 présente une épaisseur minimum 30 pm et est conforme à la norme IEC 61730-2.
Ce troisième mode de réalisation peut être mis en œuvre avec un enrobage de scellement 18 conforme à l’un ou l’autre des premier et deuxième mode de réalisation.
Les figures 8 à 10 illustrent un exemple de positionnement des espaces de décrochement 13 sur la vue de dessus du module photovoltaïque 1. La figure 8 illustre le contour de la paroi de face avant 7. La figure 9 illustre la paroi de face arrière 8 seule et rend visible les retraits de la paroi de face arrière 8, sur le contour de cette dernière, chacun de ces retraits permettant la formation des espaces de décrochement 13.
La figure 10 illustre les parois de face avant 7 et de face arrière 8 superposées avec les espaces de décrochement 13 ainsi formés, en pointillés, chacun de ces espaces de décrochement 13 recevant une diode de bypass 6. Les diodes de bypass 6 sont ainsi autant intégrées dans l’épaisseur du module photovoltaïque 1 , sans aucun élément saillant de cette épaisseur, que sur le contour externe du module photovoltaïque 1 , qui correspond précisément au contour de la paroi de face avant 7, sans cadre rapporté.
Le procédé de production, selon l’invention, d’un module photovoltaïque va maintenant être décrit. Les modules photovoltaïques 1 sont ici produits par pressage à chaud des différentes couches (par exemple par lamination à chaud). Une seule étape de pressage à chaud est nécessaire, par exemple à une température comprise entre 130°C et 180°C, préférentiellement environ 150°C, pendant une durée comprise entre 5 et 20 min, préférentiellement 10 min. Cet assemblage peut également être effectué par d’autres moyens adaptés, tel que par autoclave, ou une combinaison de procédés. Dans le cas d’une lamination cette durée peut aller jusqu’à 30 min. Dans le cas d’un procédé par autoclave, une durée de 2 à 3 h en étuve sous pression est adaptée.
Les figures 11 à 23 illustrent également le module photovoltaïque sous forme plane pour simplifier les figures.
La figure 11 illustre une première étape dans laquelle la paroi de face avant 7 est positionnée avec les cellules photovoltaïques 4 et leurs conducteurs de bypass 10 pris entre deux films de matériau encapsulant 12.
La figure 12 illustre l’étape suivante dans laquelle la paroi de face arrière 8, avec son retrait du rebord 14 par rapport au rebord 15, est positionnée sur l’ensemble, et l’étape unique de pressage à chaud a ensuite lieu.
La figure 13 illustre l’étape suivante consistant à braser (ou coller, ou tout autre mode de connexion électrique adapté) la diode de bypass 6 sur les conducteurs de bypass 10, puis à poser l’enrobage de scellement 18 de sorte à envelopper entièrement la diode de bypass 6 et les deux conducteurs de bypass 10.
Les figures 14 à 16 illustrent un deuxième mode de réalisation du procédé.
La figure 14 illustre une première étape dans laquelle la paroi de face avant 7 est positionnée avec les cellules photovoltaïques 4 et leurs conducteurs de bypass 10 pris entre deux films de matériau encapsulant 12. La figure 15 illustre l’étape suivante dans laquelle la paroi de face arrière 8, avec son retrait du rebord 14 par rapport au rebord 15, est positionnée sur l’ensemble, puis la diode de bypass 6 est brasée sur les conducteurs de bypass 10 (ou simplement déposée, le brasage pouvant avoir lieu avec l’étape de pressage à chaud), puis l’étape unique de pressage à chaud a ensuite lieu.
La figure 16 illustre l’étape suivante consistant à poser l’enrobage de scellement 18 de sorte à envelopper entièrement la diode de bypass 6 et les deux conducteurs de bypass 10.
Les figures 17 à 19 illustrent un troisième mode de réalisation du procédé.
La figure 17 illustre une première étape dans laquelle la paroi de face avant 7 est positionnée avec les cellules photovoltaïques 4 et leurs conducteurs de bypass 10 pris entre deux films de matériau encapsulant 12. Le film de matériau encapsulant qui est contre la paroi de face avant 7 s’entend sur toute la surface de cette paroi, même dans la zone de l’espace de décrochement 13.
La figure 18 illustre l’étape suivante dans laquelle la paroi de face arrière 8, avec son retrait du rebord 14 par rapport au rebord 15, est positionnée sur l’ensemble, puis la diode de bypass 6 est brasée sur les conducteurs de bypass 10 (ou simplement déposée, le brasage pouvant avoir lieu avec l’étape de pressage à chaud), puis l’étape unique de pressage à chaud a ensuite lieu.
La figure 19 illustre l’étape suivante consistant à poser l’enrobage de scellement 18 de sorte à envelopper entièrement la diode de bypass 6 et le dessus des conducteurs de bypass 10, le dessous étant déjà enrobé par le matériau encapsulant 12.
Les figures 20 à 22 illustrent un quatrième mode de réalisation du procédé.
La figure 20 illustre une première étape dans laquelle la paroi de face avant 7 est positionnée avec les cellules photovoltaïques 4 et leurs conducteurs de bypass 10 pris entre deux films de matériau encapsulant 12. Le film de matériau encapsulant qui est contre la paroi de face avant 7 s’entend sur toute la surface de cette paroi, même dans la zone de l’espace de décrochement 13. La figure 21 illustre l’étape suivante dans laquelle la paroi de face arrière 8, avec son retrait du rebord 14 par rapport au rebord 15, est positionnée sur l’ensemble, puis la diode de bypass 6 est brasée sur les conducteurs de bypass 10 (ou simplement déposée, le brasage pouvant avoir lieu avec l’étape de pressage à chaud), puis des portions supplémentaires 24 de matériau encapsulant 12 sont positionnée autour de la diode de bypass 6.
La figure 22 illustre l’étape suivante de pressage à chaud, dans laquelle le matériau encapsulant se répand entièrement dans la zone médiane du module, ainsi que dans l’espace de décrochement 13, pour former l’enrobage de scellement 18.
Figure 23 illustre une variante des étapes des figures 21 et 22, dans laquelle une quantité plus importante de matériau encapsulant est mise en place dans l’espace de décrochement 13. Ces portions supplémentaires 24 de matériau encapsulant 12 en plus grande quantité résultent dans l’illustration de la figure 23, pour laquelle l’enrobage de scellement 18 présente une forme saillante par rapport aux profils triangulaires présentés précédemment, tout en restant dans le périmètre de l’espace de décrochement 13.
Les figures 24 et 25 illustrent deux modes de réalisation, donnés en exemple, d’un ensemble structurel selon l’invention.
Dans le présent exemple, un tel ensemble structurel est composé d’un module photovoltaïque 1 tel que décrit ci-dessus et d’un châssis 25 faisant partie d’une structure dans laquelle le module photovoltaïque 1 est destiné à être intégré comme portion structurelle.
Dans le présent exemple, cet ensemble structurel est un véhicule automobile et le châssis 25 en question est formé par la caisse du véhicule, et plus précisément par un cadre au niveau du toit.
Les figures 24 et 25 illustrent toutes deux un bord du module photovoltaïque, vu en coupe au niveau d’un espace de décrochement 13, et coopérant avec le châssis 25 de l’ensemble structurel.
La figure 24 illustre un premier mode de réalisation dans lequel un module photovoltaïque 1 est fixé sur le châssis 25 (qui est donc ici la caisse d’un véhicule). Le module photovoltaïque 1 est un module photovoltaïque selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents si ce n’est que la paroi de face avant 7 comporte une portion en porte-à-faux 26 s’étendant au-delà de l’enrobage de scellement 18.
La portion en porte-à-faux 26 est fixée sur une entaille ou une feuillure du châssis 25 qui présente ainsi une surface d’appui 27. Cette fixation se fait par exemple par un joint 29 (par exemple un joint polyuréthane, ou tout autre matériau adapté), de sorte que la paroi de face avant 7 affleure le châssis 25.
La figure 25 illustre un deuxième mode de réalisation de l’ensemble structurel dans lequel le module photovoltaïque 1 est conforme à l’un des modes de réalisation décrits précédemment, et dans lequel le module photovoltaïque 1 est fixé sur la surface d’appui 27 du châssis 25. Une portion d’appui 28, adjacente au rebord 14, de la paroi de face arrière 8 est posée contre la surface d’appui 27. Un joint 29 (par exemple un joint polyuréthane, ou tout autre matériau adapté) assure un remplissage et un appui tout le long de l’enrobage de scellement 18 ainsi que du rebord 15 de la paroi de face avant 7. La paroi de face avant 7 affleure ainsi le châssis 25.
Le panneau photovoltaïque 1 est ainsi soutenu par un contact au niveau de la portion d’appui 28 tandis que l’ensemble de la zone de l’enrobage de scellement 18 ainsi que la paroi de face avant 7 elle-même est maintenue par le joint 29, de manière souple. L’enrobage de scellement 18 est ici appuyé sur le châssis par l’intermédiaire du joint 29.
Ces deux modes de réalisation d’un ensemble structurel permettent ainsi une intégration directe des modules photovoltaïques 1 sans cadre, sans aucun élément saillant, tout en intégrant les diodes bypass 6 dans le corps du module.
Des variantes de réalisation peuvent être envisagées. Notamment, les contours possibles de l’enrobage de scellement 18 peuvent être différents de ceux donnés ici en exemple, tant que ces contours restent dans le périmètre de l’espace de décrochement 13. La figure 26 illustre le périmètre maximal de l’espace de décrochement. Cette section montre que l’espace de décrochement 13 est délimité transversalement suivant une hauteur correspondant à la dimension a de la figure 4, et est délimité longitudinalement par la dimension A de la figure 4 (la distance suivant la direction longitudinale entre les deux rebords 14, 15). L’enrobage de scellement 18, étant contenu dans l’espace de décrochement 13, est donc contenu dans l’épaisseur du module photovoltaïque qui est définie par la paroi de face avant 7 et la paroi de face arrière 8, aucun élément ne faisant saillie transversalement ou longitudinalement.
Par ailleurs, les modes de réalisation peuvent être combinés : par exemple les différents agencements de l’enrobage de scellement 18 peuvent être combinés avec les règles de dimensionnement décrites, ou encore avec la présence d’éléments tels que l’entretoise 22 ou le film diélectrique 23.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Module photovoltaïque comportant :
- un ensemble photovoltaïque comprenant au moins une cellule photovoltaïque (4), disposé entre une paroi de première face (7) et une paroi de deuxième face (8), et comportant deux polarités ; caractérisé en ce qu’il comporte :
- un espace de décrochement (13) formé par un retrait, en direction de l’ensemble photovoltaïque, d’un rebord (14) de la paroi de deuxième face (8) par rapport à un rebord (15) de la paroi de première face (7) ;
- deux conducteurs de bypass (10) qui : sont raccordés aux deux polarités de l’ensemble photovoltaïque ; s’étendent longitudinalement entre la paroi de première face (7) et la paroi de deuxième face (8) ; débouchent dans l’espace de décrochement (13) ; et comportent chacun une surface de connexion (16) s’étendant dans l’espace de décrochement (13) ;
- une diode de bypass (6) disposée dans l’espace de décrochement (13) et connectée à la surface de connexion (16) de chaque conducteur de bypass (10) ;
- un enrobage de scellement (18) enveloppant la diode de bypass (6) et les deux conducteurs de bypass (10), cet enrobage de scellement (18) étant contenu dans l’épaisseur du module photovoltaïque définie par la paroi de première face (7) et la paroi de deuxième face (8).
2. Module photovoltaïque selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’ensemble photovoltaïque est noyé dans au moins une couche de matériau encapsulant (12), les conducteurs de bypass (10) étant, au moins partiellement, dans cette couche de matériau encapsulant (12).
3. Module photovoltaïque selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau encapsulant (12) s’arrête au niveau dudit rebord (14) de la paroi de deuxième face (8), hors de l’espace de décrochement (13), l’enrobage de scellement (18) étant en contact avec la paroi de première face (7).
4. Module photovoltaïque selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau encapsulant (12) s’étend dans l’espace de décrochement (13), le long de la paroi de première face (7).
5. Module photovoltaïque selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’enrobage de scellement (18) est en contact avec le matériau encapsulant (12) dans l’espace de décrochement (13).
6. Module photovoltaïque selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’enrobage de scellement (18) est entièrement constitué du matériau encapsulant (12).
7. Module photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que :
- a est supérieur à b ;
- le rapport a/b est sensiblement compris entre 2 et 4 ;
. . l.a
-Amin= - ■ a ~ b avec :
- Amin : minimum de distance longitudinale entre ledit rebord (14) de la paroi de deuxième face (8) et ledit rebord (15) de la paroi de première face (7) ;
- a : distance transversale entre la face interne de la paroi de première face (7) et la face interne de la paroi de deuxième face (8) ;
- b : épaisseur, dans la direction transversale, de la diode de bypass (6) et des conducteurs de bypass (10) ;
- I : largeur, dans la direction longitudinale, de la diode de bypass (6).
8. Module photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enrobage de scellement (18) présente une section raccordant ledit rebord (14) de la paroi de deuxième face (8) audit rebord (15) de la paroi de première face (7).
9. Module photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une entretoise (22) placée dans l’enrobage de scellement (18), entre la diode de bypass (6) et les frontières de l’enrobage de scellement (18).
10. Module photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un film diélectrique (23) recouvrant l’enrobage de scellement (18), entre ledit rebord (14) de la paroi de deuxième face (8) et ledit rebord (15) de la paroi de première face (7).
11. Module photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de première face (7) est une paroi de face avant, et la paroi de deuxième face (8) est une paroi de face arrière.
12. Ensemble structurel comportant un module photovoltaïque (1 ) selon l’une des revendications précédentes, et un châssis (25), caractérisé en ce que :
- le châssis (25) comporte une surface d’appui (27) ;
- le module photovoltaïque (1) est monté sur cette surface d’appui (27) de sorte que la paroi de première face (7) affleure le châssis (25).
13. Ensemble structurel selon la revendication 12, caractérisé en ce que la paroi de première face (7) comporte une portion en porte-à-faux (26) s’étendant longitudinalement au-delà de l’enrobage de scellement (18), le module photovoltaïque (1 ) étant monté sur la surface d’appui (27) du châssis (25) par cette portion en porte-à-faux (26).
14. Ensemble structurel selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite portion en porte-à-faux (26) est montée sur la surface d’appui (27) du châssis (25) par l’intermédiaire d’un joint (29).
15. Ensemble structurel selon la revendication 12, caractérisé en ce que la paroi de deuxième face (8) comporte une portion d’appui (28), le module photovoltaïque (1 ) étant monté sur la surface d’appui (27) du châssis (25) par cette portion d’appui (28), l’enrobage de scellement (18) étant appuyé sur le châssis (25) par l’intermédiaire d’un joint (29).
16. Procédé de production par pressage à chaud d’un module photovoltaïque conforme à l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte :
- une étape de positionnement de la paroi de première face (7) et de l’ensemble photovoltaïque disposé entre deux films de matériau encapsulant (12), ainsi que des conducteurs de bypass (10) ;
- une étape de positionnement de la paroi de deuxième face (8), avec ledit retrait formant l’espace de décrochement (13) ;
- une étape de connexion électrique des surfaces de connexion (16) de la diode de bypass (6) avec les conducteurs de bypass (10) ;
- une étape de pose de l’enrobage de scellement (18).
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu’une étape de pressage à chaud est réalisée après l’étape de positionnement de la paroi de deuxième face (8), l’étape de pose de l’enrobage de scellement (18) étant réalisée après cette étape de pressage à chaud.
18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l’étape de positionnement de la paroi de première face (7) comporte la mise en place de portions supplémentaires (24) de matériau encapsulant (12), et une étape de pressage à chaud est réalisée après l’étape de positionnement de la paroi de deuxième face (8), l’étape de pose de l’enrobage de scellement (18) étant réalisée simultanément à cette étape de pressage à chaud, le matériau encapsulant (12) constituant également l’enrobage de scellement (18).
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