Brevet FR2269198A1 — publié le 19751121

La présente invention concerne un panneau de photopiles solaires formant une batterie photoélectrique et comportant, d'une part, une plaque rigide transparente dont la face antérieure constitue la face réceptrice dudit panneau et, d'autre part, une pluralité de photopiles raccordées entre elles électriquement et fixées, par leur face soumise aux rayonnements, dite "face active", à la face postérieure de la plaque rigide transparente précitée à l'aide d'une colle également transparente, ledit panneau ainsi constitué étant revêtu d'une couche de matériau plastique opaque sur la totalité de sa surface externe autre que la face réceptrice. On sait que l'une des principales applications des photopiles solaires consiste à fournir une tension électrique continue et un courant nécessaires à la recharge d'accumulateurs alimentant, soit des appareillages embarqués sur des satellites, et destinés à des missions spatiales, soit des dispositifs terrestres tels que des faisceaux hertziens, des balises lumineuses ou radioélectriques, des récepteurs de télévision utilisés à des fins éducatives, des appareillages d'alarme, etc...Dans ce cas, les photopiles solaires sont disposées en batteries se présentant sous la forme de panneaux sur lesquels lesdites photopiles sont fixées les unes à proximité des autres en une mosaïque régulière et sont réunies électriquement en série, en parallèle ou, le plus souvent, selon une conbinaison#série-parallèle à l'aide de languettes métalliques souples et d'interconnexion. Les problèmes rencontrés dans la réalisation de tels panneaux sont de nature diverse mais ceux qui apparaissent le plus souvent concernent soit l'efficacité des photopiles, soit leur échauffement, soit encore l'échauffement des panneaux ou batteries qu'elles constituent. Parmi les publications déjà existantes sur ce sujet, on connaît le brevet français 1491331 qui fait état d'un perfectionnement aux cellules photovoltaïques ou photopiles. Selon ce brevet, l'amélioration consiste à disposer sur, ou à proximité de la face postérieure de la cellule, un corps réfléchissant formant miroir et de meme surface que ladite face postérieure de ladite cellule. La mise en oeuvre d'un tel perfectionnement, plus particulièrement adapté aux cellules ou photopiles solaires destinées aux applications spatiales, présente plusieurs inconvénients. En effet, l'opération de mise en place du corps réfléchissant formant miroir a un caractère individuel et ne peut être effectuée que d'une manière unitaire, c'est-à-dire cellule par cellule : dans ces conditions, il est impossible de mécaniser et d'automatiser une telle opération.Par ailleurs, comme il ressort de la description citée dans le brevet, un tel perfectionnement est essentielle ment utilisable dans des applications spatiales pour lesquelles, pour des raisons d'encombrement et pour des raisons d'amélioration du rapport surface active du panneau / surface totale du panneau, les cellules sont de forme rectangulaire ou carrée et sont très proches les unes des autres. Mais ce perfectionnement n'apporte que peu d'amélioration dans le cas de panneaux solaires à utilisation terrestre. En effet, dans ce cas, l'encombrement n'est plus un problème primordial et le prix du matériau utilisé, notamment le silicium, étant très élevé, il est raisonnable, pour des questions de prix de revient, de laisser aux cellules la forme du lingot dans lequel elles ont été découpées, forme qui est généralement circulaire. Or, si un panneau est élaboré à l'aide de cellules ou photopiles circulaires, il apparaît entre elles une surface libre impur tante qui équivaut sensiblement au quart de la surface totale du panneau. Par ailleurs, pour les memes raisons économiques, on a recherché un mode de montage simple et rapide pour réaliser le panneau qui consiste,en fait, à coller les photopiles par leur face active, c'est-à-dire la face sensible aux rayonnements, à une plaque transparente, en verre par exemple, à l'aide d'une colle également transparente et à noyer l'ensemble, hormis la face réceptrice des rayonnements, dans un matériau plastique opaque et étanche destiné à protéger les éléments actifs du panneau des agents atmosphériques et/ou corrosifs extérieurs et qui est fréquemment un élastomère connu commercialement sous le nom de néoprène. En conséquence, lors de l'exposition d'un tel panneau aux rayonnements solaires, la portion desdits rayonnements le frappant dans l'intervalle compris entre les photopiles circulaires est absorbée par le matériau plastique opaque et provoque son échauffement et, par voie de conséquence, accroit l'échauffement du panneau. Il est bien évident que, dans le cas où des cellules circulaires sont utilisées, le perfectionnement prévu par le brevet français: 1 491 331 ne permet pas de lutter contre cette cause supplémentaire d'échauffement du panneau. Or on sait que ce problème est très important puisque l'échauf- fement du panneau et des photopiles entraîne une altération des caractéristiques électriques des dites photopiles par une diminution de leur force électromotrice et une augmentation de leur courant de fuite. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et prend en considération la connaissance des propriétés respectives d'absorption et de réflexion des rayonnements par les corps noirs et les corps réfléchissants. Selon la présente invention, un panneau de photopiles solaires formant une batterie photoélectrique et comportant, d'une part, une plaque rigide transparente dont la face antérieure constitue la face réceptrice dudit panneau et, d'autre part, une pluralité de photopiles raccordées entre elles électriquement et fixées par leur face soumise aux rayonnements, dit 'face active", a la face postérieure de la plaque rigide transparente précitée à l'aide d'une colle également transparente, ledit panneau ainsi constitué étant revetu d'une couche de matériau plastique opaque sur la totalité de sa surface externe autre que la face réceptrice, est notamment remarquable en ce que, entre ladite face postérieure de la plaque rigide et le revêtement en matériau plastique opaque, est disposée une couche réfléchissante, au moins en regard des portions de la face postérieure de ladite plaque comprises en les photopiles, ladite couche étant isolée électriquement des dites photopiles. Dans ce cas, les rayonnements traversant la plaque rigide transparente dans les intervalles situés entre les photopiles sont immédiatement renvoyés par la couche réfléchissante selon l'invention et, en conséquence, ne provoquent plus un échauffement sensible de la couche de matériau plastique opaque sous-jacente. Ainsi, l'échauffement du panneau est plus faible et les photopiles sont placées dans de meilleures conditions de fonctionnement. On constate alors une amélioration du rendement global du panneau qui n'est pas due à une amélioration individuelle des photopiles mais au mode de réalisation dudit panneau. Dans une première forme de réalisation, la couche réfléchissante peut etre déposée directement et localement sur la face postérieure de la plaque rigide transparente, aux emplacements appropriés correspondant aux intervalles subsistant entre les photopiles. Par une seule opération de masquage et par une seule opération de dépôt, la couche réfléchissante peut être déposée aux emplacements appropriés du panneau. En conséquence, le cout d'un panneau comportant une telle couche réfléchissante et des photopiles circulaires d'une réalisation relativement économique, peut etre appréciab lement diminué. Dans une seconde forme de réalisation du panneau, et pour rendre celle-ci plus aisée, la couche réfléchissante peut être avantageusement une couche uniforme et continue recouvrant la totalité de la face arrière du panneau opposée à la face réceptrice, y compris la face dorsale des photopiles. Avantageusement, le matériau constituant la couche réfléchissante a un pouvoir réflecteur élevé dans le spectre visible et dans 1 'infrarouge. En effet, les rayonnements situés dans l'infrarouge, et notamment dans l'infrarouge de longueur d'onde supérieure à 1,1 micromètre pour le silicium, ne sont pas générateurs de courant électrique puisque l'énergie des photons émis étant inférieure à la hauteur de la bande interdite du matériau semiconducteur constituant les cellules, lesdits photons ne peuvent pas créer de paires électron-trou mais, par contre, ces rayonnements situés dans l'infrarouge sont générateurs de chaleur. De préférence, la couche réfléchissante est un film mince d'aluminium ou d'argent isole' électriquement des photopiles. Dans le cas où la couche réfléchissante est localisée dans les intervalles compris entre les photopiles, la surface des intervalles recouverte par ladite couche est légèrement inférieure à la surface totale desdits intervalles. Dans le cas où la couche réfléchissante constitue un film uniforme et continu, le dit film est isolé de la face dorsale des photopiles par une pellicule de colle transparente recouvrant ladite face dorsale desdites photopiles. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre en quoi constitue l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 représente une vue de dessus partielle d'un panneau de photopiles selon l'invention dans la première forme de réalisation citée. La figure 2 représente une coupe schématique suivant la ligne II-II de ce même panneau La figure 3 représente schématiquement et en coupe une vue d'une portion d'un panneau selon 1'invention dans la seconde forme de réalisation. La figure 4 représente les courbes comparées des températures en fonction du temps d'éclairement d'un panneau solaire classique et d'un panneau solaire selon l'invention dans la première forme de réalisation citée. Il est à noter que sur les représentations du panneau selon l'invention, certaines dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre le dessin plus clair. Conformément aux figures 1 et 2, le panneau selon l'invention est constitué de photopiles 1 reliées électriquement entre elles par les languettes de connexion 2. Ces photopiles-1 sont fixées par leur face avant la -, dite face active, sur l'une des faces 5 d'une plaque rigide transparente 4 à l'aide d'une colle également transparente 5 qui déborde légèrement à la périphérie desdites photopiles 1. Dans les intervalles compris entre les photopiles 1 a été préalablement déposée la couche métallique localisée mince et réfléchissante 6 dont la surface de chacun des ilôts est légèrement inférieure à la surface desdits intervalles et dont le flanc constitue la limite au débôr- dement de la couche de colle 5. Avantageusement, la couche 6 est constituée d'un dépôt d'alun minium ou d'argent obtenu par évaporation sous vide à travers un masque approprié. Le panneau ainsi constitué est enrobé dans un revetement 7 d'une matière plastique opaque, néoprène par exemple, qui recouvre la totalité de la face postérieure et des faces latérales dudit panneau ainsi que lapéripherie de sa face réceptrice 3. La liaison électrique avec l'extérieur est assurée par des connexions non représentées sur la figure. Dans le cas du mode de réalisation représenté sur la figure 3, le panneau selon l'invention est constitué de photopiles il reliées électriquement entre elles par les languettes de connexion 12. Ces photopiles sont fixées par leur face avant lla , dite face active, sur l'une des faces 13 d'une plaque rigide transparente 14 à l'aide d'une colle 15 également transparente. Une pre mière couche de colle 15a est interposée entre la face active Ila des photopiles 11 et la face postérieure 13 de la plaque 14; une seconde couche de colle 15b recouvre également la face arrière 1t .desdites photopiles 11. A la surface de cette couche de colle est disposée une mince feuille d'aluminium 16 ou d'un autre matériau de pouvoir réflecteur élevé, argent par exemple. Le panneau ainsi constitué est enrobé dans un revetement 17 de matériau plastique opaque, néoprène par exemple, qui recouvre la totalité de la surface de la face postérieure et des faces latérales dudit panneau et uniquement la périphérie de sa face réceptri ce constituée par la face antérieure de la plaque transparente 14. Une liaison électrique des connexions: 12 avec l'extérieur est assurée soit par un fil souple 18 noyé dans le néoprène tel que représenté sur la figure soit par l'intermédiaire d'une borne relais métallique serrée par un clips contre la plaque transparente 14 et noyée dans le néoprène 17. Généralement, la plaque transparente 14 est soit en verre traité constituant un filtre à certains rayonnements, notamment les rayonnements ultra-violets, soit une plaque de verre classique. Pour évaluer l'amélioration de conditions de fonctionnement obtenue par la mise en oeuvre des dispositions prévues par la présente invention, on a relevé à l'aide d'un simulateur solaire four 2 nissant un éclairement de 100 mW/cm2 les courbés d'échauffement respectives, en fonction du temps, d'un panneau selon l'invention (première forme de réalisation citée) et d'un panneau correspondant à l'art antérieur. La courbe 20 correspond au panneau selon l'invention etla courbe 21 correspond à un panneau selon l'art antérieur. Sur cette figure, on peut constater que la température atteint te par le panneau de photopiles solaires selon l'invention (courbe 20) est sensiblement inférieure à la température atteinte par un panneau ne comportant pas les perfectionnements selon l'invention (courbe 21). - REVEND1CA#iON3 - 1.- Panneau de photopiles solaires formant une batterie photoélectrique et comportant, d'une part, une plaque rigide trans parente dont la face antérieure constitue la face #réceptrice dudit panneau et, d'autre part, une pluralité de photopiles raccordées entre elles électriquement et fixées par leur face soumise aux rayonnements, dite "face active", à la face postérieure de la plaque rigide transparente précitée à l'aide d'une cille également transparente, ledit panneau ainsi constitué étant revetu d'une couche de matériau plastique opaque sur la totalité de sa surface externe autre que la face réceptrice, caractérisé en ce que entre ladite face postérieure de la plaque rigide et le revêtement en matériau plastique opaque est disposée une couche réfléchissante au moins en regard des portio#ns de la face postérieure de ladite plaque comprises entre les photopiles, ladite couche étant isoléeélectriquement desdites photopiles. 2.- Panneau de photopiles selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche réfléchissante est déposée directement et localement sur la face postérieure de la plaque rigide transparente aux emplacements appropriés, correspondant aux intervalles subsistant entre les photopiles. 3.- Panneau de photopiles selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche-réfléchissante est une couche uniforme et continue recouvrant la totalité de la face arrière dudit panneau opposée à la face réceptrice y compris la face dorsale des photopiles. 4.- Panneau de photopiles selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau constituant la couche réfléchissante a un pouvoir réflecteur élevé dans le spectre visible et dans l'infrarouge. 5.- Panneau de photopiles selon la revendication 4 caractérisé en ce que la couche réfléchissante est en aluminium. 6.- Panneau de photopiles selon la revendication LI, caraeté- risé en ce que la couche réfléchissante est en argent. 7.- Panneau de phot#opiles selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface des intervalles recouverte par la couche réfléchissante est légèrement inférieure à la surface totale desdits intervalles. 8.- Panneau de photopiles selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche réfléchissante est isolée électriquement de la face dorsale des photopiles par une pellicule de colle transparente recouvrant ladite face dorsale desdites photopiles.