Brevet FR2350696A1 — publié le 19771202

L'invention concerne un interconnecteur pour cellules solaires montées en réseau, en particulier pour les cellules d'un générateur solaire de satellite artificiel. Le réseau des cellules d'un générateur solaire de satellite est formé d'un ensemble de modules connectés entre eux. Chaque module comprend un certain nombre de cellules réparties en plusieurs groupes de cellules connectées en série, ces groupes étant eux-mêmes reliés en parallèle; Les modules de cellules sont assemblés et fixés généralement par collage sur une structure qui assure l'orientation convenable du réseau vis-à-vis du soleil. Il importe, pour le bon fonctionnement d'un tel réseau de cellules solaires, que les interconnecteurs assurant les liaisons entre les différentes cellules offrent un comportement satisfaisant tout au long de la vie du réseau. Cette dernière peut être décomposée en trois phases principales 10) une période stétendant entre la fabrication du réseau et le lancement sur orbite du satellite; 20) la période de lancement du satellite; 3 ) la période de fonctionneient sur orbite, durant laquelle alternent des phases d'ensoleillement et des phases en éclipse qui dépendent de 1 t orbite choisie. Au cours de ces trois phases, le réseau de cellules et sa structure porteuse sont soumis à des sollicitations mécaniques (statiques et dynamiques) et thermiques qui entrassent des déformations des interconnecteurs et, de ce fait, des efforts sur les points de soudure reliant les interconnecteurs aux cellules. La résistance à l'arrachement de tels points de soudure étant limitée, il y a lieu d'étudier la forme géométrique des interconnecteurs de telle façon que les déformations locales de l'espacement intercellulaire n'induisentque des efforts d'intensité acceptable, compte tenu du nombre élevé de cycles de déformation, sur les points de soudure, de manière à obtenir une fiabilité satisfaisante pour le réseau tout entier. A cet effet, il est connu d'utiliser, pour réaliser les interconnecteurs, des rubans plats ou des feuilles métalliques souples présentant une forme géométrique telle qu'une variation de ltespace intercellulaire induise une déformation en flexion des interconnecteurs et qu'urane dilatation thermique différentielle des interconnecteurs par rapport aux cellules soit absorbée par modification de la forme géométrique des interconnecteurs (celle-ci comportant une boucle d'expansion") . Dans ces deux cas, la déformation que subissent les interconneeteurs empoche que des contraintes importantes soient imposées aux points de soudure par lesquels ils sont reliés aux cellules. Les profils géométriques des interconnecteurs (conçus pour adonner du mout à la liaison entre cellules et la rendre non rigide) sont choisis et définis, compte tenu de la valeur de l'espace intercellulaire, après de nombreux tests de qualification; ces profils permettent généralement de réaliser des générateurs solaires adaptés aux différentes conditions d'environnement durant les trois phases principales précitées. Cependant, la fiabilité de fonctionnement reste très sensible aux deux paramètres indiqués (forme ou profil géométrique et distance intercellulaire), donc étroitement liée aux conditions de reproductibilité dans la fabrication des modules. D'autre part, si les formes géométriques et la structure des interconnecteurs réalisés jusqu'à présent sont relativement bien adaptées à des générateurs solaires pour satellites en orbite synchrone - ce type d'orbite correspondant à un nombre d'éclipses assez faible, inférieur à une centaine par an, les excursions thermiques concomitantes étant toutefois profondes (environ + 600c à - 190 C) -, elles sont mal adaptées à des missions présentant de très nombreux cycles thermiques et une longue durée (orbites basses).En effet, les interconnecteurs connus, constitués par des rubans disposés sensiblement dans des plans contenant les lignes de plus courte distance entre cellules contiguës, impliquent des boucles d'expansion de faible rayon de courbure, de sorte que la matière constitutive de ces inter conne~teurs subit une fatigue mécanique élevée, d'autant plus grande que le rayon de courbure est faible. Ansi, les interconnecteurs utilises Jusqu'à maintenant présentent principalement deux inconvénients - une grande sensibilité aux conditions de reproductibilité de leur forme géométrique; - une grande sensibilité aux phénomènes de fatigue liés aux missions orbitales à cycles thermiques nombreux. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, elle a pour obJet un interconnecteur pour cellules solaires disposées en réseau, qui est constitué par une nappe de fils conducteurs contenus dans des plans perpendiculaires au plan commun des cellules interconnectées, ces plans offrant un angle d'obliquité par rapport aux lignes de plus courte distance entre les bords contigus des cellules. Il résulte de cette structure de l'interconnecteur selon l'invention qu'il est possible de prévoir, celui-ci une forme géométrique semblable aux formes géométriques connues (donnant une liaison mécanique non rigide, éventuellement avec boucle d'expansion), sans que la matière constitutive de l'interconnecteur reçoie un rayon de courbure trop faible, cette matière se trouvant orientée selon les plans obliques des fils et prenant ainsi un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure du profil transversal de la nappe elle-mSme. La nappe de fils peut avantageusement comprendre deux couches de fils, les fils d'uns couche se croisant et étant éventuellement entrelacés avec les fils de l'autre couche. De préférence, les plans des fils d'une couche présentent un angle d'obliquité égal , mais de sens opposé, à celui des plans des fils de l'autre couche. Il convient que les fils de la nappe offrent en section un faible aplatissement. Leur section est de préférence sensiblement circulaire. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitat fs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut Entre mise en pratique. Les-figures 1g et lb, Sa et 2b, 3a et 3b, 4a et 4b représentent quatre formes de réalisation connues dtinterconnecteus pour cellules solaires, respectivement de profil et en plan. Les figures 5a et 5b représentent de la même manière un interconneeteur selon l'invention,assurant une liaison électrique série-parallèle. La figure 5c est analogue à la figure 5b et représente un interconnecteur selon l'invention assurant seulement une liaison série. La figure 5d représente une coupe selon la ligue A-A de l'obJet de la figure 5c. Les cellules d'las générateur solaire pour satellites sont constituées essentiellement par un bloc rectangulaire de silicium comportant une couche 13 dopée N qui forme la face avant exposée au soleil et protégée par une lamelle transparente 14 de verre ou de silice, et un substrat 15 dopé P qui forme la face arrière et qui est fixé par collage sur la structure portant le réseau de cellules. Ces cellules sont reliées en série, d'une manière connue et comme le montrent les figures la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b, par des interconnecteurs constitués par des rubans plats 10 de section rectangulaire, en une matière métallique telle que l'argent, le molybdène, 1'invar ou en une combinaison de teIes matières. Les rubans 10 relient les électrodes de polarité opposée des cellules, ils sont soudés d'une part à la couche 13 d'une cellule 11 et d'autre part au substrat 15 de la cellule 12 voisine.Ils présentent un profil de forme incurvée de manière à réaliser une liaison non rigide, ce profil pouvant offrir la forme d'un S (figure la) ou d'une boucle d'expansion (figure 2a, correspondant à des cellules à couche 13 dite "wrap-around", littéralement "enroulé autour", qui se prolonge Jusqu'à la face arrière de la cellule). Les rubans 10 peuvent encore se décomposer en deux parties séparées loua, lOb (figures 3a, 3b) repliées en U et reliées par soudage à une feuille métallisée 16 percée d'ouvertures (par exemple une feuille de Kapton guivré et argenté) qui permet en outre d'assurer les liaisons en parallble des cellules. Comme le montrent les vues en plan des figures lb, 2b et 3b, les rubans 10 sont disposés dans des plans 17 orthogonaux au plan commun des cellules et perpendiculaires aux bords contigus parallbles de celles-ci, c'est-à-dire que ces plans sont parallèles aux lignes de plus courte distance entre lesdits bords. Cette disposition présente los inconvénients précédemiont indiqués Il en est de même dans le cas de l'intcrconnecteur, également connu, représenté sur les figures 4a et Xb, qui est constitué par une bande 18 de métal expansé ou déployé assurant les liaisons série et parallèle entre quatre cellules 11, 12, îîa, 12a.Le profil de la bande 18 (figure 4a) est semblable à celui des rubans 10 de la figure la. Les figures Sa à 5d représentent un interconnecteur selon l'invention. Il est constitué par unehappe 19 constituée par des fils 20 soudés respectivement à la couche 15 et au substrat 15 de cellules voisines 11, 12 reliées en série (ainsi qu'éventuellement aux électrodes d'autres cellules lla, 12a en liaison série-parallèle, comme le montre la figure 5b). Le profil de la nappe 19 est identique à celui de la bande 18 de l'interconnecteur connu des figures 4a et bb; cependant, cette nappe est constituée par des fils disposés obliquement, ces fils étant contenus dans des plans 21 orthogonaux au plan des cellules et présentant un angle d'obliquité 0t /3 non nul par rapport aux lignes 22 de plus courte distance Joignant lesdits bords contigus. Ainsi, comme on le voit clairement en comparant la vue de la figure Sa et la coupe de la figure 5d faite selon l'un de ces plans 21, chacun des fils 20 de la nappe 19 présente une courbure beaucoup moins prononcée que le profil de la nappe elle-même, ce qui améliore considérablement la fiabilité de l'interconnecteur ainsi constitué. Tous les fils 20 de la nappe 19 peuvent être parallèles entre eux et présenter une obliquité de même sens, par exemple selon l'angle d'obliquitéq. Mais la nappe 19 comporte avantageusement des fils 20 disposés selon des directions croisées et offrant des angles d'obliquité~(, ( #de sens inverse. Ces angles 4 A sont de préférence égaux entre eux. La valeur de 11 angle CX et celle de l'angle p ne doivent pas être trop petites. Une valeur voisine de 450 est généralement satisfaisante. Les fils 20 croisés de la nappe 19 peuvent être répartis en deux couches de fils parallèles orientés respectivement selon l'angle & et selon l'angle j#. . Ces couches peuvent être simplement superposées. Toutefois, de préférence, les fils de chaque couche seront entrelacés avec ceux de l'autre couche, comme le montrent les figures 5b et 5c; la nappe 19 se présentant alors sous la forme dtune nappe de fils tissés. Le genre de tissage et le mode d'entrelacement peuvent être choisis de toute manière appropriée. De plus, les fils 20 peuvent être répartis à écartement constant (figure 5b) ou être groupés, dans l'une des couches ou dans les deux, en faisceaux de fils séparés par des intervalles libres (figure 5c). La section des fils 20 est de préférence circulaire, c'est-à-dire qu'elle offre un aplatissement nul. En pratique, il convient que la forme de la section des fils soit aussi proche que possible de celle d'un cercle, c'est-à-dire que son aplatissement soit faible. Les fils 20 peuvent être réalisés en toute matière conductrice appropriée, en particulier en l'une des matières métalliques précédemment citées et déjà utilisées pour les interconnecteurs de cellules solaires. Le profil donné à la nappe li; peut être différent de celui que représente la figure Sa, semblable à celui que représente la figure la; il peut par exemple être semblable à celui que représente la figure 2a dans le cas de cellules "wrap around". REVENDICATIONS 1.- Interconnecteur pour cellules solaires disposées en réseau, en particulier pour cellules de générateurs solaires pour satellites artificiels, réalisé en un matériau conducteur souple, soudé entre les couches de polarité opposées de deux cellules voisines et conformé selon un profil conduisant à une liaison mécanique non rigide entre les cellules ainsi électriquement interconnectées par leurs bords contigus, caractérisé par le fait qu'il est constitué par une nappe de fils conducteurs contenus dans des plans perpendiculaires au plan commun des cellules et obliques par rapport aux lignes de plus courte distance entre les bords contigus des cellules. 2.- Interconnecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la section des fils présente un aplatissement faible ou nul. 3. - Interconnecteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la section des fils est sensiblement circulaire, 4.- Interconnecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la nappe de fils comprend deux couches de fils d'orientation croisée. 5.- Intêrconnecteur selon la revendication 4, caractidie par le fait que les deux couches de fils sont simplement superposées. 6.- Interconnecteur selon la revendication 4, caractériaé par le fait que les fils des deux couches sont entrelacés. 7.- Interconnecteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que les plans des fils de chaque couche présentent un angle d'obliquité égal à celui des plans de l'autre couche', mais de sens opposé. 8.- Interconnecteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que l'écarteient des fils d'une couche' est constant. 9.- Interconnecteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7,-caractérisé par le fait que les fils d'au moins une couche sont répartis en faisceaux séparés par des intervalles libres. 10.- Interconnecteur selon 1'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'angle d'obliquité des plans des fils est voisin de 450.