Brevet FR2468209A1 — publié le 19810430

-1- La présente invention a trait de manière générale au domaine des cellules photovoltalques, appelées également cellules solaires. Elle concerne plus particulièrement des structures, appelées panneaux solaires, dans lesquelles une pluralité de cel- lules solaires sont maintenues espacées les unes des autres selon un écartement fixe et sont en outre protégées de l'environnement am- biant lorsqu'elles sont exposées dans une position de réception de lumière. Habituellement les panneaux solaires sont fabriqués tout d'abord en soudant, ou en reliant d'une autre manière, des cellules solaires individuelles pour former une bande de cellules connectées les unes aux autres en série ou en parallèle. La bande de cellules est fixée dans un plateau possédant une face ouverte, habituellement à l'aide d'une matière adhésive telle que, après durcissement de l'adhésif, les cellules soient maintenues en une position fixe à l'intérieur du plateau. La matière adhésive est souvent utilisée comme encapsulant pour les cellules, c'està-dire qu'elle entoure complètement les cellules et sert non seulement à maintenir la bande de cellules en position de réception, de lumière afin que les cel- lules ne se déplacent pas lorsqu'elles sont soumises à des secousses externes ou lorsque le panneau est déplacé d'un endroit à l'autre, mais encore protège les cellules de la pluie, de la neige et d'au- tres conditions d'environnement susceptibles de nuire au fonction- nement des cellules. Lorsqu'une bande de cellules dans un panneau doit être encapsulée, l'encapsulant choisi doit être transparent et présenter de bonnes propriétés de transmission de lumière; il doit entraver le moins possible le passage de la lumière dans les lon- gueurs d'ondes pour la réception desquelles les cellules ont été conçues. De plus, l'encapsulant doit présenter des caractéristiques optimales vis-à-vis des intempéries, même si une couverture protec- trice supplémentaire, par exemple une feuille de verre, est prévue pour recouvrir la face ouverte du plateau. Les panneaux solaires doivent avoir une espérance de vie aussi longue que possible. Ainsi, pour les panneaux solaires décrits dans le brevet U.S. no 4.057.439 la durée de vie devrait être de dix ans, et de préférence de vingt ans. Alors que des cellules photovoltaiques convenablement protégées, sans pièces mobiles, ont une durée de vie indéfinie, les panneaux solaires logeant ces cellules posent de grands problèmes en ce qui concerne leur espérance de vie. Lorsqu'il se produit une -2- 2468209 déstratification, ou lorsque l'un des composants de base du panneau a une défaillance l'ensemble du panneau devient inutilisable bien que toutes, ou pratiquement toutes, les cellules solaires contenues dans le panneau soient en état de marche. Le brevet U.S. précité concerne un panneau solaire utilisant en tant qu'encapsulant une résine silicone. Bien que ce brevet concerne principalement le problème de la déstratification du panneau de la couche d'encapsulant durcie il existe de nombreux autres problèmes, tant en ce qui concerne la fabrication que l'usage des panneaux solaires, résultant des condi- tions ambiantes et des économies lors de la fabrication. Ainsi l'un des problèmes existants est d'obtenir un alignement parfait des cellules lorsque l'on loge plus d'une bande de cellules dans un seul panneau solaire. Du fait que les cellules de la bande sont toutes reliées par soudure les unes aux autres, plus la bande est longue. plus est augmentée la possibilité de déviation depuis une bande plate droite, du fait que la bande tend à flotter dans son encapsu- lant avant que celui-ci ne soit durci, passant de l'état liquide à l'état solide. En outre des bulles d'air peuvent être emprisonnées sous les cellules dans l'encapsulant liquide conduisant à l'oxyda- tion et à la détérioration des caractéristiques photovoltaiques des cellules. Enfin la nécessité de souder les cellules solaires voisi- nes augmente le coût, car les parties des cellules à relier doivent être revêtues d'un matériau soudable relativement coûteux avant de pouvoir réaliser la soudure. La présente invention vise à résoudre les problèmes expo- sés ci-dessus. Grâce aux caractéristiques de structure et au procédé d'encapsulation utilisés, la présente invention permet d'éliminer la nécessité de souder les cellules pour former une bande. Ainsi il n'est pas nécessaire de prévoir un matériau soudable sur l'une quelconque des surfaces des cellules. Grâce à la structure de la présente invention, les cellules sont maintenues en alignement de manière sûre, à la fois latéralement et longitudinalement pendant l'encapsulation. Elles ne flottent pas dans l'encapsulant. Grâce au procédé de l'invention, la présence de bulles d'air emprisonnées sous les cellules au cours de l'encapsulation est sensiblement réduite. La présente invention a pour objet un panneau solaire formé d'un plateau comprenant un élément de base et des éléments en saillie vers le haut. La base possède une surface tournée vers le -3- 2468209 haut à laquelle sont fixées, directement ou indirectement plusieurs pinces espacées les unes des autres d'une distance prédéterminée, les cellules solaires étant montées dans -lesdites pinces et main- tenues par elles. Enfin un moyen protecteur recouvre les cellules et les pinces de telle manière que les cellules soient maintenues, de manière libérable dans le plateau en position pour recevoir l'impact de la lumière et convertir cette lumière en énergie électrique, tout en étant protégées de l'environnement ambiant. Dans un mode de réalisation préféré, les pinces sont réa- lisées sous la forme de feuilles élastiques possédant des bras de ressort pour enserrer les cellules solaires. Les pinces peuvent être montées par collage sur la surface tournée vers le haut de l'élément de base. Naturellement la totalité de cette surface peut être revê- tue d'une résine silicone qui peut être utilisée comme adhésif. Ensuite une autre couche de résine silicone ou un autre encapsulant peut entourer complètement les cellules et/ou l'on peut utiliser un autre moyen protecteur tel qu'un couvercle de verre. Les pinces - peuvent également être réalisées d'un seul tenant avec l'élément de base. En ce qui concerne le procédé de la présente invention, lorsque l'on utilise un encapsulant pour les cellules, on peut réaliser un vide après que l'encapsulant a entouré les cellules afin d'éliminer toute bulle d'air emprisonnée dans l'encapsulant. L'encap- sulant est ensuite durci et devient une masse d'amortissement rigide bien que quelque peu élastique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation en se référant au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue de dessus en plan montrant des cellules photovoltaiques reliées par des pinces, la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective agrandie de la pince des figures 1 et 2, partiellement arrachée, la figure 4 est une vue en coupe agrandie selon 4-4 de la figure 1. En se référant maintenant au dessin, on voit une bande de cellules solaires 10 dans laquelle les cellules sont reliées les unes aux autres par des pinces, désignées globalement par le chiffre de référence 11. -4- 2468209 En ce qui concerne la structure générale du plateau, on se référera au brevet U.S. 4.057.439, seul l'élément de base 12 étant représenté dans la présente demande. Comme dans le plateau représen- té dans la figure 1 de ce brevet U.S. 4.057.439, le plateau préféré dans le cadre de la présente demande présente une forme rectangulai- re et possède des éléments en saillie vers le haut sous la forme de pans latéraux et d'extrémités, la base continue 12 possédant une surface sensiblement plane tournée vers le haut 13 à l'intérieur du plateau. Dans la figure 1, les cellules solaires 10 sont vues avec leurs surfaces supérieures 15 exposées. Sur ces surfaces supérieures on trouve un contact frontal allongé 16 qui se termine à une extrémi- té sous la forme de deux bras 17. Pour faciliter l'illustration, les nombreux doigts collecteurs étroits qui alimentent les contacts 16 sur la surface frontale de réception de lumière des cellules n'ont pas été représentés. On n'a également pas représenté la surface ar- rière des cellules qui, habituellement, est couverte d'un revêtement métallique continu qui forme le contact arrière ou électrode, les électrodes avant et arrière étant de charges opposées. Ainsi, comme représenté dans la figure 2 du brevet U.S. 4.057.439, lorsqu'on relie en série plusieurs cellules, le contact arrière des cellules est relié au contact ou électrode frontal de la cellule suivante dans la bande, qui à son tour possède son contact arrière relié au contact frontal de la cellule suivante, etc... Selon la présente invention, cette succession est réalisée par l'intermédiaire de pinces dont l'agencement préféré est repré- senté dans la figure 2. On y voit que l'élément de base 12 est une feuille conti- nue possédant une surface sensiblement plane tournée vers le haut 13 qui forme la surface de fond du plateau. Des zones choisies de cette surface 13 sont recouvertes d'une couche d'adhésif 18 et des pinces Il sont positionnées sur ces couches 18 et fixées à elles. Les cellules solaires sont positionnées sous les bras des pinces et sont maintenues au-dessus de la surface tournée vers le haut 13 de l'élé- ment de base 12. Comme cela est également le mieux illustré dans la figure 2, après que les pinces aient été fixées par les couches adhésives 18, une couche d'encapsulant 20 est versée sur et autour des cellules 10 et des pinces 11, et, comme cela est représenté sur le côté droit de la figure 2, les enveloppe complètement. L'encapsu- lant s'étend naturellement sur la totalité du fond du plateau et forme une nappe dans celui-ci. -5- 2468209 La pince il représentée n'est donnée qu'à titre d'illus- tration de pinces susceptibles d'être utilisées dans le panneau solaire de l'invention. Comme on le voit dans la figure 3, la pince 11 est cons- tituée d'une pièce d'un seul tenant en métal façonnable. Du fait que le métal est électriquement conducteur, seules des parties de la pince doivent être conductrices, des parties de la pince étant re- vêtues de matière non conductrice. Comme cela ressort clairement de la partie arrachée, le côté gauche de la pince 11 de la figure 3 possède un revêtement non conducteur 20 qui recouvre le corps métal- lique 21 de la pince. De la partie arrachée du côté droit, on peut voir que sur ce côté le revêtement isolant 20 se trouve sur le fond de la pince. La pince il possède deux bras 22 sur son côté isolé tourné vers le haut et une seule branche 23 sur son côté conducteur tourné vers le haut. Comme on le voit dans la figure 4, toutefois les surfaces tournées vers le haut des bras 22 portent un revêtement isolant 20, alors que ce revêtement 20 ne se trouve que sur la surface inférieure de la branche 23. Dans la structure de pince ainsi réalisée 11, un côté de la pince est en contact électrique avec les contacts frontaux de la cellule solaire, l'autre côté de la pince étant en contact électri- que avec le contact arrière de la cellule. Dans le mode de réalisa- tion représenté, un contact électrique est réalisé entre les bras 17 du contact frontal de la cellule 16 et les bras de recouvrement 22 de la pince 11. Du fait que la surface inférieure de la branche 23 est recouverte par une couche isolante 20 aucun contact électrique n'est réalisé à cet endroit et, au contraire, le contact est assuré entre l'électrode de fond de la cellule solaire et le corps métal- lique électriquement conducteur de la pince. On a ainsi réalisé une interconnection en série de cellules solaires. En ce qui concerne le procédé et la structure de la présen- te invention, on réalise tout d'abord un plateau possédant un élément de base en matériau approprié, par exemple en fibre de verre-époxy ou comme décrit dans le brevet U.S. 4.116.207 en résine polyester. Les pinces sont fixées sur l'élément de base de préférence par un adhésif, par exemple par une résine silicone RTV à composant unique qui peut être utilisée pour coller ponctuellement les pinces ou sous la forme de couche sur la totalité de la surface supérieure de l'élément de base. Lorsque le moyen protecteur est constitué d'un encapsulant on peut utiliser une résine silicone à plusieurs compo- -6- 2468209 sants, telle que le Sylgard 182, fabriqué par Dow Corning Corp. Lorsque le moyen protecteur comprend un couvercle de verre, celui-ci ne doit pas empêcher sensiblement le passage de lumière de longueurs d'ondes auxquelles les cellules solaires sont les plus efficaces. Dans le mode de réalisation préféré du panneau solaire, des cellules solaires soit individuellement comme représenté, soit par paires, soit en plus grand nombre, sont insérées entre les pinces de liaison. Puis l'on verse l'encapsulant liquide dans le plateau et celui-ci est soumis à un vide, par exemple d'environ 5 à 15 mm de mercure pour enlever toute bulle d'air qui aurait pu être emprisonnée sous les cellules. Puis, si on le désire, on place une plaque de verre sur les cellules. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec le mode de réalisation préféré, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. Ainsi il est également possible de fixer les pinces à un support, tel qu'un couvercle de verre ou de matière plastique pour le panneau. GB/47225 -7- 2468209 REVENDICATIONS 1. Panneau solaire pour maintenir des cellules photovol- talques interconnectées en position pour recevoir l'impact de la lumière, caractérisé par le fait qu'il comprend un plateau pré- sentant des éléments en saillie vers le haut et un élément de base (12) possédant une surface (13) tournée vers le haut dans l'espace délimité par ledit plateau, au moins une cellule photo- voltaïque (10) et une pluralité de pinces (11) électriquement conductrices, les pinces voisines étant espacées les unes des autres d'une distance suffisante pour recevoir une ou plusieurs desdites cellules, ces dernières étant maintenues interconnectées par lesdites pinces, des moyens (18) pour fixer lesdites pinces sur ladite surface tournée vers le haut dudit élément de base et un moyen protecteur (20) recouvrant les cellules et les pinces de telle manière que les cellules soient maintenues dans ledit plateau en position pour recevoir l'impact de la lumière et convertir cette lumière en énergie électrique tout en étant protégées de l'environ- nement ambiant. 2. Panneau solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites pinces (11) sont constituées d'un matériau élastique et possèdent des bras (22) qui recouvrent et maintiennent en place de façon libérable lesdites cellules. 3. Panneau solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen protecteur (20) est une plaque trans- parente recouvrant les cellules (10) et supportée par lesdits éléments en saillie dudit plateau. 4. Panneau solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites pinces (11)sont fixées audit élément de base (12) par l'intermédiaire d'une couche d'adhésif (18) recouvrant ladite surface tournée vers le haut de l'élément de base. 5. Panneau solaire selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit adhésif est une résine silicone à un seul composant. 6. Panneau solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen protecteur comprend une couche de résine qui entoure et encapsule lesdites cellules. 7. Panneau solaire selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite résine d'encapsulation est une résine sili- cone à plusieurs composants. -8- 2468209 8. Procédé pour fabriquer un panneau solaire pour main- tenir une pluralité de cellules photovoltaïques interconnectées en position pour recevoir l'impact de la lumière et convertir l.'éner- gie lumineuse en énergie électrique, caractérisé par le fait que l'on réalise un plateau dans lequel les cellules doivent être retenues, ledit plateau comprenant un élément de base, que l'on monte des pinces électriquement conductrices sur ledit élément de base en une relation espacée pour permettre à des pinces voisines de recevoir des cellules entre elles, que l'on insère au moins une cellule entre chaque paire de pinces voisines de façon que, à travers l'une desdites-piaces, un contact électrique soit réalisé entre l'électrode de surface supérieure ou de surface de fond d'une cellule et l'électrode de surface de fond ou de surface supérieure de la cellule voisine maintenue par ladite pince, que l'on recouvre les cellules et les pinces à l'aide d'un liquide encapsulant possé- dant des propriétés optiques permettant un passage substantiel de la lumière à travers lui et que l'on fait durcir l'encapsulant pour l'amener à un état solide, ce par quoi lesdites cellules sont maintenues en position de réception de lumière tout en étant proté- gées de l'environnement ambiant par ledit encapsulant. 9. Procédé pour fabriquer un panneau solaire selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'après ou pendant que l'on recouvre les cellules et les pinces de liquide d'encapsulation, le plateau est soumis à une pression inférieure à la pression atmosphérique pour enlever toute bulle d'air emprisonnée.