Brevet FR2471670A1 — publié le 19810619

Collecteur hybride à chambre de refroidissement. La présente invention concerne un collecteur hybride à chambre de Tefroidissement, forme essentiellement de cellules solaires qui sont montées sur des plaques munies de dispositifs de refroidissement et qui sont pourvues d'une couche de silicone. les cellules solaires servent à transformer directe ment le rayonnement du soleil en energie électrique La con version d'énergie électromagnétique en électricité connue sous le nom "d'effet photo-électrique" est mise en pratique depuis Transf.er-3 des dizaines d'années et est utilisée pour l'alimentation de satellites en courant électrique. les cellules solaires,qui sont constituées en particulier de silicium dopé par des impuretés, se comportent, en ce qui concerne leurs propriétés électriques, comme des transistors ou d'autres semi-conducteurs électriques. Par contre, les collecteurs solaires ne fournissent pas d'énergie électrique,mais de la chaleur par transformation directe du rayonnement du soleil. On exploite alors d'une manière avantageuse la propriété de surfaces foncées qui absorbent le spectre du rayonnement solaire dans le domaine de longueurs d'ondes d'environ 0,6 micron jusqu'à environ 1,1 micron et qui transforment'l'énergie absorbée en chaleur. Les cellules solaires manifestent cet effet, en outre, parce que leurs surfaces présentent une coloration foncée FJ bleue. A cela s'ajoute encore le fait que le flux de courant, par suite de la résistance interne des cellules, les échauffe davantage,ce qui malheureusement diminue consi derablement leur efficacité. Si, par exemple, la tem pérature des cellules augmente, à partir de 25 OC, la tension sans charge diminue considérablement, en l'occurrence d'environ 2,3 mV/OC. Pour des températures supérieures a' #O00,le rendement diminue au point que la fonction des cellules se rapportant à la fourniture proprement dite de courant ne peut plus être remplie.Le meilleur rendement des cellules solaires est atteint à des températures de moins de 200CI Le montage électrique de plusieurs cellules solaires en série en une unité fournissant ou produisant du courant, qui rend possible la transformation directe du rayonnement solaire en électricité, donne ce que l'on appelle un module solaire. Lorsqu'une cellule solaire fournit une tension de 0,5 volt, 36 cellules connectées en série donnent déjà Transfer:3 une tension de 18 volts. Etant donné que de tels modules solaires sont utilisés pour la production de courant en particulier dans des pays à ensoleillement intensif, un dspo- sitif de refroidissement est nécessaire pour abaisser la température des cellules.Diverses propositions ont déjà été faites pour rendre possible un refroidissement des cellules. Les cellules sont alors collées sur des tôles de refroidissement qui sont tempérées par un liquide de refroidissement, et sont recouvertes d'un caoutchouc de silicone coulé pour éliminer la formation d'eau de condensation. La masse-de caoutchouc de silicone est coulée en une épaisseur de 6 à 8 mm, environ 2 à 3 mm restant sur la surface pour couvrir les cellules solaires.L'inconvénient de cette réalisation est cependant le fait que les cellules ne peuvent être refroidies que par l'arrière et qu'une chute de température se produit entre la surface tournée vers le soleil et la face postérieure refroidie, ce qui rend l'efficacité du refroidissement relativement mauvaise. Dans la pratique, il s'est avéré qu'en particulier des modules solaires comportant un montage en série de 36 cellules (tension de 18 volts) ou de 72 cellules (tension de 36 volts), comme elles sont connectées dans la présente invention, ne devraient pas etre recouvertes d'une masse de caoutchouc de silicone. A maintes reprises, des cellules solaires sont devenues défectueuses en service, ou une des nombreuses soudures qui, dans un montage en série de cellules individuelles, rendent l'ensemble du système à , & e de fonctionner, s'est révélée défectueuse. les fabricants des modules solaires précisent que des cellules individuelles peuvent être découpées hors du caoutchouc de silicone. #ependant, en pratique, les de- TransSer-3 (III) les cellules solaires avec les plaques de tôle et les dpositifs de refroidissement son~ disposées dans un boîtier ferme hermétiquement par une vitre, exerçant un effet d'isolation thermique et servant de chambre de refroidissemenv. li'invention a donc pour objet un collecteur hydrie à chambre de refroidissement qui soit essentiellement constitué de c#ellules solaires montées sur des plaques munies de dispositifs de refroidissement et pourvues d'une couche de silicone. Le collecteur est qualifié de collecteur hybride", parce que, suivant une forme d'exécution préférée, l'eau réchauffée par les opérations de refroidissement des cellules solaires peut être utilisée comme eau de consommation, comme dans le cas d'un collecteur solaire habituel, et que, simultanément, du courant èst fourni par les cellules solaires. L'eau est avantageusement pompée à travers les dispositifs de refroidissement, la pompe étant de préférence entraînée par de l'énergie électrique qui est dérivée de celle que les cellules solaires produisent. Le montage des modules solaires conformes à l'invention dans le boîtier servant de chambre de refroidissement rend possible un refroidissement uniforme et de tous côtés des cellules solaires car non seulement la plaque est froide, mais en outre toute la chambre de refroidissement reste à une certaine température. Suivant une autre forme d'exécution préférée, la chambre de refroidissement est sous vide. La descflption suivante explique la fabrication d'un collecteur hybride conforme à linvention comportant 72 cellules solaires, un dispositif de refroidissement qui refroidit Transfer-3 faut s des cellules ou des points de soudure ne sont pour la plupart pas visibles dans un module. Bes cellules solaires sont formées de disques de silicium minces d'environ 0,3 mm qui ont un diamètre d'environ 77 mm. les manipulations peuvent produire, dans de telles cellules sensibles, des microfissures qui ne peuvent pas être décelées et qui ne se font sentir que plus tard, en service, à des températures plus élevées et sous un flux de courant renforcé. Cela étant, l'invention a pour but de procurer un module solaire dans lequel (a) chaque cellule solaire individuelle soit aisément accessible en vue d'une opération de mesure ultérieure et puisse, en cas de nécessité, être remplacée sans problème; (b) l'efficacité du refroidissement soit plus élevée, et (c) l'agent de refroidissement: utilisé soit de l'eau pouvant être employée comme eau chaude de consommation. En d'autres termes, le module solaire conforme à l'invention sert simultanément de distributeur d'une part d'énergie électrique et d'autre part de chaleur. A cet effet, conformément à l'invention (i) les cellules solaires ne sont plus noyées dans une couche de silicone, mais simplement recouvertes d'une pellicule de silicone cohérente s'étendant sur toutes ces cellules, qui garantit une protection sûre des cellules contre la corrosion, mais qui est si mince (a) qu'elle ne se comporte pas comme un isolant électrique, de sorte que l'on peut soumettre les cellules solaires à une mesure électrique sans détruire la pellicule de siliconé, et (b) qu'elle ne se comporte pas comme un isolant thermique, ce qui garantit un refroidissement des cellules solaires de tous les cotés, (II) la pellicule de silicone couvre, en outre, les plaques de tôle et les dispositifs de rafsoidhssement qui y sont reliés, Transfer-3 de manière uniforme toute la chambre de refroidissement, et un boîtier de collecteur éprouvé et compact, étant entendu que moyennant peu de manipulation, chaque cellule solaire individuelle peut être mesurée à posteriori et peut être remplacée. A cet effet, 72 cellules solaires qui sont disposées en série en deux circuits, sont collées sur une plaque en tôle de refroidissement isolée électriquement. Alors que la tôle de refroidissement présente une surface lisse sur sa face supérieure, des conduits de passage pour l'agent de refroidissement sont ménagés dans sa face inférieure, par exemple par le procédé de roulage de bande. les cellules solaires sont soudées directement après le collage, 12 cellules solaires étant interconnectées en une rangée sur la tôle de refroidissement. La distance entre deux cellules solaires est. de 7 mm. Le collecteur hybride est formé de six rangées de 12 cellules solaires chacune, trois rangées avec au total 36 cellules solaires formant un circuit. Cet montage permet de faire fonctionner le collecteur hybride ou bien à une tension de 18 volts avec une double intensité (connexion en parallèle des deux circuits) ou bien à une tension de 36 volts (connexion en série des deux circuits) avec une intensité électrique simple. Lorsque les 72 cellules sont montées, to#ute la surface de la plaque de tôle de refroidissement est revetue par pulvérisation d'un vernis de protection au silicone durcissant à froid. Cette couche de vernis de protection protège les points de soudure ainsi que les cellules solaires et la plaque de tôle dé refroidissement contre la corrosion. Ensuite, la plaque revêtue est placée dans un boîtier en mousse de polyuréthanne qui est alors scellé her métiquement par une vitre. Transfer-3 Le collecteur hybride conforme à l'invention comportant 72 cellules solaires, connectées en deux ou plus de deux circuits, permet plusieurs combinaisons de tensions et d'intensItés. La production de courant à partir de l'énergie solaire débute déjà sous une lumière diffuse. Grâce à la possibilité d'ouvrir aisément Ja protection du collecteur, on peut accéder rapidement aux cellules solaires pour ies travaux de réparation et grâce à la présence de la chambre de refroidissement, le collecteur hybride conforme à l'invention fonctionne aussi à des températures ambiantes et des températures d'ensoleillement élevées. l'invention sera maintenant décrite avec référence aux Fig. 1 et 2, qui représentent une forme exécution par ticulièrement préférée mais non limitative de l'invention. Tous les détails non mentionnés dans la description, mais apparaissant aux dessins, font partie de la présente invention. Sur les Fig. 1 et 2, ainsi que dans les parties correspondantes de la description, les chiffres de référence ont les significations suivantes 1 Boîtier en mousse de polyuréthanne dure 2 Cordon d'étanchéité rond 3 Vitre de sécurité 4 Rainure d'étanchéité 5 Profilé d'encadrement en aluminium 6 Chambre de refroidissement 7 Cellule solaire 8 Plaque de tôle de refroidissement 9 Conduits pour l'eau de refroidissement 10 Raccordement pour l'agent de~refroidisseme3t Il Thèrmomètre 12 Câble pour évacuer l'énergie produite Transfer 3 13 Bouchon d'étanchéité. La Fig. 1 est une vue schématique, en coupe fragmentaire, d'un collecteur hybride à chambre de refroidissement La Fig. 2 est une vue schématique, en plan, de la face du collecteur hybride à chambre de refroidissement tournée vers le soleil. Le boîtier 1, de préférence en mousse de polyuréthanne dure, doit être considéré, eu égard à une épaisseur de paroi totale de 20 à 25 mm, comme étant résistant à la diffusion. La vitre de sécurité 3 est simplement posée élastiquement sur le cordon d'étanchéité rond 2 qui entoure l'encadrement. Dans la rainure périphérique large est placé un profilé en aluminium massif 5 qui est fixé au boîtier 1 par des vis à bois. Ce vissage a pour effet de presser fermement la vitre sur le cordon d'étanchéité rond de sorte que le système est étanche à l'eau et en substance résistant à la diffusion.Des manchons d'introduction de câble étanches à l'eau sont connus en électrotechnique, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de les décrire plus en détail. les raccords pour les besoins en eau de refroidissement sont placés dans un élément d'étanchéité élastique en caoutchouc de Néoprène comme le montre là Fig. 2. les raccords sont reliés à des tuyaux flexibles et sont raccordés à un réservoir d'eau. Selon le montage du réservoir d'eau de refroidissement, l'eau peut circuler par effet de thermosiphon lors d'une augmentation de température ou à l'intervention de pompes à eau, qui sont disponibles dans le commerce, qui ne consomment que 5 watts et qui conviennent parfaitement pour de telles applications. Le courant pour la petite pompe peut aussi être fourni par l'intermédiaire des cellules solaires, car ,ans ce cas la pompe ne fonctionne que lorsque le rayonnement solaire est suffisant et qu'un refroidissement devient nécessaire. Transler-s REVENDi CÂTiONS 1.- Collecteur hybride à chambre de refroidissement, formé essentiellement de cellules solaires qui sont montées sur des plaques munies de dispositifs de refroidissement et qui sont pourvues d'une couche de silicone, caractérisé en ce que (i) les cellules solaires ne sont plus noyées dans une couche de silicone, mais simplement recouvertes d'une pellicule de silicone cohérente s'étendant sur toutes les cellules, qui garantit une protection sure des cellules contre la corrosion, mais qui est si mince (a) qu'elle ne se comporte pas comme un isolant électrique, de sorte que l'on peut soumettre les cellules solaires a une mesure électrique sans détruire la pellicule de silicone, et (b) qu'elle ne se comporte pas comme un isolant thermique, ce qui garantit un refroidissement des cellules solaires de tous les côtés, (li) la pellicule de silicone couvre, en outre, les plaques de tôle et les dispositifs de refroidissement qui y sont reliés, et (ICI) les cellules solaires avec les plaques de tole et les dispositifs de refroidissement sont disposés dans un boîtier fermé hermétiquement par une vitre, exer çant un effet d'isolation thermique et servant de chambre de refroidissement. 2.- Collecteur hybride à chambre de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de refroidissement est sous vide. 3.- Collecteur hybride à chambre de refroidissement suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que de l'eau est pompée par les dispositifs de refroidissement et est utilisée comme eau chaude de consommation, la pompe étant TransSer-3 de préférence entraînée au moyen d'énergie électrique qui est dérivée de celle produite par les cellules solaires. Transfer-3