Brevet FR2492169A1 — publié le 19820416

La présente invention concerne un support pour cellule photovoltaique, une batterie de cellules photovoltaiques pourvues de tels supports et un générateur solaire pourvu d'une telle batterie. On connaît déjà des générateurs solaires comportant un ensemble de cellules photovoltaiques transformant l'éner- gie solaire en énergie électrique. Dans certains de ces générateurs connus, on prévoit un dispositif de condensa- tion du rayonnement solaire, tel qu'un miroir concave,mû par un mécanisme d'orientation asservi de façon à être cons- tamment dirigé vers le soleil, ledit ensemble de cellules photovoltaiques étant disposé au foyer dudit dispositif de condensation et maintenu au moyen de bras fixés à la périphérie de celui-ci. On sait par ailleurs que, pour pouvoir fonctionner cor- rectement, les cellules photovoltaiques doivent être ré- gulées en température. A cette fin, on prévoit des dispo- sitifs, tels que des ailettes, permettant de dissiper la chaleur dégagée dans lesdites cellules photovoltaiques. Cependant, non seulement ces dispositifs ne sont pas to- talement efficaces dans la régulation de la température desdites cellules photovoltaiques, mais encore ils sont lourds et encombrants. Il en résulte donc que la masse de la partie mobile du générateur est élevée et que l'asser- vissement en orientation du dispositif de condensation est difficile du fait de l'inertie importante et nécessite un mécanisme d'orientation puissant. De plus, par leur encombrement, des dispositifs connus de dissipation de chaleur portent une ombre importante sur le miroir, ce qui nuit au rendement du générateur. La présente invention a pour objet de remédier à ces in- convénients et de permettre la réalisation d'un ensemble focal de cellules photovoltalquesléger et peu encombrant, -2- tout en permettant d'isoler électriquement les cellules et de maintenir une bonne conduction thermique. A cette fin, selon l'invention, le support pour au moins une cellule photovoltaique comportant au moins un bloc de matière conductrice de la chaleur avec lequel ladite cellule est en contact thermique étroit, est remarquable en ce qu'il comporte au moins un tube dont la paroi peut être traversée par la chaleur, ledit tube étant solidaire dudit bloc, en contact thermique avec celui-ci et obturé à ses extrémités pour délimiter une cavité close à l'intérieur de laquelle est enfermé un fluide évaporable et condensable. De préférence, ledit bloc comporte un évidement prolongé vers l'extérieur par ledit tube, ladite cavité close étant alors formée par ledit évidement et le tube. Ainsi, lorsqu'au cours du fonctionnement de la cellule photovoltaique, de la chaleur est dégagée dans celle-ci, ce dégagement de chaleur entraîne l'évaporation de la phase liquide du fluide et la phase vapeur qui en résulte se déplace vers l'extrémité du tube opposée au bloc. Tout le long du tube, la phase vapeur cède sa chaleur à celui- ci et se recondense. La phase liquide condensée peut être ramenée vers le bloc par un revêtement intérieur du tube formant un réseau capillaire. Cependant, selon un mode de réalisation avan- tageux dans lequel le bloc est dirigé vers le bas et le tube vers le haut, le retour de la phase liquide conden- sée s'effectue sous l'action unique de la gravité, ce qui évite de prévoir tout dispositif de retour auxiliaire. Le support selon l'invention peut être d'une seule pièce, par exemple obtenue par moulage. Il peut également être -3- constitué par l'assemblage par soudure du bloc et du tube. Afin de favoriser l'évacuation de la chaleur transmise audit tube, il est avantageux d'enfermer au moins celui-ci dans une enceinte étanche, dans laquelle on fait circuler un fluide, par exemple un liquide. Ainsi, une batterie de cellules photovoltaiques, notam- ment pour générateur solaire, peut comporter une enceinte étanche qui est pourvue d'une entrée de fluide froid et d'une sortie de fluide chaud et qui enferme au moins les tubes d'une pluralité de supports selon l'invention, pourvus de leurs cellules photovoltaiques. On obtient ainsi un ensemble léger et peu encombrant, dans lequel les cellules photovoltaiques sont facilement régu- lées en température et qui convient particulièrement bien à un générateur à dispositif de condensation solaire et ensemble focal mobiles.De plus, outre l'énergie élec- trique produite, l'ensemble de cellules photovoltaiques selon l'invention fournit de la chaleur à un fluide, de préférence de l'eau, ce qui accroit son rendement. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée. La figure l est une vue en coupe longitudinale d'un sup- port pour cellule phtovoltaique conforme à la présente invention. La figure 2 illustre schématiquement un ensemble de cel- lules photovoltaiques, conforme à l'invention. La figure 3 montre schématiquement en perspective un géné- tateur solaire comportant l'ensemble de cellules photo- voltaïques de la figure 2. -4- Le support, selon l'invention et montré par la figure 1, comporte un bloc 1 d'une matière thermiquement bonne conductrice, telle que le cuivre, de forme cubique par exemple. Sur une face dudit bloc 1 est fixée, par exemple au moyen d'une soudure à l'étain 2, une cel- lule photovoltaïque 3, de façon que celle-ci soit en contact thermique étroit avec le bloc 1.- Par ailleurs, dans ledit bloc 1 est pratiqué, à travers la face de celuici opposée à la cellule photovoltaique 3 un évidement 4 dirigé vers celleci. L'évidement 4 est prolongé, à l'opposé du bloc 1, par un tube 5, également en une matière thermiquement bonne conductrice, telle que le cuivre. A son extrémité opposée au bloc 1, le tu- be 5 est obturé de façon étanche par un pincement 6. Sur la figure 1, on a supposé que le tube 5 était rapporté au bloc 1, par encastrement dans l'évidement 4, puis soudure en 7. Il va de soi que le tube 5 et le bloc 1 pourraient constituer une seule pièce, obtenue par exemple par moulage, le pincement 6 étant réalisé par la suite. Dans la cavité close 8, ainsi déterminée par le tube 5 et l'évidement 4, est disposée une petite quantité d'une substance volatile 9, telle qu'un alcool. Le volume de cette substance 9 peut par exemple correspondre au vingtième du volume de la cavité 8. L'ensemble 1 à 9 est disposé de façon que la cellule pho- tovoltalque 3 soit dirigée vers le bas, de sorte que le tube 5 est dirigé vers le haut. Ainsi, lorsque la cellule 3 reçoit un rayonnement appro- prié, d'une part elle engendre de l'énergie électrique qui est recueillie de manière non représentée sur les dessins et, d'autre part, elle est le siège d'un déga- gement de la chaleur. On sait que cette chaleur doit être évacuée de manière à contrôler la température de la cellule photovoltaïque 3 et à la maintenir dans une gamme correspondant au fonctionnement optimal de ladite cellule. Le processus d'évacuation de chaleur du support selon l'invention est le suivant. La cellule 3 transmet sa chaleur au bloc 1 à travers la soudure 2, et de là au tube 5 par conduction. De plus, la chaleur reçue par le bloc 1 vaporise le liquide 9 et la vapeur ainsi formée se déplace dans la cavité 8 en direction du pincement 6. Lorsque la vapeur rencontre un point du tube 5 suffisamment froid, elle se condense et le condensat revient dans l'évidement 4, coulant par gravité le long des parois du tube 5. Le tube 5 reçoit donc la chaleur de la cellule 3 à la fois par conduction et par transmission par le fluide de caloporteur. La chaleur reçue par le tube 5 est ensuite prélevée de celui-ci par le milieu fluide (gaz ou liquide) entourant le tube 8. On remarquera que le tube 5 peut ne pas être en une matière thermiquement bonne conductrice. En effet, il pourrait être en verre ou en matière synthétique, avec une paroi suffisamment mince pour pouvoir être traversée par le flux de chaleur avec faible écart de température. Dans ce cas, l'échange de chaleur s'effectuerait uniquement par l'intermédiaire du fluide 9. Sur la figure 2, on a représenté une batterie 10 de cellules photovoltaiques 3, montées sur leurs supports 1,5. Les ensembles 1,3, 5 sont enfermés dans une enceinte étanche 11, pourvue d'une paroi transparente 12, à travers laquelle des cellules photovoltaiques 3 reçoivent le rayonnement dont l'énergie doit être transformée en électri- cité. De plus, l'enceinte étanche il est pourvue d'une -6- entrée 13 d'un fluide froid, tel que de l'eau, et de sorties 14 dudit fluide réchauffé par prélèvement de la chaleur transmise, de la façon décrite ci-dessus, par les cellules 3 aux différents tubes 5. Ainsi, il est pos- sible de récupérer la chaleur dégagée dans lesdites cel- lules photovoltaiques 3. Bien entendu, les ensembles 1,3, 5 sont revêtus, en tant que de besoin,par une pellicule électriquement iso- lante (non représentée), leur permettant d'être baignés par le fluide de refroidissement, sans que des liaisons électriques parasites s'établissent entre eux. De plus, au lieu d'être enfermées dans l'enceinte 11, les cellules 3 pourraient être extérieures à celle-ci, l'étanchéité ayant lieu au niveau des blocs 1 ou des tubes 5. Dans ce cas, la paroi transparente 12 est sans objet. La figure 3 illustre schématiquement un générateur solaire comportant un miroir concave 15, monté sur un méca- nisme d'orientation 16. A la périphérie du miroir 15 sont prévus des bras convergents 17 supportant la batterie de la figure 1, de façon que les cellules 3 se trouvent dans le plan focal dudit miroir. Le miroir 15 étant orienté vers le soleil, les cellules 3 sont dirigées vers le bas et les ensembles 1,3,5 fonctionnent de la - façon décrite ci-dessus. De préférence, les conduits d'amenée et de départ de fluide (non représentés) reliés aux entrées et sorties 13 et 14 de la batterie 10-passent à travers certains des bras 17. On voit ainsi que, grâce à l'invention, on obtient une batterie photovoltaique légère et peu encombrante, n'influant pas de façon défavorable sur le mécanisme d'orientation 16, tout en permettant la récupération de -7- l'énergie thermique engendrée par les cellules photo- voltalques 3. R E V E N D I C A T I O N S 1.-Support pour au moins une cellule photovoltalque comportant au moins un bloc de matière conductrice de la chaleur avec lequel ladite cellule est en contact thermique étroit, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube dont la paroi peut être traversée par la chaleur, ledit tube étant solidaire dudit bloc, en contact thermique avec celui-ci et obturé à ses extrémités pour délimiter une cavité close à l'intérieur de laquelle est enfermé un fluide évaporable et condensable. 2.- Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bloc comporte un évidement prolongé vers l'extérieur par ledit tube, ladite cavité close étant alors formée par ledit évidement et le tube. 3.- Support selon l'une des revendications l ou 2, caractérisé en ce que le tube et la cellule photo- voltaique sont disposés sur des faces opposées dudit bloc. 4.- Support selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que le tube est rapporté audit bloc. 5.- Support selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que le tube et ledit bloc forment une seule pièce. 6.- Batterie comportant une pluralité de cellules photo- voltalques, caractérisée en ce que chacune desdites cellu- les est montée sur au moins un support du type spécifié sous l'une quelconque des revendications i à 5, et est dirigée vers le bas et en ce qu'elle comporte une enceinte étanche pourvue d'une entrée de fluide froid et d'une -9- sortie de fluide chaud et enfermant au moins la pluralité des tubes. 7.- Générateur solaire comportant un dispositif de condensation du rayonnement solaire dans le plan focal duquel est disposé un ensemble de cellules photovoltalques, caractérisé en ce que ledit ensemble est formé par la batterie spécifiée sous la revendication 6. 8.- Générateur solaire selon la revendication 7, dans lequel ladite batterie est supportée par au moins un bras lié rigidement au dispositif de condensation, caracté- rise en ce que l'amenée du fluide froid et l'évacuation du fluide chaud s'effectuent à travers ledit bras.