Brevet FR2491680A1 — publié le 19820409

L'invention se rapporte de manière générale aux modules à piles solaires. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé perfectionné de fabrication d'un module à piles solaires. En général, un module de ce type consiste en une mosaïque de piles solaires individuelles qui sont connectées électriquement les unes aux autres et logées dans un boltier de protection et de support. Les piles solaires individuelles du module sont par exemple disposées en colonnes et en rangées et sont reliées électriquement les unes aux autres par des connecteurs souples qui sont placés de manière à connecter les piles de façon à former le circuit voulu en série et/ou en parallèle. Le montage du circuit dépend bien entendu de la tension et du courant voulus de sortie au point de crête de la puissance délivrée par le module. La souplesse des éléments de connexion permet aux piles individuelles de la mosaïque de subir de légers déplacements sans rompre les connexions électriques. Une enveloppe ou un boîtier de protection est utilisé pour mettre les piles solaires à l'abri et éviter aux éléments de connexion d'être détériorés par les conditions régnant dans ltenvironneraent et pouvant causer des dégâts par suite d'humidité, de substances polluantes, de vent, de neige et de glace ou analogue. Le boîtier consiste en principe en une stru^Fure rigide de support sur laquelle les piles solaires sont montées et en une matière d'enveloppement transparente à la lumière, placée sur le sommet et à travers laquelle le rayonnement solaire passe avant d'arriver sur les piles solaires actives. Un élément supérieur transparent à la lumière et rigide est fréquemment ajouté pour servir de protection et il est aussi prévu parce que la surface de la matière d'enveloppement peut être détériorée par des animaux, la grêle, etc.Une tendance plus récente consiste à utiliser un élément de couverture optiquement clair qui est destiné non seulement à protéger la mosaïque de piles solaires contre les dégâts pouvant être provoqués par l'environnement, mais aussi à servir de support structurel de cette mosaïque. Il apparait à l'évidence qu'une mosaïque de piles solaires dont un unique élément sert à la fois de surface de support et de matiere d'enveloppement protectrice des piles solaires offre des avantages commerciaux importants ; toutefois, la liaison des piles solaires à un élément de couverture rigide et transparent à la lumière n'a pas été sans soulever des problèmes techniques difficiles.Par exemples l'élément de couverture transparent à la lumière consistant en une feuille sensiblement plane de matière rigide, transparente à la lumière, électriquement non conductrice, telle que le verre, un adhésif est nécessaire pour fixer une mosaïque de piles solaires sur la surface inférieure d'un élément de couverture de ce type. A cette fin, des résines plastiques transpaz rentes, non conductrices de la lumière, par exemple des caoutchoucs aux silicones et analogues qui ont été utilisés en boîtiers de tous les genres possibles de modules électroniques, sont utilisées en adhésifs.On comprend que la hauteur des électrodes sur la surface supérieure de chacune des piles solaires de la mosaïque peut varier de l'une de ces piles à l'autre. La hauteur des connecteurs, mesurée à partir de la surface supérieure des piles solaires, peut aussi varier. De plus, un léger déplacement des piles enveloppées peut se produire à lutilisation du module. wn conséquence# il est particulierement important d'aligner les piles aussi uniformément que possible pendant l'enveloppement afin d'éviter la création d'efforts, an partcul7er lorsqu'une électrode ou un connecteur risque d'entrer en contact a-ee l'élément de couverture Il a été virtuellement impossible antérieurement d'aligner le sommet des piles et les connecteurs et, au contraire5 une épaisseur considérable de matière d'enveloppement est utilisée pour lier la mosaïque de piles solaires à l'élément de couverture. es grandes quantités de matière d'enveloppement utilisées sont coûteuses De plus, il est absolument nécessaire de garantir que la matière d'enveloppement ne contient aucune bulle d'air ou analogue qui tendrait à détériorer le module exposé à l'énergie du soleil. L'invention se rapporte de manière générale à un procédé de réalisation d'un module à piles solaires comprenant un élément de couverture transparent à la lumière et dont une mosaïque de piles solaires est montée à la surface inférieure de cet élément de couverture au moyen d'une matière d'enveloppement transparente à la lumière, ce procédé étant simple, reproductible, relativement rapide et exigeant une quantité minimale de matière d'enveloppement compatible avec le fait qu'il faut éviter les concentrations d'efforts par contact par points. En résumé, le module à piles solaires de l'invention se fabrique en plaçant une mosaïque de piles solaires dans un moule convenable comportant une surface de fond, un orifice d'entrée et un orifice de sortie. Un élément de couverture transparent à la lumière est utilisé pour former le sommet du moule et il est placé sur la mosaïque de piles se trouvant dans le moule. Cet élément de couverture est placé à distance de la mosaïque de manière qu'il n'entre pas en contact avec la surface supérieure de l'une quelconque des piles ou des connecteurs de la mosaïque. Des presses de menuisier sont utilisées pour tenir l'élément de couverture en place pendant que la matière d'enveloppement est pompée dans le moule sous pression par l'orifice d'admission en quantité suffisante pour remplir le moule.Ensuite, l'ensemble peut être placé dans un four et chauffé pendant un temps suffisamment long pour provoquer la maturation de la matière d'enveloppement et lier les matières les unes aux autres. L'invention va être décrite plus détail en regard du dessin annexé qui représente à titre d'exemples nullement limitatifs différents modes de mise en oeuvre de l'invention et sur lequel - la figure 1 est une coupe transversale partielle schématique d'un dispositif photovoltaïque réalisé conformément à l'invention - la figure 2 est une coupe transversale partielle schématique d'une variante de réalisation d'un dispositif photovoltaïque réalisé conformément à l'invention - la figure 3 est une -vue en plan schématique représentant le procédé de l'invention ; et - la figure 4 est une coupe transversale partielle à échelle agrandie selon la ligne 4nd de la figure 3. La figure 1 représente un module comprenant de multiples piles solaires 1 qui sont convenablement disposées en mosaïque, par exemple en rangées linéaires Chaque pile solaire comporte une électrode usuelle placée sur son fond et qui en recouvre la surface totale et une électrode supérieure se composant de plusieurs conducteurs électriques extrêmes ment fins qui sont connectés de maniere usuelle par un conducteur électrique principal ou barre omnibus 2 Les piles solaires sont connectées les unes aux autres au moyen d'un élément de connexion 3 en forme de ruban. Ainsi l'électrode du fond d'une pile est connectée à l'électrode principale ou barre omnibus 2 de la pile voisine suivante au moyen de connecteurs 3. Les multiples piles solaires 1 disposées en mosaïque et connectées les unes aux autres de manière convenable sont supportées sur la surface inférieure d'un élément de couverture 5. Cet élément de couverture 5 est en matière rigide, transparente à la lumière, non conductrice de l'électricité, qui peut consister en un polymère ou en verre ou analogue. L'élément de couverture 5 est de préférence en verre trempé à faible teneur en fer, à pouvOir élevé de transmission, par exemple en verre "SunadexX qui est vendu par la société ASG Inc. de Kingsport, Tewnessee, Etats-Unis d'Amérique. Les piles solaires 1 sont encapsulées dans et liées à l'élément de couverture 5 au moyen d'une matière d'enveloppement convenable 7 qui est transparente a la lumière et non conductrice de l'électricité, par exemple en l'une des matières d'enveloppement généralement bien connues pour les circuits électroniques et dans llindastEle des piles solaires. Ces matières d'enveloppement sont par exemple en caoutchouc aux silicones et analogues. Une surface 6 de dispersion de la lumière qui est placée sur la surface arrière du module et au moins dans les espaces intermédiaires compris entre les piles solaires est destinée à réfléchir le rayonnement solaire incident qui parvient sur les surfaces intermédiaires comprises entre les piles de manière diffuse, afin qu'une grande quantité de la lumière tombant sur les régions intermédiaires soit réfléchie intérieurement par la matière d'enveloppement et le substrat de verre vers la surface des piles solaires.Cette pellicule de dispersion de la lumière par l'arrière peut consister simplement en une peinture blanche ; toutefois, dans la mise en oeuvre de l'invention, il est particulièrement avantageux d'utiliser une feuille mince constituée d'une pellicule de matière plastique blanche ; des pellicules disponibles dans le commerce, telles que celles qui sont vendues sous les marques de fabrique "Mylar" et "Tedlard" par la société dont, de Wilmington, Delaware, Etats-Unis d'Amérique, et sous la marque "Kodak" par la société Eastman Rodak, Rochester, New York, Etats-Unis d'Amérique, conviennent particulièrement bien pour diffuser la lumière.Il convient de remarquer que, dans le mode de réalisation de la figure 2, la feuille blanche 6a a subi un thermoformage de manière que les régions intermédiaires soient surélevées entre les piles solaires individuelles, afin de réduire la quantité de matière d'enveloppement 7 utilisée pour lier et coupler optiquement les piles à la surface de diffusion de la lumière. Cet élément 6 formant substrat ou l'élément 6a constitué d'un substrat ayant subi un thermoformage peut comporter facultativement une surface texturée, au moins dans les parties intermédiaires, afin d'améliorer la diffusion de la lumière qui tombe sur ces parties. Cette texturation de surface peut être produite par exemple par projection d'un jet d'air chargé de sable, par sablage, par réalisation intentionnelle de facettes ou analogues. Les modules à piles solaires du type tel que décrit ont été réalisés antéri3crî#T13nt r remplissant tout d'abord un moule d'une matière convenable d'enveloppement, puis en faisant flotter dans cette matière une mosaïque de piles solaires. Les piles descendent en principe dans la matière d'enveloppement qui les recouvre. Enfin, un élément de couverture rigide était placé sur la matière d'enveloppe ment encore fluide et, finalement0 on laissait l'ensemble subir la maturation dans des conditions ambiantes pendant des temps de durée compris entre environ 12 et 48 heures. Le rait de simplement poser les piles sur la matière d'enveloppement de manière qu'elles flottent sur elle 8% pas permis d'aligner la surface supérieure de ces piles à l'élément de couverture.Il fallait en conséquence utiliser une quantité relativement grande de matière d'enveloppement pour garantir que son épaisseur convienne; en particulier dans la région comprise entre la surface supérieure des piles individuelles et l'élément supérieur rigide formant la surface de l'ensemble afin d'éviter la formation de concentrations d'efforts par points de contact. La présente invention se rapporte à un procédé perfectionné d'assemblage d'un module solaire qui minimise la quantité de matière d'enveloppement utilisée tout en évitant les concentrations d'efforts par points de contact à l'inté- rieur du dispositif Le procédé de l'invention évite les longues durées de traitement en accroissant ainsi son intérêt commercial. Les figures 3 et 4 représentent de manière générale le procédé de l'invention Le principe de cette dernière consiste à utiliser un moule 8 comportant une cavité sensiblement rectangulaire dont la profondeur est égale à l'épaisssur définitive du module à piles solaires.La longueur et la largeur de l'évidement du moule sont aussi sensiblement égales é la longueur et à la largeur du module à pile solaire en cours de fabrication Suivant un mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention0 le moule est tout d'abord revêtu d'une mince couche de matière de diffusion de la lumière, par exemple de l'une des pellicules de "Mylar", de"Tedlar" ou "Kodar" mentionnées plus haut I1 est tout particulièrement avantageux d'utiliser une pellicule de "Kodar" ayant subi un thermoformage et comportant des parties relevées (telles que représentées en 12 sur la figure 2). Après avoir placé dans le moule l'élément blanc formant substrat et dont la surface blanche est tournée vers le haut, un gabarit (non représenté) comportant plusieurs trous circulaires correspondant à l'emplacement approximatif que chaque pile solaire doit occuper dans la mosaïque est placé dans le moule. Ensuite, une pellicule mince d'adhésif, constituée par exemple de la matière d'enveloppement thermodurcissable, est placée à chaque emplacement que doit finalement occuper une pile solaire, c'est-à-dire à l'emplacement de chaque trou du gabarit. L'adhésif utilisé est en principe formé de la même matière que la matière d'enveloppement utilisée pour la fabrication du module.Ainsi, des matières d'enveloppement à base de caoutchouc aux silicones, par exemple celles vendues sous 3es marques de fabrique "go615" et "DC184" par la société General Electric Company, Waterford, New York, Etats-Unis d'Amérique, et par la société Dow Corning Corporation, Midland, Michigan, Etats-Unis d'Amérique, peuvent être utilisées en adhésif. En principe, l'adhésif garantit que les piles de la mosaïque demeurent en position sensiblement fixe au cours des phases ultérieures de la fabrication. De toute manière et comme mentionné, la quantité d'adhésif utilisée est juste celle qui est suffisante à lier chaque pile solaire de la mosaïque à i,'élément formant substrat. Par exemple, la quantité d'adhésif déposée est d'environ 4 à 6 g pour chaque pile solaire. Cet adhésif est en général déposé sous forme d'une goutte ou d'un globule dans chaque trou que comporte le gabarit. Il n'a pas à être étalé ou mis au pinceau pour des raisons qui apparaîtront à l'évidence par la suite. On comprend que si la pièce de matière de diffusion de la lumière qui est utilisée n'est pas plane, mais qu'il s'agit du substrat 6a ayant subi un thermoformage, il n'est pas nécessaire, lorsqu'un tel élément est placé dans le moule, d'utiliser le gabarit ni l'adhésif, car les alvéoles délimités par les parties intermédiaires surélevées tendent, pendant la suite de la fabrication, à limiter le déplacement des piles placées sur cet élément. L'adhésif est utilisé facultativement et la quantité de cet adhésif qui est nécessaire est simplement placée dans chacun des alvéoles délimités par les parties intermédiaires surélevées que comporte l'élément 6a formant substrat et ayant subi un thermoformage. Il convient de remarquer que, lorsqu'un gabarit est utilisé, il doit être enlevé après que la quantité nécessaire d'adhésif a été localisée et placée sur leélément blanc constituant le substrat. Après dépôt de l'adhésif et enlèvement du gabarit au moment voulu, la mosaïque de piles solaires qui ont été préalablement connectées les unes aux autres est placée dans le moule et sur l'adhésif. Ensuite, une pression est exercée sur les piles solaires avec une intensité suffisante pour garantir que l'adhésif flue sur la totalité de la surface arrière de chaque pile de la mosaïque. Il suffit en général d'exercer une pression d'environ 1,8 à environ 2,2 N/pile. La pression nécessaire est de préférence exercée par un accessoire de montage alourdi qui est placé sur la mosaïque. Cet accessoire-de montage est tel que le poids soit réparti et exercé sur chaque pile de la mosaïque. Il faut ensuite environ 30 à 45 minutes pour que les piles solaires soient liées suffisamment au substrat de diffusion de la lumière. Lorsqu'un accessoire de montage alourdi est utilisé, il faut l'enlever après que les piles ont été fixées en place dans le moule, sur la pellicule du substrat. Ensuite, un élément de couverture rigide 5, transparent à la lumière; par exemple une plaque de verre, est placé sur la mosaïque de piles et sert d'élément de couverture du moule. L'élément de couverture 5 est supporté par un épaulement 10 du moule 8 et une garniture en matière élastique, par exemple un joint 11 de section circulaire, est facultativement et de préférence interposé de la manière représentée afin de garantir qu'un joint étanche soit formé entre l'élément de couverture en verre et le moule. Des éléments de serrage sont de préférence utilisés pour retenir l'élément de couverture 5 en place sur le moule.Des pinces à ressort, des pinces à articulations ou analogues sont quelques-uns des organes de serrage qui conviennent et peuvent être solidarisés avec le moule. Une presse de menuisier S telle que représentée sur la figure 4 peut par exemple être utilisée facultativement. Lorsque l'élément de couverture a été fixé étroitement en place, l'espace compris entre le substrat situé dans le moule et l'élément de couverture placé à la surface de ce dernier est ensuite rempli de matière d'enveloppement par fixation d'une source de cette matière à l'orifice d'admission 15. L'air se trouvant dans le moule peut s'échapper par un orifice de sortie 16. La matière d'enveloppement est de préférence la même que celle qui a été utilisée en adhésif et qui est à base de caoutchouc aux silicones qui est transparent à la lumière. Il est particulièrement avantageux d'utiliser pour l'adhésif la matière d'enveloppement thermodurcissable qui est vendue par la société General Electric Company, Waterford, New York, Etats-Unis d'Amérique sous la marque de fabrique "GE615".Cette matière d'enveloppement est pompée sous pression de manière à refouler l'air hors du moule et à le remplir entièrement. La pression r utilisée est en principe comprise entre 0,14.10 et 0,35.105 Pa. Après que le moule a été rempli de la matière d'enveloppement, l'ensemble complet est placé dans un four dans lequel la maturation est produite. La durée et la température de maturation ou durcissement dépendent bien entendu de la matière d'enveloppement utilisée. Lorsqu'il s'agit de l'une des matières mentionnées, par exemple de celle dénommées "GE615", l'ensemble peut arriver à maturation en des périodes allant d'environ 45 à environ 75 minutes et à des températures de l'ordre de 60 à 700C. Il faut ensuite laisser l'ensemble refroidir, l'enlever du four, puis extraire le module du moule. Il apparaÎt à l'évidence, d'après la description qui précède, que la technique de l'invention permet de ménager entre les piles et l'élément de couverture rigide supérieur une distance minimale qui est nécessaire à empêcher les points de concentration de pression qui peuvent apparaitre par suite d'un contact potentiel entre les connexions du sommet des piles et l'élément rigide de couverture. La pression exercée sur chacune des piles solaires de la mosaïque et leur liaison par adhérence à la surface de l'élément de diffusion de la lumière placé dans le fond du moule garantissent que ces piles sont bien alignées dans la mosaïque en étant sensiblement coplanaires, ce facteur contribuant aussi à éviter les points de concentration de pression.Le pompage de la matière d'enveloppement dans le moule pendant l'assemblage du module à piles solaires selon l'invention garantit l'élimination de l'air ainsi que le couplage optique de la surface blanche de diffusion de la lumière du substrat avec les piles solaires. Le couplage optique est nécessaire pour tirer avantage de la redistribu tion de la lumière par les parties intermédiaires situées entre les piles vers le sommet de ces dernières, c est-à-dire à l'emplacement auquel la surface est active.De plus, l'élimination de l'air est importante pour éviter la détério- ration ou la séparation possible des pièces constituant l'ensemble lorsque celui-ci est en fonctionnement, en raison des différences thermiques des propriétés entre les différentes matières et les espaces remplis Dar, Le pompage de la matière d'enveloppement dans un volume minimal réglé réduit la quantité de cette matière qui est nécessaire dans l'ensemble du module, mais garantit néanmoins que les piles sont fixées par adhérence à Boéâément de couverture. Finalement, les modules réalisés selon l'invention peuvent être assemblés rapidement aussi bien par des techniques automatiques que par des techniques semi-automatiques par lots en offrant ainsi des avantages économiques supplémentaires au procédé décrit. Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre d'exemple et que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un module à piles solaires comprenant un élément de couverture rigide (5) qui est transparent à la lumière et plusieurs piles solaires (1) disposées en mosaïque sur la surface inférieure de cet élément de couverture, procédé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à préparer une mosaïque de piles solaires (1) connectées électriquement les unes aux autres en série et/ou en parallèle, à placer cette mosaïque de piles solaires dans un moule (8), ce dernier comportant un orifice d'admission (15) et un orifice de sortie (16) et ayant une profondeur sensiblement égale à l'épaisseur du module en cours de réalisation, à interdire pratiquement le déplacement de la mosaïque disposée dans le moule, à mettre un élément de couverture (5) qui est rigide, transparent à la lumière et non conducteur de l'électricité au-dessus de la mosaïque et à distance du sommet de cette dernière, de manière à ménager une cavité entre ledit élément transparent rigide (5) et le fond dudit moule, à pomper une matière d'enveloppement (7) par l'orifice d'admission (15) du moule jusqu a ce que la totalité de l'air soit refoulée hors de la cavité délimitée par ledit élément de couverture et le fond du moule, puis à provoquer la maturation de ladite matière d'enveloppement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à interdire pratiquement le déplacement de ladite mosaïque tout d'abord en revêtant le moule à l'aide d'une feuille (6) formant un substrat pour ledit module et en liant par adhésif la mosaïque à ladite feuille formant substrat. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite feuille formant substrat (6) est une pellicule d'une matière en feuille qui est optiquement blanche et ladite mosaïque est liée à cette feuille formant substrat par dépôt d'un adhésif à la surface supérieure de cette feuille blanche au moins aux emplacements correspondants à ceux des piles de la mosaïque, le procédé consistant par ailleurs à mettre cette mosaïque sur ledit adhésif à base de résine puis à exercer une pression suffisante de manière à faire fluer totalement l'adhésif sur la surface du fond de chacune des multiples piles solaires de la mosaïque. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à interdire pratiquement le déplacement de ladite mosaïque en revêtant tout d'abord ledit moule d'une feuille (6a) formant substrat et comportant des parties intermédiaires surélevées (12) au emplacements situes entre les différentes piles de la mosaïque, ces parties intermediaires surélevées limitant le mouvement de cette mosaïque dans le moule. 5. Procédé de fabrication d#un module à piles solaires comprenant un élément de couverture rigide (5) qui est transparent à la lumière et de multiples piles solaires (1) disposées en mosaïque sur la surface inférieure dudit elément de couverture, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à préparer une mosaïque de piles solaires (1) connectées électriquement les unes aux autres (2, 3) an série et/ou en parallèle, à mettre une feuille (6) formant substrat et optiquement blanche dans un moule (8), à mettre un adhésif au moins à chaque emplacement correspondant à celui des piles solaires (1) de la mosaïque en quantité suffisante pour former une pellicule mince d'adhésif au dos de chaque pile et pour lier celle--i à la feuille (6) formant substrat afin d'interdire pratiquement le déplacement des piles dans le moule (8), à mettre ladite mosaïque sur ledit adhésif, à exercer sur ladite mosaïque une pression de valeur et de durée suffisantes pour lier ladite mosaïque à ladite feuille formant substrat, à mettre un élément de couverture rigide (5) qui est transparent à la lumière et non conducteur de l'électricité sur ladite mosaïque et à distance du sommet de cette dernière, de manière à délimiter ainsi une cavité entre ledit élément de couverture rigide et transparent et le fond dudit moule (8), à pomper une matière d'enveloppement (7) par l'orifice d'admission du moule jusqu a ce que tout l'air soit évacué de la cavité délimitée par l'élément de couverture et le fond du moule, puis à provoquer la maturation de ladite matière d'enveloppement. 6. Procédé de production d'un module à piles solaires comprenant un élément de couverture rigide (5) et transparent à la lumière et de multiples piles solaires (1) disposées en mosaïque sur la surface inférieure dudit élément de couverture, procédé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à préparer une mosaïque de piles solaires (1) connectées électriquement les unes aux autres (2, 3) en série et/ou en parallèle, à mettre une feuille (6a) formant substrat et optiquement blanche dans un moule (8), cette feuille comportant des parties intermédiaires surélevées (12) aux emplacements Situés entre les différentes cellules de la mosaïque, de manière que ces parties surélevées limitent le déplacement possible de la mosaïque dans le moule, à placer cette mosaïque dans le moule (8) sur ladite feuille (6a) formant substrat de manière que les parties intermédiaires surélevées (12) de ce substrat soient placées entre les piles de la mosaïque, à disposer un élément de couverture rigide () qui est transparent à la lumière et non conducteur de l'électricité sur ladite mosaïque et à distance du sommet de cette dernière afin de délimiter ainsi une cavité entre ledit élément de couverture rigide et transparent et le fond dudit moule (8), à pomper une matière d'enveloppement (7) par l'orifice d'admission (15) du moule jusqu'à ce que la totalité de l'air soit évacuée de la cavité délimitée par l'élément de couverture et le fond du moule, puis à provoquer la maturation de la matière d'enveloppement.