Brevet FR2525393A1 — publié le 19831021

L'invention concerne un générateur pliable à cellules solaires comportant au moins deux volets, reliés entre eux mécaniquement par des charnières et présentant chacun, sur leur face intérieure, un nombre fixé à l'avance de cellules solaires montées en modules. Ces générateurs sont en général portatifs et ils sont utilisés comme source d'énergie pour recharger des accumulateurs nickel-cadmium ou des batteries au plomb, de préférence pour de petits appareils utilisateurs, qu'ils alimentent indirectement ou directement en courant. Ces petits appareils utilisateurs sont, par exemple, des téléviseurs portatifs, des appareils radio ou même des émetteurs radio. De même, un générateur portatif à cellules solaires peut alimenter électriquement aussi bien un appareil mobile dans des expéditions ou des voyages scientifiques que, par exemple, des installations électriques sur des canots de sauvetage, dans des planeurs et des voiliers.La mise en oeuvre de générateurs portatifs à cellules solaires est par ailleurs possible aussi bien sur le marche des loisirs et du bricolage que dans le domaine militaire. On connaît une "valise solaire" (prospectus de la société Kontron), comme accessoire d'expéditions et source d'énergie. Cette valise est un appareil léger et portatif ; celui-ci permet, au moyen de crans successifs déplaçables,#une orientation des cellules solaires suivant la position du soleil. Avec cet appareil, un générateur solaire conventionnel est monté, suivant une technique lourde à verre composite, dans une valise d'aluminium, ce qui entraîne, d'une manière désavantageuse, un poids et un volume d'accumulation assez élevés pour l'appareil, par rapport au rendement. On connaît par ailleurs un dispositif produisant de l'énergie électrique basse tension au moyen de cellules solaires, les cellules étant disposées à l'intérieur dans les moitiés de couvercle d'un récipient portatif et les points de prélèvement d'énergie étant à l'extérieur. Les moitiés de couvercle du récipient présentent chacune sur des côtés étroits opposés un bord saillant, sur lequel sont disposées des charnières pliables ou un fermoir. Les cellules solaires sont insérées, d'une manière étanche à l'eau, dans les moitiés de couvercle, dans une masse au silicone. Les points de prélèvement d'énergie sont placés sur le côté étroit du récipient qui est muni de charnières (demande de brevet allemand publiée 30 10 571).Dans ce dispositif connu, un inconvénient réside en ce que les cellules solaires ne sont pas assez protégées contre les influences'extérieures, parce qu'elles sont seulement enrobées dans une colle aux silicones. Or, on sait que les colles aux silicones ne résistent pas bien aux intempéries. En particulier, elles jaunissent au soleil. Ceci se constate spécialement en liaison avec l'utilisation de générateurs solaires. De plus, les cellules solaires peuvent s'abîmer facilement dans cet enrobage tendre. Un autre défaut du système connu est que les conducteurs électriques ne peuvent pas être suffisamment protégés contre les influences extérieures de plus, les prises extérieures prévues comme points de prélèvement d'énergie exigent que les moitiés de couvercle soient reliées électriquement entre elles au moyen de câbles supplémentaires. Par la demande de brevet allemand publiée 30 13 037 on sait laminer des cellules solaires sur une tôle au moyen de caoutchouc aux silicones et les protéger en plus contre les intempéries au moyen d'un film transparent. Ce système connu ne peut malheureusement pas être utilisé pour un générateur pliable à cellules solaires, parce que la stabilité mécanique et la rigidité propre de ce système sont trop faibles. De plus, avec des cellules solaires enrobées de cette façon, un câblage électrique des moitiés de générateur ne pourrait être résolu que dans des conditions difficiles. Le but de l'invention est de créer un générateur pliable à cellules solaires, qui, une fois replié, soit léger, petit, plat, maniable et transportable et qui, à l'état déplié, puisse être utilisé sans difficulté comme générateur ayant une longue durée de vie, pour alimenter de manière indépendante des appareils utilisateurs isolés. Ce but est atteint suivant l'invention par le fait que les cellules solaires ainsi que les liaisons électri que correspondantes sont enrobées dans de la matière plastique renforcée à la fibre de verre pour former des modules rigides et autoportants et que les modules sont fixés avec une colle élastique sur le volet correspondant. Un avantage particulier de l'invention est constitué par le découplage thermomécanique exécuté entre les modules à cellules solaires et les couvercles ou volets du générateur pliable grâce à une fixation au moyen de minces couches de colles d'une élasticité permanente. Ceci ouvre un nouveau champ d'application en ce qui concerne des conditions ambiantes possibles avec des changements de température allant de moins 500C à plus 1000C ; en effet, les coefficients thermomécaniques de dilatation des matériaux utilisés - par exemple l'aluminium et une matière plastique composite renforcée à la fibre de verre - ne sont pas identiques.Ceci élimine des tensions thermomécaniques qui se forment entre les matériaux et qui, sinon, conduiraient, dans le cas le plus simple, à une déformation ou à une flexion des pièces constitutives ; cela pourrait même entraîner une panne par casse de l'appareil ou décollement interlaminaire. D'autres avantages du générateur pliable à cellules solaires consistent en ce que toutes les pièces fonctionnelles, comme les liaisons électriques, les connexions électriques, les fermoirs, sont disposées à l'intérieur d'une construction extrêmement plate. On crée ainsi un générateur à cellules solaires qui est maniable, portatif et d'une manipulation facile ; de plus, ce générateur est incassable et insensible aux chocs. Ce générateur peut être mis en oeuvre dans des conditions climatiques extrêmes ; des changements fréquents de température de moins 500C à plus 1000C, la pluie, l'humidité, l'air marin, la grêle, la neige et la glace ne peuvent pas gêner son fonctionnement. A part les connexions naturellement ouvertes (bornes polaires), tous les conducteurs électriques sont avantageusement enrobés d'une manière entièrement étanche à l'eau et mécanique.Les pièces constitutives sont ainsi complètement à l'abri d'une atteinte mécanique et des intempéries. Un autre avantage consiste dans la possibilité d'utiliser des volets, modules de cellules, éléments de raccordements, etc., qui sont identiques. L'invention va être expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple d'exécution représenté sur le dessin annexé ; sur ce dessin la fig. 1 représente, à l'état déplié, un générateur à cellules solaires pliable, comportant quatre volets; la fig. 2 représente un module enrobé dans une matière plastique renforcée à la fibre de verre, ce module faisant partie d'un système à cellules solaires, avec le cabla- ge et le circuit fermé électrique, et pouvant être placé sur un volet la fig. 3 représente une charnière prévue pour recevoir des conducteurs électriques; la fig. 4 représente une charnière munie de bornes polaires la fig.Sa représente un générateur à cellules solaires replié > et les fig. 5b à 5c représentent, à une échelle agrandie, chacune un fermoir fermant le générateur à cellules solaires suivant la-fig. Sa. Le générateur à cellules solaires visible sur la fig. 1 comporte quatre volets 1 à 4, fixés entre eux mécaniquement au moyen de chanières qui ne sont pas décrites plus en détail. Les volets 1 à 4 ont deux à deux la même forme soit les deux volets extérieurs 1 et 4 ainsi que les deux volets intérieurs 2 et 3 ; ils s'assemblent en accordéon au moyen des charnières. Les deux volets extérieurs 1 et 4 sont conçus de manière à enfermer l'ensemble du générateur à cellules solaires. Ces volets peuvent être fabriqués par emboutissage profond de manière que, quand les volets du générateur sont rabattus les uns sur les autres, ils forment un boîtier fermé de tous les côtés (voir aussi fig. Sa). Des mécanismes de fermeture 5 et 6 maintenant fermé le générateur sont représentés à une échelle agrandie sur la fig. 5c. Le côté intérieur de chaque volet porte un module à cellules solaires, qui se compose de plusieurs cellules 7, connecteurs 8 et circuits fermés 9 câblés entre eux. Sur la fig. 1, c'est seulement sur l'intérieur du volet 1 qu'on a dessiné un dispositif à cellules splaires de ce genre, pendant que les faces intérieures des autres volets 2, 3 et 4 ne montrent chaque fois que la division en cellules. Les modules solaires sont enrobés, avec les conducteurs correspondants, dans une matière plastique renforcée à la fibre de verre et fixés à leur volet 1 avec une couche de colle élastique. Le module qui est sur le volet 1 est représenté à une échelle agrandie sur la fig. 2. Les cellules solaires 7 d'un modèle suivant la fig. 2 sont connectées en méandres et conçues de façon que la disposition des cellules 7 soit la même pour tous les modules d'un système pliable. Les connecteurs 8 électriques reliant les différentes cellules 7 sont reliés électriquement à un circuit fermé 9 qui court-circuite d'abord le pôle positif et le pôle négatif des cellules connectées. Les points de liaison entre les connecteurs 8 des cellules et le circuit fermé 9 sont constitués par des bornes positives 10 ou négatives 11 pour le circuit fermé 9. Ce dernier, avec les bornes 10 et 11, peut, suivant une position voulue, être interrompu n'importe où pour la connexion de modules voisins en série et/ou en parallèle et être utilisé pour la suite du câblage par la mise à nu de contacts positif 101 et négatif 110. Sur la fig. 3 on a représenté en demi-coupe une charnière 12, qui n'est pas repérée sur la fig. 1. La charnière réunit mécaniquement entre eux deux volets voisins 1 et 2. Elle présente deux extrémités d'axe 13 et 14, qui relient entre elles, en rotation libre, les enveloppes de charnière dans leurs zones extérieures. La zone médiane de la charnière 12 est laissée libre par les extrémités d'axe 13 et 14, qui peuvent être des corps creux, et elle est traversée par des conducteurs électriques 15 de court-circuit. Pour cela, la charnière 12 présente, dans sa zone recevant les conducteurs électriques 15, des ouvertures perpendiculaires à l'axe géométrique de la charnière 12 et par lesquelles passent les conduc 'teurs 15 de court-circuit. Ces derniers sont raccordés chaque fois'avec leurs extrémités de connexion, à un contact 101 ou 111 - visible par exemple sur la fig. 2 - d'un module de cellules solaires.Avec un montage de ce genre, des conducteurs électriques 15, ceux-ci ne sont plus soumis qu'à des efforts de torsion pendant la manipulation du générateur solaire. Pour une longueur axiale d'un conducteur 15 d'environ 25 mm, on a pu exécuter, pendant des essais dans la plage de température considérée (moins 500C à plus 1000C), plus de 20.000 manoeuvres (ouverture et fermeture de deux volets voisins) sans que le matériel soit abîmé. Ce nombre de manoeuvres correspond à une espérance de vie d'au moins 10 ans pour le générateur. De même, le montage utilisé pour les conducteurs 15 est avantageux électriquement, parce que les pertes ohmiques sont faibles grâce aux parcours très courts et aux sections transversales des conducteurs relativement avantageuses. Il est particulièrement avantageux aussi que la connexion électrique des contacts 101 et 111 avec les conducteurs 15 de court-circuit soit complètement enrobée dans la matière plastique qui la protège des influences extérieures. La fig. 4 représente une vue de dessus d'une charnière 12 qui, en combinaison avec deux autres charnières 16, réunit en rotation libre deux volets voisins 2 et 3. La charnière 12, à travers laquelle passe de la manière décrite plus haut, un conducteur de court-circuit 15 relié à des circuits fermés électriques 9, comporte, sur chacune de ses faces frontales extérieures, une borne polaire 17, qui est utilisée pour le prélèvement d'énergie électrique et/ou pour le montage parallèle ou en série des modules de deux volets voisins. Les câbles raccordés aux bornes polaires ne sont pas dessinés. Les faces frontales voisines des deux volets 1 et 2 sont évidées dans la zone des bornes polaires qui sont dans la direction de l'axe de charnière. On voit sur la fig. Sa le générateur solaire en position repliée, avec son volet avant 1 ; sur son dos, qui est au premier plan le générateur présente deux fermoirs,mécani- ques 18 et, sur sa face frontale qui est à l'arrière-plan, il présente deux fermoirs mécaniques 5 et 6. Grâce aux fermoirs quand le générateur est replié, tous les volets 1 à 4 sont disposés d'une manière plane directement les uns sur les autres. Ainsi, le générateur replié est largement protégé contre les influences extérieures puisqu'il forme pratiquement une unité mécanique. Les fermoirs mécaniques peuvent être des fermoirs magnétiques ou des étriers de fermeture coopérant avec des ressorts. La fig. 5b représente une vue de dessus d'un exemple du dernier genre de fermeture.Les volets 1 à 4 représentés repliés, et dont les cellules solaires 7 correspondantes sont dessinées sous forme de modules, présentent deux charnières avec leurs extrémités d'axe 19 et 20. Les volets voisins 1 et 2 ou 3 et 4 sont reliés chaque fois, en rotation libre, par une charnière. L'extrémité d'axe 19 sert de pivot pour un étrier de fermeture 21, dont l'extrEmité libre est flexible et entoure l'extrémité d'axe 20 en le coinçant en partie. Cet étrier de fermeture 21 s'ouvre sous l'action de son renflement quand le volet 4 s'ouvre. Un autre exemple de fermoir 5 ou 6 présentant un étrier de fermeture 22 est représenté sur la fig. 5c. Cet étrier réunit les volets extérieurs 1 et 4 d'un générateur solaire, dont les pièces constitutives ont les références connues, dans la zone des évidements des bornes polaires. L'étrier da fermeture pivote autour d'un axe 23 et il entoure, avec son extrémité flexible, un axe 24, en le coinçant pa"ti#llement. REVENDICATIONS 1 - Générateur pliable à cellules solaires, comportant au moins deux volets, reliés entre eux mécanique ment par des charnières et présentant chacun, sur leur face intérieure, un nombre fixé à l'avance de cellules solaires montées en modules, caractérisé en ce que les cellules solai res (7) ainsi que les liaisons électrique correspondantes (8, 9) sont enrobées dans de la matière plastique renforcée à la fibre de verre pour former des modules rigides et auto portants et que les modules sont fixés avec une colle élasti que sur le volet correspondant (1 à 4). 2 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les volets extérieurs fabriqués par emboutissage profond (1, 4) sont conçus de manière a former un boîtier fermé ce tous côtés, quand le générateur est replié. 3 - Générateur pliable à cellules solaires suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les charnières (12) reliant mécaniquement les axes de deux volets voisins (1, 2 ou 2, 3 ou 3, 4) sont interrompues dans une zone de sorte qu'il y a deux extrémités d'axes (13, 14, 19, 20) logées dans les zones de charnières et que la zone des charnières (12) qui est maintenue exempte d'extrémités d'axes est traversée par des conducteurs électriques (15), qui relient électriquement entre eux les modules de deux volets voisins (1, 2 ou 2, 3 ou 3, 4). 4 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 3, caractérisé par l'utilisation de corps creux comme extrémités d'axes (13, 14, 19, 20). 5 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les charnières (12) présentent, dans leur zone recevant les conducteurs électriques (15), des ouvertures perpendiculaires à l'axe géométri- que des charnières (12), par lesquelles passent les conducteurs électriques (15). 6 - Générateur pliable à cellules solaires suivant l'une des revendications 3 ou 5, caractérisé en ce que dans des zones interrompues dans les charnières, il est prévu, sur les charnières (12), des bornes polaires (17) utilisées pour le prélèvement de l'énergie électrique et/ou pour le montage en parallèle ou en série des modules de deux volets voisins (1 à 4). 7 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 6, caractérisé par des bornes polaires (17) placées dans le sens de l'axe des charnières. 8 - Générateur pliable à cellules solaires suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les faces frontales voisines de deux volets (1 à 4) sont évidées dans la zone des bornes polaires (17). 9 - Générateur pliable à cellules solaires suivant l'une des revendications 1, 3, 5 ou 6, caractérisé en ce que les connecteurs (8) des cellules solaires (7) disposées dans un module sont reliés électriquement à un circuit fermé (9), auquel sont reliés les conducteurs (15) traversant les charnières (12). 10 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit fermé (9) circule directement autour du système des cellules d'un module, qu'il court-circuite les pôles positif et négatif du système câblé des cellules et que le circuit fermé (9) est interrompu à des endroits fixés à l'avance pour la création d'un montage en série et/ou en parallèle de deux volets voisins (1 à 4), de manière à former une borne négative et une borne positive (10, 11) pour le conducteur (15) traversant une charnière (12). 11 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les bornes (10, 11) sont entièrement enrobées de matière plastique, une fois que la connexion électrique est exécutée. 12 - Générateur pliable à cellules solaires suivant l'une des revendications 1 à 11, un générateur étant prévu avec quatre volets (1 à 4), caractérisé en ce que les deux volets extérieurs (1, 4) et les deux volets intérieurs (2, 3) ont, par paires différentes, la morne forme de construction. 13 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les volets (1 à 4) sont repliables en accordéon et en ce que les volets extérieurs (1, 4) sont conçus de manière à former des couvercles enfermant tout le générateur. 14 - Générateur pliable à cellules solaires suivant l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé par la disposition des bornes polaires (17) sur les charnières médianes (12) reliant entre eux les deux volets intérieurs (2, 3). 15 - Générateur pliable a cellules solaires suivant l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par l'utilisation de fermoirs (5, 6, 18, 21) qui assurent une fermeture durable d'un générateur à cellules solaires à l'état replié. 16 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 15, caractérisé par l'utilisation de fermoirs magnétiques. 17 - Générateur pliable à cellules solaires suivant la revendication 15, caractérisé par des étriers de fermeture (5, 6, 18, 21) agissant comme des ressorts. 18 - Générateur pliable à cellules solaires suivant l'une des revendications 1, 9 ou 10, caractérisé en ce que les modules composés de cellules solaires (7), de connecteurs (8) de cellules et de circuits fermés (9) sont de construction identique pour tous les volets (1 à 4).