Brevet FR2566183A1 — publié le 19851220

La présente invention concerne un module photovoltaïque à changeur intégré, constitué principalement c'un ensemble de cellules pho tovoltaiques associées pour produire une énergie électrique utilisable et disposées sur un support arriere dans lequel est intégré un échangeur de chaleur. Ce support est réalisé par un empilement de plaques dont les formes permettent la circulation fractionnée d'un fluide de refroidisse- ment. Le rendement de la transformation du rayonnement solaire en énergie électrique par une cellule photovoltalque est faible (environ 10 à ), et diminue lors de températures élevées correspondant à celles d'un ensoleillement important. D'apres les constructeurs de cellules et de modules, la baisse de puissance est d'environ 0s42W/ C. Il s'avcre donc intéressant qu'un module soit refroidi dans les meilleures conditions non seulement techniques, mais aussi de coût; d'une part, le prix de revient de l'échangeur de chaleur est avantageusement réduit par l'intégration optimale de celui-ci; d'autre part, ce cott est en partie ou totalement absorbé par la diminution du nombre des cellules fonctionnant à un rendement plus élevé, et par la réduction de la surface totale du module. La présente invention consistant en l'association d'un module photovoltaïque et d'un échangeur, son objectif principal est de produire de l'énergie électrique avec un rendement maximal en refroidisSalX au mieux les cellules photovoltaiques, la recherche d'une température é levée du fluide n'étant que secondaire. Ceci présentant les avantages suivants: 1. définir un dispositif plan, facile à mettre en oeuvre gr ce à un ensemble de composants principaux de forme générale plane, donc associables facilement les uns aux autres par un des nombreux moyens d'assembla- ge existants dans la technique actuelle.Dans un exemple de réalisation non limitative, le module peut être rectangulaires muni de cellules pho tovoltaSques circulaires disposées en quiconce, et en nombre adéquat pour produire une intensité et une tension de sortie couramment utilisées dans la pratique; l'assemblage des composants de la partie photovoltaïque peut être réalisé par adhérence, collage, etc..; l'assemblage des composants de la partie échangeur peut Aetre réalisé par collage, vissage, ri vetage, soudage, etc... 2. éviter certains inconvénients de la technique actuelle. ;;otam- ment en ce qui concerne la face avant: -. le verre même trempé présente un risque important de bris ayant pour origine des causes multiples; -. l'épaisseur inévitable du verre trempé occasionne une réduction de transmission énergétique croissant avec celle-ci, et entrains un poids important; -. cette face avant sera avantageusement constituée d'une plaque mince de matière plastique transparente adaptée à une bonne transmission énergétique; la rigidité du module sera assurée principalement par la face arrière constituant l'échangeur de chaleur. 3. créer une protection des cellules photovoltalques par un quelconque procédé d'enrobage dont l'épaisseur sera minimale, tel que de la résine souple. 4. ne pas chercher à obtenir un démontage possible de la partie photovoltalque du module. La qualité des cellules photovoltaiques actuelles, les contrôles préalables et en cours de montage, une réalisation soignée, permettent d'obtenir des modules suffisamment fiables pour éviter la nécessité de cette possibilité de démontage qui a pu être un avantage par le passé, mais imposait généralement des dispositions constitutives plus complexes. 5. créer pour face arrière, un support: -. assurant la rigidité mécanique du module par un empi#eL#oe - Le plaques légères en matières plastiques ou métalliques. Ces plaques seront évents ellement démontables mais intimement solidaires après montage, ce qui permet de minimiser les épaisseurs tout en conservant une grande rigidité; -. permettant la circulation d'un fluide liquide ou ga#eux dans les circuits aménagés grâce aux formes données aux différentes plaques ou empilements de plaques par fraisage, collages emboutissage, etc..(îiste non limitative). 6. ne pas créer une circulation linéaire du fluide d'un bord à l'autre du module. Une telle disposition réalisée par les techniques actuelles implique nécessairement des différences de température de fonctionnement des cellules photovoltalques. 7. rechecher un échange et une dissipation de chaleur maximale et uniforme pour chaque cellule photovoltaique: -. par une arrivée individualisée du fluide sous chacune d'entre elles, en leur centre; -. par le départ du fluide sous leur périphérie, zone éventuellement munie d'un type particulier ce clapet anti-retour constitué par exemple, d'une membrane flexible de forme plane et évidée (couronne dans la cas de cellules circulaires). 8. réaliser une ou plusieurs entrées générales ou fluide se répartissant dans un premier temps sur la face superieure de la plaque la plus basse de l#échangeur, avant que son écoulement soi fractionné sous chaque cellule (voir avantage nô?). 9. obtenir apres fractionnement et passage sous les cellules, une direction générale de sortie du fluide parallèle aux plus petits cttés du module, afin de minimiser son trajet et favoriser l'égalité des échanges thermiques de chaque cellule. 10. réaliser une ou plusieurs sorties générales du fluide se collectant auparavant dans une enceinte aménagée et intégrée dans l'empilement des plaques. 11. obtenir un fluide liquide ou gazeux, à une certaine température2 utilisable soit directement, soit dans un quelconque système thermique, comme notamment une pompe à chaleur dont le ou les modules constituent a lors l'évaporateur. L'invention dont les avantages viennent d'entre explicités, peut être détaillée suivant une forme de réalisation non limitative représentée sur les deux planches jointes sur lesquelles: -. la figure 1 représente une coupe partielle d'un module dont lwechan- geur est réalisé par un empilement de plaques et de parties de plaques; -. la figure 2 représente une coupe partielle du même module mais muni de clapets anti-retours; -. la figure 3 représ#ente en vue de face un exemple de module rectangulaire présentant une possibilité d'agencement de cellules choisies ici circulaires; -. la figure 4 représente le même module en élévation. Les épaisseurs ne sont pas respectées afin de faciliter la compréhension des dessins. Suivant les figures 1 et 2, la simplicité de conception du module est mise en évidence par la brièveté de l'énumération ci-dessous: -. Face avant (1) en matière plastique transparente, dont la fonction principale est la protection contre les chocs et les intempéries. -. Cellules photovoltalques (2) connectées électriquement entre elles et enrobées d'une résine (3) souple et transparente d'épaisseur minimale, assurant l'isolation électrique et la protection contre la corrosion des cellules. -. Première plaque mince (4) solidaire d'une deuxième plaque (5) munie d'évidemment de forme circulaire en regard des cellules (2). Des entretoises (6) en forme de couronnes intégrales ou partielles munies de passages pour le fluide, assurent la liaison entre la plaque (4) et les bossages (9) et maintiennent en place dans certains cas, les clapets antiretours (7) constitués d'une couronne flexible et plane (voir fig. 2). -. Troisième plaque (8) munies de bossages (9) en regard des cellules, et de trous -de passage (C) pour le fluide. -. Quatrième plaque (10) qui forme le compartiment d'entrée et de répartition du fluide. Des entretoises (îî) sont réparties en nombre adéquat sur la totalité de la surface de la plaque (10) pour assurer la liaison entre les plaques (8) et (10), et ont des dimensions et des positionnements n'entravant pas la bonne circulation du fluide. -. Les cadres (12) et (13) assurent la fermeture latérale de leur niveau respectif. -. L'ensemble du module est protégé par un cadre (14) généralement en profilé d'aluminium, muni d'un joint souple (15), et assurant la liaison éventuelle entre modules. Les cables électriques (16) traversent l'é- changeur à la périphérie de celui-ci où ne circule pas le fluide. La circulation du fluide se fait suivant le trajet repéré alphabétiquement: A. Entrée(s) h. Compartiment de répartition C. Passages à l'étage supérieur D. Zones d'échange thermique sous les cellules E. Canaux d'évacuation du fluide F. Collecteur général, enceinte intégrée dans l'épaisseur de l'empilement G.Sortie(s) En fractionnant ainsi 1' échangeur de chaleur en un ensemble d'échangeurs élémentaires, chacun intéressant une seules cellule, et en choisissant un trajet court de direction générale parallèle aux petits cités du module pour les canaux d'évacuation, le dispositif ainsi décrit assure une très bonne égalité des températures de fonctionnement des cel lules photovoltaïques. selles-ci fonctionnent alors à des rendements élevées et équivalents, ce qui n1 est pas le cas des systèmes mures d'échangeur à circulation linéaire. Il n'y a donc pas de risque de cellules trop refroidies par rapport à d'autres, dont l'inconvénient est dtentrainer des différences dans les intensités délivrées, et donc éventuellement des phénomènes de courant inverse et dtéchauffement parasite qui sont contraires au but recherché. REVEDICATIO'-S 1. Ondule photovoltalque à échangeur intégré constitué principalement d'un ensemble de cellules photovoltalques, caractérisé en ce que sa face arrière constitue un échangeur de chaleur formé d'un empilement de plaques (4),(5),(8),(l0) dont les formes des faces internes et les intervalles entre ces faces définissent: -. à l'entrée du fluide, un compartiment de répartition (B) de celui-ci; -. sous chaque cellule (2), des passages (C) et (D) tels que le fluide atteigne chacune d'entre elles (2) sous son centre, et s'écoule sous sa périphérie; -. des canaux d'évacuation (E) reliés à un collecteur de sortie (F) intégré dans l'épaisseur de l'empilement; -. l'échangeur assurant également la rigidité du module. 2. Nodule photovoltaique à échangeur intégré suivant la revendication ls caractérisé en ce que les passages (D) en regard des cellules (2) sont délimités par l'intervalle libre entre: -. l'association de la plaque (4) et de la plaque (5) munie d'évidements, ou une plaque unique dont les zones des- passages (D) auront été obtenues par un des nombreux moyens techniques de façonnage existants, -. et la face supèrieure des bossages (9). 3. Module photovoltaique à échangeur intégré suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux d'évacuation (E) entre les cellules (2), sont délimités par l'intervalle libre entre: -. l'association de la plaque (8) et des bossages (9), ou une plaque unique dont les zones des canaux d'évacuation (E) auront été obtenues par un des nombreux moyens techniques de faQonnage existants, -. et la face inferieure de la plaque (5). 4. nodule photovoltalque à échangeur intégré suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le compartiment de répartition (B), les passages (D) et les canaux d'évacuation (E) ont leur hauteur définie par les épaisseurs des cadres de fermeture (12) et (13) qui peuvent être des plaques évidées ou des formes en relief respectivement des plaques (5) et/ou (8), et des plaques (8) et/ou (lu). 5. Module photovoltaïque à échangeur intégré suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, suivant la nature du fluide, lZé- changeur (4)X(5),(8),(10) sera muni de clapets anti-retours (7) consti tués d'une membrane flexible, de forme plane et évidée, centrée sous cha -que cellule (2). 6. Module photovoltaïque à échangeur intégré suivant la re vendication 1, caractérisé par ses canaux d'évacuation (i) à trajet court de direction générale parallèle aux petits cotés du module lorsque celui ci est rectangulaire.