Brevet FR2629945A1 — publié le 19891013

"CADRE ET BOITE DE JONCTION SOLIDAIRES POUR UN MODULE PHOTOVOLTAIQUE" La présente invention se rapporte à un module photovoltaïque et plus précisément à une boîte de jonction qui fait corps avec le cadre du module photovoltalque. Un module photovoltaïque est un dispositif qui est utilisé pour générer de l'énergie électrique à partir de la lumière solaire. Un exemple de module photovoltaique est un panneau solaire. Généralement, un module photovoltalque utilise une pluralité de cellules solaires montées dans un cadre de façon à convertir l'énergie lumineuse du soleil directement en électricité utilisable. Les cellules solaires peuvent être reliées les unes aux autres en une grande diversité de configurations qui depen- dent des besoins du circuit et de la conception du panneau solaire et des cellules solaires elles-mêmes. Chaque module photovolta#que comporte généralement une ou deux boites de jonction destinées à le relier au circuit électrique. Ces boites de jonction sont placées sur la face arrière du module photovoltaique et recouvrent une portion de lå face arrière. On trouve un exemple de cet agencement dans le panneau solaire Modèle NOM55 fabriqué par Arco Solar, Inc. Dans cet agencement, ces botes de jonction doivent en permanence être attachées à la face arrière du panneau solaire et scellées vis-à-vis de l'environnement de façon à maintenir l'intégrité électrique du panneau solaire. Ceci peut être un processus prenant beaucoup de temps et coûteux. Par exemple, dans une configuration de module qui utilise deux éléments de verre, l'un pour la superstructure et l'autre pour le substrat, il faut découper ou percer un trou à travers le substrat arrière pour qu'une connexion électrique puisse être faite. Un autre problème lié au fait de placer la boîte de jonction à l'arrière du panneau réside dans sa vulnérabilité durant maniement et montage. Du fait de son emplacement sur le panneau arrière, la boîte de jonction sert de poignée commode lorsque l'on déplace le panneau solaire.Ceci augmente pourtant le risque que le scellement adhésif qui maintient la boîte de jonction à l'arrière du panneau soit accidentellement brisé et que cela amène à son tour la destruction de l'intégrité électrique du panneau visà-vis de l'environnement. Un autre problème lié à l'emplacement de la boîte de jonction sur la face arrière du module photovoltalque réside dans le fait que la boîte de jonction recouvre une partie de la face arrière. Ceci est particulièrement important dans un panneau solaire dans lequel sont utilisées des cellules solaires bifaciales. Une cellule solaire bifaciale est une cellule qui est activée (c'est-à-dire, qui produit une tension et un courant électriques continus) par une lumière frappant soit sa face avant soit sa face arrière. Lorsque l'on utilise des cellules solaires bifaciales dans un module photovoltalque il est très important que la face arrière des cellules solaires ne soit pas couverte. C'est l'objectif de cette invention que de réaliser un module photovoltaique et une boîte de jonction présentant une intégrité amèliorée aux points de vue structural, électrique et vis-à-vis de l'environnement, et dans lequel tout ombrage de la face arrière du module est minimisé ou éliminé. La présente invention se rapporte à un module photovoltaique comportant un lamifié formant cellule solaire destinée à générer de l'électricité, une pluralité d'éléments de cadre qui supportent le lamifié formant cellule solaire et une boîte de jonction destinée à relier électriquement le lamifié formant cellule solaire à un circuit, la boite de jonction faisant corps avec au moins l'un des éléments du cadre. Le cadre constitué par les éléments du cadre peut avoir n'importe quelle forme ou taille, mais il est de préférence rectangulaire. D'une manière semblable, l'élément du cadre avec lequel la boîte de jonction fait corps peut être n'importe lequel des éléments du cadre, mais c'est de préférence l'un des éléments les plus courts du cadre. La présente invention est particulièrement utile avec des modules photovoltaiques qui utilisent des cellules solaires bifaciales dans lesquels un recouvrement de la face arrière du module doit être minimisé ou, de préférence, éliminé. Du fait que la boite de jonction est solidaire du cadre, aucune partie de la face arrière du module photovoltaique n'est recouverte et en conséquence aucune des cellules solaires n'est recouverte. Ceci a pour résultat une augmentation du rendement du module photovoltaique. La présente invention n'est pas limitée aux seuls modules photovoltaiques qui possèdent des cellules solaires bifaciales, puisqu'elle améliore aussi l'intégrité de n'importe quel module photovoltaique aux points de vue structural, électrique et vis-à-vis de l'environnement. Un autre avantage de la solidarité entre boite de jonction et cadre de la présente invention est la diminution du coût total du module photovoltaique du fait que l'on n'utilise qu'une seule boite de jonction au lieu de deux. L'élimination de la boite de jonction de l'arrière du module photovoltaique augmente aussi l'intégrité structurale, électrique et vis-à-vis de l'environnement du module. En l'absence d'une boite de jonction sur la face arrière du module, il est improbable qu'une personne maniant le module photovoltaique brise accidentellement le scellement vis-à-vis de l'environnement et altère de ce fait l'intégrité électrique du module. Le cadre et la boîte de jonction solidaires de la présente invention permettent d'effectuer plus facilement les connexions en parallèle et/ou en série des modules photovoltaiques et leur connexion au circuit électrique. En addition, il n'est plus besoin de percer un trou dans le substrat arrière du lamifié formant cellule solaire. Au lieu de cela, la connexion électrique des cellules solaires peut être faite au bord du lamifié formant cellule solaire. Il est aussi prévu que l'élément de cadre et la boîte de jonction solidaires de la présente invention puissent réduire le coût global d'un module photovoltalque grâce à l'utilisation pour tous les modules de pièces de cadre uniformes et standardisées. D'autres détails, objectifs et avantages de la présente invention deviendront plus facilement évidents à partir de la description qui suit d'une réalisation concrète actuellement préférée de cette invention. Une réalisation concrète préférentielle de la présente invention est représentée, seulement à titre d'exemple, sur les dessins annexés, parmi lesquels: la Figure 1 montre un module photovoltalque selon la présente invention dans lequel la boîte de jonction fait corps avec le cadre; la Figure 2 est une vue latérale d'une partie du module photovoltalque de la Figure 1, vue prise le long de la ligne AA'. D'une manière générale, la présente invention comporte un module photovoltalque 1 comprenant un lamifié 2 formant cellule solaire, un cadre 3 et une boite 4 de jonction faisant corps avec le cadre 3 comme montré sur la Figure 1. Le cadre 3 a de préférence une forme rectangulaire et est composé de quatre éléments 5 de cadre. Le cadre 3 est typiquement fait d'un matériau résistant mais léger tel que de l'aluminium type 204 traité par anodisation, mais il peut être fait de n'importe quel matériau apte à fonctionner comme un cadre. Comme montré sur la Figure 1, on y voit le côté avant du module photovoltaique 1. Il n'y a pas de boîte de jonction placée sur la face arrière du module photovoltaique 1. Au lieu de cela, une boîte 4 de jonction fait corps avec un élément 5 du cadre, situé de préférence en haut ou en bas du module photo voltarque 1. En rendant la boîte 4 de jonction solidaire d'un élément plus court du cadre, on diminue la quantité de matériau nécessaire pour la boîte de jonction. Toutefois, la boite 4 de jonction pourrait être constituée comme une unité solidaire de n'importe lequel des éléments du cadre. La boîte 4 de jonction s'étend sur toute la largeur du module photovoltaïque 1, bien que ce ne soit pas obligatoire. Il y a au moins une première ouverture 6, dans la boite 4 de jonction, pour un moyen de connexion à un circuit destiné à permettre au module photovoltalque 1 d'être relié au circuit électrique. De préférence, le moyen de connexion à un circuit est un fil ou un câble 7 qui est amené à travers une première ouverture 6 située dans le fond de la boîte 4 de jonction et est reliée à une barrette 8 de borne située sur le bloc de borne 9. Le fil ou le câble 7 peut être ou ne pas être enfermé dans un tuyau ou une gaine. De préférence, les premières ouvertures 6 sont dimensionnées pour recevoir des raccords de câ- ble ou de gaine composés d'un manchon et d'un écrou filetés constituant de ce fait un scellement vis-à-vis de l'environnement à l'endroit des premières ouvertures 6.Habituellement deux premières ouvertures 6 sont mises en service, l'une pour la connexion positive au circuit et l'autre pour la connexion négative au circuit. Toutes les premières ouvertures 6 non utilisées peuvent être obturées, de préférence avec des bouchons plastiques, de façon à sceller la boite 4 de jonction vis-à-vis de l'environ- nement. De préférence, les premières ouvertures 6 sont placées sur le fond de la boite de jonction fcrmant monobloc de manière à empêcher tout recouvrement de la face avant du module et à assurer un accès plus facile lorsque le module est installé dans un réseau solaire. Le bloc de borne 9 peut s'étendre sur toute la longueur de la boîte 4 de jonction mais il est préférable qu'il ne s'étende que partiellement sur cette longueur. Le bloc de borne 9 est fait d'un matériau non conducteur tel que de la bakélite et est fixé à l'aide d'un adhésif aux parois intérieures de l'organe 5 formant cadre et de la boîte 4 de jonction solidaires. De préférence, une partie de la boite 4 de jonction a été enlevée et remplacée par un couvercle transparent 10 qui est placé au-dessous des barrettes 8 de bornes et du bloc de borne 9. Le couvercle transparent 10 permet d'inspecter visuellement les liaisons électriques situées sur le bloc de borne 9 pour un observateur situé au-dessous du module sans enlever ce couvercle. On utilise de préférence une garniture captive 11 en caoutchouc de façon à sceller vis-à-vis de l'environnement le couvercle transparent 10 à la boîte 4 de jonction et à empêcher de ce fait toute entrée d'eau ou d'autres matières étrangères qui pourraient détériorer la liaison électrique. Du fait de sa position, le couvercle transparent 10 est aussi pourvu de vis captives de façon à éviter une perte accidentelle durant l'installation et l'insmection sur le site. La Figure 2 montre une vue latérale d'une partie du module photovoltaique 1, vue prise le long de la ligne AA' de la Figure 1. De préférence, l'organe 5 formant cadre et la boîte 4 de jonction solidaires ont une forme rectangulaire avec quatre côtés. Les quatre côtés de la boîte 4 de jonction sont de préférence extrudés en une seule pièce ou bien ils peuvent être assemblés à partir de quatre éléments extrudés séparément pourvu qu'ils constituent une chambre scellée vis-à-vis de llenvironnement. Un agencement de verrouillage- des coins devrait par' clavette être suffisant si des éléments extrudés séparément sont utilisés. De préférence ,# le bloc de borne 9 a une forme telle que montrée sur la Figure 2. En résultat, les barrettes 8 de bornes ont une forme en angle de façon à permettre un accès plus facile à partir du dessous une fois que le couvercle transparent 10 a été enlevé. Cette configuration permet aussi au bloc de borne 9 de s'ajuster aisément à l'intérieur de l'organe formant cadre et de la boîte de jonction solidaires. Comme montré sur la Figure 2, le bloc de borne 9 comporte une pluralité de trous 12 qui y sont percés juste au-dessus des barrettes 8 de bornes. Les trous 12 permettent d'effectuer une connexion électrique avec les cellules solaires 18. De préférence une pièce rapportée isolante 13, telle qu'une pièce rapportée en caoutchouc de dem- sité élevée est placée dans le trou 12 de façon à constituer un scellement vis-à-vis de l'environnement et d'empêcher le moyen de connexion du lamifié formant cellule solaire, tel que le conducteur 14, de venir en contact avec le bloc de borne 9. Cela est nécessaire puisque le conducteur 14 n'est généralement pas isolé et doit être isolé électriquement du cadre 3. Une extrémité du conducteur 14 est reliée à une barrette 8 de borne et l'autre extrémité aux cellules solaires 18. Au moins une seconde ouverture 15 est prévue dans l'élément 5 de cadre de façon à permettre de faire une connexion électrique aux cellules solaires 18. De préférence, la seconde ouverture 15 ne se trouve pas dans la même paroi de l'élément 5 de cadre que la première ouverture 6. Il est aussi préférable que la seconde ouverture 15 soit plus petite que le trou 12. Deux saillies perpendiculaires 16 et 17 s'étendent à partir de la paroi de l'élément 5 de cadre au-dessus et au-dessous de la seconde ouverture 15. Ces saillies en coopération avec la paroi de l'élément 5 de cadre constituent une encoche en forme de C destinée à recevoir le bord du lamifié 2 formant cellule solaire. Comme montré sur la Figure 2, le lamifié 2 formant cellule solaire est cette parti#e du module photovoltaque l comportant des cellules solaires 18 intercalées entre deux couches de verre 19. De préférence, ces couches sont en verre mais d'autres produits transparents peuvent être utilisés. Le bord du lamifié 2 formant cellule solaire vient porter contre la paroi de l'élément 5 de cadre d'une manière telle que le conducteur 14 soit placé au-dessus d'une seconde ouverture 15. L'avantage de cette structure réside dans le fait que le conducteur 14 peut facilement déboucher de l'extrémité du lamifié 2 formant cellule solaire sans que l'on n'ait à per cer un trou à travers le verre 19. De préférence, il y a deux conducteurs 14, l'un pour la connexion positive aux cellules solaires 18 et l'autre pour la connexion négative aux cellules solaires 18. D'une manière semblable, il y a deux secondes ouvertures 15, l'une pour la connexion positive et l'autre pour la connexion négative.Une garniture de joint 20, placée entre le lamifié 2 formant cellule solaire et les saillies 16 et 17, aide à sceller vis-à-vis de l'environnement le lamifié 2 formant cellule solaire et la seconde ouverture 15. Elle peut aussi servir de coussinet pour le lamifié 2 formant cellule solaire. De préférence la garniture 20 est une garniture de joint EPDM. Le conducteur 14 peut être fixé à la barrette 18 de borne par une diversité de moyens connus tels que la soudure, pourvu qu'une bonne connexion électrique soit réalisée. D'une manière semblable, le câble 7 peut être fixé à la barrette 8 de borne par une diversité de moyens connus comprenant une vis 21. Des barrettes supplémentaires 8 de bornes peuvent être disposées sur le bloc de borne 9 de manière à permettre des connexions et des montages électriques supplémentaires, si nécessaire. Par exemple, il peut être nécessaire du fait de la configuration du circuit, d'avoir une borne neutre ou quelque sorte de montage protecteur tel qu'une diode reliée aux cellules solaires 18. Ces barrettes supplémentaires 8 de bornes procurent cette flexibilité. Dans une réalisation concrète de la présente invention, l'élément 5 de cadre et la boîte de jonction mesurent 43,18 cm x 3,175 cm x 5,08 cm (17 pouces x 1,25 pouces x 2,0 pouces ). Le bloc de borne 9 mesure 12,7 cm x 2,69 cm x 4,60 cm (5,0 pouces x 1,06 pouces x 1,81 pouces), la partie supérieure ayant seulement 0,97 cm (0,38 pouce) de largeur. Le couvercle transparent 10 de cette réalisation concrète mesure seulement 15,24 cm x 2,54 cm (6,0 pouces x 1,0 pouce). Ces dimensions sont fournies seulement comme un exemple de la taille de l'élément 5 de cadre et de la boite de jonction solidaires utilisés avec un module photovoltalque qui mesure 43,18 cm x 101,6 cm. Alors qu'un module photovoltaique bifacial selon la présente invention présente une augmentation de 45 de l'aire de bordure non éclairée ou sous-tendue et une diminution correspondante de rendement (fondée sur l'aire sous-tendue) de 4%, il présente une augmentation nette de rendement du fait de l'élimination du recouvrement de la face arrière du module par la boite de jonction. Dans les modules photovoltaiques existants, deux boites de jonction et les connexions associées aux câblages sont montées sur la face arrière du module photovoltaîque, en recouvrant les faces arrières de plusieurs cellules solaires. Généralement, la somme des aires de ces dispositifs est d'environ 150 cm2 soit environ 3,5% de l'aire sous-tendue du modèle.Le recouvrement de ces zones aboutît à une diminution de la production d'énergie et du rendement, Cette diminution de rendement, toutefois, sera plus grande que la surface recouverte, Une estimation prude#nte suggère un coefficient de diminution de 1,5. Pour la surface de 3,5% recouverte, ceci aboutit à une diminution de rendement de 5,3%, qui est supérieure à la perte de 4% due à l'augmentation de l'aire sous-tendue du module n;'otovoltaique de la présente invention. L'augmentation résultantedu rendement due au non recouvrement de cette zone de la face arrière est particulièrement importante du fait que dans de nombreuses applications, l'aire sous-tendue par un module photovoltaique nta pas autant d'importance que sa production d'énergie. En résultat, un module qui produit 5,3 d'énergie de plus avec le meme nombre de cellules solaires serait préféré à un module plus petit ayant une production d'énergie plus faible. Bien qu'une réalisation concrète actuellement préférée de mise en pratique de l'invention ait été montrée et décrite avec minutie en liaison avec les dessins annexés, cette invention peut être réalisée concrètement d'une autre manière en restant à l'intérieure du domaine des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Module photovoîtaique (1) comportant un lamifié (2) formant cellule solaire destinée à générer de l'électricité, une pluralité d'éléments (5) du cadre qui supportent le lamifié (2) formant cellule solaire et une boîte (4) de jonction, caractérisé par le fait que la boîte de jonction fait corps avec l'un des éléments (5) du cadre et est pourvue d'un bloc de borne (9) fait d'un matériau isolant et muni d'une ouverture (12) qui y est disposée alignée avec une ouverture (15) ménagée dans l'élément particulier (5) du cadre; une barrette (8) de borne conductrice disposée sur ledit bloc de borne (9) à proximité de ladite ouverture (12) ménagée dans le bloc (9); un conducteur (14) relié électriquement audit lamifié (2) formant cellule solaire; ladite barrette (8) de borne et un matériau (12) de scellement isolant de l'électricité remplissant lesdites ouvertures de façon à constituer un scellement et isolant ledit conducteur dudit cadre et un câble (7) reliant électriquement ladite barrette de borne à un circuit qui utilise l'électricité générée par ledit module photovoîtaique. 2. Module photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que la boîte (4) de jonction est pourvue d'une ouverture (6) ménagée dans l'élément particulier (5) du cadre destinée au câble (7) et un scellement est constitué entre l'ouverture (6) et le câble (7). 3. Module photovoltaique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la boîte de jonction est pourvue d'une plaque transparente scellée formant couvercle de façon à permettre d'observer la barrette (8)' de borne à tout moment sans affecter la boîte de jonction scellée (4). 4. Module photovoltaîque selon la revendication 1 caractérisé en ce que le lamifié (2) formant cellule est bifacial pour générer de l'électricité à tartir de lumière solaire frappant les deux faces du lamifié formant cellule solaire et la boîte de jonction ne recouvre ni l'une ni l'autre face. 5. Module photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments (5) du cadre forment un cadre rectangulaire et la boîte (4) de jonction fait corps avec l'un des éléments les plus courts (5) du cadre.