Brevet FR2850488A1 — publié le 20040730

Module photovoltaque comportant des bornes de connexion avec l'extérieur Domaine technique de l'invention L'invention concerne un module photovoltaque comportant une pluralité de cellules photovoltaques, disposées entre des substrats de verre et connectées 10 en série par des conducteurs de liaison, et des moyens de connexion du module avec l'extérieur. Etat de la technique Une cellule photovoltaque est classiquement formée sur un substrat en silicium massif découpé sous forme de tranches de quelques centaines de microns d'épaisseur. Le substrat peut être constitué de silicium monocristallin, de silicium polycristallin ou de couches semiconductrices déposées sur un substrat 20 de verre ou de céramique. Elle possède à sa surface un réseau d'électrodes étroites, généralement en argent ou en aluminium, destinées à drainer le courant vers une ou plusieurs électrodes principales de 1 à quelques millimètres de largeur, également en argent ou en aluminium. Chaque cellule fournit un courant dépendant de l'éclairement sous une tension électrique qui dépend de la nature du semiconducteur et qui est habituellement de l'ordre de 0,45V à 0,65V pour le silicium cristallin. Des tensions de 6V à plusieurs dizaines de volts étant habituellement nécessaires pour faire fonctionner des appareils électriques, un module photovoltaque est 30 généralement constitué par un assemblage de plusieurs cellules en série. Un module de 40 cellules fournit par exemple près de 24 volts. Selon les courants demandés, plusieurs cellules peuvent également être placées en parallèle. Un générateur peut ensuite être réalisé en y adjoignant éventuellement des accumulateurs, un régulateur de tension, etc... Pour fabriquer un module photovoltaque, les cellules sont préparées, c'est-àdire recouvertes d'un réseau d'électrodes et connectées entre elles par des conducteurs métalliques. L'ensemble ainsi formé est ensuite placé entre deux feuilles de polymère, elles-mêmes enserrées entre deux substrats de verre. 10 L'ensemble est alors chauffé aux environs de 1200C pour ramollir fortement le polymère, le rendre transparent et assurer la cohésion mécanique du module. Dans un module photovoltaque 1 connu, représenté à la figure 1, des conducteurs de liaison arrière 5' associés à une première cellule 2a sont reliés 15 aux conducteurs de liaison avant 5 associés à une seconde cellule 2b, adjacente. Si le module comporte plus de deux cellules, les conducteurs de liaison arrière de la seconde cellule sont alors connectés aux conducteurs de liaison avant de la cellule suivante, toutes les cellules étant ainsi connectées en série. En pratique, un conducteur de liaison arrière 5' d'une cellule et le 20 conducteur de liaison avant 5 associé de la cellule voisine peuvent être constitués par un même conducteur. Les conducteurs (5 et 5') et les cellules 2 peuvent être entourés par une couche en matériau polymère 6 disposée entre deux substrats de verre avant 3 et arrière 4. L'extrémité d'un conducteur de liaison (5 et 5') d'une cellule d'extrémité fait saillie à l'extérieur du module 1 et 25 constitue un connecteur 7 vers l'extérieur. De tels connecteurs se dégradent et s'oxydent avec le temps. La dégradation s'aggrave d'autant plus que le module est grand et que le courant et la tension fourni par le module sont importants. Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, une connexion d'un module photovoltaque minimisant les problèmes de dégradation et d'oxydation des connecteurs reliant le module à l'extérieur. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que les moyens de connexion du module avec l'extérieur comportent une borne de connexion comportant un bloc en matériau isolant collé à une extrémité du module, de manière à relier à un 10 connecteur extérieur au moins un connecteur relié électriquement au conducteur de liaison associé à une cellule disposée à l'extrémité du module. Selon un mode de réalisation préférentiel, le module comporte un joint de scellement en matériau minéral, disposé entre les deux substrats de verre, de 15 manière à délimiter, à l'intérieur du module, un volume intérieur étanche, dans lequel sont disposées les cellules, le connecteur traversant le joint de scellement de manière étanche. Selon un développement de l'invention, le connecteur se termine par une partie 20 femelle d'un connecteur plat disposée entre les substrats de verre à l'extérieur du volume étanche, le connecteur extérieur étant relié au connecteur par une broche constituant la partie mâle du connecteur p-lat et se terminant par une partie femelle intégrée dans un orifice du bloc en matériau isolant. Selon un autre développement de l'invention, le bloc en matériau isolant comporte deux substrats de verre enserrant plusieurs connecteurs, séparés par des lames de verre, l'ensemble étant lié par un verre de scellement. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention 5 donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est un module photovoltaque selon l'art antérieur. Les figures 2 à 4 et 8 représentent différents modes de réalisation particuliers de 10 bornes de connexion du module avec l'extérieur selon l'invention. La figure 5 représente une vue en coupe selon l'axe AA de la figure 4. Les figures 6 et 7 représentent un mode de réalisation particulier d'une borne de connexion du module avec l'extérieur, la figure 7 étant une vue en coupe selon l'axe BB de la figure 6. Description de modes particuliers de réalisation. Le module photovoltaque 1 comporte des connecteurs 11 métalliques destinés 20 à permettre une connexion du module 1 avec l'extérieur. Les figures 2 à 8 représentent divers modes de réalisation de bornes 13 de connexion du module avec l'extérieur comportant chacune un bloc en matériau isolant 15 collé à l'extrémité du module 1, de manière à relier des connecteurs extérieurs aux connecteurs 11. Dans un mode de réalisation préférentiel, les connecteurs 11 25 traversent, de manière étanche, un joint de scellement 12 en matériau minéral, représenté aux figures 2 à 5 et 8, qui peut être disposé entre les deux substrats de verre 3 et 4, de manière à délimiter, à l'intérieur du module 1, un volume intérieur étanche dans lequel sont disposées les cellules 2. L'ensemble peut être cuit à environ 4000C pendant environ 10 minutes afin d'effectuer le scellement. Sur les figures 2 à 4 et 8, le connecteur 11 est relié électriquement à un 5 conducteur de liaison 5, associé à la cellule 2 disposée à l'extrémité du module 1, par une déformation de l'extrémité du conducteur de liaison 5 exerçant une pression contre le connecteur 11 pour assurer le contact. Eventuellement, l'extrémité déformée ou le connecteur 11 peuvent être préalablement étamés. Alternativement, un matériau de soudure, constitué par une petite quantité de 10 pâte d'étamage, peut assurer leur soudure lors du scellement. Sur la figure 2, un connecteur extérieur, formé par un fil conducteur 16, est relié dans le bloc en matériau isolant 15, à une extrémité d'un connecteur 11 pénétrant dans le bloc en matériau isolant 15. Le matériau isolant peut être un 15 matériau polymère. Le connecteur 11 peut être une lame d'une épaisseur comprise entre 50 et 500Rtm, typiquement 300p.m, et d'une largeur comprise entre 1 et 100 mm, typiquement 4mm. Le connecteur 11 traverse de manière étanche le joint de scellement 12 et il est relié d'une part au conducteur de liaison 5 à l'intérieur du module et d'autre part au fil conducteur 16 à l'extérieur 20 du module. La zone de liaison entre le connecteur 11 et le fil conducteur 16 est recouverte d'une résine ou d'un polymère, par exemple de type époxy, constituant le bloc 15, qui est collé aux substrats de verre 3 et 4. Cette résine ou ce polymère peuvent être moulés. Les avantages sont l'absence de contacts non soudés, l'absence de contrainte mécanique pendant la fabrication du 25 module et au cours de son raccordement ultérieur, une grande simplicité du procédé du fait que la soudure entre le connecteur 11 et le fil conducteur 16 peut être réalisée lors de l'opération de scellement du module. De plus, des diodes de protection du module peuvent être reportées hors du module (sur le fil conducteur 16), ce qui permet une maintenance aisée. Les connecteurs 11 sont de préférence en un matériau choisi dans le groupe comprenant le cuivre, l'acier inoxydable, le titane et les alliages fer-nickel, notamment en alliage fer-nickel comportant 48% de nickel (FeNi-48). De 5 manière préférée, le matériau des connecteurs 11 est un métal ou un alliage dont le coefficient de dilatation thermique est voisin de celui des substrats, comme le FeNi-48. Les connecteurs peuvent aussi être étamés, dorés ou nickelés. Le connecteur 11 représenté à la figure 3 se termine par une partie femelle 17 d'un connecteur plat disposé entre les substrats de verre 3 et 4 à l'extérieur du volume étanche. Un connecteur extérieur est relié au connecteur 11 par une broche constituant la partie mâle 18 du connecteur plat et se terminant par une partie femelle 19 intégrée dans un orifice du bloc 15. Le joint de scellement 12 15 est disposé à une certaine distance de l'extrémité du module, correspondant à la longueur de la partie mâle 18 du connecteur plat faisant saillie du bloc 15. La partie femelle 19 est destinée à être connectée à un connecteur mâle supplémentaire inséré dans l'orifice du bloc 15. Comme précédemment, le connecteur 11 peut être constitué par une lame d'une épaisseur comprise entre 20 50 et 500l.rm, typiquement 300rm, et d'une largeur comprise entre 1 et 100 mm, typiquement 4mm. La lame se termine, à une extrémité, par la partie femelle 17. Le bloc en matériau isolant 15 est, de préférence, en matériau polymère ou en résine. Un bloc en matériau isolant 15 peut regrouper plusieurs connecteurs 11, la partie femelle 19 servant à connecter les connecteurs 11 correspondant à un 25 connecteur mâle extérieur inséré dans un orifice commun du bloc 15. Dans une variante de réalisation (non-représentée), le joint de scellement 12 est disposé à l'extrémité du module et les parties femelles 17 des connecteurs 11 sont disposées à l'extrémité des substrats de verre 3 et 4 à l'extérieur du volume étanche. Les parties femelles 17 et les parties mâles 18 peuvent alors avoir des dimensions plus importantes. Dans autre un mode de réalisation particulier, représenté aux figures 4 et 5, au 5 moins un connecteur 11, sensiblement en forme de L, pénètre, en formant un angle droit 20, dans le bloc en matériau isolant 15. Des extrémités 1l' des connecteurs 11 sont disposées sur la paroi d'une ouverture cylindrique 21 de la borne 13. Cette ouverture cylindrique constitue, avec les extrémités 11', une partie femelle destinée à coopérer avec un connecteur extérieur introduit dans 10 l'ouverture. Le bloc en matériau isolant 15 est, de préférence, réalisé en verre et scellé aux substrat 3 et 4. La borne 13 peut être réalisée par moulage à haute température d'un composé vitreux autour des extrémités des connecteurs 1. Le connecteur extérieur 13 est ensuite placé à la périphérie des substrats 3 et 4 lors de l'opération d'assemblage du module et soudé aux substrats 3 et 4 par 15 l'intermédiaire d'un verre de scellement, par exemple identique au matériau constituant le joint de scellement 12. Une variante de réalisation particulière de la borne 13 des figures 4 et 5 est représentée aux figures 6 et 7. Le bloc en matériau isolant 15 de la borne 13 20 comporte deux substrats de verre 22 et 23 enserrant plusieurs connecteurs 1, séparés par des lames 24 de verre, l'ensemble étant lié par un verre de scellement 25. Les lames de verre ont typiquement une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 0,5mm. Sur la figure 8, le connecteur 11 se termine à son extrémité extérieure, par une partie flexible 26, faisant ressort, intégrée dans le bloc en matériau isolant 15 et venant en contact avec une zone de contact 27, disposée à la périphérie d'un orifice du bloc 15 et destinée à être connectée à un connecteur mâle extérieur introduit dans l'orifice. La partie flexible 26 et le connecteur 11 peuvent être dorés. Le bloc en matériau isolant 15 peut être réalisé en matériau polymère ou en résine et collé contre les substrats de verre 3 et 4. Plusieurs ressorts 26 peuvent être reliés à une borne 13 commune comportant un seul orifice. Les moyens de connexion du module photovoltaque avec l'extérieur décrits cidessus sont appropriés pour des modules fournissant un courant compris entre 1 A à 10 A et une tension comprise entre de 1 V à 60 V. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers représentés. 10 En particulier, les connecteurs 11 peuvent être reliés aux conducteurs de liaison de tout type de module photovoltaque. Les conducteurs de liaison 5 peuvent, notamment, être disposés soit de part et d'autre d'une cellule soit d'un même côté de la cellule, plus particulièrement sur la face arrière de la cellule dans le cas o les pôles positif et négatif d'une cellule sont ramenés sur la face arrière 15 de celle-ci. Revendications 1. Module photovoltaque (1) comportant une pluralité de cellules photovoltaques (2), disposées entre des substrats de verre (3, 4) et connectées 5 en série par des conducteurs de liaison (5), et des moyens de connexion du module (1) avec l'extérieur, module caractérisé en ce que les moyens de connexion du module avec l'extérieur comportent une borne de connexion (13) comportant un bloc en matériau isolant (15) collé à une extrémité du module (1), de manière à relier à un connecteur extérieur au moins un connecteur (11) relié 10 électriquement au conducteur de liaison associé à une cellule disposée à l'extrémité du module. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le connecteur (11) est en un matériau choisi dans le groupe comprenant le cuivre, l'acier 15 inoxydable, les alliages fer-nickel et le titane. 3. Module selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce le connecteur (11) est en alliage fer-nickel comportant 48% de nickel. 4. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le connecteur (11) comporte une lame métallique ayant une épaisseur comprise entre 50 et 500gm une largeur comprise entre 1 et 100 mm. 5. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 25 que la liaison entre le connecteur (11) et le conducteur de liaison (5) associé à une cellule (2b) disposée à l'extrémité du module (1) est réalisé par une déformation de l'extrémité du conducteur de liaison (5). 6. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un joint de scellement (12) en matériau minéral, disposé entre les deux substrats de verre (3, 4), de manière à délimiter, à l'intérieur du module (1), un volume intérieur étanche, dans lequel sont disposées les cellules (2), le connecteur (11) traversant le joint de scellement (12) de manière étanche. 7. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le connecteur extérieur est un fil conducteur (16), relié dans le bloc en matériau isolant (15) à l'extrémité du connecteur (11) pénétrant dans le bloc en 10 matériau isolant (15), le matériau isolant étant un matériau polymère. 8. Module selon la revendication 6, caractérisé en ce que le connecteur (11) se termine par une partie femelle (17) d'un connecteur plat disposée entre les substrats de verre (3, 4) à l'extérieur du volume étanche, le connecteur extérieur 15 étant relié au connecteur (11) par une broche constituant la partie mâle (18) du connecteur plat et se terminant par une partie femelle (19) intégrée dans un orifice du bloc en matériau isolant (15). 9. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce 20 qu'au moins un connecteur (11), en forme de L, pénètre, en formant un angle droit (20), dans le bloc en matériau isolant (15) et comporte une extrémité (11') disposée sur la paroi d'une ouverture cylindrique (21) de la borne (13) et destinée à coopérer avec un connecteur extérieur introduit dans l'ouverture. 10. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et 9, caractérisé en ce que le bloc en matériau isolant (15) comporte deux substrats de verre (22, 23) enserrant plusieurs connecteurs (11), séparés par des lames (24) de verre, l'ensemble étant lié par un verre de scellement (25). il 11. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le connecteur (11) se termine, à son extrémité extérieure, par une partie flexible (26) venant en contact avec une zone de contact (27), disposée à la périphérie d'un orifice du bloc (15) et destinée à être connectée à un connecteur extérieur introduit dans l'orifice.