Brevet FR2953645A1 — publié le 20110610

MODULE BOMBE A CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES La présente invention a trait aux modules à cellules photovoltaïques, dont on recherche en particulier des formes toujours plus complexes à rayons de courbure faibles, c'est-à-dire à courbures prononcées. En particulier l'intégration de cellules photovoltaïques à haut rendement, de type à support rigide, n'a encore jamais pu être effectuée dans des modules présentant localement une courbure selon deux axes sécants. Ce problème a maintenant pu être résolu par l'invention qui a pour objet un module en matériau polymère transparent dans lequel sont noyées des cellules photovoltaïques rectangulaires, qui se distingue par le fait que les côtés desdites cellules photovoltaïques sont de longueur fi et f2 de directions respectives perpendiculaires di et d2, selon lesquelles le module présente une courbure de rayon RI, respectivement R2, et par le fait que si et désigne l'épaisseur totale de matériau polymère et esup l'épaisseur minimale de matériau polymère recouvrant les cellules photovoltaïques du côté destiné à être orienté vers le soleil, on a, pour i = 1 et 2, 2 .J(et ûesup)(et ûesäp +2RZ) . Ainsi l'invention rend-elle possible l'intégration de cellules photovoltaïques même rigides dans des modules, en des localisations présentant une courbure même prononcée, selon un ou deux axes sécants, notamment perpendiculaires. Le module de l'invention peut géométriquement être défini comme une nappe ayant une épaisseur petite par rapport à ses deux autres dimensions, et dont la surface peut avoir une forme plus ou moins complexe, plus ou moins bombée. L'un des deux rayons de courbure RI ou R2 peut être suffisamment grand par rapport à l'autre pour qu'on puisse négliger la courbure selon la direction dl ou d2 correspondante par rapport à la courbure selon l'autre direction perpendiculaire, et considérer que la géométrie du module est alors à courbure cylindrique (selon un seul axe). Tout matériau polymère transparent peut constituer le module : polycarbonate (PC), acrylique tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), polyoléfine telle que polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polyamide (PA, notamment PA66), poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), poly(acétal de vinyle) notamment poly(butyral de vinyle) (PVB), polyuréthane (PU), copolymère tel qu'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), éthylène-acétate de vinyle (EVA), résine ionomère (copolymère éthylène-acide (méth)acrylique à réticulation ionique, neutralisé par une polyamine) ..., notamment ceux d'entre eux qui peuvent être moulés par injection, seuls ou en mélange de plusieurs. Le module de l'invention est constitué d'une feuille d'un tel matériau polymère notamment injecté d'épaisseur totale et, dans laquelle sont noyées des cellules photovoltaïques rectangulaires (ou carrées). Cependant cette feuille peut être assemblée à d'autres transparentes en verre minéral ou organique ou non transparentes par l'intermédiaire d'une couche d'adhésif intercalaire transparent tel que PVB, PU, EVA ou non transparent ... pour constituer un module feuilleté et/ou avec interposition d'une lame de gaz sec pour constituer un module multiple, sans sortir pour autant de la portée de l'invention. Cependant, d'éventuels tels constituants supplémentaires du module sont de préférence assemblés du côté de la feuille en matériau polymère incorporant des cellules photovoltaïques, destiné à être opposé au soleil, ou éventuellement de son côté destiné à être orienté vers le soleil à condition que ces constituants supplémentaires soient transparents, laissent passer une partie suffisamment importante du rayonnement solaire, aient une transmission lumineuse élevée, et en particulier, ne soient pas teintés. Si certaines parties de la surface du module sont transparentes, il peut être appelé vitrage. Si par contre cette surface est intégralement opaque, c'est-à-dire si un constituant au moins du module destiné à être positionné à l'arrière des cellules par rapport au soleil, est lui-même opaque sur toute sa surface, le module peut constituer un élément de carrosserie ou capotage de véhicule de transport automobile ou autre, ou pour le bâtiment ... Il est précisé que dans le module, les espacements entre les cellules photovoltaïques, gi et g2 selon les directions di, respectivement d2, sont quelconques, choisis selon l'impression visuelle que l'on souhaite obtenir d'un côté ou de l'autre du module. Lorsqu'une partie de la surface du module est transparente, plus les valeurs de gi et g2 sont importantes, plus grande est la proportion de la surface du module susceptible d'être transparente. On peut ainsi obtenir des effets comparables à ceux d'un module teinté, ou un dégradé en faisant varier les valeurs de gi et/ou g2 sur la surface du module. Les cellules photovoltaïques sont d'épaisseur au plus égales à 0,5 mm, considérées comme négligeables par rapport à l'épaisseur du module, pouvant 5 être de l'ordre de 3 ù 4 mm par exemple. Elles sont constituées d'une face active solidarisée à une base souple ou rigide. Cette dernière peut être métallique ou équivalent, d'épaisseur comprise entre 25 et 500 pm, de préférence entre 75 et 250 pm, ou polymère tel que 10 polyimide d'épaisseur comprise entre 13 et 125 pm. Des exemples en sont une base de cellule en acier - souple de 25 à 200, de préférence 100 à 150 pm d'épaisseur, ou - rigide de 100-500, de préférence 175 à 225 pm d'épaisseur. La face active des cellules photovoltaïques peut être constituée d'une 15 feuille de Si amorphe d'épaisseur comprise entre 20 et 200 pm et associée par exemple à une base métallique souple ou polymère, ou d'une feuille de Si cristallin d'épaisseur comprise entre 100 et 300 pm et associée par exemple à une base métallique rigide, ou encore d'une couche mince de type CIGS (Cu ln Ga Se) ou CdTe associée à une base souple ou rigide polymère, métallique ... 20 Cependant, de préférence, une au moins desdites cellules photovoltaïques est à support rigide, notamment à face active de silicium mono-ou poly-cristallin, dont le rendement est relativement élevé. Dans une réalisation préférée du module de l'invention, le matériau polymère dont il est constitué est un polycarbonate et l'épaisseur minimale de ce 25 matériau polymère recouvrant les cellules photovoltaïques du côté destiné à être orienté vers le soleil, esup, est au moins égale à 2,5 mm. Cette valeur est particulièrement recommandée quand une injection de polycarbonate est mise en oeuvre. D'autre part, eu égard à des considérations de poids, encombrement ... en 30 particulier dans le domaine du transport, tel qu'automobile, l'épaisseur totale de matériau polymère, et, est avantageusement au plus égale à 4 mm. Le module de l'invention présente au moins en un point une courbure selon deux axes perpendiculaires, notamment des valeurs non infinies de RI et R2. Plus précisément, conformément à une variante avantageuse, RI et R2 sont au plus égaux à 2000 mm, de préférence à 1500 mm et de manière particulièrement préférée à 1000 mm. L'une des courbures selon la direction dl ou d2 peut être de préférence prononcée, ce qui est l'expression d'une forme complexe du module, par le fait que l'un au moins des rayons de courbure RI et R2 est au plus égal à 1000 mm, de préférence à 750 mm, et de manière particulièrement préférée à 500 mm. Lorsque l'un des deux rayons de courbure RI et R2 est ainsi particulièrement faible, l'autre peut être beaucoup plus important, de sorte qu'on peut considérer la courbure en ce point comme cylindrique (selon une seule des deux directions dl ou d2), sans sortir du cadre de l'invention. Dans une réalisation particulière du module de l'invention, le matériau polymère transparent dans lequel sont noyées les cellules constitue la couche adhésive intercalaire d'un feuilleté ; il peut s'agir de polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane (PU), éthylène-acétate de vinyle (EVA) ... Selon une caractéristique avantageuse, les cellules photovoltaïques sont encapsulées dans une enveloppe amortissante (notamment de dilatation thermique linéaire différentielle entre les cellules et le matériau polymère transparent dans lequel elles sont noyées). Cette enveloppe amortissante est constituée par exemple de polycarbonate (PC), polyimide (PI), poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), polypropylène (PP), polyéthylène (PE), polyuréthane (PU), d'un film fluoré polymère comme copolymère éthylène-tétrafluoroéthylène (ETFE), fluoroéthylènepropylène (FEP) ou équivalent, d'épaisseur comprise entre 13 pm et 2 mm, de préférence au plus égale à 500 pm. L'invention a également pour objets : - un procédé de fabrication d'un module tel que décrit précédemment, comprenant le positionnement des cellules photovoltaïques dans l'empreinte d'un moule d'injection de matériau polymère thermoplastique, puis l'injection de celui-ci ; - un procédé de fabrication d'un autre module tel que décrit précédemment, comprenant l'incorporation des cellules photovoltaïques dans la couche adhésive intercalaire d'un feuilleté (par exemple en les intercalant entre deux feuilles constitutives de cette couche) préalablement à l'assemblage du feuilleté, puis cet assemblage par les moyens classiques (température, pression, dépression .). - l'application de ce module pour un véhicule de transport terrestre, aérien ou aquatique, en particulier comme toit de véhicule automobile, pour le bâtiment ou le mobilier urbain (abribus, panneaux d'affichage ...), soit comme élément en partie transparent, vitrage, soit comme élément intégralement opaque (de carrosserie, capotage ...). L'invention est maintenant illustrée par les dessins annexés dans lesquels - la Figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un vitrage (module en partie transparent) selon l'invention, et - la Figure 2 est une vue en coupe de ce vitrage. En référence aux Figures 1 et 2 ensemble, le vitrage 1 présente, par exemple au point O, une double courbure, de rayons respectifs RI et R2 selon deux plans perpendiculaires PI = (di d3), respectivement P2 = (d2 d3). Le vitrage 1 est constitué d'une feuille de polycarbonate d'épaisseur et dans laquelle sont noyées des cellules photovoltaïques rectangulaires 2 planes et rigides, à faces actives en silicium mono- ou poly-cristallin. L'épaisseur des cellules photovoltaïques 2 est négligeable par rapport à et. L'épaisseur minimale de polycarbonate recouvrant les cellules photovoltaïques 2 du côté destiné à être orienté vers le soleil, est esup. Ici, Et et Esup valent respectivement 4 et 2,5 mm. Les valeurs maximales des dimensions fi x f2 des cellules photovoltaïques sont calculées en fonction des rayons de courbure locaux RI et R2, valant par hypothèse respectivement 2027,25 et 500 mm. fi 2 V(4ù2,5)(4ù2,5+4054,50) • 2 V1,5(1,5+4054,50) 2 V2,25 +6081,75 • 156 mm. Par le même calcul, f2 L'espacement des cellules photovoltaïques, autrement dit les valeurs des espacements gi et g2, est choisi en fonction de plusieurs critères : - plus ces valeurs sont faibles et plus la surface de production d'électricité est importante ; - mais plus ces valeurs sont faibles et moins importante est la fraction de la surface du module susceptible de laisser passer une plus grande partie de la lumière solaire. Ainsi lorsque le module est un vitrage (en partie transparent) comme dans cet exemple, le choix des valeurs de gi et g2 a une incidence esthétique (effets visuels divers tels que dégradés de luminosité ...) vue du côté opposé au soleil (habitacle du véhicule, intérieur de bâtiment ...), tandis que lorsque le module est intégralement opaque, le choix des valeurs de gi et g2 a une incidence esthétique vue du côté du soleil. Les connexions électriques reliant plusieurs cellules photovoltaïques entre elles, et celles-ci à un collecteur, ne sont pas représentées. Ainsi a-t-on intégré des cellules photovoltaïques rigides à haut rendement 15 dans un vitrage de forme complexe, par un procédé simple (injection de polycarbonate, feuilletage ...). REVENDICATIONS1. Module en matériau polymère transparent dans lequel sont noyées des cellules photovoltaïques rectangulaires, caractérisé en ce que les côtés desdites cellules photovoltaïques sont de longueur fi et f2 de directions respectives perpendiculaires di et d2, selon lesquelles le module présente une courbure de rayon RI, respectivement R2, et en ce que, si et désigne l'épaisseur totale de matériau polymère et esup l'épaisseur minimale de matériau polymère recouvrant les cellules photovoltaïques du côté destiné à être orienté vers le soleil, on a, pour i = 1 et 2, 2 .J(et ùesup)(et ùesäp +2RZ) . 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une au moins desdites cellules photovoltaïques est à support rigide. 3. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit matériau polymère est un polycarbonate et en ce que l'épaisseur minimale de matériau polymère recouvrant les cellules photovoltaïques du côté destiné à être orienté vers le soleil, esup, est au moins égale à 2,5 mm. 4. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur totale de matériau polymère, et, est au plus égale à 4 mm. 5. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que RI et R2 sont au plus égaux à 2000 mm, de préférence à 1500 mm et de manière particulièrement préférée à 1000 mm. 6. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des rayons de courbure RI et R2 est au plus égal à 1000 mm, de préférence à 750 mm et de manière particulièrement préférée, à 500 mm. 7. Module selon l'une des revendications 1, 2, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que ledit matériau polymère transparent constitue la couche adhésive intercalaire d'un feuilleté. 8. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules photovoltaïques sont encapsulées dans une enveloppe amortissante. 9. Procédé de fabrication d'un module selon l'une des revendications précédentes à l'exception de la revendication 7, comprenant lepositionnement des cellules photovoltaïques dans l'empreinte d'un moule d'injection de matériau polymère thermoplastique, puis l'injection de celui-ci. 10. Procédé de fabrication d'un module selon l'une des revendications 1, 2 et 4 à 8, comprenant l'incorporation des cellules photovoltaïques dans la couche adhésive intercalaire d'un feuilleté préalablement à l'assemblage de celui-ci, puis cet assemblage. 11. Application d'un module selon l'une des revendications 1 à 8 pour un véhicule de transport terrestre, aérien ou aquatique, pour le bâtiment ou le mobilier urbain.