Brevet FR2948499A1 — publié le 20110128

PROCEDE D'ENCAPSULATION DE CELLULES PHOTOVOLTAIQUES DESTINEES A PRODUIRE DE L'ELECTRICITE PAR EXPOSITION AU SOLEIL. L'invention se rattache au secteur technique des cellules photovoltaïques, en silicium monocristallin, polycristallin, amorphe et autres qui sont intégrées dans des supports de toute matière du type tuile, panneaux et encadrements destinés à cette fin. La cellule photovoltaïque est un composant électronique qui est la base des installations produisant cette énergie. Elle fonctionne sur le principe de l'effet photoélectrique. Plusieurs cellules sont reliées entre-elles sur un module solaire photovoltaïque, plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire. L'énergie solaire photovoltaïque est une forme d'énergie électrique produite à partir du rayonnement solaire. L'énergie solaire étant une énergie renouvelable, l'énergie solaire photovoltaïque l'est aussi. Selon l'art antérieur, ces cellules sont disposées en groupe sensiblement de mêmes caractéristiques techniques. Elles sont disposées en série et en parallèles pour permettre leur utilisation à des tensions et des courants tout en assurant leur isolation électrique et leur protection contre les facteurs environnementaux extérieurs. Selon la pratique actuelle, la protection des cellules doit permettre une durée de vie supérieure ou égale à 20 ans. La mise en oeuvre actuelle s'effectue de la manière suivante : les cellules sont mises en sandwich entre deux plaques de verre avec interposition d'un matériau encapsulant sous forme d'un polymère par exemple du type EVA constituant une résine transparente en toute autre polymère équivalent. Le problème posé réside en ce que ce polymère est fusible à 150°C soit à une température élevée qu'il faut maintenir et ainsi par le fait que la réticulation de cette matière, ou résine doit se faire dans une chambre à vide susceptible d'atteindre ladite température de 150°C et ce dans un laps de temps relativement long de l'ordre de 15mn.. La mise en oeuvre du procédé actuel présente ainsi certains inconvénients : - l'opération d'encapsulation reste longue, avec des cadences de fabrication relativement limitées de par la nécessité d'exécution de différentes phases opératoires. - La mise sous vide requiert un matériel coûteux. En égard du fort développement de ce type de produits finis pour assurer la production d'électricité aussi bien pour répondre à des besoins individuels générant de faibles surfaces de pose, que de besoins industriels et collectifs, la démarche des demandeurs a été de réfléchir comment simplifier la production d'encapsulation desdites cellules avec une réduction des coûts d'obtention, des temps d'exposition, et aussi assurer une meilleure productivité avec la possibilité d'encapsuler une à une quantité plus importante de cellules encapsulées à la fois. Il restait aussi à considérer que les cellules photovoltaïques sont fragiles en elles-mêmes et qu'elles ne doivent pas être sollicitées à des contraintes extérieures trop fortes susceptibles de les dégrader et de les détériorer. En égard de ces contraintes, les demandeurs se sont orientés de manière tout à fait inattendue par rapport aux connaissances de l'art antérieur en rapport avec l'encapsulation de cellules photovoltaïques sur les technologies : a) de l'enrobage d'un polymère plastique en 'injection des plastiques verticale ou horizontale, technologie qui génère des contraintes de pression fortes notamment pouvant être en contradiction avec la fragilité desdites cellules. D'autres techniques liées à la plasturgie conviennent : coulage, pultrusion coating, lamination, thermoformage, extrusion plaques et feuilles, profiles b) de l'enrobage par une colle ou une résine, un vernis ou un silicone qui durcissent par UV. Cette orientation de recherche a fait l'objet de premières études et expérimentations qui apparaissent répondre de manière satisfaisante à la problématique du demandeur et répondre aux objectifs recherchés. Selon une première caractéristique de l'invention la mise en oeuvre d'un procédé d'encapsulation des cellules photovoltaïques destinées à produire de l'électricité par exposition au soleil s'effectue par l'enrobage desdites cellules par une matière ou matériau faisant l'objet d'un durcissement et encapsulant totalement la ou lesdites cellules pour l'obtention d'un produit ou semi-produit incluant et protégeant lesdites cellules destinées à fabriquer de l'électricité. Selon une autre caractéristique du procédé, l'encapsulation desdites cellules s'effectue par injection plastique dans un moule récepteur desdites cellules d'un polymère d'enrobage puis à procéder au durcissement de la matière plastique. Selon une autre caractéristique, le procédé d'encapsulation desdites cellules s'effectue après positionnement d'une ou d'un groupe de cellules sur un support à enrober. Dans ce dernier, une colle ou une résine, un vernis ou un silicone puis à procéder au durcissement de cette matière par rayons ultra- violets en encapsulant totalement la ou lesdites cellules afin de les protéger. Selon une autre caractéristique, le procédé met en oeuvre séparément ou successivement en deux temps et dans un ordre indéterminé les phases d'enrobage des cellules d'une part par injection d'un polymère plastique puis d'autre part par enrobage d'une colle ou d'une résine, un vernis ou un silicone et durcissement ensuite. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. - La figure 1 illustre le produit obtenu c'est-à-dire d'un ensemble cellules photovoltaïques enrobé selon le procédé de l'invention - La figure 2 illustre un exemple de moule mettant en oeuvre l'invention. 20 Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. Selon l'invention, le procédé d'encapsulation des cellules photovoltaïques destinées à produire de l'électricité par exposition au soleil s'effectue par l'enrobage desdites cellules par une matière ou matériau 25 faisant l'objet d'un durcissement et encapsulant totalement la ou lesdites cellules pour l'obtention d'un produit ou semi-produit incluant et protégeant lesdites cellules destinées à fabriquer de l'électricité.15 Dans une première mise en oeuvre, le procédé consiste après positionnement d'une ou d'un groupe de cellules dans un moule, à injecter dans ce dernier une matière plastique constituée par un polymère d'enrobage, puis à procéder au durcissement de ce polymère plastique en encapsulant totalement la ou lesdites cellules afin de les protéger. Cette injection plastique peut s'effectuer selon la technologie habituelle connue en haute pression ou en basse pression. L'injection haute pression et compression s'effectue à une température comprise entre 175 et 300°C, et la pression comprise entre 1 et 650 bars. Cette injection peut être verticale ou horizontale par bi ou tri injection. L'injection basse pression est effectuée par coulée dans un moule en verre avec joint en caoutchouc ou silicone. Le polymère plastique pouvant être utilisé est du type MMA, PMMA, ASA, PET, ou autres. colle UV, résine UV, silicone UV, sous forme de granulés, poudres, liquides, fibres compact, mélange maitres. 20 Selon le procédé, on introduit dans le moule la ou les cellules photovoltaïques suivant la taille de la presse. On réalise ensuite le vide d'air dans le moule pour l'injection de la matière en fusion. On a représenté figure 2 le moule référencé par (1) qui comprend des arrivées matières (7) pouvant se situer à tout endroit approprié. Les cellules (2) photovoltaïques sont 25 disposées dans le moule sur une pièce primaire (3) avec intégration ou non de part et d'autre d'inserts de toute nature (4) (5). Une injection secondaire (6) peut être envisagée pour recouvrir la partie supérieure des cellules.15 Les cellules peuvent être disposées sur le support primaire (3) en vue d'une première injection puis transférée dans un second moule pour une seconde injection. Les inserts peuvent être de toute nature, films, résines conductrices, plaques métalliques, câbles électriques, organes de refroidissement. Le produit obtenu incluant la ou les cellules photovoltaïques enrobées de la matière plastique peuvent être considérées selon la configuration du moule, soit comme des produits finis (tuiles, panneaux, écailles, porte, vitres, décors, textile et habillement, toit ouvrant et tout autres supports susceptible d'intégrer une enveloppe photovoltaïque encapsuler par plastification, etc ) soit être rapporté sur un constituant de bâtiments tels que tuiles, écaille de bardage, pare-soleil, éléments de décors, etc. Selon la seconde mise en oeuvre, l'encapsulage des cellules s'effectue par enrobage d'une colle ou d'une résine, ou d'un vernis ou d'un silicone puis à procéder au durcissement par UV de la matière encapsulant totalement la ou lesdites cellules, pour l'obtention d'un produit ou semi-produit incluant et protégeant lesdites cellules destinées à fabriquer de l'électricité Le procédé selon l'invention permettant l'encapsulation de cellules photovoltaïques destinées à produire de l'électricité par exposition au soleil consiste après positionnement d'une ou d'un groupe de cellules sur un support, à enrober dans ce dernier une colle ou une résine, un vernis ou un silicone puis à procéder au durcissement de cette matière par UV en encapsulant totalement la ou lesdites cellules afin de les protéger. La dépose de la colle ou de la résine, ou du vernis ou du silicone qui durcissent par UV peut s'effectuer selon les technologies habituelles connues comme : Trempage, Fluage, Pulvérisation, Spin coating ou Sérigraphie. La dépose s'effectue à température ambiante. La dépose de silicone liquide est effectuée dans un moule spécifique. La colle, la résine, le vernis ou le silicone doivent être photodurcissable ou photoactivable par UV. Selon le procédé, on travaille dans une pièce sans lumière. On introduit dans le moule la ou les cellules photovoltaïques, on réalise ensuite la dépose sur une face de la colle, résine, vernis ou silicone sur une épaisseur variant de 100 à 250 �m, on réalise le séchage de la matière aux rayons ultraviolets, on réalise la dépose de la colle, résine, vernis ou similaire sur la deuxième face, on réalise le séchage sur la deuxième face, on trempe les cellules dans la matière à déposer. Les produits obtenus incluant la ou les cellules photovoltaïques enrobées dans la colle, le vernis, la résine ou le silicone peuvent être considérée selon la configuration du moule, soit comme des produits finis (tuiles, panneaux, écailles, porte, vitres, décors, textile et habillement, toit ouvrant et tout autres supports susceptible d'intégrer une enveloppe photovoltaïque encapsuler par plastification, etc ) soit être rapporté sur un constituant de bâtiments tels que tuiles, écaille de bardage, pare-soleil, éléments de décors, etc. . Selon l'invention, le procédé peut mettre en oeuvre séparément ou successivement en deux temps et dans un ordre indifférent les phases d'enrobage des cellules d'une part par injection d'un polymère plastique et d'autre part par enrobage d'une colle ou de résine, vernis ou silicone et durcissement ensuite. Le procédé de mise en oeuvre selon l'invention offre de grands avantages. Il réduit de manière conséquente les temps de fabrication et de séchage et de durcissement qui sont pour ce dernier situé dans une fourchette entre 10 et 90 secondes, comparativement au temps de 15 minutes nécessaire à la mise sous vide selon l'art antérieur. Le nombre de cellules ou de groupes de cellules pouvant être insérés dans le moule peut être plus important dans la mise en oeuvre de l'invention. Le procédé selon l'invention met en oeuvre des technologies de plasturgie par injection connues ou de dépose de colles, résines, vernis ou silicones mais totalement innovantes par rapport au problème posé et à l'application de l'invention, ce qui évite la mise en oeuvre de matériel et d'investissements lourds tels que ceux nécessaire à la mise sous vide dans l'art antérieur. Le durcissement des colles, résines, vernis et silicones s'effectue par rayons ultraviolets de préférence. La protection des cellules photovoltaïques est assurée par la qualité du matériau d'enrobage, son épaisseur, ses caractéristiques et en fonction des applications de l'invention, on pourra mettre en oeuvre des variantes des caractéristiques du matériau d'enrobage. Les essais et expérimentations effectués du procédé de l'invention apparaissent très encourageants et performants.