Brevet FR2951021A1 — publié le 20110408

La présente invention concerne un dispositif permettant d'augmenter la quantité d'électricité produite par mètre carré de panneau solaire. La technologie existante de production d'énergie électrique par utilisation du rayonnement solaire ne permet de capter et d'utiliser qu'une partie des photons émis par le soleil, de ce fait l'efficacité de la technologie existante commercialisée est limitée par un rendement ne dépassant pas les 20 %. Par exemple pour un rayonnement solaire de 1 000 Watt/m2, les modules photovoltaïques commercialisés ne permettent de récupérer, dans le meilleur des cas, que 20 % Watt crête, soit 200 Watt/m2. Le dispositif selon l'invention permet de canaliser les photons, tout en augmentant leur énergie, afin qu'ils soient mieux captés et concentrés en direction d'un plus grand nombre de cellules photovoltaïques et de densifier ainsi la production d'électricité par mètre carré de module. II comporte selon une première caractéristique un module présentant une superposition de cellules photovoltaïques sur deux niveaux et plus permettant d'accroitre la quantité de photons récupérés par mètre carré de module. La réception des photons sur les cellules photovoltaïques et plus particulièrement pour celles des niveaux inférieurs est amplifiée par l'intégration dans le dispositif de plusieurs systèmes de canalisation et de concentration de photons. Selon des modes particuliers de réalisation : Le module comporte deux niveaux ou plus de cellules photovoltaïques juxtaposées l'un au dessus de l'autre, les niveaux étant distant entre eux de plusieurs centimètres. Le niveau le plus proche de la vitre de sécurité trempée est dit premier niveau, le niveau le plus éloigné est dit dernier niveau, les autres niveaux sont dits niveaux intermédiaires. Le premier niveau et les niveaux intermédiaires sont constitués de plusieurs bandes de cellules photovoltaïques espacées entre elles, et ceci afin que tous les niveaux de cellules photovoltaïques soient exposés au rayonnement solaire. - Le module comporte un canalisateur de photons, fig.1 (4) et fig. 3, positionné en périphérie du module entre la vitre de sécurité trempée, fig. 1 (3), et le dernier niveau de cellules photovoltaïques, et ceci afin qu'un maximum de rayonnements solaires soient réorientés vers les cellules photovoltaïques de chacun des niveaux. - Des systèmes canalisateurs et concentrateurs de photons, fig. 1 & 2 (10), sont intégrés sur le premier niveau et les niveaux intermédiaires. Ces système ont pour fonction de limiter les zones d'ombres portées sur les surfaces des cellules photovoltaïques des niveaux intermédiaires et du dernier niveau, soit ce que nous appelons l'effet de masque afin que la performance du module soit optimale. Ces systèmes permettent donc de limiter l'effet de masque sur les cellules photovoltaïques des niveaux intermédiaires et celles du dernier niveau en canalisant les photons vers les zones d'ombres. - Certaines surfaces du module sont imprimées d'un traitement à base de roches volcaniques, et ceci afin de générer un champ électromagnétique. Ce champ électromagnétique généré a pour objet de repousser les photons vers les cellules photovoltaïques tout en augmentant leur fréquence de longueur d'onde et donc leur énergie. En effet, le photon est une particule qui se déplace associée à une onde électromagnétique. Plus la fréquence de cette onde est grande, plus l'énergie du photon est importante, et par de la même plus l'énergie reçue par les cellules photovoltaïques sera maximale. Les surfaces traitées à base de ce revêtement de roche volcanique sont les surfaces inférieures du premier niveau, fig.1 (11), et des niveaux intermédiaires, ainsi que le canalisateur de photons, fig. 1 (4). Les photons sont ainsi piégés dans certaines zones du module et ceci afin de faire en sorte qu'ils finissent par être reçus par les cellules photovoltaïques des niveaux intermédiaires et celles du dernier niveau. Les roches volcaniques utilisées sont celles de structure cryptocristalline et celles de structure microlithique. Les structures microlithiques sont des minéraux formés de microlites, structures que l'on retrouve dans le basalte qui se forme lors d'un refroidissement rapide du magma en lave basaltique, Deux types de microlites sont utilisés et associés entre eux après traitement : des microlites fluidales et des microlites porphyriques. Ces deux types de microlites sont ensuite associés aux petits cristaux qui composent les cryptocristallines. La mise en oeuvre de ce revêtement se fait en plusieurs étapes : La première étape consiste à utiliser une peinture que l'on vient mélanger avec un durcisseur, de l'eau, et la texture de minéraux volcanique dans les proportions (100 / 20 / 15 / 10). Cette peinture utilisée est une peinture de fixation et de finition en polyuréthane satinée. La seconde étape consiste à faire reposer la solution ainsi réalisée pendant 2 heures. La dernière étape consiste à passer la solution obtenue dans un mélangeur afin que la solution soit prête à être appliquée. L'application de la solution se fait sur une plaque d'alliage léger, d'aluminium 35 ou de matériaux composites. L'application se fait en 2 couches croisées pour atteindre une épaisseur entre 20 et 60 microns. - Un dispositif d'entrée d'air constante et permanente, fig. 1 (9) et fig. 9 (9), est prévu sur le module afin de garder une température ambiante acceptable autour des cellules photovoltaïques, et obtenir ainsi un meilleur rendement. L'air introduit au sein du module est aussi, grâce à ce dispositif, filtré de ses effets mécaniques néfastes au bon fonctionnement des cellules photovoltaïques. L'entrée et la sortie d'air sont calculées afin de faciliter la convection naturelle de l'air au sein du module. Ces entrées d'air sont positionnées dans la feuille isolante, fig.1 (6) en partie inférieure du module. - Une fine couche de protection est apposée sur les cellules photovoltaïques afin de supprimer les effets néfastes des effets mécaniques, de l'humidité, de développements bactériologiques, ..., et ceci afin que l'efficacité des cellules ne soit pas altérée dans le temps. - La vitre sécurit trempée, fig.1 (3), nécessaire à la protection du module contre les intempéries climatiques, est parcheminée de petites cellules photovoltaïques 15 intégrées dans la vitre. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en coupe, le dispositif de l'invention. La figure 2 représente en vue de dessus, le dispositif de l'invention. La figure 3 représente le système de canalisateur de photons positionné en 20 périphérie du module. Les figures 4 & 5 représentent les systèmes de canalisateurs et de concentrateurs de photons intégrés dans le premier niveau et dans les niveaux intermédiaires. La figure 6 représente le système d'entrée d'air. La figure 7 représente la connectique du second niveau des cellules photovoltaïques. 25 La figure 8 représente la connectique du premier niveau des cellules photovoltaïques La figure 9 représente la connectique du module vue de dessous En référence à ces dessins, le dispositif comporte un cadre en aluminium supportant l'ensemble de la structure du module. Le module comprend deux ou plusieurs niveaux de cellules photovoltaïques. Dans la forme de réalisation selon la 30 figure 1, le module comprend seulement deux niveaux. Une vitre de sécurité trempée est positionnée en partie haute du module afin de protéger les cellules photovoltaïques des agressions extérieures, tout en permettant de laisser passer les rayonnements solaires. Des cellules photovoltaïques peuvent être incorporées à l'intérieur de la vitre de sécurité trempée et ceci afin d'augmenter 35 le rendement de production d'énergie électrique. Le premier niveau, fig.1 (1) et fig. 2 (1), et les niveaux intermédiaires sont constitués de bandes de cellules photovoltaïques. Ces bandes de cellules photovoltaïques sont séparées par des vides permettant le passage du rayonnement solaire vers les cellules photovoltaïques des niveaux inférieurs. Des vides sont aussi positionnés entre les bandes de cellules périphériques et le cadre d'aluminium, fig. 1 (5). Ces vides ont aussi pour objet de faciliter la circulation de l'air et limiter ainsi la température ambiante au sein du module. Ceci a pour effet de garantir un bon rendement énergétique des cellules photovoltaïques. Un canalisateur de photons, fig. 1 (4) et fig.3, est positionné sur toute la périphérie du module, de la vitre de sécurité trempée, fig. 1 (3), jusqu'au dernier étage, fig.1 (2) et fig. 2 (2). Ce canalisateur permet de canaliser le flux de photons vers les cellules photovoltaïques du premier niveau, fig. 1 (1) et fig. 2 (1), mais aussi pour une moindre part vers les cellules photovoltaïques des niveaux intermédiaires et vers celles du dernier niveau. Ce canalisateur est imprimé de plusieurs bandes, fig. 3 (1), d'un revêtement à base de roche volcanique espacées entre elles par un réfléchissant de lumière, fig. 3 (2, 3 et 4). Des dispositifs, fig.1 (10, fig.2 (10), fig. 4 et 5 permettent de canaliser le rayonnement solaire et de concentrer les photons vers les niveaux inférieurs afin de limiter les zones d'ombre. Ces dispositifs, de forme octogonale, sont intégrés au premier niveau et aux niveaux intermédiaires. Sur la surface inférieure du premier niveau, fig. 1 (11) et des niveaux intermédiaires un revêtement à base de roche volcanique a été spécialement placé afin de réfléchir et renvoyer les photons vers les cellules photovoltaïques des niveaux inférieurs. Sur la face inférieure de chacun des niveaux, des points d'ancrage, fig. 7 (5) et fig. 8 (6), sont réalisés permettant l'installation de prises de terre, et ceci afin d'éviter les effets néfaste des courts circuits sur les cellules photovoltaïques. L'ensemble de la connectique de prise de terre des divers étages est relié au câble de prise de terre principal, fig. 9 (3), grâce un boîtier de connexion, fig. 9 (2), positionnée sur la face inférieure du module. Chaque bande de cellules photovoltaïques du premier niveau et des niveaux intermédiaires a sa propre connectique (prise de terre, fig. 9 (4), phase, fig. 9 (5), et neutre, fig. 9 (6)) Des dispositifs de filtration, fig. 1 (9) et fig. 6, sont installés sur la partie inférieure du module. Chaque dispositif se compose d'une casquette de sécurité d'entrée d'air, fig. 9 (7), ayant pour fonction d'éviter l'entrée dans le module de tout 2951021 5- corps liquide, de trois grilles juxtaposées, fig.6 (8), d'une première chambre de condensation thermique, fig. 6 (9), permettant la condensation de l'eau résiduelle encore présente dans l'air, d'un premier filtre de particules en polymère, fig. 6 (6), permettant de procéder à une première captation de particules et d'humidité, 5 d'un second filtre en polymère, fig. 6 (4), permettant la captation des microparticules résiduelles, d'une seconde chambre de condensation thermique, fig. 6 (), d'une plus grande capacité afin d'y maintenir l'air plus longtemps, d'un troisième filtre en tissus, fig. 6 (1), avec à l'intérieur un cylindre en mousse afin de parfaire la finition du filtrage des micro-matières, d'un quatrième filtre en polymère, fig. 6 (2), installé sur une grille 10 rigide afin de faire la jonction ces dispositifs et le module. Un déshumidificateur d'air à base de microbilles est installé dans le premier filtre, fig. 6 (6). Les trous présents sur les trois niveaux de grilles, fig. 6 (8), sont réalisés en décalé afin que tous corps liquides soient piégé et ne rentrent pas à l'intérieur du module. Des pièges à microgouttelettes, fig. 6 (5), sont positionnés sur les faces de la seconde chambre de 15 condensation. Le dispositif selon l'invention est destiné à la production d'électricité avec un haut rendement de production par mètre carré de module. REVENDICATIONS1) Dispositif de production d'électricité à haut rendement caractérisé en ce qu'il comporte un module présentant au moins deux niveaux, (1 et 2), de cellules photovoltaïques juxtaposées l'une au dessus de l'autres, et plusieurs systèmes permettant de canaliser, de concentrer et piéger une quantité plus importante de photons, tout en augmentant leur énergie 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un canalisateur de photons, (4), positionné en périphérie du module entre une vitre de sécurité trempée , (3), et le premier niveau, (1), de cellules photovoltaïques,. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une impression de certaines surfaces du module, (4), d'un revêtement à base de roches volcaniques. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un système, (10), permettant de limiter les zones d'ombres portées sur la surface des cellules photovoltaïques des niveaux inférieurs, (2). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un film de protection est apposé sur les cellules photovoltaïques des divers niveaux afin d'assurer leur protection contre les effets mécaniques, l'humidité, et les développements bactériologiques. 6) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les surfaces inférieures du premier niveau et des niveaux intermédiaires, (11) ainsi que le canalisateur de photons, (4), se voient appliquer un traitement de surface à base de roche volcanique afin de piéger les photons dans certaines zones du module. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 6 caractérisé en ce que la vitre, (3), peut être parcheminée de petites cellules photovoltaïques intégrées dans la vitre. 8) Dispositif l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que des entrées d'air, (7), sont positionnés dans une feuille isolante, (6) située sur la face inférieure du module. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que la forme de réalisation permet le refroidissement des cellules photovoltaïques par convection naturelle de l'air autour de chaque niveau (8), et ceci afin d'assurer une température ambiante acceptable pour le bon fonctionnement et le rendement des cellules photovoltaïques. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que l'air introduit au sein du module est filtré (9), de ses effets mécaniques néfastes au bon fonctionnement des cellules photovoltaïques.