Brevet FR3054076A1 — publié le 20180119

Cellule photovoltaïque et pavage associé L'invention porte sur une cellule photovoltaïque et un pavage associé. La présente invention concerne les cellules et réseaux électriques photovoltaïques. Une cellule photovoltaïque, également dénommée cellule solaire, est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), produit de l'électricité grâce à l'effet photovoltaïque. La puissance électrique obtenue est proportionnelle à la puissance lumineuse incidente sur la cellule photovoltaïque et à la surface de la cellule. Les cellules photovoltaïques les plus utilisées sont à base de semi-conducteurs, principalement à base d'Arseniure de Gallium (AsGa). Les cellules photovoltaïques sont produites sur un substrat, ou 20 "wafer" en langue anglaise, qui est une structure cristalline nativement circulaire mais ensuite découpée suivant la géométrie souhaitée, appelée encore cellule native. Le cellules photovoltaïques sont ensuite équipées 25 d'interconnecteurs, recouvertes d'un verre de protection, ou "coverglass" en langue anglaise, et équipées d'une diode de protection à assembler à côté de la cellule photovoltaïque, dans la plupart des technologies. Un réseau photovoltaïque est un assemblage ou pavage de 30 cellules photovoltaïques qui sont pavées côte à côte. Un réseau optimal est donc construit à partir de formes élémentaires qui peuvent s'imbriquer (carrés, rectangles, hexagones...) afin d'éviter les pertes d'espace et pour avoir les meilleurs facteurs de conditionnement ou "packing factor" en langue anglaise, ou en d'autres termes les meilleurs rapports entre la surface de 3054076 2 cellules photovoltaïques par rapport à la surface du support, ou compacité du pavage. Les cellules native, i.e. circulaires, sont les plus économiques, car 5 elles ne génèrent pas de déchets ou pertes de découpe, mais leur pavage est loin d'être optimal et laisse beaucoup de zones vides sur l'assemblage ou pavage ou panneau, conduisant à des surcoûts pour avoir des panneaux plus nombreux ou plus grands pour une puissance donnée. 10 Le réseau ou pavage généralement choisi par les constructeurs actuels consiste souvent à prendre des cellules carrées 1, comme illustrées sur la figure 1, ou demi-carrées 2, comme illustrées sur la figure 2 (pour des raisons de procédé de fabrication, mais le principe reste identique), pour faire le réseau, et implique la perte d'une bonne partie de la cellule initialement 15 produite 3 (nativement circulaire). Pour des cellules photovoltaïques carrées 1 ou demi-carrées 2 on utilise 63 % de la cellule native circulaire 3, donc on en perd 37 %, et la compacité du pavage obtenu est de 100 %. Ces cellules s'utilisent lorsque la diode de protection est intégrée. Dans le cas d'utilisation de diodes discrètes à poser à côté des cellules, la solution est d'utiliser des formes carrées ou demi-carrées à coins biseautés. Enfin le compromis observé est généralement l'utilisation de 25 cellules carrées 4, ou demi-carrées 5, à coins biseautés, comme illustrées respectivement sur les figures 3 et 4. De telles cellules photovoltaïques 4, 5 permettent de limiter les pertes sur la cellule native circulaire 3, typiquement 10 à 18 ()/0 de perte et 30 permettent d'obtenir un pavage avec un bon facteur de compacité, typiquement de l'ordre de 83 à 94 %, la partie laissée libre par les coins biseautés étant généralement utilisée pour positionner les diodes de protection permettant d'éviter que des cellules non éclairées, ou avec une défaillance se comportent comme des cellules réceptrices, dissipant la 35 puissance générée par d'autres cellules. 3054076 3 Les diodes de protection ou diodes de "by-pass" en langue anglaise, permettent d'éviter cela, et sont connectées en parallèle de chaque cellule. 5 Il est également connu d'utiliser des cellules en forme de lune 6 ou de demi-lune 7 comme représentées respectivement sur les figures 5 et 6, qui permettent d'utiliser une plus grande partie de la cellule native circulaire 3. 10 De telles cellules photovoltaïques permettent de limiter les pertes sur la cellule native circulaire, typiquement 2 % de perte mais ont un pavage avec un facteur de compacité limité, typiquement de l'ordre de 91 %, la partie laissée libre étant généralement utilisée pour positionner les diodes de 15 protection. Un but de l'invention est d'optimiser à la fois les pertes de découpe des cellules natives ou wafer, et la compacité du pavage des cellules obtenues. 20 Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, une cellule photovoltaïque de forme en hexagone régulier dont les alentours des sommets sont tronqués de sorte que la troncature corresponde à une portion de cercle concentrique avec l'hexagone, la longueur d'un segment reliant deux sommets opposés de l'hexagone étant comprise entre 1 et i2 fois le diamètre du cercle. Une telle forme de cellule photovoltaïque permet d'optimiser à la fois les pertes de découpe des cellules natives ou wafer, et la compacité du 30 pavage des cellules obtenues. Selon un mode de réalisation, la longueur d'un segment reliant deux sommets opposés de l'hexagone est de 161.1 mm pour un substrat de 150 mm de diamètre. 35 3054076 4 Cette valeur est optimale. Dans un mode de réalisation, le diamètre du cercle est de 100 mm ou de 150 mm. 5 Un tel diamètre correspond à un diamètre classique de cellules photovoltaïques natives ou wafer, donc accessibles à coûts limités. Selon un mode de réalisation, il est également proposé un réseau 10 de cellules photovoltaïques telles que précédemment décrites, dans lequel lesdites cellules sont disposées de sorte que les hexagones réguliers forment un nid d'abeille. Un tel pavage d'une telle cellule optimise à la fois les pertes de 15 découpe des cellules natives ou wafer, et la compacité du pavage des cellules obtenues. En effet, un tel pavage permet de limiter les pertes sur la cellule native circulaire, typiquement 3 % de perte et permettent d'obtenir un pavage 20 avec un bon facteur de compacité, typiquement de l'ordre de 95 %, la partie laissée libre étant généralement utilisée pour positionner les diodes de protection. Dans un mode de réalisation, le réseau comprend des diodes de 25 protection disposées entre des cellules du réseau dans des parties correspondant auxdites parties tronquées. Les coins tronqués permettent donc à la fois d'augmenter l'utilisation du wafer et de positionner les diodes de protection. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : 3054076 5 la figure 1 illustre schématiquement la découpe d'une cellule photovoltaïque carrée dans une cellule photovoltaïque native, selon l'état de l'art; la figure 2 illustre schématiquement la découpe de deux cellules 5 photovoltaïques demi-carrées dans une cellule photovoltaïque native, selon l'état de l'art; la figure 3 illustre schématiquement la découpe d'une cellule photovoltaïque carrée à coins biseautés dans une cellule photovoltaïque native, selon l'état de l'art; 10 la figure 4 illustre schématiquement la découpe de deux cellules photovoltaïques demi-carrées à coins biseautés dans une cellule photovoltaïque native, selon l'état de l'art; la figure 5 illustre schématiquement la découpe d'une cellule photovoltaïque en forme de lune dans une cellule photovoltaïque 15 native, selon l'état de l'art; la figure 6 illustre schématiquement la découpe de deux cellules photovoltaïques en forme de demi-lunes dans une cellule photovoltaïque native, selon l'état de l'art; la figure 7 illustre schématiquement la découpe d'une cellule 20 photovoltaïque dans une cellule photovoltaïque native, selon un aspect de l'invention; la figure 8 illustre schématiquement les limites de l'hexagone de troncature d'une cellule photovoltaïque dans une cellule photovoltaïque native, selon un aspect de l'invention; 25 et la figure 9 illustre schématiquement un réseau ou pavage de cellules photovoltaïques, selon un aspect de l'invention. 30 Sur les différentes figures, les éléments ayant des références identiques sont identiques. Sur la figure 7 est représentée une cellule native 3 circulaire dans laquelle est découpée une cellule photovoltaïque 8 selon un aspect de 35 l'invention. La découpe de la cellule photovoltaïque native circulaire 3 est 3054076 6 faite selon un hexagone tel concentrique avec la cellule photovoltaïque native circulaire 3, la longueur d'un segment reliant deux sommets opposés de l'hexagone étant comprise entre 1 et à fois le diamètre du cercle 3. Ainsi, au final, une cellule photovoltaïque selon un aspect de l'invention est de 5 forme en hexagone régulier dont les alentours des sommets sont tronqués de sorte que la troncature 9 corresponde à une portion d'un cercle concentrique avec l'hexagone, la longueur d'un segment reliant deux sommets opposés de l'hexagone étant comprise entre 1 et L, fois le V 3 diamètre du cercle 3. La figure 8 illustre les hexagones 10 et 11 dont les longueurs d'un segment reliant deux sommets opposés de l'hexagone mesurent respectivement le diamètre et fois le diamètre de la cellule photovoltaïque native circulaire 3. En l'espèce, les diodes de protection 14 sont disposées dans la partie tronquée 9 d'un sommet de sorte que leur disposition forme un motif régulier. 20 La figure 9 représente schématiquement une petite portion d'un réseau ou pavage de cellules 8 selon l'invention, sur laquelle est représentée uniquement quatre cellules 8 telles que les hexagones réguliers forment un nid d'abeille. Typiquement, les écarts entre deux cellules 8 du réseau et de 0,8 mm, comme représenté sur la figure 9. 25 Les espaces correspondant aux troncatures 9 permettent de disposer des diodes de protection 14. En l'espèce, pour deux colonnes adjacentes 12 et 13 les diodes de protection sont disposées, pour une colonne 12, dans la partie tronquée d'un sommet inférieur gauche des 30 hexagones de la colonne 12, et pour une colonne adjacente 13, dans la partie tronquée d'un sommet supérieur gauche des hexagones de la colonne 12. En variante, toute autre disposition régulière des diodes est possible. Cette géométrie de cellule photovoltaïque 8 en hexagone aux 35 sommets arrondis permet d'avoir un réseau ou pavage associé qui maximise 10 15 3054076 7 la taille de la cellule par rapport à la cellule native circulaire tout en ayant un taux de remplissage ou compacité du réseau associé excellent. L'invention consiste à découper la cellule photovoltaïque en 5 hexagone à coins arrondis afin d'optimiser le "packing factor" ou compacité du pavage ou réseau de cellules et la découpe de la cellule et permet à la fois de profiter de découpes sur les bords du wafer qui sont de toute façon passivée et d'autoriser une petite perte de surface pour installer une diode de protection. 10 REVENDICATIONS1. Cellule photovoltaïque (8) de forme en hexagone régulier dont les alentours des sommets sont tronqués de sorte que la troncature (9) corresponde à une portion de cercle (3) concentrique avec l'hexagone, la longueur d'un segment reliant deux sommets opposés de l'hexagone étant comprise entre 1 et3- fois le diamètre du cercle (3). 10 2. Cellule photovoltaïque (8) selon la revendication 1, dans laquelle la longueur d'un segment reliant deux sommets opposés de l'hexagone est de 161.1 mm pour un diamètre de 150 mm 3. Cellule photovoltaïque (8) selon la revendication 1 ou 2, dans 15 laquelle le diamètre du cercle est de 100 mm ou de 150 mm. 4. Réseau de cellules photovoltaïques (8) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites cellules (8) sont disposées 20 de sorte que les hexagones réguliers forment un nid d'abeille. 5. Réseau de cellules photovoltaïques (8) selon la revendication 4, comprenant des diodes (14) de protection disposées entre des cellules du 25 réseau dans des parties correspondant auxdites parties tronquées (9). 6. Réseau de cellules photovoltaïques (8) selon la revendication 5, dans lequel la disposition des diodes de protection (14) forme un motif régulier. 30 35