Brevet FR3054075A1 — 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 15 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 "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 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. 30 Un réseau photovoltaïque est un assemblage ou pavage de 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 35 avoir les meilleurs facteurs de conditionnement ou "packing factor" en langue 20 25 3054075 2 anglaise, ou en d'autres termes les meilleurs rapports entre la surface de cellules photovoltaïques par rapport à la surface du support, ou compacité du pavage. 5 Les cellules native, i.e. circulaires, sont les plus économiques, car 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 15 le réseau, et implique la perte d'une bonne partie de la cellule initialement produite 3 (nativement circulaire). Pour des cellules photovoltaïques carrées 1 ou demi-carrées 2 on utilise 63 `)/0 de la cellule native circulaire 3, donc on en perd 37 %, et la 20 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 coin biseauté. 25 Enfin le compromis observé est généralement l'utilisation de cellules carrées 4, ou demi-carrées 5, à coins biseautés, comme illustrées respectivement sur les figures 3 et 4. 30 De telles cellules photovoltaïques 4, 5 permettent de limiter les pertes sur la cellule native circulaire 3, typiquement 10 à 18 % de perte et permettent d'obtenir un pavage avec un bon facteur de compacité, typiquement de l'ordre de 83 à 94 %, la partie laissée libre par le coin biseauté étant généralement utilisée pour positionner les diodes de 35 protection permettant d'éviter que des cellules non éclairées, ou avec une 3054075 3 défaillance se comportent comme des cellules réceptrices, dissipant la puissance générée par d'autres cellules. Les diodes de protection ou diodes de "by-pass" en langue 5 anglaise, permettent d'éviter cela, et sont connectées en parallèle de chaque cellule. 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, 10 qui permettent d'utiliser une plus grande partie de la cellule native circulaire 3. 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 protection. Un but de l'invention est d'optimiser à la fois les pertes de 20 découpe des cellules natives ou wafer, et la compacité du pavage des cellules obtenues. Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, une cellule photovoltaïque de forme en demi-hexagone régulier dont les alentours des 25 sommets sont tronqués de sorte que la troncature corresponde à une portion d'un demi-cercle dont la base et diamètre est superposée et centrée sur la base du demi-hexagone, la base du demi-hexagone étant comprise entre 1 Let 3 fois le diamètre du demi-cercle. v 30 Une telle forme de cellule photovoltaïque permet d'optimiser à la fois les pertes de découpe des cellules natives ou wafer de forme circulaire, et la compacité du pavage des cellules obtenues. Selon un mode de réalisation, la base du demi-hexagone vaut 35 161.1 mm pour un substrat de 150 mm de diamètre. 3054075 4 Cette valeur est optimale. Dans un mode de réalisation, le diamètre du demi-cercle est de 5 100 MM ou de 150 mm. Un tel diamètre correspond à un diamètre classique de cellules photovoltaïques natives ou wafer, donc accessibles à coûts limités. 10 Selon un mode de réalisation, il est également proposé un réseau de cellules photovoltaïques telles que précédemment décrites, dans lequel lesdites cellules sont alignées sur au moins une rangée, de sorte que, dans une rangée de cellules, la base d'une cellule est alternativement sur un bord de la rangée puis sur l'autre bord de la rangée. 15 Un tel pavage d'une telle cellule optimise à la fois les pertes de 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 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 protection disposées entre des cellules du réseau dans les 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 35 dessins annexés sur lesquels : 3054075 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 de deux cellules 20 photovoltaïques dans une cellule photovoltaïque native, selon un aspect de l'invention; la figure 8 illustre schématiquement les limites des demi-hexagones de troncature de deux cellules photovoltaïques 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 sont découpées deux cellules photovoltaïques 8 selon un aspect de l'invention. La découpe de la cellule photovoltaïque native circulaire 3 est 3054075 6 faite selon deux demi-hexagones tels que la base d'un demi-hexagone est alignée et centrée sur un diamètre de la cellule photovoltaïque native circulaire 3, la base du demi-hexagone étant comprise entre 1 fois et fois le diamètre de la cellule photovoltaïque native circulaire 3. Ainsi, au final, 5 chacune des deux cellules photovoltaïques selon un aspect de l'invention est de forme en demi-hexagone régulier dont les alentours des sommets sont tronqués de sorte que la troncature 9 corresponde à une portion d'un demi-cercle dont la base et diamètre est superposée et centrée sur la base du demi-hexagone, la base du demi-hexagone étant comprise entre 1 et à fois 10 le diamètre du demi-cercle de la cellule photovoltaïque native circulaire 3. La figure 8 illustre les demi-hexagones 10 et 11 dont les bases mesurent respectivement le diamètre et fois le diamètre de la cellule photovoltaïque native circulaire 3. 15 La figure 9 représente schématiquement une petite portion d'un réseau ou pavage de cellules 8 selon l'invention, sur laquelle est représentée uniquement deux cellules 8 respectivement sur deux colonnes 12 et 13 de cellules alignées adjacentes. Typiquement, les écarts entre deux cellules 8 20 du réseau et de 0,8 mm, comme représenté sur la figure 9.Pour deux colonnes adjacentes consécutives 12, et 13, la base des cellules d'une colonne 12 sont disposés en en bas des cellules 8, et inversement en haut des cellules 8 sur la colonne adjacente 13, et ainsi de suite. 25 Les espaces correspondant aux troncatures 9 permettent de disposer des diodes de protection 14. 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 30 régulier. Sur l'exemple illustré sur la figure 9, les diodes de protection sont disposées dans la partie tronquée d'un sommet n'appartenant pas à la base du demi-hexagone pour une colonne, et, pour une colonne adjacente, sur 3054075 7 l'autre sommet n'appartenant pas à la base du demi-hexagone, et ainsi de suite. Cette géométrie de cellule photovoltaïque 8 en demi-hexagone 5 aux sommets arrondis permet d'avoir un réseau ou pavage associé qui maximise 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 demi-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. 15 REVENDICATIONS1. Cellule photovoltaïque (8) de forme en demi-hexagone régulier dont les alentours des sommets sont tronqués de sorte que la troncature (9) corresponde à une portion d'un demi-cercle (3) dont la base et diamètre est superposée et centrée sur la base du demi-hexagone, la base du demi-hexagone étant comprise entre 1 et -à fois le diamètre du demi-cercle (3). 2. Cellule photovoltaïque (8) selon la revendication 1, dans laquelle la base du demi-hexagone vaut 161.1 mm pour un diamètre de 150 mm. 3. Cellule photovoltaïque (8) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le diamètre du demi-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 alignées sur au moins une rangée (12, 13), de sorte que, dans une rangée de cellules (12, 13), la base d'une cellule (8) est alternativement sur un bord de la rangée (12, 13) puis sur l'autre bord de la rangée (12, 13). 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