Brevet FR3063575A1 — publié le 20180907

Cellule photovoltaïque équipée La présente invention porte sur une cellule photovoltaïque 5 équipée, notamment pour générateur solaire. Une cellule photovoltaïque équipée, également dénommé cellule solaire équipée, est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), produit de l'électricité grâce à l'effet photovoltaïque. 10 La puissance électrique obtenue est proportionnelle à la puissance lumineuse incidente sur la cellule photovoltaïque équipée et à la surface de la cellule photovoltaïque équipée. 15 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. 20 Les 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, pour former une cellule équipée.. 25 Un réseau photovoltaïque est un assemblage ou pavage de cellules photovoltaïques équipées qui sont pavées côte à côte. Le rendement énergétique de l'effet photovoltaïque diminue avec 30 la température, d'où l'intérêt d'avoir un réseau photovoltaïque le plus froid possible afin d'améliorer son rendement. La figure 1 illustre schématiquement, sur un exemple non limitatif d'une cellule photovoltaïque 1 de forme en demi-cercle, sur laquelle un verre 35 de protection 2 taillé à la même forme que celui de la cellule photovoltaïque 3063575 2 1, et disposé sur la cellule photovoltaïque 1 pour former une cellule photovoltaïque équipée 3. Dans le cas des générateurs solaires pour application spatiale et 5 pour les missions se rapprochant du soleil, le problème de montée en température et de baisse de rendement est résolu par la pose de réflecteurs solaires optiques ou "optical solar reflector" en langue anglaise d'acronyme OSR, ou miroirs) entre les cellules, comme par exemple illustré sur la figure 2 ou sont alternées des rangées 4 de cellules photovoltaïques équipées 3 10 semblables à celles de la figure 1, mais sur cet exemple de forme demi-hexagonale, et des rangées 5 de miroirs ou OSR. Le défaut d'une telle solution est la perte de surface active et aussi le besoin d'ajouter des composants (OSR ou miroirs) sur le réseau pour faire 15 baisser la température. Cela est complexe et de coût élevé, et donc généralement pas appliqué à des générateurs solaires pour des missions sur orbites terrestres pour lesquelles un tel surcoût est trop important par rapport à l'échauffement plus limité des cellules photovoltaïques par rapport à une mission chaude se rapprochant plus du Soleil. 20 Un but de l'invention est d'améliorer le rendement de cellules solaires en limitant la montée en température des cellules photovoltaïques, et cela à faible coût. 25 Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, une cellule photovoltaïque équipée comprenant un premier ensemble d'au moins une cellule photovoltaïque et un verre de protection disposé sur la face active du premier ensemble, la surface du verre de protection recouvrant plus que la totalité de la face active du premier ensemble, et comprenant un deuxième 30 ensemble d'au moins une portion du verre de protection dépassant de la face active du premier ensemble, le deuxième ensemble comprenant une surface optique réfléchissante. Une telle cellule photovoltaïque équipée permet d'obtenir un 35 rapport ou ratio absorptivité/émissivité (a/E) sur le deuxième ensemble qui 3063575 3 est plus faible que celui du reste de la cellule photovoltaïque équipée ou premier ensemble d'au moins une cellule photovoltaïque. Ainsi selon l'invention le rapport absorptivité/émissivité moyen de la cellule photovoltaïque équipée est réduit et par conduction thermique dans le plan, la partie active de la cellule est refroidi et le rendement est amélioré. En outre le coût est fortement limité, car il n'est pas ajouté de composants faisant sensiblement baisser le taux de remplissage des panneaux solaires et augmentant du coup sensiblement leur masse et encombrement. La présente invention améliore nettement le rendement du réseau sans augmenter la masse de manière significative, et ce à faible coût. Dans un mode de réalisation, tout le deuxième ensemble comprend une surface optique réfléchissante. Ainsi, on optimise la place disponible pour réfléchir la lumière et limiter la chauffe des cellules photovoltaïques. Selon un mode de réalisation, la ou les cellules photovoltaïques 20 sont en forme de demi-cercle. En variante, la ou les cellules photovoltaïques sont en forme de demi-hexagone. 25 Les cellules photovoltaïques de dernière génération ou des coins biseautés en forme sensiblement de demi-hexagone. Dans un mode de réalisation, le verre de protection est rectangulaire. 30 Une forme rectangulaire est simple à réaliser et de coût réduit et facilite le positionnement des cellules équipées et réduit les couts de mise en place lors de la pose. 35 Selon un mode de réalisation, le premier ensemble comprend une seule cellule photovoltaïque. 3063575 4 Ainsi, même avec une seule cellule, la partie réfléchissante a un ratio émissivité/absorptivité plus élevé que la partie active et que le support de la cellule équipée, ce qui fait baisser par conduction dans le plan la 5 température de la partie active de la cellule photovoltaïque et conduit à une meilleure efficacité. Dans un mode de réalisation : le premier ensemble comprend une seule cellule photovoltaïque; 10 la cellule photovoltaïque est en forme de demi-cercle ou de demi- hexagone; le verre de protection est rectangulaire; et la longueur du verre de protection rectangulaire est celle de la base du demi-cercle ou du demi-hexagone. 15 Ainsi, on remplace le coin perdu par une surface réfléchissante qui permet d'abaisser la température et d'augmenter le rendement sans aller au détriment du facteur de remplissage. Selon un mode de réalisation, le contour de la cellule photovoltaïque est inscrit dans le contour rectangulaire du verre de protection. Ainsi, quelle que soit la géométrie de la cellule (ce qui permet de l'optimiser en termes de coût de fabrication), le fait de se ramener au rectangle circonscrit en utilisant l'espace perdu pour le remplacer par une surface réfléchissante permet d'abaisser la température et d'augmenter le rendement sans aller au détriment du facteur de remplissage. Dans un mode de réalisation, ladite surface réfléchissante comprend une argenture disposée sur la face du deuxième ensemble en contact avec la face active du premier ensemble. C'est un moyen bien connu de réaliser à coût réduit une surface 35 optique réfléchissante ou miroir. 3063575 5 Il est également proposé, selon un autre aspect de l'invention, un générateur solaire comprenant au moins une cellule photovoltaïque équipée tel que précédemment décrit. 5 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 : la figure 1 illustre schématiquement une cellule photovoltaïque et son 10 équipement avec verre de protection de géométrie identique, selon l'état de l'art; la figure 2 illustre schématiquement un arrangement de cellules photovoltaïques équipées avec des miroirs, selon l'état de l'art; la figure 3 illustre schématiquement une cellule photovoltaïque 15 équipée selon un aspect de l'invention avec une cellule photovoltaïque en forme de demi-cercle; la figure 4 illustre schématiquement un arrangement de cellules photovoltaïques équipées avec des cellules en forme de demi-hexagone pour un générateur solaire selon un aspect de l'invention; et 20 la figure 5 illustre schématiquement le gain de puissance d'un réseau photovoltaïque (courbe GS) et la baisse de température non opérationnelle (courbe Tnop) en fonction du taux de surface optique réfléchissante, selon un aspect de l'invention, la courbe de rendement est un exemple basé sur les propriétés des réseaux à base d'AsGa 25 triple jonction dans le cas d'une application spatiale avec échanges radiatifs uniquement. Sur les différentes figures, les éléments ayant des références identiques sont identiques. 30 Sur la figure 3 est représentée, de manière non limitative, une cellule photovoltaïque 1 par exemple en forme de demi-cercle, sur laquelle un verre de protection 4 rectangulaire est disposé. En l'espèce, la cellule photovoltaïque équipée 6 résultante ne comprend qu'une cellule photovoltaïque 1, mais en variante, il peut en contenir plusieurs. 3063575 6 Sur le cas représenté, la longueur du verre de protection rectangulaire est celle de la base du demi-cercle. En variante, la longueur du verre de protection rectangulaire peut être supérieure à celle de la base du 5 demi-cercle, ou égale à celle de la base du demi-hexagone en cas de cellule en forme de demi-hexagone, ou supérieure ou égale à la base d'une cellule a bords tronqués. En outre, sur le cas représenté, le contour de la cellule 10 photovoltaïque est inscrit dans le contour rectangulaire du verre de protection. Ainsi, on optimise la compacité de l'arrangement des cellules photovoltaïques équipées sur un panneau de générateur solaire. 15 Les parties 7 du verre de protection 4, ne recouvrant pas la face active de la cellule photovoltaïque 1, comprennent une surface optique réfléchissante comme un miroir. 20 Par exemple, les parties 7 sont argentées, ou, en d'autres termes, comprennent une argenture, formant une surface optique réfléchissante ou miroir. La figure 4 représente schématiquement un arrangement pour 25 générateur solaire, muni de cellules photovoltaïques équipées 6 munis de cellules photovoltaïques 1, similaires à ceux de la figure 3, mais sur cet exemple les cellules photovoltaïques 1 sont en forme de demi-hexagone. La figure 5 illustre schématiquement le gain de puissance GS 30 d'une cellule photovoltaïque équipée 6 selon la figure 3, en fonction de la surface optique réfléchissante 7. Dans ce cas, lorsque la cellule photovoltaïque équipée 6 de la figure 3 est tel que lorsque le pourcentage de surface optique réfléchissante 3063575 7 du verre de protection rectangulaire est de 20%, le gain de puissance est de 6%. Le coût du verre de protection est négligeable dans le coût du 5 réseau et le surcoût de la métallisation est largement couvert par le gain important (jusqu'à 6% sur la puissance). La figure 5 illustre également la baisse de température non opérationnelle Trop en fonction du taux de surface optique réfléchissante, la 10 température non opérationnelle Tnop représentant la température lorsque le réseau n'est pas actif. Lorsque le réseau est utilisé la température opérationnelle Top est inférieure à la température non opérationnelle Tricip en raison du bilan énergétique de la cellule photovoltaïque pour lequel la puissance électrique est retirée (puissance sortante). La température 15 opérationnelle Top baisse dans une même proportion que la température non opérationnelle Tnpp et garantit donc une meilleure efficacité en fonctionnement. 20 REVENDICATIONS1. Cellule photovoltaïque équipée (6) comprenant un premier 5 ensemble d'au moins une cellule photovoltaïque (1) et un verre de protection (4) disposé sur la face active du premier ensemble, la surface du verre de protection (4) recouvrant plus que la totalité de la face active du premier ensemble, et comprenant un deuxième ensemble d'au moins une portion du verre de protection dépassant de la face active du premier ensemble, le 10 deuxième ensemble comprenant une surface optique réfléchissante (7). 2. Cellule photovoltaïque équipée (6) selon la revendication 1, dans lequel tout le deuxième ensemble comprend une surface optique réfléchissante (7). 15 3. Cellule photovoltaïque équipée (6) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la ou les cellules photovoltaïques (1) sont en forme de demi-cercle. 20 4. Cellule photovoltaïque équipée (6) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la ou les cellules photovoltaïques (1) sont en forme de demi-hexagone. 5. Cellule photovoltaïque équipée (6) selon l'une des revendications 25 précédentes, dans lequel le verre de protection (4) est rectangulaire. 6. Cellule photovoltaïque équipée (6) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier ensemble comprend une seule cellule photovoltaïque (1). 30 7. Cellule photovoltaïque équipée (6) selon la revendication 6, dans lequel: le premier ensemble comprend une seule cellule photovoltaïque (1); la cellule photovoltaïque (1) est en forme de demi-cercle ou de demi- 35 hexagone; le verre de protection (4) est rectangulaire; et 3063575 9 - la longueur du verre de protection (4) rectangulaire est celle de la base du demi-cercle ou du demi-hexagone. 8. Cellule photovoltaïque équipée (6) selon la revendication 7, dans lequel le contour de la cellule photovoltaïque (1) est inscrit dans le contour rectangulaire du verre de protection (4). 9. Cellule photovoltaïque équipée (6) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite surface réfléchissante comprend une 10 argenture (7) disposée sur la face du deuxième ensemble en contact avec la face active du premier ensemble. 10. Générateur solaire comprenant au moins une cellule 15 photovoltaïque équipée (6) selon l'une des revendications précédentes. 20