Brevet FR3093236A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : Module photovoltaïque autonettoyant Domaine technique [0001] La présente invention concerne un module photovoltaïque multicouche, comprenant une couche de cellules photovoltaïques agencée dans une enveloppe photovoltaïque, une couche de support agencée derrière la couche de cellules photovoltaïques, et une couche transparente agencée devant la couche dc cellules photovoltaïques. Technique antérieure [0002] Les modules photovoltaïques sont de plus en plus courants, voire banalisés dans les applications domestiques. Le plus souvent, les modules sont positionnés sur les toits des habitations, et permettent dc produire une partie de l'électricité consommée par cette habitation. Pour ces applications, les modules sont le plus souvent agencés dc façon inclinée, suivant l'inclinaison de la toiture. Dans un tel environnement, en général non sujet à des salissures importantes, le vent et la pluie permettent de maintenir les modifies en état dc propreté adéquate pour assurer un bon fonctionnement. [0003] 11 existe toutefois des applications où les modules sont plus sujets à des niveaux de salissures et/ou d'ensablement importants. Par exemple, dans les zones désertiques, pour des utilisations humanitaires, les risques de salissures par le sable et la poussière sont importants. Or, certaines applications doivent pouvoir fonctionner de façon autonome par exemple faute d'avoir du personnel sur place pour effectuer des tâches de nettoyage. [0004] 11 existe donc un besoin pour des modules photovoltaïques autonomes, aptes à fonctionner dans des environnements susceptibles dc générer des salissures et/ou des ensablements pouvant affecter le rendement des cellules photovoltaïques. [0005] Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques. Résumé de l'invention 100061 Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un module photo- voltaïque adapté pour fonctionner de façon autonome dans un environnement hostile tel qu'un environnement poussiéreux, désertique ou autre. 100071 Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un module photovoltaïque permettant de maintenir un rendement relativement constant sans entretien particulier. 100081 Pour ce faire, l'invention prévoit un module photovoltaïque multicouche, comprenant : i) une couche de cellules photovoltaïques agencée dans une enveloppe encapsulante ; 2 ii) une couche de support agencée derrière la couche de cellules photovoltaïques ; iii) une couche de surface externe avant agencée devant la couche de cellules photovoltaïques ; le module photovoltaïque comprenant également au moins un élément vibrant. [0009] La présence d'un élément vibrant, intégré au module photovoltaïque, permet de disperser les poussières et contaminants présents dans des environnements hostiles tels que les déserts. [0010] Selon divers modes de réalisation avantageux, l'élément vibrant comprend au moins un module piézoélectrique, ou à ultrasons ou un moteur vibrant. [0011] Ces types d'éléments vibrants, en particulier l'élément vibrant de type piézo- électrique, sont fiables, peu coûteux, ct bien adaptés à des environnements hostiles. [0012] Selon un premier mode de réalisation, l'élément vibrant est agencé entre la couche de support et la couche de cellules photovoltaïques. [0013] Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'élément vibrant est agencé entre la couche de surface externe avant et la couche de cellules photovoltaïques. [0014] Selon encore un mode de réalisation avantageux, l'élément vibrant est agencé dans la couche de support. [0015] Selon encore un autre mode de réalisation, la couche de support est constituée d'une âme agencée dans une enveloppe de support, l'élément vibrant étant agencé entre l'âme et la couche de support. [0016] De manière avantageuse, le module comprend également un cadre de support agencé sur le pourtour de la couche de support, et l'élément vibrant est agencé contre ledit cadre de support. [0017] En variante, le module comprend un cadre de module photovoltaïque agencé sur le pourtour du module photovoltaïque, et l'élément vibrant est agencé contre ledit cadre de module photovoltaïque. [0018] Selon une autre variante de réalisation, au moins un module piézoélectrique est intégré à la couche externe avant. Ce mode de réalisation permet d'alléger et de simplifier le module. En variante, la face avant est elle-même une couche piézoélectrique. [0019] De manière avantageuse, le module photovoltaïque comprend également un module de contrôle de nettoyage relié à l'élément vibrant, adapté pour activer l'élément vibrant après détection d'une condition d'activation de vibration. [0020] L'élément vibrant est avantageusement alimenté par l'énergie produite par les cellules photovoltaïques du module, ou par une source d'alimentation externe. Brève description des dessins [0021] Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par 3 les figures 1 à 8e, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et clans lesquelles: Fig.la 100221 Ifig. lai illustre, de façon schématique, un premier exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant disposé entre des couches du module ; Fig.lb [0023] [fig. lb] illustre, de façon schématique, un premier exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant disposé entre des couches du module ; Fig.2a [0024] [fig.2a] illustre, de façon schématique, un second exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant disposé entre des couches du module ; Fig.2b [0025] [fig.2b] illustre, de façon schématique, un second exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant disposé entre des couches du module ; Fig.3a [0026] [fig.3a] illustre, de façon schématique, un troisième exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant disposé entre des couches du module ; Fig.3b [0027] [fig.3b] illustre, de façon schématique, un troisième exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant disposé entre des couches du module ; Fig.4a [0028] [fig.4a] illustre, de façon schématique, un quatrième exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant disposé entre des couches du module ; Fig.4b [0029] [fig.4b] illustre, de façon schématique, un quatrième exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant disposé entre des couches du module ; Fig.5 [0030] [fig.5] illustre, de façon schématique, un exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant agencé contre au moins une des faces latérales du module ; Fig.6 100311 Ifig.61 illustre, de façon schématique, un second exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant agencé contre au moins une des faces latérales du module ; Fig.7 [0032] [fig.71 illustre, de façon schématique, un troisième exemple de module photovoltaïque intégrant un élément vibrant agencé contre au moins une des faces latérales du modifie ; Fig.8a [0033] [fig.8a] illustre, de façon schématique, un exemple d'agencement de module vibrant sur une couche d'un module photovoltaïque. Fig.8b [0034] [fig.8b] illustre, de façon schématique, un autre exemple d'agencement de module vibrant sur une couche d'un module photovoltaïque. Fig.8c [0035] [fig.8c] illustre, de façon schématique, un autre exemple d'agencement de module vibrant sur une couche d'un module photovoltaïque. Fig.8d [0036] [fig.8d] illustre, de façon schématique, un autre exemple d'agencement de module vibrant sur une couche d'un module photovoltaïque. Fig.8e [0037] [fig.8e] illustre, dc façon schématique, encore un autre exemple d'agencement dc module vibrant sur une couche d'un module photovoltaïque. Description des modes de réalisation [0038] DEFIWITIONS : Dans la présente description, on entend par « devant » ou « derrière », une position relative par exemple d'une couche constituante en se référant à l'avant du module photovoltaïque I, correspondant à la couche externe exposée au rayonnement 20 solaire qui sera transformé en énergie électrique. [0039] Les figures la et 1h illustrent un premier mode dc réalisation d'un module photo- voltaïque 1. Cc module est constitué d'un agencement multicouche comprenant une couche 2 de cellules photovoltaïques, agencée dans une enveloppe 3 encapsulantc. Une couche 4 de support est agencée derrière la couche 2 de cellules photovoltaïques. Cette couche est conçue en fonction des caractéristiques de rigidité et de maintien recherchées. Dans les exemples illustrés, la couche 4 dc support est elle-même constituée de plusieurs couches, à savoir une âme 5, par exemple avec une structure cellulaire de type nid d'abeille, disposée dans une enveloppe 6. [0040] En variante, la couche 4 de support est transparente au rayonnement solaire, permettant ainsi la captation de rayonnement sur la face arrière des cellules photovoltaïques. On utilise alors avantageusement des cellules photovoltaïques à doubles faces actives. [0041] Une couche 7 externe avant ou frontale, transparente ou adaptée pour laisser passer le rayonnement utile pour conversion en énergie électrique, est disposée devant la couche de cellules photovoltaïques, afin de protéger cette dernière des agressions de l'environnement externe. [0042] Dans les exemples illustrés, un film 16 de protection arrière est disposé derrière la couche 2 de cellules photovoltaïques. [0043] Pour protéger le module photovoltaïque et assurer une meilleure rigidité, un cadre 11 de module est agencé contre les faces latérales, soit pour entourer les quatre faces du module, soit pour maintenir uniquement deux faces opposées, de préférence les faces les plus longues. On utilise avantageusement la couche 7 frontale en la repliant sur un ou plusieurs côtés pour former le cadre 11. [0044] Un cadre 10 de support peut également être intégré au module photovoltaïque. Tel qu'illustré, le cache 10 de support entoure uniquement une ou plusieurs des faces latérales du support 4. [0045] Au moins un élément 8 vibrant est monté en coopération avec le module 1 photo- voltaïque. Par « monté en coopération », on entend que le ou les éléments vibrants sont aptes à faire vibrer le module photovoltaïque, en particulier sa face externe, pour permettre le décollement et la dispersion des poussières et contaminants qui s'accumulent sur cette surface. Le ou les éléments vibrants utilisent de préférence des hautes fréquences, permettant d'une part de décoller les particules attachées à la surface et d'autre part de générer des micro-déplacements successifs entraînant le déplacement des particules jusqu'à ce qu'elles quittent le module photovoltaïque. Dans de nombreuses applications, les modules photovoltaïques sont inclinés, facilitant l'évacuation des contaminants par glissement après leur décollement. Par exemple, des fréquences de vibration entre 50 Hz et 100 kHz peuvent être prévues. [0046] Les vibrations sont générées par un ou plusieurs modules 9 pouvant être piézo- électriques, ou à ultrasons ou avec un moteur vibrant, alimentés par l'énergie produite 6 par le module photovoltaïque lui-même ou par une batterie ou par une source d'alimentation externe. [0047] Un module 17 de contrôle de nettoyage est relié à ou aux éléments vibrants, et permet de contrôler l'activation et l'arrêt des vibrations, en fonction d'une ou plusieurs conditions d'activation des vibrations. Le module 17 de contrôle de nettoyage permet par exemple d'activer l'élément vibrant suite à une chute de rendement du module photovoltaïque au-delà d'un seuil d'activation prédéterminé, ou plus simplement selon un horaire donné, ou autre. L'activation horaire permet en outre de s'affranchir de la gestion des paramètres affectant le rendement tels que la nuit, des conditions météorologiques réduisant le rayonnement tels que les nuages ou le brouillard, etc. Le seuil d'activation peut être défini en pourcentage du rendement maximal, comme par exemple un seuil de 75% ou 50% ou autre. [0048] Pour récupérer et acheminer l'énergie électrique produite par chacune des cellules photovoltaïques de la couche 2, vers la boîte 12 de jonction, une connexion 13 électrique est prévue. Dans l'exemple illustré, un ruban d'interconnexion 14 est agencé dans la couche 2 de cellules photovoltaïques de façon à assurer une connexion électrique avec chaque cellule. Une liaison 15 entre le ruban d'interconnexion 14 et la boîte de jonction permet d'acheminer l'énergie produite vers la boîte de jonction 12. Cette dernière permet de brancher le module photovoltaïque au circuit électrique de destination. Dans l'exemple de la figure la, le module 17 de contrôle et la boîte de jonction 12 sont intégrés dans l'âme 5. Ces deux éléments peuvent être interconnectés ou combinés en un seul. Un tel mode de réalisation permet par exemple de simplifier la mise en oeuvre dans laquelle l'énergie produite par le module photovoltaïque permet d'alimenter le ou les éléments vibrants. Selon diverses variantes de réalisation, le module 17 peut être positionné à d'autres endroits du module photovoltaïque ou hors de ce dernier. Dans les autres figures, le module 17 est positionné hors du module afin de ne pas surcharger les figures. [0049] Les figures la à 4b illustrent différentes variantes de mise en oeuvre de module pho- tovoltaïque 1 avec un ou plusieurs éléments 8 vibrants. Dans ces exemples, l'élément 8 vibrant est prévu sous forme de couche intégrée à l'agencement multicouche du module photovoltaïque 1. [0050] Dans les exemples des figures la, lb et 2a, 2b, l'élément vibrant 8 est disposé du coté arrière (figures la et lb) ou du côté avant (figure 2a et 2b) de l'âme 5 du support 4. [0051] Dans l'exemple des figures 3a et 3b, l'élément 8 vibrant est agencé entre la couche 4 de support et la couche 2 de cellules photovoltaïques, dans cet exemple, derrière le film 16 de protection. En variante, le film 16 de protection est positionné denière l'élément 8 vibrant. 7 [0052] Dans l'exemple des figures 4a et 4b, l'élément 8 vibrant est agencé entre la couche 7 transparente et la couche 2 de cellules photovoltaïques. L'élément vibrant est alors prévu pour laisser passer tout ou partie du rayonnement destiné aux cellules photovoltaïques, soit par transparence, soit en occupant qu'une partie de la surface exposée au rayonnement 20. Les figures 8a à 8e, décrites ultérieurement, illustrent des exemples dc ce type. En variante, l'élément vibrant 8 tient lieu de couche de surface frontale. Ce mode de réalisation favorise une meilleure transmission des vibrations produites vers les zones à nettoyer. [0053] Les figures 5 à 7 illustrent d'autres variantes de mise en oeuvre de module photo- voltaïque 1 avec un ou plusieurs éléments 8 vibrants coopérant avec une ou plusieurs face ou bordures latérales du module photovoltaïque. Dans ces exemples, l'élément 8 vibrant est prévu sous forme de bandes ou lanières intégrées soit au cadre 10 du support 4, soit au cadre 11 du module photovoltaïque. [0054] Les figures Ra à Re illustrent des exemples d'éléments 8 vibrants sous forme de couches. Dans l'exemple de la figure 8a, le module est prévu sous forme d'une pluralité de lanières parallèles, orientées dans le sens de la largeur d'une couche. Dans l'exemple de la figure Rb, le module est prévu sous forme d'une pluralité de lanières parallèles, orientées dans le sens de la longueur d'une couche. Dans l'exemple de la figure 8c, le module comporte deux lamelles espacées, orientées dans le sens de la longueur d'une couche. Dans l'exemple de la figure 8d, plusieurs modules 9 sont agencés au niveau des coins. Ce type d'agencement convient bien pour des modules à ultrasons ou des moteurs vibrants. Dans l'exemple de la figure 8e, un module 9 est disposé dans la zone centrale d'une couche. Ce type d'agencement convient bien pour un module à ultrasons ou un moteur vibrant. [0055] MATERIAUX : Dans les exemples des figures 1 à 8, les couches 4, 6, 7, 10 et 11 sont avantageusement fait d'un matériau pré-imprégné. Ce matériau pré-imprégné comporte une matrice (ou résine) imprégnant un renfort. La matrice est une résine thermodurcissable ou une résille thermoplastique. La résine thermodurcissable est de préférence choisie parmi les polyesters ou polyépoxydes. La résine thermoplastique est de préférence choisie parmi les acryliques. Les fibres de renfort sont avantageusement choisies parmi le verre, le carbone ou encore les aramides. La masse surfacique du matériau pré-imprégné est avantageusement choisie entre 40 g/m2 et 500 g/m2 avec un taux massique de fibre avantageusement compris entre 20% et 95%. La nature chimique et les paramètres telle que la masse surfacique ou le taux massique peuvent varier selon la disposition des matériaux pré-imprégnés dans le module photovoltaïque. [0056] Dans les exemples des figures 1 à 8, les couches 4 et 7 peuvent être de nature in- organique telle que du verre. Ce verre peut être trempé. Les couches 4 et 7 peuvent être de nature organique avantageusement des polymères résistants aux conditions environ- 8 nementales telles que l'humidité, les irradiations UV, les cyclages thermiques ou encore les chocs mécaniques. La couche 7 peut avantageusement avoir un coefficient de transmission optique dans le visible et les proches UV et IR supérieur à 80%. La couche 4 peut avantageusement, être un assemblage de couches de différents polymères. Par exemple des tricouches peuvent être un Tedlar Polyester Tedlar (TPT) commercialisé par Dupont ou encore un Kynar PET Kynar (KPK) commercialisé par Arkema. [0057] Dans les exemples des figures 1 à 8, les couches 3 et 16 sont composées d'un matériau dit « d'encapsulation ». Le matériau d'encapsulation est de préférence à base d'un polymère thermodurcissable comme, par exemple, un polyéthylène-acétate de vinyle. Le polymère thermodurcissable peut posséder un agent de réticulation et peut être réticulé lors de la phase de laminage par amorçage thermique. Le polymère d'encapsulation peut également être de nature thermoplastique, pouvant être dans le groupe comportant les silicones, les polyuréthanes, les polyoléfines ou encore les ionomères. Liste des signes de référence [0058] 1. Module photovoltaïque 2. Couche de cellules photovoltaïques 3. Enveloppe encapsulante 4. Couche de support 5. Arne de support 6. Enveloppe dc support 7. Couche de surface externe avant 8. Elément vibrant 9. Module piézoélectrique ou ultrasons ou moteur vibrant 10. Cadre de support 11. Cadre de module photovoltaïque 12. Boite dc jonction 13. Liaison électrique 14. Ruban d'interconnexion 15. Liaison entre boîte de jonction et ruban d'interconnexion 16. Film de protection arrière 17. Module de contrôle de nettoyage 18. 19. 20. Rayonnement 9