INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, l’équipement selon le deuxième aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : l’équipement comprend en outre un support mobile en translation par rapport à la source de rayonnement et configuré pour transporter plusieurs modules photovoltaïques simultanément ; l’équipement comprend en outre un circuit de contrôle configuré pour moduler au moins un paramètre du système de refroidissement et/ou l’irradiance du rayonnement électromagnétique en fonction de la température de ladite au moins une cellule photovoltaïque ; l’équipement comprend en outre un circuit de contrôle configuré pour moduler au moins un paramètre du système de refroidissement et/ou l’irradiance du rayonnement électromagnétique en fonction d’un profil prédéterminé ; le système de refroidissement comprend une pluralité de buses capables de souffler de l’air en direction du module photovoltaïque ; la pluralité de buses comprenant un premier groupe de buses orientées dans une première direction et un deuxième groupe de buses orientées dans une deuxième direction différente de la première direction, les buses du premier groupe étant dirigées vers un emplacement du module photovoltaïque prévu pour accomplir la deuxième étape d’exposition et les buses du deuxième groupe étant dirigées vers un emplacement du module photovoltaïque prévu pour accomplir l’étape de refroidissement ; et la source de rayonnement est dimensionnée pour irradier entièrement le module photovoltaïque.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures suivantes : la est une vue schématique en perspective d’un exemple de cellule photovoltaïque à hétérojonction ; la représente l’échauffement d’une cellule photovoltaïque nue et d’une cellule photovoltaïque au sein d’un module photovoltaïque lors d’un traitement à irradiance constante ; la représente la température d’un groupe de cellules photovoltaïques appartenant à un module photovoltaïque au cours d’un procédé de traitement selon l’invention ; la représente la température d’un groupe de cellules photovoltaïques appartenant à un module photovoltaïque au cours d’une variante du procédé de traitement selon l’invention ; la représente la température des cellules photovoltaïques de deux modules photovoltaïques, l’un ayant été soumis à un exemple de procédé de traitement selon l’invention et l’autre ayant été soumis à un procédé de traitement selon l’art antérieur ; la illustre le refroidissement temporaire d’un module photovoltaïque, lorsque ce module est exposé à un rayonnement électromagnétique d’irradiance modérée (6 kW/m 2 ) après une première phase d’exposition à une forte irradiance (48 kW/m 2 ) ; la représente les gains en rendement des cellules photovoltaïques obtenus dans l’exemple de procédé de traitement selon l’invention et dans le procédé de traitement selon l’art antérieur ; et la représente un mode de réalisation préférentiel d’un équipement pour mettre en œuvre le procédé de traitement selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE La représente l’évolution de la température T d’une cellule photovoltaïque nue et d’une cellule photovoltaïque au sein d’un module photovoltaïque, au cours d’un procédé de traitement expérimental par immersion de lumière (communément appelé « light-soaking »). La cellule photovoltaïque au sein du module photovoltaïque est enrobée d’un matériau encapsulant (ici deux feuilles de 650 µm d’épaisseur en un matériau polymère proche de l’EVA, commercialisé par la société MITSUI CHEMICALS AMERICA, INC sous la référence SOLAR EVA™) et disposée entre deux plaques de protection (ici une plaque en verre trempé et une feuille de fond ou « backsheet » multicouche commercialisée par la société dnpSolar sous la référence PV-BS VAPEW), contrairement à la cellule photovoltaïque nue. Le traitement par immersion de lumière est accompli dans les mêmes conditions pour les deux cellules photovoltaïques : les cellules photovoltaïques sont exposées à un rayonnement électromagnétique présentant une irradiance égale à 2 kW/m 2 . La source du rayonnement est une lampe halogène. Les deux cellules photovoltaïques sont identiques (des cellules SHJ de type n à émetteur en face arrière) et la température T est mesurée au même endroit pour les deux cellules.
Cette figure montre que la température de la cellule photovoltaïque au sein du module augmente beaucoup plus lentement que la température de la cellule photovoltaïque nue. Ce résultat peut être contre-intuitif dans la mesure où la cellule photovoltaïque du module est entourée de matériaux isolants thermiquement : le matériau encapsulant et le ou les matériaux des plages de protection. On serait donc enclin à penser que la chaleur générée par la cellule (en absorbant le rayonnement électromagnétique) soit plus difficilement évacuée au sein du module que dans le cas d’une cellule nue, résultant en une élévation de température plus rapide. En réalité, la lente montée en température de la cellule au sein du module s’explique par le fait que les autres composants du module, à savoir le matériau encapsulant autour de la cellule et les plaques de protection, retarde la montée de température de la cellule, en absorbant la chaleur générée par la cellule. En effet, la chaleur diffuse par conduction vers le matériau encapsulant puis les plaques de protection. Autrement dit, les autres composants du module aggissent comme des tampons thermiques.
Un traitement par immersion de lumière améliore le rendement d’une cellule photovoltaïque à une vitesse acceptable (d’un point de vue de l’industrialisation) qu’à partir du moment où celle-ci atteint une température élevée, de l’ordre de 100 °C. La lente montée en température de la cellule photovoltaïque au sein d’un module est donc un handicap pour obtenir un temps de traitement court, compatible avec les exigences de productivité de l’industrie photovoltaïque.
Partant de ce constat, les inventeurs ont mis au point un procédé de traitement d’un module photovoltaïque qui concilie temps de traitement (compatible avec les exigences de productivité) et contrôle de l’amplitude du gain en rendement.
De manière classique, le module photovoltaïque comprend plusieurs cellules photovoltaïques reliées électriquement entre elles (pour former une ou plusieurs chaîne de cellules). Ces cellules photovoltaïques sont enrobées d’un matériau encapsulant, typiquement un matériau polymère tel que l'éthylène-acétate de vinyle (ou EVA), et disposées entre deux plaques de protection, aussi appelées plaques de support. Les plaques de protection forment les faces avant et arrière du module photovoltaïque. Les plaques de protection peuvent être en verre, en un matériau polymère ou en un matériau composite. Elles peuvent être monocouche ou multicouche comme la feuille de fond (ou « backsheet » en anglais) habituellement utilisée en face arrière.
L’une des plaques de protection (celle formant la face avant) est en un matériau transparent au rayonnement solaire (et au rayonnement électromagnétique émis lors du procédé de traitement), par exemple en verre. Dans le cas de cellules photovoltaïques bifaciales, l’autre plaque de protection (celle formant la face arrière) est également en un matériau transparent au rayonnement solaire (ex. en verre). Dans le cas de cellules photovoltaïques monofaciales, l’autre plaque de protection peut être en un matériau opaque au rayonnement solaire. Naturellement, le matériau encapsulant est également transparent au rayonnement solaire.
Le procédé de traitement de module photovoltaïque selon l’invention comprend l’exposition d’une partie au moins du module photovoltaïque à un rayonnement électromagnétique, dans le but d’améliorer le rendement d’une cellule photovoltaïque ou d’un groupe de cellule photovoltaïques. Dans la description qui suit, on considérera le cas le plus avantageux en termes de productivité : celui du traitement d’un groupe de cellules photovoltaïques (soit plusieurs cellules photovoltaïques simultanément). Un groupe de cellules photovoltaïques comprend entre 2 et N cellules photovoltaïques, N étant le nombre total de cellules photovoltaïques dans le module (par exemple égal à 72 ou 144).
Le rayonnement électromagnétique est émis par une source de rayonnement en direction du module photovoltaïque. Il traverse l’une des plaques de protection et le matériau encapsulant, puis est absorbé par les cellules photovoltaïques du module. La source de rayonnement est un dispositif capable d’émettre un rayonnement électromagnétique d’une irradiance supérieure ou égale à 3 kW/m 2 , de préférence supérieure ou égale à 10 kW/m 2 . L’irradiance, aussi éclairement énergétique ou densité surfacique de puissance lumineuse, représente la puissance du rayonnement électromagnétique reçue par une unité de surface, cette unité de surface étant orientée perpendiculairement à la direction du rayonnement électromagnétique. Le rayonnement électromagnétique est de préférence dirigé perpendiculairement à la surface du module photovoltaïque.
Le rayonnement électromagnétique peut être monochromatique, c’est-à-dire ne présenter qu’une seule longueur d’onde, ou polychromatique, c’est-à-dire comporter plusieurs composantes (monochromatiques) de longueurs d’ondes différentes. De préférence, le rayonnement électromagnétique présente au moins une longueur d’onde comprise entre 300 nm et 1100 nm, préférentiellement entre 400 nm et 1100 nm, et avantageusement entre 800 nm et 1000 nm.
La est un graphique de la température T du groupe de cellules photovoltaïques en fonction du temps t, qui illustre le procédé de traitement de module photovoltaïque. La température T peut être mesurée à l’aide d’un thermocouple de type K placé entre l’une des cellules photovoltaïques du groupe et le matériau encapsulant.
Le procédé de traitement comprend trois étapes (ou phases) successives : une première étape S1 d’exposition du groupe de cellules photovoltaïques au rayonnement électromagnétique, au cours de laquelle la température T des cellules photovoltaïques du groupe augmente jusqu’à atteindre une température T s dite de bonification du rendement ; une deuxième étape S2 d’exposition du groupe de cellules photovoltaïques au rayonnement électromagnétique, au cours de laquelle la température T des cellules photovoltaïques du groupe est maintenue entre T s - 5 °C et T s + 5 °C ; et une étape S3 de refroidissement du groupe de cellules photovoltaïques, au cours de laquelle la température T des cellules photovoltaïques du groupe diminue jusqu’à atteindre une température inférieure à 100 °C, par exemple la température ambiante (25 °C).
Ce mouvement d’avant en arrière du chariot mobile, et inversement, est assuré par un opérateur à l’aide de poignées disposées sur le chariot mobile. Sans retirer ses mains des poignées, l’opérateur peut d’une part extraire automatiquement des piques du réservoir en repoussant le chariot mobile (cette étape étant assurée par l’extracteur qui traverse le réservoir et prélève au passage une ou plusieurs piques pour les extraire hors du réservoir), puis embrocher les aliments sur les piques ainsi extraites en ramenant le chariot mobile vers lui.
En d’autres termes, certaines étapes du fonctionnement du dispositif de fabrication de brochettes sont réalisées de manière simultanée, et notamment le mouvement du chariot mobile qui est synchronisé au déplacement des piques stockés dans le réservoir. L’opérateur n’est plus contraint de positionner manuellement des piques en regard des plateaux avant l’embrochage.
Cela se traduit donc par une simplification de l’utilisation du dispositif de fabrication de brochettes et une amélioration de la productivité.
Description d’un mode de réalisation Dispositif de fabrication de brochettes
Les figures 1A à 1C présentent en perspective, selon différentes vues, un exemple de dispositif de fabrication de brochettes dans lequel les déplacements a) d’un extracteur mobile de piques, configuré pour prélever et extraire des piques d’un réservoir du dispositif et placer les piques extraites en position d’embrochage de denrées alimentaires, et b) d’un doigt de maintien d’une pique en position d’embrochage sur l’extracteur mobile de piques, sont synchronisés au déplacement d’un chariot mobile portant des plateaux pivotants, conformément a la technique proposée.
Le dispositif 1 de fabrication de brochettes comprend un bâti 2 équipé de pieds destinés à poser le dispositif 1 sur une surface, horizontale de préférence. Le bâti 2 comprend en outre un espace vide rectangulaire (non référencé) destiné à recevoir d’autres éléments du dispositif comme nous le verrons plus en détails par la suite.
Le dispositif 1 comprend par ailleurs un chariot mobile 3 comprenant un premier plateau 31, dit plateau inférieur ou bas, et un deuxième plateau 32, dit plateau supérieur ou haut. Le plateau inférieur 31 est disposé dans l’espace vide rectangulaire du bâti 2. Le plateau supérieur 32, formant couvercle, est monté pivotant sur le chariot mobile 3, par l’intermédiaire d’une charnière 33, entre une position fermée P F ou rabattue, représentée en , et une position ouverte PO, représentée en figures 1B notamment.
Les plateaux inférieur et supérieur 31, 32 présentent respectivement des renfoncements 310, 320 de réception de denrées alimentaires formant, lorsque le plateau supérieur 32 est rabattu sur le plateau inférieur 31, des rangées parallèles de cavités alignées. Chaque renfoncement, et donc chaque cavité formée par la superposition de deux renfoncements appartenant respectivement aux plateaux inférieur et supérieur, s’étend longitudinalement selon un axe X. L’axe X définit en outre l’axe longitudinal du dispositif 1. En outre, les plateaux inférieur et supérieur 31, 32 présentent respectivement sur un de leurs bords des encoches complémentaires formant, lorsque le plateau supérieur 32 est rabattu sur le plateau inférieur 31, des orifices 34 de passage d’une pique 6 de brochette. Chaque orifice 34 est orienté selon l’axe longitudinal X d’une cavité et débouche à l’intérieur de celle-ci, tel qu’illustré en relation avec la notamment.
Par ailleurs, le chariot mobile 3 est monté coulissant sur le bâti 2 selon l’axe longitudinal X entre une position avant P AV et une position arrière P AR , et inversement.
En position avant P AV , telle qu’illustrée en relation avec la notamment, le chariot mobile 3 est sensiblement plaqué contre des butées de positionnement 41, 42 des piques, du côté de l’utilisateur. Ces butées de positionnement 41, 42 des piques 6 sont portées par la paroi avant 21 du bâti 2 du côté duquel l’utilisateur se positionne pour manœuvrer le dispositif 1.
Ces butées de positionnement des piques sont visibles sur les figures 11A à 11E et sont portées par un module de butées 4 qui est décrit en relation avec les figures 17 et 18. Le montage du module de butées 4 sur le bâti 2 est réversible. Il comprend sur une première face deux butées de positionnement 41 pour des piques drapeau et sur la deuxième face, opposée à la première face, deux butées de positionnement 42.
On comprend qu’une seule butée pourrait être mise en œuvre sur chaque face du module de butée si le dispositif ne mettait en œuvre qu’une unique lame d’extraction, et que plus de deux butées pourraient être mises en œuvre sur chaque face du module de butée selon une autre mise en œuvre particulière.
Les butées de positionnement 41, 42 prennent chacune la forme d’une cavité dans laquelle la tête de la pique (lorsque la pique est une pique avec tête (exemple drapeau, triangle, …) ou l’extrémité sans tête d’un pique rectiligne sans tête vient se loger respectivement.
Les butées de positionnement 41, 42 sont configurées pour immobiliser la base des piques (avec ou sans tête), c’est-à-dire l’extrémité de la pique 6 opposée à la pointe, de manière à empêcher le déplacement non souhaité des piques selon l’axe longitudinal X et l’axe transversal Y lors de l’opération d’embrochage des denrées disposées dans les cavités du chariot mobile sur les piques. Lorsque le chariot mobile 3 est déplacé par l’opérateur à l’aide de poignées de la position arrière P AR vers la position avant P AV , c’est-à-dire lorsque l’opérateur tire le chariot mobile 3 vers lui, les denrées alimentaires sont ainsi embrochées sur les piques 6.
En position arrière P AR , telle qu’illustrée en relation avec la notamment, le chariot mobile 3 est éloigné des butées de positionnement 41, 42 d’une distance supérieure à la longueur des piques 6 de manière à permettre le positionnement d’une pique 6 extraite du réservoir en regard de chacun des orifices 34 du chariot mobile 3. L’embrochage des aliments logés dans les cavités du chariot mobile 3 sur les piques 6 s’effectue donc en déplaçant le chariot mobile 3 de la position arrière P AR vers la position avant P AV .
Le dispositif 1 de fabrication de brochettes comprend en outre deux poignées 5 placées à l’avant du plateau supérieur 32, c’est-à-dire à l’opposé à la charnière 33. Les poignées 5 permettent d’animer le pivotement du plateau supérieur 32 ainsi que le coulissement du chariot mobile 3 par rapport au bâti 2. De manière alternative, le dispositif peut comprendre une unique poignée des lors qu’elle permet d’assurer les opérations précitées.
L’invention a en effet vocation à s’appliquer à tout réacteur, dont, mais pas exclusivement, les réacteurs d’imprégnation et de cuisson, utilisé dans un procédé de conversion de biomasse.
La représente donc une conversion de biomasse opérée de la façon suivante : la biomasse 5 broyée (imprégnée ou pas d’une liqueur catalytique) est introduite dans un réacteur 9 d’imprégnation par un moyen d’alimentation sous pression 6 qui est une vis, appelée aussi en anglais « Plug Screw Feeder », dont la portion terminale est conique, qui présente un carénage avec une grille d’égouttage, une entrée d’eau de lavage 7 et une sortie d’eau de lavage 8. Un bouchon hermétique de biomasse se crée en portion aval de la vis, qui crée une compression sur la biomasse se traduisant par une différence de pression entre l’entrée de la biomasse et la sortie de la biomasse de la vis d’au moins 0,05 MPa. La compression s’appliquant sur la biomasse peut conduire à l’expulsion d’une partie du liquide contenu dans la biomasse, notamment lorsque la MS de la biomasse est inférieure à 80% avant son entrée dans le moyen d’alimentation sous pression 6. Le liquide ainsi extrait se mélange avec l’eau de lavage et est soutiré avec l’eau de lavage usée 8.
Le réacteur d’imprégnation est également alimenté en liqueur acide 4 (de l’eau additionnée d’acide sulfurique) provenant d’une cuve de préparation de liqueur 3, elle-même alimentée en acide 2 et en eau 1. Le réacteur comprend une zone 9a d’imprégnation de la biomasse, surmontée d’une zone 9b d’égouttage de la biomasse.
La biomasse imprégnée et égouttée 10 sort du réacteur 9 pour alimenter un réacteur 14 de cuisson par explosion à la vapeur via une autre vis d’alimentation 11 similaire dans son fonctionnement à la vis d’alimentation 6. Dans cette vis, du fait de la compression exercée sur la biomasse, on récupère un liquide 13 résultat de ce pressage, aussi appelé pressât, qui est composé d’eau et d’acide. La vis est lavée, à l’aide d’une entrée dédié, par un liquide de lavage 12 (de l’eau et/ou un liquide recyclé, comme vu plus loin), qui est ensuite évacué par la sortie par laquelle est aussi évacué le pressât 13.
Le réacteur 14 est également alimenté en vapeur 15. En sortie de réacteur 14, le mélange biomasse-vapeur passe dans un outil 17 de séparation de la biomasse 19 et de la vapeur 18. La biomasse 19 est ensuite traitée dans un réacteur d’hydrolyse enzymatique 20, puis une fois hydrolysée en sucres, la biomasse hydrolysée 21 (appelée également moût d’hydrolyse) passe dans un réacteur de fermentation alcoolique 22. La biomasse fermentée en alcool 23, appelée aussi moût de fermentation) est ensuite amenée dans une ou plusieurs colonnes de distillation pour obtenir de l’alcool concentré 25 et des vinasses brutes 26.
Ce n’est qu’un exemple d’installation, qui peut aussi présenter de nombreuses variantes. Ainsi, on peut opérer conjointement l’hydrolyse enzymatique et la fermentation dans un même réacteur, on parle alors de SSCF pour « Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation » en anglais.
1 : Entrée d’eau dans la cuve de préparation de la liqueur 2 : Entrée d’acide dans la cuve de préparation de la liqueur 3 : Outil (cuve) de préparation de la liqueur 4 : Liqueur acide vers outil (réacteur) d’imprégnation 5 : Biomasse broyée 6 : Vis ( « plug-screw feeder ») de l’outil d’imprégnation 7 : Eau de lavage de la plug-screw feeder de l’outil d’imprégnation 8 : Sortie liquide de lavage de la » plug screw feeder » 6 de l’outil d’imprégnation 9 : Outil (réacteur) d’imprégnation 9a : Zone d’imprégnation de la cuve d’imprégnation 9 9b : Zone d’égouttage de la cuve d’imprégnation 9 10 : Biomasse imprégnée et égouttée 11 : Vis (« plug-screw feeder ») de l’outil de prétraitement 12 : Eau de lavage de la « plug screw feeder » de l’outil de prétraitement 13 : Pressât de la « plug screw feeder » de l’outil de prétraitement 14 : Outil de cuisson (réacteur d’explosion) de prétraitement 15 : Injection de vapeur pour le prétraitement 16 : Biomasse prétraitée et vapeur 17 : Outil (cyclone) de séparation vapeur et biomasse prétraitée 18 : Vapeur vers condensation 19 : Biomasse prétraitée 20 : Réacteur d’hydrolyse enzymatique 21 : Hydrolysat contenant des sucres 22 : Réacteur Fermentation alcoolique (éthanolique) 23 : Vin de fermentation contenant de l’éthanol (alcool) 24 : Dispositif de récupération de l’éthanol, par exemple une colonne(s) de distillation 25 : Alcool concentré 26 : Résidus (solides et liquides, en mélanges ou séparés selon l’agencement de 24)
Le procédé Ci-dessous un descriptif plus détaillé des différentes étapes d’un procédé de conversion de biomasse utilisant une telle installation et auquel peut avantageusement s’appliquer l’invention : (c’est un exemple auquel ne se limite pas l’invention).
Etape a) de conditionnement de la biomasse lignocellulosique Le procédé de traitement comporte dans sa première étape, une étape de conditionnement de la biomasse lignocellulosique avec au moins un broyage de façon à obtenir des particules de biomasse ayant une taille d’au plus 300mm. Il est bien entendu possible de procéder à plusieurs étapes de broyage successives afin d'atteindre la taille de particule visée. De façon générale, la biomasse broyée présente une taille de particule (la plus grande taille) d’au plus 300 mm, le plus souvent d’au moins 1 mm, et souvent comprise entre 2 et 200 mm. Toute méthode connue de l'homme du métier peut être mise en œuvre pour réaliser cette étape. Le plus souvent, le broyage des pailles se fait avec des grilles de 5 à 100 mm. Quant au bois, il est généralement déchiqueté en plaquettes parallélépipédiques avec une longueur comprise entre 20 et 160 mm, une largeur comprise entre 10 et 100 mm et une épaisseur comprise entre 2 et 20 mm. La biomasse lignocellulosique broyée est amenée à l’étape suivante par tout moyen connu de l’homme du métier, en particulier une vis de transfert.
Etape b) d'imprégnation par une liqueur acide
Le procédé de traitement selon l'invention comporte une étape b) d’imprégnation du substrat lignocellulosique avec une liqueur acide de façon à obtenir un substrat lignocellulosique imprégné dont le pH est compris entre 0,1 à 3. Cette étape vise à préparer le substrat lignocellulosique pour l'étape de prétraitement.
L’imprégnation est réalisée dans un réacteur d'imprégnation à une température comprise entre 10 et 90°C et de préférence à pression atmosphérique. Le temps de séjour du substrat lignocellulosique dans le réacteur d’imprégnation est habituellement de 10 secondes à 180 minutes, de préférence entre 30 secondes et 60 minutes et encore plus préférentiellement entre 30 secondes et 15 minutes. De préférence, l'étape d'imprégnation est effectuée en une seule étape.