FR2484143A1 - Panneau a cellules photoelectriques et son procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PANNEAU A CELLULES PHOTOELECTRIQUES DU TYPE FEUILLETE. LES CELLULES PHOTOELECTRIQUES 5, 6 SONT ASSEMBLEES ENTRE UNE FEUILLE DE VERRE RIGIDE 1 ET UNE FEUILLE METALLIQUE FLEXIBLE 4 PAR L'INTERMEDIAIRE DE FEUILLES THERMOPLASTIQUES 2, 3. LE PANNEAU EST UTILISE POUR LA CONVERSION DE L'ENERGIE SOLAIRE.

Description

La présente invention concerne des panneaux sensibles à la lumière comportant une ou plusieurs cellule(s) photoélectrique(s) qui est ou sont scellées entre les feuilles frontale et arrière du panneau.
Des panneaux de cette sorte et comprenant une ou plusieurs cellule(s) photovoltaïque(s) sont utilisé s comme panneaux solaires
On a proposé différents modes d'incorporation de cellules photo-voltaiques à l'intérieur d'une structure présentant la résistance mécanique voulue permettant ainsi une manipulation et une installation aisée. En meme temps ces structures assurent à la ou aux cellule(s) et aux connexions électroconductrices qui lui/leur sont associées une protection contre les dégradations résultant d'une exposition l'asti mosphère pendant des périodes prolongées.Il y a dans l'industrie une recherche continue de structures de panneaux qui offrent la combinaison la plus favorable de ces propriétés.
Parmi les facteurs qui déterminent l'appropriation d'un pan neau à des ambiances dtutllisationdsnnees, on peut citer sa résistance aux conditions atmosphériques, en particulier sa résistance à la péné tration de l'humidité et des vapeurs atmosphériques la compatibilité de la structure du panneau avec une fabrication automatisée et à des courts de production suffisamment faibles ainsi que leìcacite du panneau en tant que convertisseur d'énergie. Un autre facteur important réside dans le rapport efficacité/poids du panneau.
On a proposé des structures de panneaux dans lesquelles la ou les cellule(s) est/sont enfermées) entre des éléments rigides dont l'un d'entre eux au moins est transparent. Dans certains de ces pan neaux, les éléments rigides sont formés et assemblés pour former une boite peu profonde dans laquelle les cellules sont placées et éventuelle- ment noyées dans un matériau de scellement Dans d'autres formes de réalisation, les éléments rigides sont des feuilles qui sont assemblées au moyen d'une matière de scellement intermédiaire pour former un panneau feuilleté. Aucune de ces structures ne permet cependant une production à faible coût.L'atmosphère enfermée dans les structures du type boite doit etre évacuée avant le scellement étanche de celles-ci.
Dans d'autre cas, l'on doit introduire une composition de scellement de manière qu'elle remplisse l'intérieur de la boite autour des cellules.
Les structures de type feuilleté nécessitent l'application d'une matière de scellement autour des cellules de manière à former une couche d'épaisseur uniforme qui est prise en sandwich entre les feuilles.
Selon un autre mode les feuilles sont solidarisées au moyen de films préformées de matière thermoplastique dans lesquelles une ou plusieurs ouvertures ont été formées pour y disposer la/les cellule(s).
Un objet de la présente invention est de fournir une structure de panneau qui peut etre produit plus facilement et à moindre cout tout en assurant une protection efficace des cellules photoélectri ques contre l'influence de l'environnement de sorte que le panneau peut être exposé à l'atmosphère pendant de longues périodes sans qu'il perde de son efficacité comme convertisseur d'énergie.
La présente invention concerne un panneau sensible à la lumière comportant une ou plusieurs cellules photoélectriques scellées entre les feuilles frontale et arrière du panneau, qui est caractérisé en ce que la/les cellule(s) est ou sont enfermée(s) entre une feuille frontale transmettant la lumière qui assure la rigidité du panneau et une feuille métallique flexible imperméable à l'humidité, qui sont feuilletées ensemble au moyen d'une matière adhésive de manière que la feuille métallique forme des protubérances dues à la présence de la ou de chaque cellule.
Un panneau d'une telle construction peut etre produit facilement et à bon marché. Le panneau est formé à partir d'un élément structurel rigide frontal (dit "feuille frontale") et d'une ou de plusieurs feuilles minces flexibles qui doivent simplement etre coupées à la dimension du panneau. La feuille métallique est flexible de sorte qu'elle peut adopter une surface présentant des protubérances imposées par la différence d'épaisseur du panneau entre la/les région(s) où est/sont placée(s) la/les cellule(s) et la/les zone(s) de solidarisation î'/les entourant. On évite ainsi de devoir découper une ou plusieurs ouvertures dans toute feuille intérieure pour y loger la/les cellule(s) pendant l'empilage et l'assemblage des composants du panneau.
On peut obtenir aisément et à très bon compte des feuilles métalliques assez flexibles pour etre déposées facilement et se conformer selon une surface présentant des protubérances tout en restant hautement imperméable à l'humidité pendant de longues périodes d'exposition aux conditions climatiques extérieures. De plus on peut choi sir la feuille de manière qu'elle présente une émissivité relativement faible du coté extérieur du panneau, ce qui dans certains cas amélio
rera l'efficacité de fonctionnement de la/des cellule(s).
De préférence, la matière adhésive s'étend jusqu'au voi
sinage de la ou des périphérie(s) de la/des cellule(s) de manière que
le panneau feuilleté soit substantiellement dépourvu d'espaces vides
internes. De préférence, la feuille métallique constitue la feuille arrière du panneau feuilleté.
Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, on utilise une feuille d'aluminium comme feuille métallique.
Avantageusement, on utilise une feuille d'aluminium ayant une épaisseur inférieure à 80 microns. De préférence, la feuille d'aluminium a une épaisseur comprise entre 5 et 50 microns. Une feuille de cuivre, pour citer un autre exemple peut également être utilisée.
Dans des formes préférées de réalisation de l'invention, la feuille frontale et la feuille métallique sont solidarisées entièrement ou partiellement au moyen d'une ou de plusieurs couche(s) de solidarisation formée(s) à partir d'un ou de plusieurs film(s) intermédiaire(s) de matière thermoplastique. De préférence le film intermédiaire ou au moins l'un d'entre eux s'il en existe plusieurs s'étend entre la/les cellule(s) et la feuille métallique flexible. Cette disposition est particulièrement avantageuse parce que dans cette position un ou plusieurs film(s) intermédiaire(s) peuvent servir d'isolant entre la/les cellule(s) et la feuille métallique. Il est cependant possible, ainsi qu'on le décrira ci-après, d'incorporer une isolation locale à l'emplacement de la/des cellule(s).
Lorsqu'il existe entre la/les cellule(s) et la feuille métallique flexible un ou plusieurs film(s) intermédiaire(s) de scellement, le ou au moins un film adhère sur la totalité de sa surface à cette feuille métallique. Dans ces circonstances, la feuille métallique et le(s) film(s) intermédiaire(s) de scellement forment un ensemble arrière feuilleté dont la résistance mécanique ne dépend pas uniquement de la feuille métallique de telle sorte que cette dernière feuille peut être très mince.
Avantageusement, la matière thermoplastique adhésive comporte un film entre les cellules et la feuille frontale.
De préférence, la/les. cellule(s) est/sont prise(s) en sandwich entre deux films thermoplastiques qui adhèrent directement ou indirectement sur la totalité de leur surface à la feuille frontale et à la feuille métallique et qui sont solidarisés l'un à l'autre dans la/les zone(s) entourant les cellules. Un de ces films sert à solidariser la/les cellule(s) à la feuille frontale rigide et doit évidemment être un film transmettant la lumière. Les deux films thermoplastiques peuvent être de composition identique ou différente. Dans le cas d'un panneau dans lequel il n'y a pas de film de solidarisation entre la/les cellule(s) et la feuille frontale relativement rigide, la/les cellule(s) peuvent être assujetties à la feuille frontale au moyen d'un adhésif approprié appliqué localement.
Le(s) film(s) thermoplastique(s) utilisé(s) pour la solidarisation doivent être tels que les conditions d'adhésion puissent être réalisées sans devoir faire appel à un chauffage à une température nuisible à la/alfx cellule(s). Une matière adhésive préférée est le polyvinylbutyral. D'autres matières appropriées sont le polyuréthane et le chlorure de polyvinyle. De préférence, on met en oeuvre un ou plusieurs film(s) adhésif(s) ayant chacun une épaisseur de 0,3 à 1 mm.
La feuille rigide frontale peut être une feuille de verre ou de plastique. De préférence la feuille est une feuille de verre, par exemple une feuille de verre sodo-calcique ordinaire. Cette feuille peut être une feuille trempée. La trempe peut être effectuée thermiquement ou chimiquement. Si on désire utiliser un matériau plastique à la place de verre, la feuille frontale peut par exemple être constituée par un polycarbonate ou par un polyméthylméthacrylate.
Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, l'emploi d'une feuille métallique pour former une feuille arrière du panneau est particulièrement avantageux en raison de la combinaison de propriétés utiles, obtenue, en particulier son efficacité comme barrière à l'humidité combinée à sa durabilité et sa flexibilité.
Les avantages liés à l'usage d'une feuille métallique ne dépendent pas de l'emploi d'un ou de plusieurs film(s) thermoplastique(s) pour solidariser la feuille métallique à la feuille frontale transmettant la lumière. La feuille métallique peut être feuilletée à la feuille frontale transmettant la lumière par d'autres moyens, par exemple au moyen d'une composition adhésive, appliquée par exemple à une face de la feuille métallique et/ou à une face de la feuille rigide avant leur assem blage. La composition adhésive peut par exemple être du type thermodurcissable.
Pour solidariser la feuille métallique à une feuille frontale constituée de verre, on peut entre autres utiliser des adhésifs acryliques. Si on utilise une feuille de matière plastique pour former la feuille frontale rigide, la feuille métallique peut être solidarisée à cette feuille frontale au moyen d'un adhésif acrylique
L'invention s'applique à des panneaux comprenant une ou plusieurs cellule(s) photovoitaique s ou photoré sistante s Le domaine d'utilisation le plus important de l'invention est la fabrication de panneaux comportant une ou plusieurs cellules photo#oltaiques# et princi palment la fabrication de panneaux solaires.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un panneau tel que décrit ci-dessus dans lequel la feuille métallique et la feuille frontale du panneau sont feuilletées ensemble au moyen d'au moins un film préformé de matière thermoplastique. L'utilisation d'un film préformé de matière thermoplastique simplifie grandement le processus de fabrication.
Dans le procédé de fabrication préféré# la feuille frontale transmettant la lumière, la feuille métallique flexible imperméable à l'humidité, les cellules photoélectriques avec les conducteurs qui leur sont associés ainsi que la matière thermoplastique en film sont assemblés dans l'ordre voulu, l'assemblage est enfermé dans une enveloppe flexible d'où on extrait ensuite l'air pour appliquer la pression environnante sur l'assemblage, l'enveloppe et l'assemblage enfermé sont chauffés pour provoquer le ramollissement du film ou des films thermoplastique(s) après quoi on laisse refroidir l'assemblage.
La solidarisation de la feuille frontale transmettant la lu mière et de la feuille métallique flexible de façon à enfermer la/les cellule(s) peut être obtenue en exposant l'assemblage à des conditions de température et de pression environnante appropriées. Comme la feuille métallique est flexible, la pression environnante est effectivement distribuée dans la/les région(s) de solidariMation qui sont des région(s) plus mince(s) de l'assemblage.
A titre d'exemple, l'assemblage comportant les divers composants du panneau peut notre enfermé dans une enveloppe flexible d'où on extrait l'air pour appliquer la pression environnante requise sur l'assemblage. L'enveloppe et l'assemblage enfermé peuvent être chauffés simultanément ou ultérieurement. A titre d'exemple, l'éva- cuation de l'enveloppe peut être suffisante pour créer une pression interne de l'ordre de 133 Fa. Un tel vide peut être maintenu pendant par exemple 5 à 10 minutes. La température à laquelle on chauffe l'assemblage dépend entre autres de la composition du/des film(s) thermoplastique(s) utilisé(s) pour la solidarisation.Lorsqu'on utilise un ou plusieurs film(s) de polyvinylbutyral, l'assemblage est chauffé à une température de l'ordre de 140tu. Lorsqu'on place l'assemblage dans une enveloppe ainsi que décrit ci-dessus, on peut placer des moyens d'espacement, par exemple des morceaux de treillis entre l'assemblage et les faces opposées de l'enveloppe afin de faciliter l'extraction d'air de l'enveloppe.
Le panneau peut être pourvu d'un châssis. Dans un tel cas, le bord du panneau peut être scellé dans le châssis pour empêcher l'humidité d'entrer en contact avec les bords du panneau. Cependant, pour autant que la/les cellule(s) est/sont suffisamment espacées des bords du panneau, le risque qu'une quantité significative d'humidité n'atteigne la/les cellule(s) par infiltration le long de la/des couche(s) thermoplastique(s) depuis les bords du panneau peut être considéré comme négligeable.
Certaines formes de réalisation de l'invention, choisies à titre d'exemple, sont illustrées dans les dessins annexés dans lesquels les figures 1 et 2 sont des sections transversales de parties de deux panneaux selon l'invention, la figure 3 illustrant un procédé de fabrication du panneau selon la figure 1.
Le panneau représenté à la figure 1 comporte une feuille de verre 1, qui peut par exemple être une feuille de verre sodo-calcique ordinaire, des films 2 et 3 de polyvinylbutyral ayant chacun une épaisseur de 0,76 mm et une feuille d'aluminium 4 ayant une épaisseurde 15 microns. Entre les deux films de polymère se trouve une grille de cellules photovoltaiques et de conducteurs qui leur sont associés (non représentés) pour connecter le panneau à un circuit de sortie.
Tout nombre souhaité de cellules, par exemple quinze cellules, peut être incorporé dans le panneau. La figure I montre deux cellules, désignées en 5 et 6.
En vue de fabriquer le panneau représenté à la figure 1, la feuille de verre 1, deux films plats de polyvinylbutyral 2 et 3 placés respectivement sur chaque face des cellules 5, 6 et des conducteurs qui leur sont associés, et une feuille plane d'aluminium 4 sont assemblés dans l'ordre approprié. L'assemblage est placé dans un sac flexible 14 ainsi que représenté à la figure 3. Le sac 14 est pourvu d'un tube 15 pour évacuer l'air de l'intérieur du sac de sorte que l'assemblage étant soumis à une pression inférieure à-la pression atmosphérique est dégazé. Sous la pression ambiante à laquelle est soumis l'assemblage, les feuilles de verre, de plastique et de métal sont èrme- ment pressées ensemble. La feuille de polymère 3 et la feuille d'aluminium sont déformées pour suivre la surface à protubérances formée par le film de polymère 2 et les cellules 5, 6.L'assemblage, enfermé dans le sac 14 sous-vide, est ensuite placé dans un four et chauffé à environ 1400 C. A cette température, les films de polyvinylbutyral ramollissent. On extrait l'assemblage du four et on le laisse refroidir. Le film polymère 2 adhère à la feuille de verre 1, aux cellules 5, 6 et, dans les zones de solidarisation entourant les cellules, au film polymère 3. Ce dernier film adhère aux cellules et à la feuille métallique 4.
A titre de variante du panneau représenté à la figure 1, on peut utiliser une feuille d'aluminium de 50 microns d'épaisseur. Une feuille de matière polymère synthétique transparente, par exemple de polycarbonate, peut être utilisée au lieu de la feuille de verre 1 La structure illustrée peut en variante ou en complément être modifiée en utilisant deux ou plusieurs films polymères superposés à la place du film 2 et/ou en utilisant plus d'un film polymère à la place du film 3.
Un autre panneau selon l'invention correspond à celui représenté à la figure 1, à cette exception près que l'on omet le film 3
et que l'on incorpore dans l'assemblage des disques de matière élec
triquement isolante d'un diamètre un peu supérieur à celui des cel
lules, de manière à couvrir les faces arrières des cellules et leurs
bords et de ce fait à isoler les cellules de la feuille métallique. Dans une telle structure de panneau, la feuille métallique est solidarisée à la feuille de verre uniquement par le film 2.
Dans le panneau représenté à la figure 2, on utilise un film unique de matière thermoplastique 7 pour solidariser une feuille métallique flexible 8 à une feuille frontale de verre transparente 9 du panneau. Les cellules photoélectriques 10, 11 sont disposées entre la feuille thermoplastique 7 et la feuille frontale 9. Les cellules photoélectriques 10, 11 sont solidarisées à la feuille frontale 9 par des couches adhésives 12, 13. Ces couches adhésives doivent être constituées de telle sorte que, par exemple leur épaisseur doit être telle que, elles empechent l'endommagement des cellules par la feuille frontale de verre lorsque l'assemblage est soumis à pression pour la solidarisation, de la manière décrite à propos de la figure 3.

Claims (14)

R IEVEN DICTIONS
1. Panneau sensible à la lumière, en particulier panneau solaire, comportant une ou plusieurs cellules photoélectriques qui est ou sont scellées entre les feuilles frontale et arrière du panneau, caractérisé en ce que la/les cellule(s) (5 -6, 10-1l) est ou sont enfermée(s) entre une feuille frontale transmettant la lumière (1D 9) qui assure la rigidité du panneau et une feuille métallique flexible (4, 8) imperméable à l'humidité, qui sont feuilletées ensemble au moyen d'une matière adhésive (2-3, 7) de manière que la feuille métallique (4, 8) forme des protubérances dues à la présence de la ou de chaque cellule (5-6, 10-11).
2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière adhésive (2-3, 7) s1 étend jusqu'au voisinage de la ou des périphérie(s) de la/des cellule(s) de manière que le panneau feuilleté soit substantiellement dépourvu d'espaces vides internes.
3. Panneau selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la feuille métallique (4, 8) constitue la feuille arrière du panneau feuilleté.
4. Panneau selon l'une des revendlcation6 1 à 3, CaEaCté- risé en ce que la dite feuille métallique (4, 8) est une feuille d'aluminium.
5. Panneau selon la revendication 4, caractérisé en ce que la feuille d'aluminium (4, 8) a une épaisseur comprise entre 5 et 50 microns.
6. Panneau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière adhésive comporte un film thermoplastique (3, 7) entre les cellules (5-6, lo-lî) et la feuille métallique (4, 8).
7. Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que la feuille métallique (4, 8) adhère sur la totalité de sa surface au/à au moins un film thermoplastique (3, 7).
8. Panneau selon l'une des revendications i à 7, caractérisé en ce que la matière adhésive comporte un film thermoplastique entre les cellules (5-6) et la feuille frontale (1).
9. Panneau selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la/les cellule(s) est/sont prise(s) en sandwich entre deux films thermoplastiques (2, 3) qui adhèrent directement ou indirectement sur la totalité de leur surface à la feuille frontale (1) et à la feuille métallique (4) et qui sont solidarisés l'un à l'autre dans la/les zone(s) entourant les cellules (5-6).
10. Panneau selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la matière adhésive comporte au moins un film (2, 3, 7) de polyvinylbutyral.
11. Panneau selon la revendication 10, caractérisé en ce que le ou chaque film de polyvinylbutyral (2, 3, 7) a une épaisseur comprise entre 0, 3 et 1 , 0 mm.
12. Panneau selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins une des cellules photoélectriques est une cellule photovoltaique (5-6, 10-11).
13. Procédé de fabrication d'un panneau sensible à la lumière selon l'une des revendications 1 à i3, caractérisé en ce que la feuille métallique (4, 8) et la feuille frontale (1, 9) du panneau sont feuilletées ensemble au moyen d'au moins un film préformé (2-3, 7)
de matière thermoplastique.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la feuille frontale transmettant la lumière, la feuille métallique flexible (4, 8) imperméable à l'humidité, les cellules photoélectriques (5-6, 10-11) avec les conducteurs qui leur sont associés ainsi que la matière thermoplastique en film (2-3, 7), sont assemblés dans l'ordre voulu, en ce que l'assemblage est enfermé dans une enveloppe flexible (14) d'où on extrait ensuite l'air pour appliquer la pression environnante sur l'assemblage 9 en ce que l'enveloppe (14) et l'assemblage enfermé sont chauffés pour provoquer le ramollissement du film (7) ou des films (2-3) thermoplastique(s) et en ce que l'on laisse ensuite refroidir l'as s emblage.
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