EP1540742A2 - Procede permettant d'augmenter la puissance de sortie des cellules photovoltaiques - Google Patents
Procede permettant d'augmenter la puissance de sortie des cellules photovoltaiquesInfo
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- EP1540742A2 EP1540742A2 EP02779251A EP02779251A EP1540742A2 EP 1540742 A2 EP1540742 A2 EP 1540742A2 EP 02779251 A EP02779251 A EP 02779251A EP 02779251 A EP02779251 A EP 02779251A EP 1540742 A2 EP1540742 A2 EP 1540742A2
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Definitions
- the present invention relates to a method making it possible to increase the output power of the photovoltaic cells of the various known channels and to minimize the temperature of the photovoltaic cells which acts negatively on the voltage.
- Semi-crystalline silicon modules formed a quarter of global photovoltaic sales in 1988 and their performance is between 12% and 13%.
- Amorphous silicon has a low yield of around 7% and therefore its manufacture is expensive.
- Sunlight emits energy in the ultraviolet and infrared bands as well as in the visible band.
- the amount of energy emitted varies according to the formula:
- the solar ray RI perpendicular to FO will continue its path without deviation, until meeting the facet FI where it will refract in R '1 by making an angle ⁇ 'l> ⁇ l
- R '1 is directed on a photovoltaic cell.
- the surface of the facet FI will be calculated in such a way that all the rays which arrive on its surface will refract covering the entire surface of the photovoltaic cell.
- the photovoltaic cell will receive as many suns as there are facets, obviously taking into account both the absorption of the luminosity at the level of the multiprisms and the cosine of the solar rays with the photovoltaic cell.
- the system making it possible to carry out this inventive method consists of several adjacent facets making angles between them, calculated so that all of the refracted light rays converge entirely on the surface of the solar module.
- Each facet is made up of a number of similar multiprisms.
- the method of the invention makes it possible to considerably increase the nominal output power of existing solar modules.
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Abstract
La présente invention concerne un procédé permettant d'augmenter la puissance de sortie des cellules photovoltaïques des différentes filières connues et de réduire au minimum la température des cellules photovoltaïques qui agit négativement sur le voltage. Le système permettant de réaliser ce procédé d'invention est constitué de prismes sur plusieurs facettes adjacentes faisant des angles entre elles, calculés de telle sorte que tous les rayons lumineux réfractés convergent en totalité sur la surface du module solaire. Le matériau de ces prismes absorbe la plus grande partie des rayons ultraviolets.
Description
Procédé permettant d'augmenter la puissance de sortie des cellules photovoltaïques.
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne un procédé permettant d'augmenter la puissance de sortie des cellules photovoltaïques des différentes filières connues et de réduire au minimum la température des cellules photovoltaïques qui agit négativement sur le voltage.
Etat de la technique antérieure
A travers le monde, la production énergétique a trois origines essentielles : le nucléaire, le fossile et l'hydraulique. La consommation énergétique aux USA par exemple est de 1200 TWh. En France, le nucléaire représente 70% de la consommation énergétique française. Le coût de production aux USA est le suivant : 3,88 Centimes /KWh pour le nucléaire, 1,87 Centimes /KWh pour le fossile et 0,36 Centimes /KWh pour l'hydraulique.
Les inconvénients du nucléaire et du fossile, sont :
La pollution, les déchets nucléaires et le fossile : Energie non renouvelable qui pourrait être épuisée au cours du siècle à venir. Le solaire ne présente aucun de ces inconvénients et est inépuisable.
Les industries développant des modules photovoltaïques utilisent une ou deux des filières suivantes :
Le silicium mono cristallin dont les cellules ont atteint un rendement de 23% et les modules un rendement de 10% à 14%.
Le prix de commercialisation de ces modules s'échelonne de U.S
$5 à U.S $6/Watt.
Les modules au silicium semi-cristallin ont formé le quart des ventes mondiales du photovoltaïque en 1988 et leur rendement se situe entre 12% et 13%.
Le silicium amorphe a un faible rendement qui avoisine les 7% et de ce fait sa fabrication est coûteuse.
« The Electric Power Research Institutes » (USA) , organisme gouvernemental, a conclu que les systèmes voltaïques doivent atteindre un rendement de 15% et un coût de U.S $ 2,00 par Watt installé pour être en mesure d'entrer en compétition avec les autres sources conventionnelles.
Cette conclusion correspond à une production de 2,700KWh /an/W (ensoleillement 300j/an /9h/j , amortissement sur 20 ans) et donc à un prix du KWh solaire égal à (U.S. $ 2,20) : 2,7 = 3,70 Centimes
Influence de la température sur les cellules photovoltaïques :
la puissance de sortie d'une cellule photovoltaïque chute quand la température augmente. La figure 4 montre que cette perte est due essentiellement à une diminution du voltage de court circuit .
Il est connu que pour une cellule solaire, le courant est très peu affecté par la température. En d'autre terme, quand l'intensité lumineuse augmente, le voltage en circuit ouvert varie un tout petit peu alors que le courant de court circuit prend une grande variation, et quand la température augmente, le voltage en circuit ouvert accuse une large variation, et le courant de court circuit une petite variation.
Le spectre de la lumière solaire s'étend de l'ultraviolet en passant par le visible et en s 'étendant jusqu'au lointain infrarouge. Les cellules photovoltaïques, en général, sont insensibles à la lumière en dehors du visible et du très proche infrarouge. Cette caractéristique est reflétée par la fig. 3 qui montre la courbe de réponse d'une cellule photovoltaïque conventionnelle .
La lumière solaire émet de l'énergie dans les bandes des ultraviolets et infrarouges aussi bien que dans la bande du visible .
La quantité d'énergie émise varie suivant la formule :
E = h.c/λ où : h= constante de PLANK, c= vélocité de la lumière, λ = longueur d' onde .
Quand la longueur d'onde diminue, la quantité d'énergie augmente. Augmentant d'une façon logarithmique en intensité pendant que la longueur d'onde décroît, l'énergie électromagnétique est de loin la plus importante dans la bande des ultraviolets.
Tout système augmentant l'intensité lumineuse augmente aussi bien le courant que la puissance de sortie d'une cellule solaire. Mais, en même temps, toute l'énergie qui n'a pas été transformée en électricité, augmente la température de la cellule solaire et comme énoncé, le voltage diminue.
Présentation de l'essence de l'invention
Mode de concentration avec multiprismes : rappel d'une donnée physique : Considérons 2 milieux transparents Ml et M2 ayant respectivement comme indice de réfraction ni et n2. (fig.l).
Tout rayon lumineux R va se réfracter en 0 suivant R' . Si αl est l'angle qui fait R avec la perpendiculaire PP' , R' va faire un angle α2 avec PP' , qui sera lié avec αl par la relation : nl.sin αl= n2.sin α2.
Considérons un multiprismes à 2 facettes FO et Fl(fig.2) qui font entre elles un angle αl et ayant un indice de réfraction n2 > 1 ( indice de l'air) .
Le rayon solaire RI perpendiculaire à FO va continuer son chemin sans déviation, jusqu'à rencontrer la facette FI où il va se réfracter en R' 1 en faisant un angle α'l> αl
R' 1 est dirigé sur une cellule photovoltaïque. La surface de la facette FI sera calculée de telle façon que tous les rayons qui arrivent sur sa surface, se réfracteront en couvrant toute la surface de la cellule photovoltaïque.
D'autres facettes F2...Fn adjacentes l'une à l'autre et avec des angles différents, vont dévier et juxtaposer tous les rayons lumineux qu'elles reçoivent sur l'entière surface de la cellule photovoltaïque .
De ce fait, la cellule photovoltaïque recevra autant de soleils qu'il y a de facettes, en tenant compte évidemment aussi bien de l'absorption de la luminosité au niveau du multiprismes que du cosinus des rayons solaires avec la cellule photovoltaïque.
En augmentant sensiblement 1 ' éclairement lumineux, nous augmentons automatiquement l'intensité du courant de court circuit, sans affecter la tension du circuit ouvert, donc nous augmentons la puissance de sortie.
Ce système de concentration suppose que l'ensemble de l'installation (multiprismes et modules) doit poursuivre le soleil (tracking system) .
Théoriquement, pour un facteur de concentration compris entre 2 et 10, il n'est nullement nécessaire de refroidir la cellule photovoltaïque, dans la mesure où les propriétés électriques de ces cellules ont été déterminées dès le départ pour une résistance interne relativement faible.
Dans le cas d'élimination partielle ou totale des rayons ultraviolets, l'élévation de température due à la concentration n'influe pas tellement sur la tension et nous obtenons avec des multiprismes une augmentation de la puissance de sortie des modules de l'ordre de 4 à 5 fois la puissance nominale.
Mode de réalisation de l'invention
Le système permettant de réaliser ce procédé d'invention est constitué de plusieurs facettes adjacentes faisant des angles entre elles, calculés de telle sorte que tous les rayons lumineux réfractés convergent en totalité sur la surface du module solaire .
Chaque facette est constituée d'un certain nombre de multiprismes similaires. Le procédé de l'invention permet d'accroître considérablement la puissance de sortie nominale des modules solaires existants.
Ceci se traduit par une diminution substantielle du coût du KWh solaire qui devient ainsi concurrentiel au coût nucléaire et peut être du fossile. De ce fait, une multitude d'application à travers le monde devient réalisable par l'attrait économique.
Parmi ces réalisations dont la liste n'est point exhaustive, nous pouvons citer : le pompage de l'eau dans les zones arides, L'éclairage des localités isolées, le dessalement de l'eau saumatre, la production et transport du courant continu sous haute tension et ce sur une grande distance, les télécommunications et la protection cathodique.
Claims
REVENDICATIONS
1-Procédé permettant de dévier des rayons solaires dans une direction bien déterminée, à l'aide d'un prisme ayant un indice de réfraction supérieur à 1. la surface des rayons lumineux déviés est déterminée par un nombre de prismes identiques. Les facettes adjacentes sont orientées de telle sorte qu'elles renvoient la lumière reçue sur la seule surface des cellules photovoltaïques . Les facettes sont en un matériau transparent qui absorbe en très grande partie les rayons ultraviolets de la lumière solaire. Le panneau solaire est équipé d'un système fluide ou électrique lui permettant d'être toujours orienté vers le soleil.
2 -Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que cette déviation s'obtient à l'aide d'un prisme ayant un indice de réfraction supérieur à 1.
3- Procédé suivant les revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que la surface des rayons lumineux déviés est déterminée par un nombre de prismes identiques recouvrant la surface d'une facette.
4- Procédé suivant les revendications 1, 2 et 3 , caractérisé en ce que toutes les facettes adjacentes sous différents angles sont orientées de telle sorte qu'elles renvoient la lumière reçue sur la seule surface des cellules photovoltaïques.
5-Procédé suivant les revendications 2 et 4 caractérisé en ce que toutes les facettes sont en un matériau transparent qui absorbe en très grande partie les rayons ultraviolets de la lumière solaire.
6 -Procédé suivant les revendications 3 et 4 caractérisé en ce que le panneau solaire ainsi conçu, est équipé d'un système fluide ou électrique lui permettant d'être toujours orienté vers le soleil.
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