EP4785756A1 - Module photovoltaïque à structure flexible d'interconnexion - Google Patents
Module photovoltaïque à structure flexible d'interconnexionInfo
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- EP4785756A1 EP4785756A1 EP24782862.7A EP24782862A EP4785756A1 EP 4785756 A1 EP4785756 A1 EP 4785756A1 EP 24782862 A EP24782862 A EP 24782862A EP 4785756 A1 EP4785756 A1 EP 4785756A1
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Abstract
Module photovoltaïque, et son procédé de production, comportant la réalisation d'une structure flexible d'interconnexion (8) selon les étapes suivantes : – produire un film de routage comportant un film structurel (11), au moins une piste conductrice de routage (9A) sur une face du film structurel (11), et au moins une autre piste conductrice de routage (9B) sur l'autre face du film structurel (11); – former au moins deux zones de connexion (14) sur une portion d'une piste conductrice de routage (9A, 9B); – pour chaque zone de connexion (14), réaliser un pliage adjacent à la zone de connexion (14) Les opérations de mise en place de couches de face arrière comportent de plus les étapes suivantes : – mettre en place ladite structure flexible d'interconnexion (8) sur la face arrière des cellules photovoltaïques (4); – connecter électriquement les zones de connexion (14).
Description
DESCRIPTION
Titre : Module photovoltaïque à structure flexible d’interconnexion
DOMAINE TECHNIQUE
L’invention concerne le domaine de l’énergie photovoltaïque. Plus précisément, l’invention concerne les domaines de recherche sur l’architecture électrique des modules photovoltaïques, de type panneaux solaires, sur l’agencement des cellules au sein de ces modules photovoltaïques, et sur les procédés de fabrication associés.
ART ANTÉRIEUR
Les modules photovoltaïques, tels que les panneaux solaires disponibles actuellement, sont généralement produits en mettant en œuvre une encapsulation d’un réseau de cellules photovoltaïques par des opérations de mise en place de couches de face avant et de couches de face arrière.
En effet, un module photovoltaïque comporte un squelette de cellules dans lequel les cellules sont connectées entre elles selon une architecture électrique prédéterminée, et ce squelette de cellules est associé à :
- des couches de face avant, qui comportent généralement diverses couches de matériaux encapsulant ainsi que par exemple un verre trempé formant la surface externe du module photovoltaïque sur sa face avant ;
- des couches de face arrière qui comportent également des couches de matériaux encapsulant, notamment pour isoler électriquement et mécaniquement les cellules photovoltaïques de l’extérieur et protéger la face arrière du module photovoltaïque.
L’un des axes majeurs de recherche dans le domaine des modules photovoltaïques est l’augmentation de leur rendement, et notamment la gestion du comportement sous ombrage partiel. Les architectures électriques actuelles des modules photovoltaïques tendent à devenir plus complexes pour améliorer la résilience face aux déséquilibres de courant entre les cellules, dus à des phénomènes d’ombrage partiel ou de dégradation. Ces architectures électriques complexes de cellules peuvent requérir des agencements appropriés de cellules, par exemple des dispositions de cellules en quinconces, ou des agencements prévoyant
des décalages entre cellules adjacentes selon un certain pas. Ces agencements peuvent augmenter le cout des modules photovoltaïques, et dégrader leur densité de cellules.
Un autre axe majeur de recherche dans le domaine des modules photovoltaïques est l’intégration de ces modules dans de multiples applications, et notamment des applications embarquées. Pa exemple, la conception de modules photovoltaïques destinés à des applications telles que l’automobile bute sur de fortes contraintes d’intégration, compte tenu des formes et des espaces disponibles sur les carrosseries.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
L’invention a pour but d’améliorer les modules photovoltaïques de l’art antérieur en améliorant à la fois les capacités d’intégration et les performances sous ombrage.
À cet effet, l’invention vise un procédé de production d’un module photovoltaïque, mettant en œuvre une encapsulation d’un réseau de cellules photovoltaïques par des opérations de mise en place de couches de face avant et de couches de face arrière. Dans ce procédé, les opérations de mise en place de couches de face arrière comportent la réalisation d’une structure flexible d’interconnexion selon les étapes suivantes :
- produire un film de routage comportant : un film structurel qui est électriquement isolant et présente une aire prédéterminée couvrant un schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques ; au moins une piste conductrice de routage formée d’une couche de matériau conducteur sur l’une des faces du film structurel ; et au moins une piste conductrice de routage formée d’une couche de matériau conducteur sur l’autre face du film structurel ;
- former au moins deux zones de connexion pour chaque piste conductrice de routage, par la réalisation de découpes traversantes du film de routage, chaque découpe traversante délimitant une zone de connexion sur une portion d’une piste conductrice de routage ;
- pour chaque zone de connexion, réaliser un pliage adjacent à la zone de connexion de sorte que la zone de connexion soit tournée suivant la même direction que la piste conductrice de routage correspondante, et dans un sens opposé.
Les opérations de mise en place de couches de face arrière comportent de plus les étapes suivantes :
- mettre en place ladite structure flexible d’interconnexion sur la face arrière des cellules photovoltaïques ;
- connecter électriquement les zones de connexion de la structure flexible d’interconnexion aux cellules photovoltaïques, suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
Selon un autre objet, l’invention vise un module photovoltaïque comportant un réseau de cellules photovoltaïques encapsulées entre des couches de face avant et des couches de face arrière. Ce module photovoltaïque comporte une structure flexible d’interconnexion disposée sur la face arrière des cellules photovoltaïques, et comportant :
- un film structurel qui est électriquement isolant et présente une aire prédéterminée couvrant un schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques ;
- au moins une piste conductrice de routage formée d’une couche de matériau conducteur sur l’une des faces du film structurel ;
- au moins une piste conductrice de routage formée d’une couche de matériau conducteur sur l’autre face du film structurel ;
- au moins deux zones de connexion pour chaque piste conductrice de routage, délimitées par des découpes traversantes du film de routage et un pliage adjacent à la zone de connexion de sorte que la zone de connexion soit tournée suivant la même direction que la piste conductrice de routage correspondante, et dans un sens opposé.
De plus, les zones de connexion de la structure flexible d’interconnexion sont électriquement connectées aux cellules photovoltaïques, suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
La face avant du module photovoltaïque désigne ici la face qui est destinée à être tournée vers la lumière, tandis que la face arrière désigne la face opposée du module photovoltaïque.
L’invention permet la production d’un module photovoltaïque même avec de fortes contraintes d’intégration influant sur la disposition des cellules photovoltaïques,
tout en offrant une grande liberté d’architecture électrique pour les cellules. Des architectures électriques complexes, performantes en matière de gestion des ombrages, peuvent ainsi être mises en œuvre même pour des intégrations imposant une disposition physique défavorable des cellules, sans nécessiter de mettre en œuvre des solutions peu standardisâmes comme celles nécessitant l’usage de demi- cellules, ou de dispositions physiques complexes des cellules.
L’invention permet par exemple, dans le domaine automobile, la production de toits solaires respectant toutes les contraintes d’intégration propres à ce type d’application (nécessité de répartir les cellules sur différentes zones, surfaces inhomogènes, présence d’espaces dépourvus de cellules, etc.), sans influence négative sur les possibilités d’interconnexions de cellules, et donc sur la performance de l’architecture électrique.
L’invention fournit une solution d’interconnexion de cellules photovoltaïques, comme mode unique d’interconnexion, ou comme complément d’un autre mode d’interconnexion, à moindre cout et avec un niveau de fiabilité compatible avec des applications industrielles de grande série.
Le procédé selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- dans l’étape de produire un film de routage, le film structurel est revêtu d’une couche de matériau conducteur, et la piste conductrice de routage est formée par retrait sélectif de portions de matériau conducteur, sans traverser le film structurel, suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques ;
- le retrait sélectif de portions de matériau conducteur est réalisé par gravure de la couche de matériau conducteur ;
- le retrait sélectif de portions de matériau conducteur, pour former les pistes conductrices de routage, et les découpes traversantes du film de routage sont réalisés ensemble par le même procédé ;
- dans l’étape de produire un film de routage, la piste conductrice de routage est directement déposée sur le film structurel, suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques ;
- le pliage adjacent à la zone de connexion comporte un premier pli sensiblement orthogonal entre la piste conductrice de routage et une portion traversante dans l’épaisseur du film structurel, et un deuxième pli sensiblement orthogonal entre cette portion traversante et la zone de connexion ;
- les découpes traversantes sont réalisées suivant un contour entourant la zone de connexion, ce contour étant interrompu par un tronçon de pliage pour la réalisation dudit pliage adjacent à la zone de connexion ;
- durant l’étape de former au moins deux zones de connexion, les découpes traversantes sont réalisées sur des portions d’extrémité de la piste conductrice de routage ;
- l’étape de connecter électriquement les zones de connexion de la structure flexible d’interconnexion aux cellules photovoltaïques, est réalisée par une étape de laminage de l’ensemble des couches de face arrière ;
- lesdites couches de face arrière comportent des couches de matériaux encapsulants, le film structurel et les couches de matériaux encapsulants étants faits du même matériau ;
- au moins deux desdites zones de connexion sont formées sur deux pistes conductrices de routage qui sont sur deux faces opposées du film structurel, ces deux zones de connexion étant en vis-à-vis ;
- la même découpe traversante délimite lesdites zones de connexion en vis-à- vis ;
- ledit pliage est adjacent aux deux zone de connexion, et comporte de plus une zone de pontage, au-delà de la zone de connexion, par laquelle les deux pistes conductrices de routage sont électriquement connectées l’une à l’autre ;
- le pliage adjacent à la zone de connexion comporte : un premier pli sensiblement orthogonal entre la piste conductrice de routage et une portion traversante dans l’épaisseur du film structurel ; un deuxième pli sensiblement orthogonal entre cette portion traversante et la zone de connexion ; un troisième pli sensiblement orthogonal entre la zone de connexion et une portion transversale ; un
quatrième pli sensiblement orthogonal entre cette portion transversale et la zone de pontage.
- la zone de pontage comporte un conducteur de pontage reliant la zone de connexion et l’une des pistes conductrices de routage ;
- les cellules photovoltaïques sont connectées par des conducteurs de jonction, et au moins une zone de connexion est connectée à un conducteur de jonction.
PRÉSENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique de dessus d’un toit solaire pour véhicule automobile ;
- la figure 2 illustre un réseau de cellules photovoltaïques adapté à être mis en œuvre dans le toit solaire de la figure 1 ;
- la figure 3 illustre une étape du procédé selon l’invention, dans laquelle une structure flexible d’interconnexion est disposée sur le réseau de cellules photovoltaïques de la figure 2 ;
- la figure 4 illustre un exemple de schéma prédéterminé d’interconnexion de cellules photovoltaïques pouvant être mis en œuvre avec le procédé selon l’invention ;
- la figure 5 illustre un film de routage adapté à la réalisation de la structure flexible d’interconnexion mise en œuvre dans le procédé selon l’invention ;
- la figure 6, la figure 7, la figure 8 et la figure 9 illustrent un premier mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
- la figure 10, la figure 11 , la figure 12 et la figure 13 sont des illustrations supplémentaires du premier mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
- la figure 14, la figure 15 et la figure 16 illustrent un deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
- la figure 17, la figure 18, la figure 19 et la figure 20 sont des illustrations supplémentaires du deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention.
Les éléments similaires et communs aux divers modes de réalisation portent les mêmes numéros de renvoi aux figures.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
La figure 1 illustre un exemple d’intégration pour un module photovoltaïque produit selon l’invention. La figure 1 est une vue schématique de dessus d’un toit solaire 1 destiné à une application automobile. Ce toit solaire 1 représente ici un exemple d’intégration contraignante pour un module photovoltaïque.
Dans cet exemple illustratif, le toit solaire 1 comporte une fenêtre 2 dans laquelle est installée une paroi transparente ou un toit ouvrant, ce qui en fait un espace nécessairement dépourvu de cellules photovoltaïques.
Un module photovoltaïque conçu comme ce toit solaire 1 présente une aire d’intégration des cellules photovoltaïques qui est située entre le périmètre 3 du toit solaire 1 et la fenêtre 2. Des zones de surface hétérogène et des passages contraignants (zones étroites, décalages, etc.) sont présents sur cette aire d’intégration des cellules photovoltaïques. La surface du toit solaire 1 n’est par ailleurs pas forcément plane sur toute son étendue.
La figure 2 est un exemple de disposition d’un réseau de cellules photovoltaïques 4, dans l’aire du toit solaire 1 qui est disponible, selon l’exemple illustré.
Selon l’invention, la disposition des cellules 4 au sein de l’aire disponible dans le module photovoltaïque, au vu des contraintes d’intégration relatives à cet exemple de toit solaire, peut être totalement découplée des problématiques d’interconnexion de cellules. Les cellules 4 peuvent ainsi être disposées physiquement de la manière la plus efficiente en tenant compte essentiellement des contraintes géométriques de positionnement.
La figure 2 illustre un exemple simplifié dans lequel les cellules 4 sont disposées dans l’aire disponible, tout autour de la fenêtre 2.
Dans l’exemple illustré, les cellules 4 sont tout d’abord interconnectées de manière classique, chaque cellule 4 étant connectée à la cellule voisine par tout moyen connu, tels que rubans conducteurs collés ou brasés cheminant sur la face arrière ou la face avant du module photovoltaïque.
Dans l’exemple illustré, le module photovoltaïque met en œuvre deux chaines de cellules 4 (« strings », en anglais), mises en parallèle. Dans chaque chaine, les cellules 4 sont en série.
Selon cet exemple donné à titre d’illustration, le module photovoltaïque comporte un premier conducteur de raccordement 5, qui forme une première polarité du module, et qui vient se connecter à deux cellules adjacentes 4A et 4B.
La première chaine de cellules comporte la cellule 4A puis toutes les cellules adjacentes jusqu’à la cellule 4D, connectées de proche en proche grâce à des conducteurs de jonction 6. La deuxième chaine de cellules comporte la cellule 4B puis toutes les cellules adjacentes jusqu’à la cellule 4C, connectées de proche en proche grâce à des conducteurs de jonction 6.
Les cellules 4D et 4C sont quant à elles connectées toutes deux à un deuxième conducteur de raccordement 7 qui forme l’autre polarité du module photovoltaïque.
Le procédé de production d’un module photovoltaïque de cet exemple met en œuvre l’encapsulation du réseau de cellules 4 par des opérations de mise en place de couches de face avant et de couches de face arrière.
Les opérations de mise en place de couches de face avant consistent à mettre en place divers matériaux encapsulants, ainsi qu’un verre trempé qui formera la face avant du module. Les opérations de mise en place de couches de face avant sont réalisées de manière connue et ne seront pas décrites plus en détail ici.
Selon l’invention, la mise en place de couches de face arrière comporte une étape de mise en place d’une structure flexible d’interconnexion sur la face arrière des cellules photovoltaïques 4. L’expression « sur la face arrière des cellules photovoltaïques » englobe aussi bien la mise en place de la structure flexible d’interconnexion directement contre la face arrière des cellules 4, que la mise en place de la structure flexible d’interconnexion avec une ou des couches
intermédiaires entre les cellules 4 et la structure flexible d’interconnexion, par exemple une couche électriquement isolante.
La figure 3 illustre la mise en place de cette structure flexible d’interconnexion 8 directement sur la face arrière des cellules 4.
La structure flexible d’interconnexion 8 présente un contour adapté à couvrir une aire prédéterminée, de manière à couvrir un schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques 4. La structure flexible d’interconnexion 8 peut présenter tout type de contour en fonction de l’application. La structure flexible d’interconnexion 8 peut couvrir la totalité de la surface du toit solaire 1 , avec un contour correspondant par exemple au périmètre 3 du toit solaire 1. La structure flexible d’interconnexion peut également, comme dans l’exemple illustré, ne couvrir qu’une portion de la surface occupée par le squelette de cellules 4, si le schéma prédéterminé d’interconnexion ne concerne qu’une partie des cellules 4. La structure flexible d’interconnexion peut également couvrir une aire plus grande que l’aire occupée par la totalité des cellules 4, et peut de ce fait, par exemple, comporter des conducteurs de raccordement cheminant autour du squelette des cellules 4.
La structure flexible d’interconnexion 8 comporte des pistes conductrices de routage 9 permettant de compléter l’interconnexion du réseau de cellules photovoltaïques 4. La structure flexible d’interconnexion 8 est adaptée par exemple à former des couples de cellules 4 mises au même potentiel, quelle que soit la distance séparant ces cellules 4. Indépendamment des contraintes physiques d’intégration, toute architecture électrique peut ainsi être implémentée pour le module photovoltaïque, et notamment des architectures à haute résilience face aux problèmes d’ombrage partiel.
La figure 4 est un exemple d’une architecture électrique performante et difficile à mettre en œuvre dans un module à fortes contraintes d’intégration, et qui peut être mis en œuvre facilement grâce au procédé selon l’invention. L’exemple de la figure 4 est indépendant des exemples illustrés dans les autres figures et illustre un type d’architecture électrique qui peut être mis en œuvre grâce à l’invention. Dans l’architecture illustrée à la figure 4, six chaines 10 comportant des cellules 4 mises en
série, sont mises en parallèle par des conducteurs de jonction 6. Parallèlement, des pistes conductrices de routage 9 permettent des connexions isopotentielles.
Sur la vue schématique de la figure 3, un autre exemple de schéma prédéterminé d’interconnexion est illustré plus en détails, avec ses connexions isopotentielles de cellules 4. Sur la figure 3, chaque extrémité de piste conductrice de routage 9 est électriquement connectée à la cellule 4 en vis-à-vis. Chaque piste conductrice de routage 9, chemine de l’une de ses extrémités à l’autre de ses extrémités, en étant électriquement isolée des cellules 4, en dehors des deux cellules qu’elle relie. Chaque piste conductrice de routage 9 permet ainsi que mettre au même potentiel deux cellules 4, même distantes.
La mise en place de la structure flexible d’interconnexion 8 sur la face arrière des cellules 4 est suivie d’une étape de connexion électrique de chaque extrémité de piste conductrice de routage 9 à la cellule 4 correspondante, suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion.
Cette étape est suivie d’autres étapes classiques, relatives aux opérations de mise en place de couches de face arrière. Il s’agit par exemple de la mise en place d’encapsulants électriquement isolants, d’une plaque structurelle arrière, etc. Ces autres opérations de mise en place de couches de face arrière sont classiques et ne seront pas décrites plus en détail ici.
Les figures 5 à 20 illustrent des étapes de procédés permettant de produire la structure flexible d’interconnexion 8.
Selon un premier mode de réalisation relatif aux figures 5 à 13, la structure flexible d’interconnexion 8 comporte une simple couche de pistes conductrices de routage 9.
La figure 5 illustre une première étape de réalisation de cette structure flexible d’interconnexion 8 à simple couche. Cette première étape consiste à associer un film structurel 11 à une couche conductrice 12.
Le film structurel 11 est formé d’une feuille de matériau électriquement isolant. Dans un exemple de réalisation particulièrement avantageux, le film structurel 11 est réalisé dans un matériau classiquement utilisé comme encapsulant dans les
technologies photovoltaïques, tel que par exemple EVA, POE, ou encore kapton (marque déposée), etc.
La couche conductrice 12 peut-être avantageusement réalisée par métallisation du film structurel 11 , ou par tout autre moyen tel que laminage, collage, etc.
La couche conductrice 12 est destinée à former les pistes conductrices de routage 9, indépendamment du film structurel 11. Selon l’exemple illustratif de la figure 5, le film structurel 11 est d’abord métallisé sur l’ensemble de sa surface, puis des opérations de gravure permettent de former les pistes conductrices de routage 9.
La figure 6 illustre une étape postérieure à l’étape de la figure 5, conduisant à la réalisation d’un film de routage comportant le film structurel 11 et une ou plusieurs pistes conductrices de routage 9. Dans cette étape, l’une des pistes conductrices de routage 9 est délimitée par retrait sélectif de la métallisation, en épargnant le film structurel 11 , par exemple par gravure (chimique, laser, etc.). Sur les figures 6 à 8, des hachures d’orientation différente illustrent les surfaces sur lesquelles la métallisation est présente, et les surfaces sur lesquelles elle a été retirée, laissant apparaitre le film structurel 11 situé en dessous.
Dans cet exemple simplifié à des fins illustratives, la gravure délimite une piste conductrice de routage 9 par retrait d’un contour de la couche conductrice 12. Le film structurel 11 garde son intégrité.
Les pistes conductrices de routage 9 peuvent par ailleurs être réalisées directement par métallisation sélective du film structurel 11.
La figure 7 illustre l’opération postérieure : une découpe traversante 15 est réalisée selon un contour délimitant une zone de connexion 14 sur une portion de la couche conductrice 12. Cette découpe traversante peut être réalisée par gravure traversante du film structurel 11.
La découpe traversante 15 peut être réalisée après la gravure délimitant une piste conductrice de routage 9. En variante, la gravure délimitant la piste conductrice de routage 9 et la découpe traversante 15 peuvent avantageusement être réalisée ensemble par le même procédé. Par exemple, la gravure délimitant la piste conductrice de routage 9 et la découpe traversante 15 peuvent être réalisées par le
même procédé de gravure laser, en adaptant la puissance du laser, et/ou en pratiquant plusieurs passages du laser.
La découpe traversante 15 délimite ainsi une zone de connexion sur une portion de la piste conductrice de routage 9. Cette portion de la piste conductrice de routage 9 peut être située en tout point au niveau duquel une connexion électrique est souhaitée, conformément au schéma prédéterminé d’interconnexion. Dans le présent exemple, la portion de la piste conductrice de routage 9 sur laquelle est réalisée la découpe traversante 15, délimitant la zone de connexion 14, est une portion d’extrémité.
Pour réaliser l’interconnexion des cellules 4 grâce à la structure flexible d’interconnexion 8, au moins une piste conductrice de routage 9 est nécessaire avec, sur deux de ses portions (par exemple à chacune de ses extrémités), une zone de connexion 14 délimitée par la découpe traversante 15 correspondante.
Les figures 6 à 9 sont des figures, simplifiées à des fins didactiques, représentant une seule piste conductrice de routage 9 avec une seule zone de connexion 14 à l’une de ses extrémités. En pratique, la structure flexible d’interconnexion 8 peut comporter un grand nombre de pistes conductrices de routage 9 réalisées de la même manière, chacune pouvant comporter plusieurs zones de connexion 14.
La figure 8 illustre l’étape suivante dans laquelle un pliage adjacent à la zone de connexion 14 est réalisé. La figure 9 est une vue en coupe de la figure 8 et illustre le résultat du pliage.
La découpe traversante 15 est réalisée suivant un contour entourant la zone de connexion 14, ce contour étant interrompu par un tronçon de pliage pour la réalisation du pliage adjacent à la zone de connexion 14, ce tronçon de pliage étant illustré en pointillés à la figure 7. Le pliage est réalisé de sorte que la zone de connexion 14 est tournée suivant la même direction D que la piste conductrice de routage 9, mais dans un sens opposé. Cela signifie que la normale à la zone de connexion 14 est orientée sensiblement suivant la même direction que la normale au plan dans lequel s’étend la piste conductrice de routage 9, et que la surface de la zone de connexion 14, après réalisation du pliage, est tournée dans un premier sens
17 (vers le bas sur la figure) tandis que la surface de la piste conductrice de routage 9 est tournée dans un sens 16 opposé (vers le haut sur la figure).
Plus précisément, le pliage adjacent à la zone de connexion comporte : - un premier pli 23A sensiblement orthogonal (c’est-à-dire un pli environ à angle droit), entre la piste conductrice de routage et une portion traversante 24 dans l’épaisseur du film structurel 11 ;
- et un deuxième pli 23B sensiblement orthogonal (c’est-à-dire un pli environ à angle droit) entre cette portion traversante 24 et la zone de connexion 14.
Les étapes décrites permettent la production d’une structure flexible d’interconnexion 8 avec des pistes conductrices de routage 9 munies de zones de connexion 14 pour chacune des cellules 4 devant être interconnectée selon le schéma prédéterminé d’interconnexion.
La structure flexible d’interconnexion 8 est mise en place sur les cellules 4 de sorte que chaque zone de connexion 14 vienne contre une zone de connexion correspondante sur la cellule 4. Chaque zone de connexion 14 de la structure flexible d’interconnexion 8 est ensuite électriquement connectée à la zone de connexion correspondante sur la cellule 4, par tout moyen connu tel que brasage, collage, voire contact sous pression.
Chaque cellule 4 dispose donc à cet effet d’une zone de connexion complémentaire, sur sa face arrière ou un conducteur de jonction 6, contre laquelle est disposée la zone de connexion 14 de la structure flexible d’interconnexion 8, en vertu du schéma prédéterminé d’interconnexion. Après cette mise en place et cette connexion électrique de la structure flexible d’interconnexion 8, les autres opérations classiques de mise en place de couches de face arrière peuvent ensuite être mises en œuvre.
Les figures 10 à 13 sont une autre illustration de ce premier mode de réalisation dans lequel la structure flexible d’interconnexion 8 comporte une simple couche de pistes conductrices de routage 9.
La figure 10 est une vue de la face arrière de trois cellules 4 connectées en série. La figure 11 illustre l’étape suivante du procédé selon l’invention, dans laquelle
une structure flexible d’interconnexion 8 est mise en place sur la face arrière des cellules 4.
La structure flexible d’interconnexion 8 de cet exemple illustre par ailleurs la possibilité de déposer directement les pistes conductrices de routage 9 sur le film structurel 11 , lors de la production du film de routage (plutôt que de graver des pistes conductrices à partir d’une surface métallisée).
La structure flexible d’interconnexion 8 comporte des pistes conductrices de routage 9 munies de différentes zones de connexion 14, ainsi que les découpes traversantes 15 mentionnées précédemment, et les plis correspondants.
La figure 12 est une vue en coupe selon la coupe XII-XII de la figure 11 illustrant la constitution du module en épaisseurs, avec les couches de face avant 21 , les cellules 4, et les couches de face arrière qui incluent la structure flexible d’interconnexion 8. Les pistes conductrices de routage 9 apparaissent au-dessus du film structurel 11 (sur la figure 12) et cheminent ainsi, conformément au schéma prédéterminé d’interconnexion, en étant électriquement isolées des cellules 4 par le film structurel 11.
La figure 13 est une vue selon la coupe XIII-XIII de la figure 11 et illustre une interconnexion de deux des cellules 4 grâce à une piste conductrice de routage 9 et ses deux zones de connexion 14.
Sur la figure 13, la piste conductrice de routage 9 est tournée vers le haut (c’est-à-dire à l’opposé de la face arrière des cellules 4), tandis que les deux zones de connexion 14 sont tournées vers le bas, c’est-à-dire tournées vers la face arrière des cellules 4.
Selon le schéma prédéterminé d’interconnexion de cet exemple simplifié, la structure flexible d’interconnexion 8 permet une reprise de contact au niveau de deux points où sont raccordés les conducteurs de jonction 6 : les points 18A et 18B. Les deux points 18A, 18B sont ainsi mis au même potentiel électrique grâce à la structure flexible d’interconnexion 8.
Les figures 14 à 20 illustrent un deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention dans lequel la structure flexible d’interconnexion 8 comporte une double couche de pistes conductrices de routage 9.
La figure 14 est une vue en coupe similaire à la figure 9, pour ce deuxième mode de réalisation.
Selon ce deuxième mode de réalisation, la structure flexible d’interconnexion 8 est réalisée à partir d’un film structurel 11 comportant une couche conductrice sur chacune de ses faces. De même que pour le premier mode de réalisation, la double couche conductrice peut être réalisée soit par métallisation de l’ensemble des deux faces du film structurel 11 puis gravure des pistes, soit par dépose directe des pistes conductrices de routage 9 sur chacune des faces du film structurel 11 .
La structure flexible d’interconnexion 8 comporte ainsi des pistes conductrices de routage 9A sur l’une de ses faces et des pistes conductrices de routage 9B sur l’autre de ses faces.
Les pistes conductrices de routage 9A et 9B cheminent chacune indépendamment sur sa face respective du film structurel 11 , augmentant ainsi les possibilités de trajectoires d’interconnexion, avec des possibilités de croisements de pistes au sein de la structure flexible d’interconnexion 8. Ce deuxième mode de réalisation permet ainsi de mettre en œuvre des schémas prédéterminés d’interconnexion plus complexes, en exploitant les deux faces du film structurel 11.
La figure 14 illustre une variante du deuxième mode de réalisation, qui est particulièrement avantageuse. Selon cette variante, des pistes conductrices de routage 9A, 9B situées chacune sur une face du film structurel 11 sont toutes deux mises au même potentiel et raccordées à la zone de connexion 14 grâce à un double pli de sorte que ces pistes conductrices de routage 9 A, 9B viennent en contact au niveau d’une zone de pontage 19.
Plus précisément, le pliage adjacent à la zone de connexion 14 comporte :
- un premier pli 23A sensiblement orthogonal entre la piste conductrice de routage 9 et une portion traversante 24 dans l’épaisseur du film structurel 11 ;
- un deuxième pli 23B sensiblement orthogonal entre cette portion traversante 24 et la zone de connexion 14 ;
- un troisième pli 23C sensiblement orthogonal entre la zone de connexion 14 et une portion transversale 25 ;
- un quatrième pli sensiblement orthogonal entre cette portion transversale 25 et la zone de pontage 19.
Ainsi, selon cette variante du deuxième mode de réalisation, la zone de connexion 14 (électriquement raccordée à une cellule 4) est le point de départ de deux pistes conductrices de routage 9A, 9B, qui sont reliées donc au même point sur la cellule 4.
Ces deux pistes conductrices de routage 9 peuvent toutes deux venir se connecter par ailleurs, par leur autre extrémité, à une autre cellule 4 unique, par un autre double pliage identique à celui décrit, situé à l’autre extrémité des pistes conductrices de routage 9A, 9B. Autrement dit les deux pistes conductrices de routage 9A, 9B peuvent interconnecter deux cellules par un cheminement parallèle, ou différent. Ceci permet par exemple de doubler la section du conducteur pour certaines interconnexions entre cellules 4.
Ces deux pistes conductrices de routage 9 peuvent également cheminer différemment et se connecter, par leur autre extrémité à deux cellules 4 différentes. Un double pli tel que celui illustré à la figure 14 permet dans ce cas à deux pistes conductrices de routage 9A, 9B d’être reliées à la même cellule 4 par l’une de leurs extrémités, et à deux cellules 4 différentes par leur autre extrémité respective.
La figure 15 illustre une autre variante de ce deuxième mode de réalisation, dans laquelle un simple pliage et un conducteur de pontage 20 connectent électriquement les pistes conductrices de routage 9A et 9B. Toute technologie d’interconnexion électrique peut être envisagée pour le conducteur de pontage 20 (brasure, soudure, collage, etc.).
Selon ces variantes, au moins deux des zones de connexion 14 sont formées sur deux pistes conductrices de routage 9 qui sont sur deux faces opposées du film structurel 11 , ces deux zones de connexion 14 étant en vis-à-vis. La même découpe traversante 15 délimite les deux zones de connexion 14 en vis-à-vis.
La figure 16 illustre une autre variante de ce deuxième mode de réalisation, particulièrement avantageuse, dans laquelle, après la mise en place de la structure
flexible d’interconnexion 8 et la mise en place des autres couches de face arrière de manière classique, l’ensemble est laminé de sorte que cette opération de laminage entraine :
- la connexion électrique des zones de connexion 14 de la structure flexible d’interconnexion 8 sur les cellules 4 correspondantes ;
- la mise à niveau (l’aplatissement) de la structure flexible d’interconnexion 8, par compression au niveau des zones de connexion 14.
Avantageusement, la mise à niveau (l’aplatissement) de la structure flexible d’interconnexion 8 sera facilitée par un apport thermique permettant de ramollir le film structurel 11.
La structure flexible d’interconnexion 8 ainsi obtenue présente alors une seule et même épaisseur, avec des opérations de connexion qui sont faites conjointement aux opérations de laminage prévues pour les autres couches de face arrière, réduisant ainsi le nombre d’étapes nécessaires au procédé. L’ensemble des couches de face arrière sont ainsi agencées et connectées électriquement en une seule opération de laminage.
De préférence, selon cette variante, le film structurel 11 est réalisé dans le même matériau que les autres couches d’encapsulant mises en œuvre dans les autres couches de face arrière. Le laminage entraine ainsi un comportement homogène des différentes couches d’encapsulant, aussi bien pour le film structurel 11 de la structure flexible d’interconnexion 8 que pour les autres couches, favorisant notamment la qualité des connexions.
Cette variante avec opération de laminage homogène peut également être appliquée au premier mode de réalisation.
Les figures 17 à 20 sont une autre illustration de ce deuxième mode de réalisation dans lequel la structure flexible d’interconnexion 8 comporte une double couche de pistes conductrices de routage 9A, 9B.
La figure 17 est une vue de la face arrière de trois cellules 4 connectées en série. La figure 18 illustre l’étape suivante du procédé selon l’invention, dans laquelle une structure flexible d’interconnexion 8 est mise en place sur la face arrière des cellules 4.
La structure flexible d’interconnexion 8 comporte des pistes conductrices de routage 9A, 9B munies de différentes zones de connexion 14, ainsi que les découpes traversantes 15 mentionnées précédemment, et les plis correspondants.
La figure 19 est une vue en coupe selon la coupe XIX-XIX de la figure 18. Les pistes conductrices de routage 9A, 9B apparaissent au-dessus et en dessous du film structurel 11 (sur la figure 19) et cheminent ainsi, conformément au schéma prédéterminé d’interconnexion, en étant électriquement isolées les unes des autres par le film structurel 11 .
La figure 20 est une vue selon la coupe XX-XX de la figure 18 et illustre une interconnexion de deux des cellules 4 grâce à une piste conductrice de routage 9A, située sur la face supérieure du film structurel 11 , et ses deux zones de connexion 14. Une autre piste conductrice de routage 9B, située en dessous du film structurel 11 , chemine indépendamment pour connecter d’autres cellules 4. Sur la figure 20, la piste conductrice de routage 9A supérieure est tournée vers le haut (c’est-à-dire à l’opposé de la face arrière des cellules 4), tandis que ses deux zones de connexion 14 sont tournées vers le bas, c’est-à-dire tournées vers la face arrière des cellules 4.
Sur l’exemple simplifié des figures 18 à 20, la zone de contact 14 de la piste conductrice de routage 9A supérieure est connectée aux cellules 4 par l’intermédiaire de pistes 9C qui s’étendent contre la face arrière des cellules 4 et qui sont chacune électriquement connectées en plusieurs points sur la face arrière d’une cellule 4.
Par ailleurs, la piste conductrice de routage 9B raccorde différents points de connexion d’une cellule à une zone de connexion supérieure 22 adaptée à être connectée à tout autre dispositif d’interconnexion.
Les exemples décrits sont des exemples simplifiés rendant compte des possibilités d’interconnexion permises par les pistes conductrices de routage 9 et leurs zones de connexion 14, étant entendu que tout autre schéma prédéterminé d’interconnexion est possible.
Des variantes de réalisation peuvent être envisagées. Notamment, les zones de connexion peuvent être situées en tout point d’une piste conductrice de routage 9 : à l’extrémité d’une piste de routage 9, comme dans les exemples décrits, mais aussi en tout autre point plus central.
Par ailleurs, une structure flexible d’interconnexion 8 peut être prévue avec plusieurs épaisseurs, et comporterait alors plusieurs films structurels 11 munis de pistes conductrices de routage 9.
La structure flexible d’interconnexion 8 peut être mise en œuvre quelle que soit la technologie des cellules 4 relativement à leur mode de connexion, aussi bien avec des cellules à contact en face avant qu’à contact en face arrière. Les connexions entre les cellules 4 et les zones de connexion 14 peuvent se faire aussi bien sur les conducteurs de jonction 6 que directement sur les cellules à contact en face arrière.
La ou les structures flexibles d’interconnexion 8 peuvent-être prévues en une ou plusieurs parties. Elles peuvent intervenir comme complément d’un autre mode d’interconnexion, comme dans les exemples décrits où la structure flexible d’interconnexion vient en plus des connexions réalisées par les conducteurs de jonction 6. Elles peuvent également intervenir comme mode unique d’interconnexion, en assurant toutes les interconnexions requises dans l’architecture électrique choisie, jusqu’aux connexions externes du module.
Claims
1 . Procédé de production d’un module photovoltaïque, mettant en œuvre une encapsulation d’un réseau de cellules photovoltaïques (4) par des opérations de mise en place de couches de face avant et de couches de face arrière, ce procédé étant caractérisé en ce que les opérations de mise en place de couches de face arrière comportent la réalisation d’une structure flexible d’interconnexion (8) selon les étapes suivantes :
- produire un film de routage comportant : un film structurel (11) qui est électriquement isolant et présente une aire prédéterminée couvrant un schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques ; au moins une piste conductrice de routage (9A) formée d’une couche de matériau conducteur sur l’une des faces du film structurel (11 ) ; et au moins une piste conductrice de routage (9B) formée d’une couche de matériau conducteur sur l’autre face du film structurel (11) ;
- former au moins deux zones de connexion (14) pour chaque piste conductrice de routage (9A, 9B), par la réalisation de découpes traversantes (15) du film de routage, chaque découpe traversante (15) délimitant une zone de connexion (14) sur une portion d’une piste conductrice de routage (9A, 9B) ;
- pour chaque zone de connexion (14), réaliser un pliage adjacent à la zone de connexion (14) de sorte que la zone de connexion (14) soit tournée suivant la même direction que la piste conductrice de routage (9) correspondante, et dans un sens opposé ; et en ce que les opérations de mise en place de couches de face arrière comportent de plus les étapes suivantes :
- mettre en place ladite structure flexible d’interconnexion (8) sur la face arrière des cellules photovoltaïques (4) ;
- connecter électriquement les zones de connexion (14) de la structure flexible d’interconnexion (8) aux cellules photovoltaïques (4), suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans l’étape de produire un film de routage, le film structurel (11) est revêtu d’une couche de matériau conducteur (12), et la piste conductrice de routage (9) est formée par retrait
sélectif de portions de matériau conducteur, sans traverser le film structurel (11 ), suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le retrait sélectif de portions de matériau conducteur est réalisé par gravure de la couche de matériau conducteur (12).
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que, le retrait sélectif de portions de matériau conducteur, pour former les pistes conductrices de routage (9), et les découpes traversantes (15) du film de routage sont réalisés ensemble par le même procédé.
5. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans l’étape de produire un film de routage, la piste conductrice de routage (9) est directement déposée sur le film structurel (11 ), suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pliage adjacent à la zone de connexion (14) comporte un premier pli (23A) sensiblement orthogonal entre la piste conductrice de routage (9) et une portion traversante (24) dans l’épaisseur du film structurel (11), et un deuxième pli (23B) sensiblement orthogonal entre cette portion traversante (24) et la zone de connexion (14).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les découpes traversantes (15) sont réalisées suivant un contour entourant la zone de connexion (14), ce contour étant interrompu par un tronçon de pliage pour la réalisation dudit pliage adjacent à la zone de connexion (14).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, durant l’étape de former au moins deux zones de connexion (14), les découpes traversantes (15) sont réalisées sur des portions d’extrémité de la piste conductrice de routage (9).
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de connecter électriquement les zones de connexion (14) de la structure flexible d’interconnexion (8) aux cellules photovoltaïques (4), est réalisée par une étape de laminage de l’ensemble des couches de face arrière.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites couches de face arrière comportent des couches de matériaux encapsulants, et en ce que le film structurel (11 ) et les couches de matériaux encapsulants sont faits du même matériau.
11. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins deux desdites zones de connexion (14) sont formées sur deux pistes conductrices de routage (9) qui sont sur deux faces opposées du film structurel (11), ces deux zones de connexion (14) étant en vis-à-vis.
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que la même découpe traversante (15) délimite lesdites zones de connexion (14) en vis-à-vis.
13. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit pliage est adjacent aux deux zone de connexion (14), et comporte de plus une zone de pontage (19), au-delà de la zone de connexion (14), par laquelle les deux pistes conductrices de routage (9A,9B) sont électriquement connectées l’une à l’autre.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le pliage adjacent à la zone de connexion (14) comporte :
- un premier pli (23A) sensiblement orthogonal entre la piste conductrice de routage (9) et une portion traversante (24) dans l’épaisseur du film structurel (11 ) ;
- un deuxième pli (23B) sensiblement orthogonal entre cette portion traversante (24) et la zone de connexion (14) ;
- un troisième pli (23C) sensiblement orthogonal entre la zone de connexion (14) et une portion transversale (25) ;
- un quatrième pli sensiblement orthogonal entre cette portion transversale (25) et la zone de pontage (19).
15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la zone de pontage (19) comporte un conducteur de pontage (20) reliant la zone de connexion (14) et l’une des pistes conductrices de routage (9).
16. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules photovoltaïques (4) sont connectées par des conducteurs de jonction (6), et en ce qu’au moins une zone de connexion (14) est connectée à un conducteur de jonction (6).
17. Module photovoltaïque comportant un réseau de cellules photovoltaïques (4) encapsulées entre des couches de face avant et des couches de face arrière, caractérisé en ce qu’il comporte une structure flexible d’interconnexion (8) disposée sur la face arrière des cellules photovoltaïques (4), et comportant :
- un film structurel (11 ) qui est électriquement isolant et présente une aire prédéterminée couvrant un schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques ;
- au moins une piste conductrice de routage (9A) formée d’une couche de matériau conducteur sur l’une des faces du film structurel (11) ;
- au moins une piste conductrice de routage (9B) formée d’une couche de matériau conducteur sur l’autre face du film structurel (11 ) ;
- au moins deux zones de connexion (14) pour chaque piste conductrice de routage (9A, 9B), délimitées par des découpes traversantes (15) du film de routage et un pliage adjacent à la zone de connexion (14) de sorte que la zone de connexion (14) soit tournée suivant la même direction que la piste conductrice de routage (9A, 9B) correspondante, et dans un sens opposé ; les zones de connexion (14) de la structure flexible d’interconnexion (8) étant électriquement connectées aux cellules photovoltaïques (4), suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
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