FR2940523A1 - Tuile photovoltaique. - Google Patents

Abstract

Les modules photovoltaïques placés en toiture dégradent en général l'aspect esthétique du bâtiment car ils ne respectent pas la géométrie des éléments de couverture utilisés pour la toiture. Lorsque des éléments photovoltaïques sont constitués à partir d'une tuile, la solution employée consiste à coller un module photovoltaïque en avant d'une tuile ou de rapporter un module photovoltaïque en arrière d'une tuile transparente. L'invention consiste en l'encapsulation directe de cellules photovoltaïques sous une tuile transparente, par exemple en verre moulé. Les cellules ne sont pas préalablement assemblées en module. La géométrie des tuiles formant la toiture est ainsi conservée et une grande protection de l'élément photovoltaïque contre le milieu extérieur et l'humidité ambiante est assurée sans générer de perte optique due à une multiplication des interfaces. L'invention concerne l'encapsulation directe de cellules photovoltaïques sous une tuile dont la partie centrale est plane, et plus favorablement forme une zone en creux. Selon un développement de l'invention, le substrat avant ou le substrat arrière contient une structure formée d'une pluralité de zones planes, parallèles entre elles et non coplanaires, chacune de ces zones étant destinée à recevoir une cellule photovoltaïque. L'invention concerne également l'encapsulation directe sous une tuile à forte courbure de cellules photovoltaïques fabriquées à partir de substrats minces de silicium cristallin.

Description

Tuile photovoltaïque Domaine technique de l'invention

L'invention concerne un élément photovoltaïque pour montage en toiture ou en façade utilisant des cellules en silicium monocristallin ou polycristallin et pouvant se substituer à un élément de couverture tel qu'une tuile, une ardoise ou une tôle. État de la technique

Un module photovoltaïque est formé par association de cellules photovoltaïques. Une cellule photovoltaïque fournit un courant dépendant de l'éclairement. La tension électrique dépend du 15 type du semi-conducteur formant la cellule. Cette tension est habituellement de l'ordre de 0,5 Volt à 0,7 Volt. Les tensions souhaitées en sortie de module photovoltaïque sont généralement supérieures à 4 Volts et typiquement de plusieurs dizaines de volts. Pour cela, un module photovoltaïque est formé d'un assemblage de plusieurs cellules montées en série. Dans toute la description qui suit, la face avant d'une cellule est celle qui reçoit le 20 rayonnement solaire. De même, la face avant d'un module est celle qui reçoit le rayonnement solaire. Un module photovoltaïque peut être réalisé par association de cellules en silicium cristallin, monocristallin ou polycristallin. Les cellules possèdent sur leur face avant selon une première direction un réseau d'électrodes étroites de largeur typiquement comprise entre 80 et 150 m 25 et espacées de 1.5 à 3 mm. Les cellules possèdent également des bus qui collectent le courant issu des électrodes étroites et qui servent également de zones de connexion appelées bus sur leur face avant. Sur leur face arrière, les cellules possèdent une métallisation en pleine surface à base d'aluminium ainsi que deux bus généralement placés à l'aplomb des bus de la face avant. Les électrodes étroites ainsi que les bus sont réalisés avec en matériau riche en argent. 30 10 1 / 18 Les cellules sont alors connectées entre elles par des conducteurs électriques soudés sur la face avant d'une cellule et sur la face arrière de la cellule suivante. Les cellules sont ensuite encapsulées entre deux substrats, un substrat avant transparent en verre et un substrat arrière en verre ou en un polymère faisant barrière à la diffusion de la vapeur d'eau. Un polymère transparent thermoplastique comme du polyvinylbutyrate (PVB) ou un copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA) disposé entre les substrats avant et arrière entoure les cellules et assure la cohésion de l'ensemble.

Les modules photovoltaïques sont destinés à de nombreuses applications, et sont ainsi installés en des emplacements très variés. L'installation en toiture a été proposée depuis longtemps, notamment dans le brevet FR2354430 déposé en 1976. Ce brevet décrit l'empilement de cellules photovoltaïques en silicium polycristallin sur une tuile de toiture. Le brevet (DE4438858) décrit des moyens de connexion électrique pour des éléments de toiture photovoltaïques.

Les modules photovoltaïques placés en toiture sont de plusieurs types : • des modules photovoltaïques de grande dimension, typiquement plus d'un demi mètre carré, réalisés soit en technologie silicium cristallin sur substrat de silicium épais, typiquement 250 m, soit en technologie couches minces de silicium amorphe ou d'autres semi-conducteurs comme CIS ou CdTe. Ces modules photovoltaïques de grande dimension sont installés soit en lieu et place de la couverture, qu'elle soit en tuiles, tôles, ou toute autre matière, soit en superposition à la couverture existante. • des modules photovoltaïques de petite dimension qui sont installés en lieu et place d'un ou plusieurs éléments de la couverture, par exemple à la place d'une tuile ou plusieurs tuiles, généralement 1 à 5 tuiles. Ces modules photovoltaïques de petite dimension sont réalisés soit en technologie silicium cristallin , soit en technologie couches minces .

Des éléments de couverture, par exemple une tuile ou une ardoise, contenant un module photovoltaïque font également partie de l'état de l'art et sont commercialisés. Ces éléments peuvent être constitués : 2/18 • soit d'un module photovoltaïque rapporté par collage sur la partie supérieure de la tuile ou de l'ardoise • soit formés par dépôt et interconnexion de cellules photovoltaïques sur la partie supérieure de la tuile ou de l'ardoise et protection de ces cellules par un substrat en verre transparent.

L'intégration d'une fonction photovoltaïque dans ces éléments de couverture présente cependant des inconvénients majeurs car elle dégrade les caractéristiques de l'élément de couverture, en particulier concernant le ruissellement des eaux, la résistance aux intempéries et à la grêle en particulier ainsi que l'étanchéité en raison de passages électriques et la nécessité de l'ajout d'abergements. D'autre part, l'exposition directe aux intempéries des modules photovoltaïques ou des cellules photovoltaïques encapsulées sur la face avant de l'élément de couverture nécessite des protections importantes contre l'action de l'eau et de l'humidité qui dégradent les performances des cellules dans le temps. Pour pallier à ce dernier inconvénient, les brevets japonais JP5005344 et européen EP0749557A1 décrivent un arrangement dans lequel un module photovoltaïque est placé en arrière d'une tuile transparente à la lumière et dont la surface est courbe. Ce module est espacé de la tuile par un cadre d'adaptation de forme entre la tuile courbe et la cellule photovoltaïque plane. Dans cette configuration, une lame d'air est présente entre la tuile transparente et la cellule photovoltaïque ce qui provoque la multiplication des interfaces verre ù air, avec une perte de l'ordre de 5% de l'intensité lumineuse à chaque interface. De plus, dans un tel arrangement, il est important d'optimiser la surface disponible qui doit être pavée avec un pourcentage de recouvrement le plus élevé possible notamment en réduisant les espaces entre les cellules. Le brevet américain US4877460 décrit un arrangement des cellules avec une superposition partielle d'une cellule sur la suivante et une interconnexion sans élément conducteur supplémentaire. Ce même brevet décrit un arrangement de cellules dans lequel les cellules sont décalées d'une rangée sur l'autre. 3/18 2940523 Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, de conserver toutes les fonctions et caractéristiques de l'élément de couverture et d'assurer une grande protection 5 de l'élément photovoltaïque contre le milieu extérieur sans générer de perte optique due à une multiplication des interfaces.

Dans la description suivante, la face avant d'une cellule est la face de la cellule qui reçoit directement le rayonnement solaire. De même, la face avant du module est la face du module 10 qui reçoit directement le rayonnement solaire. Le substrat avant du module photovoltaïque est celui formant la face avant de ce module. Dans la description suivante, la face supérieure de l'élément de couverture est la face exposée au milieu extérieur.

15 Selon l'invention, ce but est atteint par l'encapsulation de cellules photovoltaïques entre une tuile transparente formant le substrat avant et un substrat arrière à l'aide d'un polymère transparent, caractérisé en ce que le substrat avant est une tuile transparente.

Selon un premier développement de l'invention, tuile transparente formant le substrat avant 20 est une tuile en verre moulé.

Selon un deuxième développement de l'invention, la surface de la tuile recevant les cellules photovoltaïques est une zone en creux, avec un dénivelé d'au moins un millimètre autour de cette zone en creux. Selon un troisième développement de l'invention, la surface de la tuile recevant les cellules photovoltaïques est formée de multiples zones non coplanaires, chacune de ces zones étant destinée à recevoir une cellule.

30 Selon un quatrième développement de l'invention, la surface du substrat arrière est formée de multiples zones non coplanaires, chacune de ces zones étant destinée à recevoir une cellule. 25 4/18 2940523 Description sommaire des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non 5 limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :

La figure 1 représente, en coupe selon une première direction, un élément de couverture photovoltaïque selon l'invention.

10 La figure 2 représente, en coupe selon une direction perpendiculaire à la première direction, un élément de couverture photovoltaïque selon l'invention.

La figure 3 représente, en coupe selon une direction perpendiculaire à la première direction, un élément de couverture photovoltaïque avec une géométrie modifiée du substrat selon un 15 développement de l'invention.

La figure 4 représente, en vue de dessous, un élément de couverture photovoltaïque selon un développement de l'invention.

20 La figure 5 représente, en coupe, un élément de couverture photovoltaïque selon un autre développement de l'invention, avec des cellules sans interconnexion filaire et avec un substrat avant préformé.

La figure 6 représente, en coupe, un élément de couverture photovoltaïque selon un autre 25 développement de l'invention, avec des cellules sans interconnexion filaire et avec un substrat arrière préformé.

La figure 7 représente, en coupe, un élément de couverture photovoltaïque selon un développement de l'invention, réalisé sur un substrat à forte courbure. 30 5 / 18 La figure 8 représente, en vue de dessous, un élément de couverture photovoltaïque selon un développement de l'invention, avec des cellules rectangulaires et disposées en série dans une même rangée, sans interconnexion filaire dans une même rangée.

La figure 9 représente, en vue de dessous, un élément de couverture photovoltaïque selon un développement de l'invention, avec des cellules rectangulaires sans interconnexion filaire, montées en parallèle sur la largeur du substrat et montées en série dans une seule rangée.

Description de modes particuliers de réalisation.

Un premier mode de réalisation de l'élément de couverture photovoltaïque représenté en coupe en figure 1 est réalisé par l'assemblage d'une tuile transparente 1, de cellules photovoltaïques 10 interconnectées par des conducteurs 20. La figure 2 montre une coupe de l'élément de couverture photovoltaïque dans la direction perpendiculaire à la coupe de la figure 1. La face inférieure de la tuile transparente 1 présente une partie centrale dont l'aire est au moins égale à 33% de l'aire de la tuile, dont la planéité est meilleure que +/- 2 millimètres et dont l'épaisseur est typiquement comprise entre 6 et 20 millimètres. Les cellules photovoltaïques 10 sont disposées dans la partie centrale plane, sans être préalablement assemblées dans un module.

Un polymère transparent 30 assure la cohésion entre la tuile 1, les cellules 10 et le substrat arrière 40. Ce polymère transparent 30 assure également l'adaptation d'indice optique entre le matériau de la tuile 1 et les cellules 10. L'ensemble électrique formé par les cellules 10 et les conducteurs 20 est placé en regard de la partie inférieure de la tuile 1. L'ensemble des cellules 10 et des conducteurs 20 est donc protégé des intempéries par la tuile. La tuile assure également la résistance mécanique requise pour un élément de couverture. Le substrat arrière 40 est constitué soit par un substrat de verre, par exemple un verre sodo-calcique de 2 à 4 mm d'épaisseur, soit par une feuille d'un polymère imperméable à la diffusion de l'eau, par exemple un polymère fluoré. Des conducteurs électriques 21 relient les extrémités du circuit formé des cellules 10 et des conducteurs 20 à un boitier de connexion 50. 6/18 Selon un développement de l'invention représenté en figures 3 et 4, la partie centrale plane de la tuile transparente 1 est une zone 2 en creux, avec un dénivelé d'au moins un millimètre autour de cette zone en creux par rapport aux zones périphériques. Les cellules photovoltaïques 10 sont positionnées dans cette zone 2 en creux. Cette zone 2 a pour effet de contenir le polymère transparent 30 lorsque celui-ci est un composé à faible viscosité tel qu'une résine silicone.

Selon un autre mode de réalisation de l'élément de couverture photovoltaïque représenté en figure 5, la tuile transparente 1 contient sur sa face inférieure une pluralité de zones planes, parallèles entre elles et non coplanaires. Chacune de ces zones a la géométrie d'une cellule photovoltaïque, c'est-à-dire une largeur égale ou supérieure de 1 à 2 millimètres à la largeur d'une cellule photovoltaïque et une longueur inférieure de 1 à 3 millimètres à la longueur d'une cellule photovoltaïque. Chacune de ces zones est destinée à recevoir une cellule photovoltaïque. Une marche est formée entre deux zones successives, la hauteur de cette marche étant proche de l'épaisseur d'une cellule photovoltaïque, typiquement entre 40 m et 400 m. L'interconnexion entre deux cellules successives d'une même rangée est réalisée par superposition partielle de 1 à 3 millimètres d'une cellule sur la cellule suivante et par formation d'un contact électrique entre le réseau d'électrodes de la face avant d'une cellule et le réseau d'électrodes de la face arrière de cellule suivante. Cette interconnexion peut être réalisée par soudure entre les deux réseaux à l'aide d'un matériau de soudure à base d'étain ou par contact avec une colle conductrice.

Selon un autre mode de réalisation de l'élément de couverture photovoltaïque représenté en figure 6, la tuile transparente 1 présente une face inférieure plane et le substrat arrière contient, sur sa face tournée vers la tuile, une pluralité de zones planes et non coplanaires. Chacune de ces zones du substrat arrière a la géométrie d'une cellule photovoltaïque, c'est-à-dire une largeur égale ou supérieure de 1 à 2 millimètres à la largeur d'une cellule photovoltaïque et une longueur inférieure de 1 à 3 millimètres à la longueur d'une cellule photovoltaïque.

Chacune de ces zones est destinée à recevoir une cellule photovoltaïque. Une marche est formée entre deux zones successives, la hauteur de cette marche étant proche de l'épaisseur 7/18 d'une cellule photovoltaïque, typiquement entre 40 m et 400 m. L'interconnexion entre deux cellules successives d'une même rangée est réalisée par superposition partielle de 1 à 3 millimètres d'une cellule sur la cellule suivante et par formation d'un contact électrique entre le réseau d'électrodes de la face avant d'une cellule et le réseau d'électrodes de la face arrière de cellule suivante. Cette interconnexion peut être réalisée par soudure entre les deux réseaux à l'aide d'un matériau de soudure à base d'étain ou par contact avec une colle conductrice.

Un autre mode de réalisation de l'élément de couverture photovoltaïque représenté en coupe en figure 7 est réalisé par l'assemblage d'une tuile transparente 1 à forte courbure, c'est-à-dire présentant un rayon de courbure inférieur à 50 centimètres. Les cellules photovoltaïques 10 sont des cellules flexibles, typiquement réalisées sur substrat de silicium cristallin mince, d'épaisseur inférieure à 100 micromètres. Les cellules sont interconnectées par des conducteurs 20.

Un polymère transparent 30 assure la cohésion entre la tuile 1, les cellules 10 et le substrat arrière 40. L'ensemble électrique formé par les cellules 10 et les conducteurs 20 est placé en regard de la partie inférieure de la tuile 1. Le polymère transparent 30 assure également l'adaptation d'indice optique entre le matériau de la tuile 1 et les cellules 10.

L'ensemble des cellules 10 et des conducteurs 20 est donc protégé des intempéries par la tuile. La tuile assure également la résistance mécanique requise pour un élément de couverture. Le substrat arrière 40 est constitué soit par un substrat de verre, par exemple un verre sodocalcique de 2 à 4 mm d'épaisseur, soit par une feuille d'un polymère imperméable à la diffusion de l'eau, par exemple un polymère fluoré. Des conducteurs électriques 21 relient les extrémités du circuit formé des cellules 10 et des conducteurs 20 à un boitier de connexion 50.

Selon une première variante de l'invention, la tuile transparente 1 formant le substrat avant du dispositif photovoltaïque est une tuile en verre moulé. La tuile 1 est constituée d'un matériau vitreux ayant un fort coefficient de transmission dans le spectre solaire entre le proche ultraviolet et le proche infrarouge. La tuile transparente a typiquement un coefficient de transmission compris entre 85% et 95%. Le matériau vitreux est un verre dont la température 8/18 de ramollissement est comprise entre 500°C et 800°C, en particulier un verre de type sodocalcique. La tuile transparente présente une géométrie compatible avec les tuiles qu'elle doit remplacer en toiture, notamment compatible avec les éléments de raccordement 4 destinés à interdire le cheminement de l'eau entre les tuiles.

Selon une deuxième variante de l'invention, la tuile transparente 1 formant le substrat avant du dispositif photovoltaïque est une tuile en un polymère organique transparent ayant un fort coefficient de transmission dans le spectre solaire entre le proche ultraviolet et le proche infrarouge, notamment du PMMA (polyméthylmétacrylate). La tuile transparente en polymère organique a typiquement un coefficient de transmission compris entre 85% et 95%. La tuile transparente présente une géométrie compatible avec les tuiles qu'elle doit remplacer en toiture, notamment compatible avec les éléments de raccordement 4 destinés à interdire le cheminement de l'eau entre les tuiles.

Exemple 1 Un élément de couverture photovoltaïque est réalisé par l'encapsulation de cellules photovoltaïques sous une tuile transparente comme représenté en figure 8. La tuile est constitué d'un verre de type sodo-calcique transparent, ayant un coefficient de transmission compris entre 88% et 92% dans le spectre solaire entre le proche ultraviolet à 350 nm et le proche infrarouge à 1.2 m. La tuile transparente présente la même géométrie que les tuiles en terre cuite qu'elle remplace en toiture. Elle comporte en particulier les mêmes éléments de raccordement destinés à interdire le cheminement de l'eau entre les tuiles. La tuile 1 est une tuile à faible galbe de dimension 310 x 450 mm2 et qui présente en son centre une zone plane 2 de 210 x 340 mm2, soit environ 50% de l'aire de la tuile. La planéité de cette zone centrale est meilleure que +/- 1 millimètre par rapport au plan moyen. Le substrat arrière est constitué d'une feuille d'épaisseur 0.76 millimètre et de dimension de 206 x 330 mm2 d'un polymère fluoré dont la température de transition vitreuse est de 90°C. Cette feuille de polymère contient, centrées sur sa face destinée à être tournée vers la tuile, une dizaine zones planes et non coplanaires obtenue par formage à chaud de la feuille polymère.

La dizaine de zones planes est arrangée en deux rangées de cinq zones planes d'une surface totale de 191 x 316 mm2. Chacune de ces zones du substrat arrière a une dimension de 157 9/18 millimètres mesurée dans la largeur de la feuille et une dimension de 38 millimètres mesurée dans la longueur de la feuille. La marche formée entre deux zones successives a une hauteur de 0.2 millimètre. La feuille polymère, et en particulier les dix zones destinées à recevoir les cellules, sont enduites d'une couche d'épaisseur 20 m d'une résine silicone bi-composant.

Les cellules 10 utilisées pour réaliser l'élément de couverture photovoltaïque sont des cellules de 156 x 39 mm2 et de 200 m d'épaisseur provenant de la découpe de cellules 156 x 156 mm2 possédant sur leur face avant selon une première direction un réseau d'électrodes étroites, en matériau riche en argent, de largeur 100 m espacées de 2 mm et selon une deuxième direction deux bus, en matériau riche en argent, de largeur 2 mm situés au quart et au trois quarts de la largeur de la cellule, et sur leur face arrière deux bus, en matériau riche en argent, de largeur 2 mm à l'aplomb des deux bus de la face avant. Ces cellules sont découpées au laser en quatre parties identiques selon la direction des électrodes étroites. Chaque cellule résultante de 156 x 39 mm2 possède ainsi sur sa face avant et sur sa face arrière deux bus de largeur 2 mm et de longueur 39 mm. Les deux bus de la face arrière sont enduits d'une pate d'une soudure riche en étain sur 2 millimètres à l'une de leur extrémité. Les cellules ont un rendement de conversion photovoltaïque de 17%. L'assemblage de l'élément de couverture photovoltaïque est réalisé en plaçant une cellule photovoltaïque sur la couche de résine silicone bi-composant et dans chacune des zones formées sur le substrat arrière. Les cellules de 39 mm dépassent ainsi de 1 millimètre de la zone formée dans le substrat arrière et recouvre de 1 millimètre la cellule précédente. Le bus enduit d'une pate d'une soudure riche en étain de la face arrière d'une cellule est ainsi en contact avec le bus de la face avant de la cellule précédente sur une longueur de 1 millimètre. Les contacts entre chacun des bus de la face arrière d'une cellule et le bus en regard de la face avant de la cellule précédente sont localement chauffés avec un laser de type YAG afin de provoquer la fusion du matériau de soudure entre les bus et le contact électrique à faible résistance entre deux cellules consécutives. Un conducteur 24 constitué d'un ruban de cuivre étamé de largeur 1 mm et d'épaisseur 0.20 millimètre est positionné entre l'une des extrémités de la première rangée de cellules et l'une des extrémités de la deuxième rangée de cellules. Ce conducteur 24 est soudé aux bus des cellules par fusion de l'étain déposé sur le conducteur 24 à l'aide d'un laser de type YAG. 10 / 18 Deux conducteurs 21 et 22, chacun constitué d'un ruban de cuivre étamé de largeur 1 mm et d'épaisseur 0.20 millimètre est positionné entre chacune des extrémités de l'assemblage de cellules et le boitier de connexion 50. Ces conducteurs 21 et 22 sont soudés aux bus des cellules par fusion de l'étain déposé sur ces conducteurs à l'aide d'un laser de type YAG.

Le substrat arrière équipé des dix cellules est ensuite mis en regard de la face inférieure de la tuile et collé à sa périphérie et sur trois côtés à la zone centrale plane de la tuile. L'ensemble constitué de la tuile et du substrat arrière collé est alors mis en position verticale, le côté non collé dirigé vers le haut. Une résine silicone transparente d'indice optique proche de celui du verre, soit 1.5, et ensuite coulée dans l'interstice entre la tuile et du substrat arrière puis l'ensemble est chauffé à 100°C pendant 30 minutes. Le boitier de connexion 50 est ensuite collé sur le substrat arrière. Les conducteurs 21 et 22 sont alors raccordés au boitier par soudure à l'étain puis protégés par une résine époxy de protection. L'élément de couverture photovoltaïque ainsi réalisé fourni une puissance de 10 W crête. 15 Exemple 2 Un élément de couverture photovoltaïque est réalisé par l'encapsulation de cellules photovoltaïques sous une tuile transparente comme représenté en figure 9. La tuile est constituée d'un verre de type sodo-calcique transparent, ayant un coefficient de 20 transmission compris entre 88% et 92% dans le spectre solaire entre le proche ultraviolet à 350 nm et le proche infrarouge à 1.2 m. La tuile transparente présente la même géométrie que les tuiles en terre cuite qu'elle remplace en toiture. Elle comporte en particulier les mêmes éléments de raccordement destinés à interdire le cheminement de l'eau entre les tuiles. La tuile 1 est une tuile à faible galbe de dimension 310 x 450 mmz et qui présente en son centre une 25 zone plane 2 de 210 x 340 mmz, soit environ 50% de l'aire de la tuile. La planéité de cette zone centrale est meilleure que +/- 1 millimètre par rapport au plan moyen. Cette zone centrale est une zone en creux avec un dénivelé de deux millimètres par rapport aux zones périphériques. Le substrat arrière est constitué d'une feuille d'épaisseur 0.76 millimètre et de dimension de 30 310 x 210 mmz d'un polymère fluoré étanche à la diffusion de l'eau. 11 / 18 Les cellules utilisées pour réaliser l'élément de couverture photovoltaïque sont des cellules de 25.7 mm de largeur et de 200 m d'épaisseur provenant de la découpe de cellules 103 x 103 mm2. Ces cellules possèdent sur leur face avant selon une première direction un réseau d'électrodes étroites de largeur 80 m espacées de 2 mm en matériau riche en argent et selon une deuxième direction deux bus, en matériau riche en argent, de largeur 1.8 mm situés au quart et au trois quarts de la largeur de la cellule. Ces cellules possèdent sur leur face arrière deux bus, en matériau riche en argent, de largeur 2.5 mm dont l'axe est à l'aplomb de l'axe d'un bus de la face avant. La longueur des cellules est comprise entre 40 mm et 103 mm. Une partie des cellules utilisées provient de la découpe de cellules partiellement cassées et leur longueur est alors ajustée en fonction de la zone restant utilisable dans la cellule cassée. Chaque cellule entière de 103 x 103 mm2 est découpée au laser selon l'axe central de la cellule parallèle aux bus et selon l'axe central des bus pour former quatre parties identiques qui formeront de nouvelles cellules l0a de 25.7 mm de largeur, chaque partie ayant, sur un côté de sa face arrière et selon la plus grande direction, un bus de largeur 1.2 mm. Chaque nouvelle cellule 10a possède sur sa face avant un réseau d'électrodes étroites de largeur 80 m espacées de 2 mm en matériau riche en argent et perpendiculaires au bus de la face arrière. Une cellule cassée est tout d'abord découpée au laser selon les mêmes axes qu'une cellule entière puis dans la direction perpendiculaire à l'axe des bus pour former des morceaux rectangulaires qui formeront de nouvelles cellules 10b de 25.7 mm de largeur, chaque morceau rectangulaire ayant sur un côté de sa face arrière un bus de largeur 1.2 mm.. Chaque nouvelle cellule 10b possède sur sa face avant un réseau d'électrodes étroites de largeur 80 m espacées de 2 mm en matériau riche en argent et perpendiculaires au bus de la face arrière. L'assemblage est réalisé en enduisant une face de la feuille polymère constituant le substrat arrière d'une couche d'épaisseur 20 m d'une résine silicone bi-composant et en déposant sur toute la surface du bus de la face arrière des cellules une pate d'une soudure riche en étain. Un conducteur 22 est ensuite déposé sur le substrat arrière parallèlement au petit coté et à 5 mm du bord du substrat. Puis un premier rang de cellules composé d'une cellule l0a et une ou plusieurs cellules 10b est déposé de telle manière que le bus de la face arrière de chaque cellule soit en contact avec le conducteur 22. Les cellules l0a et 10b sont jointives et la somme de leur longueur est de 200 mm. 12 / 18 Un second rang de cellules composé d'une cellule l0a et une ou plusieurs cellules 10b est déposé de telle manière que le bus de la face arrière de chaque cellule du second rang soit en contact avec les électrodes étroites de la face avant des cellules du premier rang. Les cellules 10a et 10b du second rang sont jointives et la somme de leur longueur est de 200 mm. Dix rangs supplémentaires sont déposés selon les mêmes caractéristiques que le second rang afin de former une série des 12 rangs de cellules, sur une longueur totale de 297 mm. Un conducteur 23 est ensuite déposé l'extrémité du dernier rang de cellules, avec une superposition de 1 millimètre des cellules.

Des conducteurs 22a et 23a sont déposés pour relier ultérieurement respectivement les conducteurs 22 et 23 au boitier de connexion 50. Une couche de 0.7 millimètre de résine silicone transparente bi-composant est déposée dans la partie centrale plane 2 de la tuile transparente 1. La tuile transparente et le substrat arrière équipé des cellules et des conducteurs sont ensuite placés dans une enceinte, la face de la tuile transparente enduite de la résine silicone tournée vers le haut et le substrat arrière au dessus de la tuile, la face du substrat arrière portant les cellules tournée vers le bas La résine silicone déposée sur le substrat arrière maintient les cellules et les conducteurs. Le volume de l'enceinte est alors purgé de son air jusqu'à une pression résiduelle de 5 millibars et le substrat arrière est amené en contact avec la tuile en appliquant une force de 600 grammes répartie sur le substrat arrière à l'aide d'un ballon gonflable. La zone en creux 2 formée dans la tuile 1 confine la résine silicone excédentaire. L'enceinte est alors remise à la pression atmosphérique et l'ensemble tuile-substrat arrière est placé à 100°C pendant 20 minutes pour polymérisation de la résine silicone. Les cellules ont un rendement de conversion photovoltaïque de 17% et l'élément de couverture photovoltaïque ainsi réalisé fourni une puissance de 10 W crête.

Exemple 3 Un élément de couverture photovoltaïque est réalisé par l'encapsulation de cellules photovoltaïques sous une tuile transparente comme représenté en figure 7.

La tuile est constituée d'un substrat organique transparent de polymethylmetacrylate (PMMA), ayant un coefficient de transmission compris entre 91% et 93% dans le spectre 13 / 18 solaire entre le proche ultraviolet à 350 nm et le proche infrarouge à 1.2 m. La tuile transparente présente la même géométrie que les tuiles en terre cuite qu'elle remplace en toiture, une géométrie dite canal très utilisée en couverture. Elle comporte en particulier les mêmes éléments de raccordement destinés à interdire le cheminement de l'eau entre les tuiles.

La tuile 1 est une tuile à fort galbe de dimension 310 x 450 mm2 et qui présente, centrée sur son grand axe, une zone de courbure constante, de 180 mm de largeur et de 340 mm de longueur et de rayon de courbure égal à 20 centimètres. Le substrat arrière est constitué d'une feuille de dimension 190 x 323 mm2, d'épaisseur 0.76 millimètre d'un polymère fluoré étanche à la diffusion de l'eau.

Les cellules utilisées pour réaliser l'élément de couverture photovoltaïque sont des cellules de 180 mm de longueur, de 32 mm de largeur et de 60 lam d'épaisseur réalisées à partir de substrats de silicium de type ruban. Ces cellules possèdent sur leur face avant, parallèlement à leur largeur, un réseau d'électrodes étroites de longueur 32 mm et de largeur 80 gm espacées de 2 mm. Ces électrodes sont réalisées en un matériau riche en argent. Cette électrode est réalisée en un matériau riche en argent couvert d'une couche d'étain de 10 m d'épaisseur déposée par électrodéposition. Les cellules possèdent sur leur face arrière une métallisation pleine surface en aluminium et parallèlement à leur longueur, une électrode de longueur 180 mm et de largeur 1.2 mm Cette électrode est réalisée en un matériau riche en argent couvert d'une couche d'étain de 25 gm d'épaisseur déposée par électrodéposition.

Un conducteur 22 recouvert d'une couche d'étain de 25 m d'épaisseur déposée par électrodéposition est ensuite déposé sur le substrat arrière parallèlement au petit coté et à 6 mm du bord du substrat. L'assemblage est réalisé en enduisant une face de la feuille polymère constituant le substrat arrière d'une couche d'épaisseur 20 m d'une résine silicone bi-composant de couleur noire.

Un conducteur 22 est ensuite déposé sur le substrat arrière parallèlement au petit coté et à 6 mm du bord du substrat. Puis une première cellule est déposée de telle manière que l'électrode large de sa face arrière soit en contact avec le conducteur 22. Une seconde cellule est déposée de telle manière que le bus de la face arrière de cette seconde cellule soit en contact avec les électrodes étroites de la face avant de la première cellule. Le recouvrement de la seconde cellule sur la première cellule est de 1 à 1.5 mm. 14 / 18 Huit cellules supplémentaires sont déposées avec ce même couvrement d'une cellule sur la précédente afin de former une série de 10 cellules, sur une longueur totale de 297 mm. Le recouvrement d'une cellule sur la cellule précédente est de 1 à 1.5 mm. Un conducteur 23, recouvert d'une couche d'étain de 25 m d'épaisseur déposée par électrodéposition, est déposé en recouvrement de l'extrémité de la dernière cellule. Des conducteurs 22a et 23a sont déposés pour relier ultérieurement respectivement les conducteurs 22 et 23 au boitier de connexion 50. Les contacts électriques entre deux cellules consécutives sont réalisés par chauffage local avec un laser de type YAG afin de provoquer la fusion de la couche d'étain déposée sur les électrodes étroites en face avant d'une cellule et la couche d'étain déposée sur l'électrode large en face arrière de la cellule suivante. Les contacts électriques entre les conducteurs 22 et 23 et respectivement les première et dernière cellules sont réalisés également par chauffage local avec un laser de type YAG afin de provoquer la fusion de la couche d'étain déposée sur l'électrode large en face arrière de la première cellule et la couche d'étain déposée sur le conducteur 22, respectivement les électrodes étroites en face avant de la dernière cellule et la couche d'étain déposée sur le conducteur 23. L'ensemble du substrat arrière préparé avec les cellules et les conducteurs est placé dans une étuve, les cellules étant au dessus de l'assemblage. Une forme en polytétrafluoroéthylène et lestée avec une charge de 1 kg, cylindrique et de courbure identique à celle de la tuile 1, est amenée en contact avec les cellules. Un cycle thermique de 10 minutes à 120°C est appliqué afin de polymériser la résine silicone bi-composant. L'assemblage est sorti de l'étuve et la forme en polytétrafluoroéthylène est ensuite retirée. Une feuille de polymère transparent de type ethylvinylacétate (EVA) est déposée dans la zone à courbure constante de la tuile transparente 1. L'ensemble constitué de la tuile et des cellules et conducteurs collés sur le substrat arrière est ensuite placé dans une enceinte. Le volume de l'enceinte est purgé de son air jusqu'à une pression résiduelle de 5 millibars chauffé à 140°C pendant 15 minutes pour assurer le ramollissement et le fluage de la feuille d'EVA. L'enceinte est alors remise à la pression atmosphérique et l'ensemble tuile-substrat arrière est retiré de l'enceinte. 15 / 18 Le boitier de connexion 50 est ensuite collé sur la face inférieure de la tuile en verre à l'extérieur de la zone couverte par le substrat arrière. Les conducteurs 22a et 23a sont alors raccordés au boitier par soudure à l'étain puis protégés par une résine silicone de protection. L'élément de couverture photovoltaïque ainsi réalisé fourni une puissance de 9.1 W crête. 16 / 18

Claims (7)

1. Revendications1. Elément de couverture photovoltaïque constitué par l'encapsulation de cellules photovoltaïques entre un substrat avant et un substrat arrière à l'aide d'un polymère transparent, les cellules étant interconnectées électriquement, caractérisé en ce que le substrat avant est une tuile transparente présentant une partie centrale dont l'épaisseur est comprise entre 6 et 20 millimètres et dont la planéité est meilleure que +/- 2 millimètres et qui couvre au moins 33% de l'aire de la tuile, les cellules photovoltaïques étant disposées dans la partie centrale de la tuile.
2. 2. Elément de couverture photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tuile transparente formant le substrat avant est en verre moulé.
3. 3. Elément de couverture photovoltaïque selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en 15 ce que la partie centrale de la tuile recevant les cellules photovoltaïques est une zone en creux avec un dénivelé d'au moins un millimètre par rapport aux zones périphériques.
4. 4. Elément de couverture photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la partie centrale de la tuile recevant les cellules photovoltaïques est 20 formée d'une pluralité de zones planes, parallèles entre elles et non coplanaires, chacune de ces zones étant destinée à recevoir une cellule photovoltaïque.
5. 5. Elément de couverture photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la partie du substrat arrière en regard des cellules photovoltaïques est 25 formée d'une pluralité de zones planes, parallèles entre elles et non coplanaires, chacune de ces zones étant destinée à recevoir une cellule photovoltaïque.
6. 6. Elément de couverture photovoltaïque constitué par l'encapsulation de cellules photovoltaïques entre un substrat avant et un substrat arrière à l'aide d'un polymère 30 transparent, les cellules étant interconnectées électriquement, caractérisé en ce que le substrat avant est une tuile transparente présentant un rayon de courbure inférieur à 50 17 / 18centimètres, les cellules photovoltaïques étant des cellules flexibles sur substrat de silicium cristallin mince d'épaisseur inférieure à 100 micromètres.
7. 7. Elément de couverture photovoltaïque selon la revendication 6 caractérisé en ce que la 5 tuile transparente formant le substrat avant est en verre moulé. 18 / 18