FR3015771A1 - AUTONOMOUS ELECTRIC MODULE COMPRISING PHOTOVOLTAIC CELLS AND AN ENERGY STORAGE SOURCE FEEDING AN INTEGRATED LOAD - Google Patents

AUTONOMOUS ELECTRIC MODULE COMPRISING PHOTOVOLTAIC CELLS AND AN ENERGY STORAGE SOURCE FEEDING AN INTEGRATED LOAD Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un module électrique autonome constitué par des composants encapsulés dans un matériau transparent lesdits composants comprennent au moins une cellule photovoltaïque et au moins un élément de batterie encapsulé. Selon l'invention, lesdits composants encapsulés comprennent en outre un circuit électronique de pilotage énergétique (7) et en ce que le module comprend au moins un matériau transparent (9). L'invention trouve application dans le domaine des modules électriques autonomes.The invention relates to an autonomous electrical module constituted by components encapsulated in a transparent material, said components comprise at least one photovoltaic cell and at least one encapsulated battery element. According to the invention, said encapsulated components furthermore comprise an electronic energy control circuit (7) and in that the module comprises at least one transparent material (9). The invention finds application in the field of autonomous electric modules.

Description

MODULE ELECTRIQUE AUTONOME COMPRENANT DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES, AMELIORE Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des modules électriques autonomes comprenant une ou plusieurs cellules photovoltaïques ainsi qu'une ou plusieurs batteries rechargées par lesdites cellules photovoltaïques et alimentant d'une charge intégrée au module. Etat de la technique On connaît dans l'état de la technique le brevet EP1959502 décrivant un module de production de lumière ou d'énergie comprenant au moins un générateur de lumière 15 ou d'énergie incluant au moins une cellule photovoltaïque et disposé dans une enceinte étanche sous pression réduite, l'enceinte comprenant une face avant en verre, une face arrière en métal ou alliage métallique éventuellement revêtue sur l'une ou l'autre de ses faces, un joint de scellement périphérique, ainsi que des connecteurs électriques, la face arrière étant isolée électriquement des générateurs, et la face arrière présentant une épaisseur de métal ou 20 d'alliage métallique inférieure à 1 mm, les modules d'éclairage LED ou OLED. On connaît aussi le brevet W02009062106 qui concerne généralement des dispositifs photovoltaïques et, plus particulièrement, des produits de toitures photovoltaïques dans lesquels un élément photovoltaïque est associé à un substrat de toiture. Dans un mode de réalisation, la présente invention propose un élément de toiture photovoltaïque comprenant un 25 substrat de toiture ; une ou plusieurs piles photovoltaïques disposées sur le substrat de toiture ; et une couche colorée ou dessinée disposée sur le substrat de toiture et visible dans la zone entourant les piles photovoltaïques ; ainsi qu'une couche d'encapsulation disposée sur les piles photovoltaïques et la couche colorée dessinée. La demande de brevet US2007095384 décrit une batterie de cellules 30 solaires, comportant une série de cellules photovoltaïques présentant une face avant et une face arrière. Chaque cellule photovoltaïque comporte également des contacts avant et des contacts arrière disposés respectivement sur sa face avant et sa face arrière, les contacts avant et les contacts arrière étant accessibles par la face arrière de la cellule. La batterie de cellules solaires comporte également une pluralité de pattes reliées électriquement aux contacts avant 10 et configurées pour établir des chemins électriques entre les contacts avant et la face arrière de chaque cellule photovoltaïque. Les cellules photovoltaïques sont en outre interconnectées par une pluralité de conducteurs d'interconnexion reliant une patte sur la face arrière d'une première cellule photovoltaïque à un point de contact arrière sur la face arrière d'une deuxième cellule photovoltaïque. L'invention concerne également un procédé automatisé d'interconnexion de cellules photovoltaïques dans la batterie de cellules solaires. La demande de brevet US 20130203204 décrit un module de cellules solaires encapsulées flexibles. Enfin la demande de brevet internationale W02013143589 concerne un dispositif d'éclairage comprenant un panneau rigide avant au moins partiellement transparent à la lumière et un panneau arrière, lesquels panneaux avant et arrière prennent en sandwich une couche d'un matériau d'encapsulation au moins partiellement transparent à la lumière reliant les panneaux avant et arrière, au moins une cellule solaire et au moins un élément lumineux étant encapsulés dans le matériau d'encapsulation, la ou les cellules solaires et le ou les éléments lumineux étant électriquement interconnectés. Inconvénients de l'art antérieur Les solutions proposées dans l'art antérieur présentent plusieurs inconvénients. Certaines solutions concernent des modules comprenant une ou plusieurs faces rigides, associées à une structure encapsulée. Ces solutions posent des problèmes d'interface, notamment optique. Les différences d'indice entre le matériau d'encapsulation et le matériau constitutif de la face avant créent des diffractions préjudiciables au rendement optique. Certaines solutions nécessitent le raccordement à des éléments extérieurs au module. Elles posent alors un problème de fiabilité, notamment lorsque les modules sont soumis à des contraintes climatiques difficiles. Enfin, certaines solutions sont difficilement compatibles avec l'utilisation de cellules de grande dimension (notamment le standard 156x156 mm), qui sont fragiles et ne supportent pas des déformations résultant d'une torsion ou d'une flexion du module, qui peuvent résulter des manipulations du module lors du transport ou de l'assemblage. Solution apportée par l'invention Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un module électrique autonome constitué par des composants encapsulés dans un matériau transparent lesdits composants comprennent au moins une cellule photovoltaïque et au moins un élément de batterie encapsulé caractérisé en ce que lesdits composants encapsulés comprennent en outre un circuit électronique de pilotage énergétique et en ce que le module comprend un seul matériau transparent, la surface d'éclairage étant constitué par la surface du matériau d'encapsulation.The present invention relates to the field of autonomous electrical modules comprising one or more photovoltaic cells as well as one or more batteries recharged by said photovoltaic cells and supplying a load integrated with the photovoltaic cells. module. State of the art It is known in the state of the art to patent EP1959502 describing a light or energy production module comprising at least one light generator 15 or energy including at least one photovoltaic cell and disposed in an enclosure sealing under reduced pressure, the enclosure comprising a glass front face, a metal or metal alloy rear face optionally coated on one or the other of its faces, a peripheral sealing gasket, as well as electrical connectors, the rear face being electrically isolated from the generators, and the rear face having a thickness of metal or metal alloy less than 1 mm, the LED or OLED lighting modules. Also known is the patent WO2009062106 which generally relates to photovoltaic devices and, more particularly, to photovoltaic roof products in which a photovoltaic element is associated with a roofing substrate. In one embodiment, the present invention provides a photovoltaic roof element comprising a roofing substrate; one or more photovoltaic cells disposed on the roofing substrate; and a colored or drawn layer disposed on the roofing substrate and visible in the area surrounding the photovoltaic cells; as well as an encapsulation layer disposed on the photovoltaic cells and the colored layer drawn. Patent Application US2007095384 discloses a solar cell battery comprising a series of photovoltaic cells having a front face and a back face. Each photovoltaic cell also comprises front contacts and rear contacts respectively disposed on its front face and its rear face, the front contacts and the rear contacts being accessible through the rear face of the cell. The solar cell battery also has a plurality of tabs electrically connected to the front contacts 10 and configured to establish electrical paths between the front contacts and the rear face of each photovoltaic cell. The photovoltaic cells are further interconnected by a plurality of interconnecting conductors connecting a tab on the rear face of a first photovoltaic cell to a rear contact point on the rear face of a second photovoltaic cell. The invention also relates to an automated method for interconnecting photovoltaic cells in the solar cell battery. US Patent Application 20130203204 discloses a flexible encapsulated solar cell module. Finally, the international patent application WO2013143589 relates to a lighting device comprising a rigid front panel at least partially transparent to light and a rear panel, which front and rear panels sandwich a layer of encapsulating material at least partially. transparent to the light connecting the front and rear panels, at least one solar cell and at least one light element being encapsulated in the encapsulation material, the solar cell (s) and the light element (s) being electrically interconnected. Disadvantages of the Prior Art The solutions proposed in the prior art have several disadvantages. Some solutions relate to modules comprising one or more rigid faces associated with an encapsulated structure. These solutions pose interface problems, especially optical. The index differences between the encapsulating material and the constituent material of the front face create diffractions that are detrimental to the optical efficiency. Some solutions require connection to elements outside the module. They pose a problem of reliability, especially when the modules are subjected to difficult climatic constraints. Finally, some solutions are hardly compatible with the use of large cells (in particular the standard 156x156 mm), which are fragile and do not support deformations resulting from a torsion or a flexion of the module, which can result from manipulations of the module during transport or assembly. Solution Provided by the Invention To overcome these drawbacks, the present invention relates in its most general sense to an autonomous electrical module consisting of components encapsulated in a transparent material, said components comprise at least one photovoltaic cell and at least one battery element. encapsulated characterized in that said encapsulated components further comprise an electronic energy control circuit and in that the module comprises a single transparent material, the lighting surface being constituted by the surface of the encapsulation material.

De préférence, lesdits composants encapsulés comprennent en outre au moins une charge, ledit module étant dépourvu de contacts électriques accessibles de l'extérieur du matériau encapsulé. Selon une variante, lesdits composants encapsulés comprennent en outre au moins une diode électroluminescente. Selon une autre variante, l'une au moins des surfaces présente des raidisseurs protubérants réalisés par moulage.Preferably, said encapsulated components further comprise at least one load, said module being devoid of electrical contacts accessible from outside the encapsulated material. Alternatively, said encapsulated components further comprise at least one light emitting diode. According to another variant, at least one of the surfaces has protruding stiffeners made by molding.

Avantageusement, lesdits composants encapsulés comprennent au moins un élément de rigidification. Selon un mode de réalisation particulier, ledit matériau transparent d'encapsulation comprend une charge diffusante.Advantageously, said encapsulated components comprise at least one stiffening element. According to a particular embodiment, said transparent encapsulation material comprises a diffusing charge.

De préférence, ledit circuit de pilotage comprend des moyens de communication sans fil avec un équipement extérieur. Selon une variante avantageuse, lesdites cellules photovoltaïques sont 30 disposées dans un premier plan et occupent au moins 90% de la surface du module, et en ce que les éléments de batteries et les circuits de pilotage sont disposés en arrière dudit premier plan.Preferably, said control circuit comprises wireless communication means with an external equipment. According to an advantageous variant, said photovoltaic cells are arranged in a first plane and occupy at least 90% of the surface of the module, and in that the battery elements and the control circuits are arranged behind said first plane.

Selon une autre variante, lesdites cellules photovoltaïques sont découpées en éléments photovoltaïques adjacents. Selon un mode de réalisation particulier, la surface d'éclairage du matériau d'encapsulation présente une configuration tridimensionnelle pour former l'optique associée auxdites LED. Description détaillée d'un mode de réalisation non limitatif L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation - la figure 2 représente une vue en coupe d'un deuxième exemple de réalisation. La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un module électrique autonome selon l'invention. Il est constitué par un ensemble de composants comprenant : - des cellules photovoltaïques (1) - des éléments de batterie Ni-MH (2 à 5) - un module de diodes électroluminescentes (6) - Une carte électronique de pilotage du stockage, de la production et de la consommation électrique (7) - Une carte électronique de conversion de puissance entre la batterie et le module LED (8), qui peut bien sur être confondue avec la carte de pilotage (7) et le module de LED (6). L'ensemble des composants est enrobé avec une résine polymère (9) de type PMMA (poly methyl metacrylate) ou PDMS (Poly Méthyle Phenyle Siloxane).According to another variant, said photovoltaic cells are cut into adjacent photovoltaic elements. According to a particular embodiment, the illumination surface of the encapsulation material has a three-dimensional configuration to form the optics associated with said LEDs. DETAILED DESCRIPTION OF A NON-LIMITATIVE EMBODIMENT The invention will be better understood on reading the description which follows, relating to a nonlimiting exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 represents a sectional view of a first exemplary embodiment - Figure 2 shows a sectional view of a second embodiment. FIG. 1 represents a schematic sectional view of an autonomous electrical module according to the invention. It consists of a set of components comprising: - photovoltaic cells (1) - Ni-MH battery cells (2 to 5) - a light-emitting diode module (6) - An electronic card for controlling the storage, the production and power consumption (7) - An electronic board for power conversion between the battery and the LED module (8), which may of course be confused with the control board (7) and the LED module (6) . All the components are coated with a polymeric resin (9) of PMMA (poly methyl methacrylate) or PDMS (Poly Methyl Phenyl Siloxane) type.

Cette résine peut comporter une charge diffusante dans la zone disposée au- dessus de la surface photovoltaïque, afin de créer une diffusion sans altérer la transparence, en vue de réduire la directivité du module.This resin may comprise a diffusing charge in the zone disposed above the photovoltaic surface, in order to create a diffusion without altering the transparency, in order to reduce the directivity of the module.

Dans l'exemple représenté par la figure 2, on a en outre incorporé dans la résine un cadre de rigidification (10) en aluminium, améliorant la résistance mécanique du module. Une autre variante consiste à incorporer dans le module un composant radiofréquence, pour ajouter des fonctionnalités de télétransmission au module, par exemple un répétiteur WIFI ou WIMAX ou encore une station de base GSM. Une autre variante consiste à fragmenter la cellule photovoltaïque et assembler une pluralité d'éléments de petite dimension pour former une matrice de NxM éléments séparés par une bande de résine. Cette variante permet d'améliorer la résistance mécanique notamment lorsque le module est soumis à une flexion ou une torsion, pendant le transport ou le montage. Selon une solution préférée, le module ne comporte aucun raccordement électrique vers l'extérieur, de façon à assurer une parfaite étanchéité.In the example shown in Figure 2, there is further incorporated in the resin a stiffening frame (10) made of aluminum, improving the mechanical strength of the module. Another variant consists in incorporating into the module a radiofrequency component, to add teletransmission functionalities to the module, for example a WIFI or WIMAX repeater or a GSM base station. Another variant is to break up the photovoltaic cell and assemble a plurality of small elements to form a matrix of NxM elements separated by a strip of resin. This variant improves the mechanical strength especially when the module is subjected to bending or twisting during transport or assembly. According to a preferred solution, the module has no electrical connection to the outside, so as to ensure a perfect seal.

Claims (10)

REVENDICATIONS1 - Module électrique autonome constitué par des composants encapsulés dans un matériau transparent lesdits composants comprennent au moins une cellule photovoltaïque et au moins un élément de batterie encapsulé caractérisé en ce que lesdits composants encapsulés comprennent en outre un circuit électronique de pilotage énergétique (7) et en ce que le module comprend au moins un matériau transparent (9).CLAIMS1 - Autonomous electrical module consisting of components encapsulated in a transparent material said components comprise at least one photovoltaic cell and at least one encapsulated battery element characterized in that said encapsulated components further comprise an electronic control circuit (7) and in that the module comprises at least one transparent material (9). 2 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que lesdits composants encapsulés comprennent en outre au moins une charge, ledit module étant dépourvu de contacts électriques accessibles de l'extérieur du matériau encapsulé.2 - electrical module according to the main claim characterized in that said encapsulated components further comprise at least one load, said module being free of electrical contacts accessible from the outside of the encapsulated material. 3 - Module électrique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits composants encapsulés comprennent en outre au moins une diode électroluminescente (6).3 - electrical module according to claim 1 or 2 characterized in that said encapsulated components further comprise at least one light emitting diode (6). 4 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que l'une au moins des surfaces présente des raidisseurs protubérants.4 - electrical module according to the main claim characterized in that at least one of the surfaces has protruding stiffeners. 5 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que lesdits composants encapsulés comprennent au moins un élément de rigidification (10).5 - electrical module according to the main claim characterized in that said encapsulated components comprise at least one stiffening element (10). 6 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que ledit matériau transparent d' encapsulation (9) comprend une charge diffusante.6 - electrical module according to the main claim characterized in that said transparent encapsulation material (9) comprises a diffusing charge. 7 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que ledit circuit de pilotage (7) comprend des moyens de communication sans fil avec un équipement extérieur.7 - electrical module according to the main claim characterized in that said control circuit (7) comprises wireless communication means with an external equipment. 8 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que lesdites cellules photovoltaïques (1) sont disposées dans un premier plan et occupent au moins 90% de la surface du module, et en ce que les éléments de batteries (2-5) et les circuits de pilotage (7) sont disposés en arrière dudit premier plan.8 - Electrical module according to the main claim characterized in that said photovoltaic cells (1) are arranged in a first plane and occupy at least 90% of the surface of the module, and in that the battery elements (2-5) and the control circuits (7) are arranged behind said first plane. 9 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que lesdites cellules photovoltaïques (1) sont découpées en éléments photovoltaïques adjacents.9 - electrical module according to the main claim characterized in that said photovoltaic cells (1) are cut into adjacent photovoltaic elements. 10 - Module électrique selon la revendication 3 caractérisé en ce que la surface d'éclairage du matériau d' encapsulation (9) présente une configuration tridimensionnelle pour former l'optique associée auxdites LED.10 - electrical module according to claim 3 characterized in that the illumination surface of the encapsulation material (9) has a three-dimensional configuration to form the optical associated with said LEDs.
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