FR3107990A1 - LIGHTWEIGHT PHOTOVOLTAIC MODULE FEATURING FRONT AND BACK POLYMER LAYERS AND FIBER REINFORCEMENTS - Google Patents
LIGHTWEIGHT PHOTOVOLTAIC MODULE FEATURING FRONT AND BACK POLYMER LAYERS AND FIBER REINFORCEMENTS Download PDFInfo
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Abstract
L'objet principal de l'invention est un module photovoltaïque (1) obtenu à partir d’un empilement comportant : une première couche (2) transparente; une pluralité de cellules photovoltaïques (4) ; un ensemble encapsulant (3); une deuxième couche (5). Le module se caractérise en ce que la première couche (2) et la deuxième couche (5) comportent chacune au moins un matériau polymère, en ce que l’ensemble encapsulant (3) est constitué par un matériau polymère présentant un module de Young compris entre 2 et 400 MPa à 25°C, et en ce que l’empilement comporte au moins une couche de renforts dite « avant » à base de fibres (9a, 11a, 13a), située entre la première couche (2) et la pluralité de cellules photovoltaïques (4), et au moins une couche de renforts dite « arrière » à base de fibres (9b, 11b, 13b), située entre la deuxième couche (5) et la pluralité de cellules photovoltaïques (4). Figure pour l’abrégé : Figure 3The main object of the invention is a photovoltaic module (1) obtained from a stack comprising: a first transparent layer (2); a plurality of photovoltaic cells (4); an encapsulating assembly (3); a second layer (5). The module is characterized in that the first layer (2) and the second layer (5) each comprise at least one polymer material, in that the encapsulating assembly (3) consists of a polymer material having a Young's modulus comprised between 2 and 400 MPa at 25°C, and in that the stack comprises at least one layer of so-called "front" reinforcements based on fibers (9a, 11a, 13a), located between the first layer (2) and the plurality of photovoltaic cells (4), and at least one layer of so-called "rear" fiber-based reinforcements (9b, 11b, 13b), located between the second layer (5) and the plurality of photovoltaic cells (4). Figure for abstract: Figure 3
Description
La présente invention se rapporte au domaine des modules photovoltaïques, qui comportent un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement, et préférentiellement des cellules photovoltaïques dites «cristallines», c’est-à-dire qui sont à base de silicium monocristallin ou multicristallin.The present invention relates to the field of photovoltaic modules, which comprise a set of photovoltaic cells interconnected electrically, and preferably so-called “crystalline” photovoltaic cells, that is to say which are based on monocrystalline or multicrystalline silicon.
L’invention peut être mise en œuvre pour de nombreuses applications, notamment civiles et/ou militaires, par exemple des applications autonomes et/ou embarquées, étant particulièrement concernée par les applications qui requièrent l’utilisation de modules photovoltaïques sans verre et légers, en particulier d’un poids par unité de surface inférieur à 5 kg/m², et de faible épaisseur, notamment inférieure à 5 mm. Elle peut ainsi notamment être appliquée pour des bâtiments tels que des habitats ou locaux industriels (tertiaires, commerciaux, …), par exemple pour la réalisation de leurs toitures, pour la conception de mobilier urbain, par exemple pour de l’éclairage public, la signalisation routière ou encore la recharge de voitures électriques, voire également être utilisée pour des applications nomades (mobilité solaire), en particulier pour une intégration sur des véhicules, tels que voitures, bus ou bateaux, des drones, des ballons dirigeables, entre autres.The invention can be implemented for many applications, in particular civil and/or military, for example autonomous and/or on-board applications, being particularly concerned with applications which require the use of photovoltaic modules without glass and which are light, in particular with a weight per unit area of less than 5 kg/m², and of low thickness, in particular less than 5 mm. It can thus be applied in particular to buildings such as housing or industrial premises (tertiary, commercial, etc.), for example for the construction of their roofs, for the design of street furniture, for example for public lighting, road signs or even the charging of electric cars, or even also be used for nomadic applications (solar mobility), in particular for integration on vehicles, such as cars, buses or boats, drones, dirigible balloons, among others.
L’invention propose ainsi un module photovoltaïque léger obtenu par un empilement comportant une première couche polymère formant la face avant du module, une deuxième couche polymère formant la face arrière du module, et des couches de renforts à base de fibres, ainsi qu’un procédé de réalisation d’un tel module photovoltaïque.The invention thus proposes a light photovoltaic module obtained by a stack comprising a first polymer layer forming the front face of the module, a second polymer layer forming the rear face of the module, and fiber-based reinforcement layers, as well as a method of making such a photovoltaic module.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR ART
Un module photovoltaïque est un assemblage de cellules photovoltaïques disposées côte à côte entre une première couche transparente formant une face avant du module photovoltaïque et une seconde couche formant une face arrière du module photovoltaïque.A photovoltaic module is an assembly of photovoltaic cells arranged side by side between a first transparent layer forming a front face of the photovoltaic module and a second layer forming a rear face of the photovoltaic module.
La première couche formant la face avant du module photovoltaïque est avantageusement transparente pour permettre aux cellules photovoltaïques de recevoir un flux lumineux. Elle est traditionnellement réalisée en une seule plaque de verre, notamment du verre trempé, présentant une épaisseur typiquement comprise entre 2 et 4 mm, classiquement de l’ordre de 3 mm.The first layer forming the front face of the photovoltaic module is advantageously transparent to allow the photovoltaic cells to receive a luminous flux. It is traditionally made of a single glass plate, in particular tempered glass, having a thickness typically between 2 and 4 mm, conventionally of the order of 3 mm.
La deuxième couche formant la face arrière du module photovoltaïque peut quant à elle être réalisée à base de verre, de métal ou de plastique, entre autres. Elle est souvent formée par une structure polymérique à base d’un polymère isolant électrique, par exemple du type polytéréphtalate d'éthylène (PET) ou polyamide (PA), pouvant être protégée par une ou des couches à base de polymères fluorés,comme le polyfluorure de vinyle (PVF) ou le polyfluorure de vinylidène (PVDF), et ayant une épaisseur de l’ordre de 400 µm.The second layer forming the rear face of the photovoltaic module can itself be made from glass, metal or plastic, among others. It is often formed by a polymeric structure based on an electrically insulating polymer, for example of the polyethylene terephthalate (PET) or polyamide (PA) type, which can be protected by one or more layers based on fluorinated polymers, such as polyvinyl fluoride (PVF) or polyvinylidene fluoride (PVDF), and having a thickness of the order of 400 μm.
Les cellules photovoltaïques peuvent être reliées électriquement entre elles par des éléments de contact électrique avant et arrière, appelés conducteurs de liaison, et formés par exemple par des bandes de cuivre étamé, respectivement disposées contre les faces avant (faces se trouvant en regard de la face avant du module photovoltaïque destinée à recevoir un flux lumineux) et arrière (faces se trouvant en regard de la face arrière du module photovoltaïque) de chacune des cellules photovoltaïques, ou bien encore uniquement en face arrière pour les cellules photovoltaïques de type IBC (pour «Interdigitated Back Contact» en anglais).The photovoltaic cells can be electrically connected to each other by front and rear electrical contact elements, called connecting conductors, and formed for example by strips of tinned copper, respectively arranged against the front faces (faces facing the face of the photovoltaic module intended to receive a luminous flux) and rear (faces facing the rear face of the photovoltaic module) of each of the photovoltaic cells, or even only on the rear face for IBC type photovoltaic cells (for " Interdigitated Back Contact» in English).
Il est à noter que les cellules photovoltaïques de type IBC («Interdigitated Back Contact») sont des structures pour lesquelles les contacts sont réalisés sur la face arrière de la cellule en forme de peignes interdigités. Elles sont par exemple décrites dans le brevet américain US 4,478,879 A.It should be noted that photovoltaic cells of the IBC ("Interdigitated Back Contact") type are structures for which the contacts are made on the rear face of the cell in the form of interdigitated combs. They are for example described in the American patent US 4,478,879 A.
Par ailleurs, les cellules photovoltaïques, situées entre les première et deuxième couches formant respectivement les faces avant et arrière du module photovoltaïque, peuvent être encapsulées. De façon classique, l’encapsulant choisi correspond à un polymère du type élastomère (ou caoutchouc), et peut par exemple consister en l’utilisation de deux couches (ou films) de poly(éthylène-acétate de vinyle) (EVA) entre lesquelles sont disposées les cellules photovoltaïques et les conducteurs de liaison des cellules. Chaque couche d’encapsulant peut présenter une épaisseur d’au moins 0,2 mm et un module de Young typiquement compris entre 2 et 400 MPa à température ambiante.Furthermore, the photovoltaic cells, located between the first and second layers respectively forming the front and rear faces of the photovoltaic module, can be encapsulated. Conventionally, the encapsulant chosen corresponds to a polymer of the elastomer (or rubber) type, and may for example consist of the use of two layers (or films) of poly(ethylene-vinyl acetate) (EVA) between which the photovoltaic cells and the connecting conductors of the cells are arranged. Each encapsulant layer may have a thickness of at least 0.2 mm and a Young's modulus typically between 2 and 400 MPa at room temperature.
On a ainsi représenté partiellement et schématiquement, respectivement en coupe sur la figure 1 et en vue éclatée sur la figure 2, un exemple classique de module photovoltaïque 1 comportant des cellules photovoltaïques 4 cristallines.There has thus been shown partially and schematically, respectively in section in FIG. 1 and in exploded view in FIG. 2, a classic example of a photovoltaic module 1 comprising photovoltaic cells 4 crystalline.
Comme décrit précédemment, le module photovoltaïque 1 comporte une face avant 2, généralement réalisée en verre trempé transparent d’épaisseur d’environ 3 mm, et une face arrière 5, par exemple constituée par une feuille polymère, opaque ou transparente, monocouche ou multicouche, ayant un module de Young supérieur à 400 MPa à température ambiante.As described above, the photovoltaic module 1 comprises a front face 2, generally made of transparent tempered glass with a thickness of about 3 mm, and a rear face 5, for example consisting of a polymer sheet, opaque or transparent, monolayer or multilayer. , having a Young's modulus greater than 400 MPa at room temperature.
Entre les faces avant 2 et arrière 5 du module photovoltaïque 1 se situent les cellules photovoltaïques 4, reliées électriquement entre elles par des conducteurs de liaison 6 et immergées entre deux couches avant 3a et arrière 3b de matériau d’encapsulation formant toutes les deux un ensemble encapsulant 3.Between the front 2 and rear 5 faces of the photovoltaic module 1 are located the photovoltaic cells 4, electrically interconnected by connecting conductors 6 and immersed between two front 3a and rear 3b layers of encapsulation material both forming a set encapsulating 3.
La figure 1A représente en outre une variante de réalisation de l’exemple de la figure 1 dans laquelle les cellules photovoltaïques 4 sont de type IBC, les conducteurs de liaison 6 étant uniquement disposés contre les faces arrières des cellules photovoltaïques 4.FIG. 1A also represents a variant embodiment of the example of FIG. 1 in which the photovoltaic cells 4 are of the IBC type, the connecting conductors 6 being only arranged against the rear faces of the photovoltaic cells 4.
Par ailleurs, les figures 1 et 2 représentent également la boîte de jonction 7 du module photovoltaïque 1, destinée à recevoir le câblage nécessaire à l’exploitation du module. Classiquement, cette boîte de jonction 7 est réalisée en plastique ou en caoutchouc, et présente une étanchéité complète.Furthermore, Figures 1 and 2 also represent the junction box 7 of the photovoltaic module 1, intended to receive the wiring necessary for the operation of the module. Conventionally, this junction box 7 is made of plastic or rubber, and has complete sealing.
De façon habituelle, le procédé de réalisation du module photovoltaïque 1 comporte une étape dite de lamination sous vide des différentes couches décrites précédemment, à une température supérieure ou égale à 120°C, voire 140°C, voire encore 150°C, et inférieure ou égale à 170°C, typiquement comprise entre 145 et 165°C, et pendant une durée du cycle de lamination d’au moins 10 minutes, voire 15 minutes.Usually, the method for producing the photovoltaic module 1 comprises a step called vacuum lamination of the various layers described above, at a temperature greater than or equal to 120° C., or even 140° C., or even 150° C., and lower. or equal to 170° C., typically between 145 and 165° C., and for a duration of the lamination cycle of at least 10 minutes, or even 15 minutes.
Pendant cette étape de lamination, les couches de matériau d’encapsulation 3a et 3b fondent et viennent englober les cellules photovoltaïques 4, en même temps que l’adhérence se crée à toutes les interfaces entre les couches, à savoir entre la face avant 2 et la couche avant de matériau d’encapsulation 3a, la couche avant de matériau d’encapsulation 3a et les faces avant 4a des cellules photovoltaïques 4, les faces arrière 4b des cellules photovoltaïques 4 et la couche arrière de matériau d’encapsulation 3b, et la couche arrière de matériau d’encapsulation 3b et la face arrière 5 du module photovoltaïque 1. Le module photovoltaïque 1 obtenu est ensuite encadré, typiquement par le biais d’un profilé en aluminium.During this lamination step, the layers of encapsulation material 3a and 3b melt and come to encompass the photovoltaic cells 4, at the same time as adhesion is created at all the interfaces between the layers, namely between the front face 2 and the front layer of encapsulation material 3a, the front layer of encapsulation material 3a and the front faces 4a of the photovoltaic cells 4, the rear faces 4b of the photovoltaic cells 4 and the rear layer of encapsulation material 3b, and the rear layer of encapsulation material 3b and the rear face 5 of the photovoltaic module 1. The photovoltaic module 1 obtained is then framed, typically by means of an aluminum profile.
Une telle structure est maintenant devenue un standard qui possède une résistance mécanique importante grâce à l’utilisation d’une face avant 2 en verre épais et du cadre aluminium, lui permettant, notamment et dans la majorité des cas, de respecter les normes IEC 61215 et IEC 61730.Such a structure has now become a standard which has significant mechanical strength thanks to the use of a front face 2 of thick glass and the aluminum frame, allowing it, in particular and in the majority of cases, to comply with the IEC 61215 standards. and IEC 61730.
Néanmoins, un tel module photovoltaïque 1 selon la conception classique de l’art antérieur présente l’inconvénient d’avoir un poids élevé, en particulier un poids par unité de surface d’environ 10 à 12 kg/m², et n’est ainsi pas adapté pour certaines applications pour lesquelles la légèreté est une priorité.Nevertheless, such a photovoltaic module 1 according to the classic design of the prior art has the disadvantage of having a high weight, in particular a weight per unit area of approximately 10 to 12 kg/m², and is thus not not suitable for certain applications where lightness is a priority.
Ce poids élevé du module photovoltaïque 1 provient principalement de la présence du verre épais, avec une épaisseur d’environ 3 mm, pour former la face avant 2, la densité du verre étant en effet élevée, de l’ordre de 2,5 kg/m²/mm d’épaisseur, et du cadre aluminium. Pour pouvoir résister aux contraintes lors de la fabrication et également pour des raisons de sécurité, par exemple du fait du risque de coupure, le verre est trempé. Or, l’infrastructure industrielle de la trempe thermique est configurée pour traiter du verre d’au moins 3 mm d’épaisseur. En outre, le choix d’avoir une épaisseur de verre d’environ 3 mm est également lié à une résistance mécanique à la pression normée de 5,4 kPa. En définitif, le verre représente ainsi à lui seul pratiquement 70 % du poids du module photovoltaïque 1, et plus de 80 % avec le cadre en aluminium autour du module photovoltaïque 1.This high weight of the photovoltaic module 1 comes mainly from the presence of thick glass, with a thickness of approximately 3 mm, to form the front face 2, the density of the glass being in fact high, of the order of 2.5 kg /m²/mm thick, and aluminum frame. To be able to withstand the stresses during manufacture and also for safety reasons, for example because of the risk of cutting, the glass is tempered. However, the industrial thermal toughening infrastructure is configured to process glass at least 3 mm thick. In addition, the choice to have a glass thickness of around 3 mm is also linked to a mechanical resistance to the standardized pressure of 5.4 kPa. Ultimately, the glass alone thus represents practically 70% of the weight of the photovoltaic module 1, and more than 80% with the aluminum frame around the photovoltaic module 1.
Aussi, afin d’obtenir une réduction significative du poids d’un module photovoltaïque pour permettre son utilisation dans de nouvelles applications exigeantes en termes de légèreté et de mise en forme, il existe un besoin pour trouver une solution alternative à l’utilisation d’un verre épais en face avant du module. Une des problématiques consiste donc à remplacer la face avant en verre par de nouveaux matériaux plastiques ou composites tout en conservant l’architecture et la méthode de mise en œuvre habituelles avec pour but premier la diminution importante du poids surfacique.Also, in order to obtain a significant reduction in the weight of a photovoltaic module to allow its use in new demanding applications in terms of lightness and formatting, there is a need to find an alternative solution to the use of thick glass on the front of the module. One of the problems therefore consists in replacing the glass front face with new plastic or composite materials while maintaining the usual architecture and implementation method with the primary goal of significantly reducing the surface weight.
Ainsi, des feuilles de polymères, comme le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), l’éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE), ou l’éthylène propylène fluoré (FEP), peuvent représenter une alternative au verre. Cependant, lorsque seul le remplacement du verre par une telle feuille mince de polymères est envisagé, la cellule photovoltaïque devient très vulnérable au choc, à la charge mécanique et aux dilatations différentielles.Thus, sheets of polymers, such as polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE), or ethylene fluorinated propylene (FEP), can represent an alternative to glass. However, when only the replacement of the glass by such a thin sheet of polymers is envisaged, the photovoltaic cell becomes very vulnerable to shock, to mechanical loading and to differential expansions.
Une alternative est l’utilisation de renforts, notamment de type fibres de verre, fibres de carbone ou fibres naturelles telles que lin, chanvre, entre autres, qui viennent en complément de l’encapsulant standard pour former un composite de type polymère/fibres associé à un film de protection polymère en face avant. Le gain de poids peut être significativement important en dépit d’une moins bonne transparence.An alternative is the use of reinforcements, in particular of the glass fiber, carbon fiber or natural fiber type such as flax, hemp, among others, which come in addition to the standard encapsulant to form a composite of the associated polymer/fiber type. to a polymer protective film on the front face. Weight gain can be significantly significant despite less transparency.
La suppression du verre en face avant des modules photovoltaïques a fait l’objet de plusieurs brevets ou demandes de brevet dans l’art antérieur. On peut ainsi citer à ce titre la demande de brevet FR 2955051 A1, la demande de brevet américain US 2005/0178428 A1 ou encore les demandes internationales WO 2008/019229 A2 et WO 2012/140585 A1.The removal of glass from the front face of photovoltaic modules has been the subject of several patents or patent applications in the prior art. Mention may thus be made in this respect of patent application FR 2955051 A1, American patent application US 2005/0178428 A1 or international applications WO 2008/019229 A2 and WO 2012/140585 A1.
D’autres brevets ou demandes de brevet ont décrit l’utilisation de renforts seuls ou en composites, comme par exemple la demande de brevet européen EP 2863443 A1, ou encore les demandes internationales WO 2018/076525 A1, WO 2019/006764 A1 et WO 2019/006765 A1.Other patents or patent applications have described the use of reinforcements alone or in composites, such as European patent application EP 2863443 A1, or international applications WO 2018/076525 A1, WO 2019/006764 A1 and WO 2019/006765 A1.
Par ailleurs, on connait également la demande internationale WO 2018/060611 A1 qui décrit l’utilisation d’une couche de cellules photovoltaïques entre deux couches de tissu de fibres de verre pré-imprégnées de résine époxy, elles-mêmes entre deux couches de tissu sec de fibres de verre. Aucun encapsulant autour des cellules photovoltaïques n’est prévu car les pré-imprégnés servent de liant.Furthermore, international application WO 2018/060611 A1 is also known, which describes the use of a layer of photovoltaic cells between two layers of fabric of glass fibers pre-impregnated with epoxy resin, themselves between two layers of fabric. fiberglass dry. No encapsulant around the photovoltaic cells is provided because the prepregs serve as a binder.
Il existe ainsi un besoin pour concevoir une solution alternative de module photovoltaïque prévu pour être léger afin de s’adapter à certaines applications, tout en présentant des propriétés mécaniques suffisantes lui permettant d’être résistant aux chocs et à la charge mécanique, et en particulier aux normes IEC 61215 et IEC 61730. Il existe en outre un besoin pour réduire l’épaisseur des composants constitutifs du module photovoltaïque et optimiser le grammage de renforts de manière à réduire le poids surfacique tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques. De plus, il existe un besoin pour identifier et intégrer des renforts, notamment des renforts fibrés, permettant de conserver le procédé standard par lamination à chaud des modules photovoltaïques et de conserver également les propriétés électriques et la transparence en face avant.There is thus a need to design an alternative photovoltaic module solution designed to be light in order to adapt to certain applications, while having sufficient mechanical properties allowing it to be resistant to shocks and mechanical load, and in particular to the IEC 61215 and IEC 61730 standards. There is also a need to reduce the thickness of the constituent components of the photovoltaic module and to optimize the grammage of the reinforcements so as to reduce the surface weight while retaining good mechanical properties. In addition, there is a need to identify and integrate reinforcements, in particular fiber reinforcements, making it possible to retain the standard process by hot lamination of photovoltaic modules and also to retain the electrical properties and transparency on the front face.
L’invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés précédemment et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l’art antérieur.The object of the invention is therefore to at least partially remedy the needs mentioned above and the drawbacks relating to the embodiments of the prior art.
L’invention a ainsi pour objet, selon l’un de ses aspects, un module photovoltaïque obtenu à partir d’un empilement comportant :
- une première couche transparente formant la face avant du module photovoltaïque, destinée à recevoir un flux lumineux,
- une pluralité de cellules photovoltaïques disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles,
- un ensemble encapsulant la pluralité de cellules photovoltaïques,
- une deuxième couche, l’ensemble encapsulant et la pluralité de cellules photovoltaïques étant situés entre les première et deuxième couches,
caractérisé en ce que la première couche comporte au moinsun matériau polymère,
en ce que la deuxième couche comporte au moins un matériau polymère,
en ce que l’ensemble encapsulant est constitué par un matériau polymère présentant un module de Young compris entre 2 et 400 MPa à 25°C, voire entre 2 et 300 MPa à 25°C,The invention thus relates, according to one of its aspects, to a photovoltaic module obtained from a stack comprising:
- a first transparent layer forming the front face of the photovoltaic module, intended to receive a luminous flux,
- a plurality of photovoltaic cells arranged side by side and electrically connected to each other,
- an assembly encapsulating the plurality of photovoltaic cells,
- a second layer, the encapsulating assembly and the plurality of photovoltaic cells being located between the first and second layers,
characterized in that the first layer comprises at least one polymer material,
in that the second layer comprises at least one polymer material,
in that the encapsulating assembly consists of a polymer material having a Young's modulus of between 2 and 400 MPa at 25°C, or even between 2 and 300 MPa at 25°C,
et en ce que l’empilement comporte au moins une couche de renforts dite «avant» à base de fibres, située entre la première couche et la pluralité de cellules photovoltaïques, et au moins une couche de renforts dite «arrière» à base de fibres, située entre la deuxième couche et la pluralité de cellules photovoltaïques.and in that the stack comprises at least one layer of so-called "front" reinforcements based on fibers, located between the first layer and the plurality of photovoltaic cells, and at least one layer of so-called "rear" reinforcements based on fibers , located between the second layer and the plurality of photovoltaic cells.
Par «couche de renfortsà base de fibres », on entend une couche comportant majoritairement des fibres organiques et/ou inorganiques, et de préférence une couche constituée de fibres organiques et/ou inorganiques. Avantageusement, une couche de renforts à base de fibres selon l’invention permet un renfort mécanique à l’empilement de couches destinées à former le module photovoltaïque. Avant lamination, les fibres d’une couche de renforts à base de fibres selon l’invention sont préférentiellement non imprégnées, notamment par un matériau polymère. Une telle couche de renforts peut être dite fibrée, tissée ou non «sec». En particulier, une telle couche de renforts n’est pas une couche de pré-imprégné, ni une couche composite.By “layer of fiber-based reinforcements” is meant a layer mainly comprising organic and/or inorganic fibers, and preferably a layer consisting of organic and/or inorganic fibers. Advantageously, a fiber-based reinforcement layer according to the invention provides mechanical reinforcement for the stack of layers intended to form the photovoltaic module. Before lamination, the fibers of a fiber-based reinforcement layer according to the invention are preferably not impregnated, in particular by a polymer material. Such a layer of reinforcements can be said to be fibred, woven or not “dry”. In particular, such a reinforcement layer is not a prepreg layer, nor a composite layer.
De façon avantageuse, le principe de l’invention consiste notamment à la fois à remplacer le verre épais standard d’une épaisseur d’environ 3 mm, habituellement utilisé dans un module photovoltaïque classique, par une première couche sous forme de monocouche ou de multicouche comprenant un matériau polymère, et à modifier la face arrière du module photovoltaïque par une deuxième couche sous forme de monocouche ou de multicouche comprenant un matériau polymère, et à prévoir également la présence de renforts fibrés, tissés ou non tissés.Advantageously, the principle of the invention consists in particular both in replacing the standard thick glass with a thickness of approximately 3 mm, usually used in a conventional photovoltaic module, by a first layer in the form of a monolayer or a multilayer comprising a polymer material, and modifying the rear face of the photovoltaic module with a second layer in the form of a single layer or a multilayer comprising a polymer material, and also providing for the presence of fiber, woven or non-woven reinforcements.
Il est à noter que la première couche peut être monocouche, à savoir formée en une partie, ou multicouche, à savoir formée en plusieurs parties. De même, la deuxième couche peut être monocouche ou multicouche.It should be noted that the first layer can be monolayer, namely formed in one part, or multilayer, namely formed in several parts. Likewise, the second layer can be monolayer or multilayer.
Le terme «transparent» signifie que la première couche formant la face avant du module photovoltaïque est au moins partiellement transparente à la lumière visible, laissant passer au moins environ 80 % de cette lumière.The term "transparent" means that the first layer forming the front face of the photovoltaic module is at least partially transparent to visible light, allowing at least approximately 80% of this light to pass.
En particulier, la transparence optique, entre 300 et 1200 nm, de la première couche formant la face avant du module photovoltaïque peut être supérieure à 80 %. De même, la transparence optique, entre 300 et 1200 nm, de l’ensemble encapsulant peut être supérieure à 90 %.In particular, the optical transparency, between 300 and 1200 nm, of the first layer forming the front face of the photovoltaic module can be greater than 80%. Similarly, the optical transparency, between 300 and 1200 nm, of the encapsulating assembly can be greater than 90%.
En outre, par le terme «encapsulant» ou «encapsulé», il faut comprendre que la pluralité de cellules photovoltaïques est disposée dans un volume, par exemple hermétiquement clos vis-à-vis des liquides, au moins en partie formé par au moins deux couches de matériau(x) d’encapsulation, réunies entre elles après lamination pour former l’ensemble encapsulant.In addition, by the term “encapsulating” or “encapsulated”, it should be understood that the plurality of photovoltaic cells is arranged in a volume, for example hermetically closed vis-à-vis liquids, at least partly formed by at least two layers of encapsulating material(s), joined together after lamination to form the encapsulating assembly.
En effet, initialement, c’est-à-dire avant toute opération de lamination, l’ensemble encapsulant est constitué par au moins deux couches de matériau(x) d’encapsulation, dites couches de cœur, entre lesquelles la pluralité de cellules photovoltaïques est encapsulée. Toutefois, pendant l’opération de lamination des couches, les couches de matériau d’encapsulation fondent pour ne former, après l’opération de lamination, qu’une seule couche (ou ensemble) solidifiée dans laquelle sont noyées les cellules photovoltaïques.Indeed, initially, that is to say before any lamination operation, the encapsulating assembly consists of at least two layers of encapsulating material(s), called core layers, between which the plurality of photovoltaic cells is encapsulated. However, during the layer lamination operation, the layers of encapsulation material melt to form, after the lamination operation, only one solidified layer (or assembly) in which the photovoltaic cells are embedded.
Par ailleurs, grâce à l’invention, il peut être possible d’obtenir un nouveau type de module photovoltaïque léger qui, par l’utilisation de matériau, peut présenter un poids surfacique inférieur à 5 kg/m². De plus, par l’utilisation de renforts tissés ou non en face avant et en face arrière, le module photovoltaïque selon l’invention conserve d’excellentes propriétés de résistance à la dilatation différentielle, de transparence en face avant et de résistance mécanique.Furthermore, thanks to the invention, it may be possible to obtain a new type of light photovoltaic module which, by the use of material, may have a surface weight of less than 5 kg/m². In addition, by the use of woven or non-woven reinforcements on the front face and on the rear face, the photovoltaic module according to the invention retains excellent properties of resistance to differential expansion, transparency on the front face and mechanical strength.
Le module photovoltaïque selon l’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.The photovoltaic module according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken individually or in any possible technical combination.
L’ensemble encapsulant peut être obtenu par la réunion d’une couche avant de matériau d’encapsulation et d’une couche arrière de matériau d’encapsulation de part et d’autre des cellules photovoltaïques. Selon un mode de réalisation de l’invention, ladite au moins une couche de renforts dite «avant» à base de fibres peut être située entre la première couche et la couche avant de matériau d’encapsulation, et ladite au moins une couche de renforts dite «arrière» à base de fibres peut être située entre la deuxième couche et la couche arrière de matériau d’encapsulation.The encapsulating assembly can be obtained by joining a front layer of encapsulation material and a rear layer of encapsulation material on either side of the photovoltaic cells. According to one embodiment of the invention, said at least one layer of so-called "front" reinforcements based on fibers can be located between the first layer and the front layer of encapsulation material, and said at least one layer of reinforcements fiber-based "back" may be located between the second layer and the back layer of encapsulation material.
Ladite au moins une couche de renforts avant à base de fibres et/ou ladite au moins une couche de renforts arrière à base de fibres peuvent comporter des fibres tissées ou non tissées.Said at least one fiber-based front reinforcement layer and/or said at least one fiber-based rear reinforcement layer may comprise woven or non-woven fibers.
Ladite au moins une couche de renforts avant à base de fibres et/ou ladite au moins une couche de renforts arrière à base de fibres peuvent présenter chacune un poids surfacique compris entre 20 et 200 g/m², et de préférence entre 80 et 150 g/m².Said at least one fiber-based front reinforcement layer and/or said at least one fiber-based rear reinforcement layer may each have a surface weight of between 20 and 200 g/m², and preferably between 80 and 150 g /m².
De plus, ladite au moins une couche de renforts avant à base de fibres et/ou ladite au moins une couche de renforts arrière à base de fibres peuvent comporter des fibres de verre, de carbone, d’aramide et/ou des fibres naturelles, notamment de chanvre, de lin et/ou de soie, entre autres.In addition, said at least one fiber-based front reinforcement layer and/or said at least one fiber-based rear reinforcement layer may comprise glass, carbon, aramid fibers and/or natural fibers, including hemp, linen and/or silk, among others.
Selon une première variante, l’ensemble encapsulant peut être au contact direct de la pluralité de cellules photovoltaïques. Alors, l’empilement formant le module photovoltaïque peut comporter une couche d’encapsulant dite «avant» au contact direct de la première couche et une couche d’encapsulant dite «arrière» au contact direct de la deuxième couche.According to a first variant, the encapsulating assembly can be in direct contact with the plurality of photovoltaic cells. Then, the stack forming the photovoltaic module may comprise a so-called “front” encapsulant layer in direct contact with the first layer and a so-called “rear” encapsulant layer in direct contact with the second layer.
Selon une deuxième variante, une couche de renforts avant à base de fibres et une couche de renforts arrière à base de fibres peuvent être au contact direct de la pluralité de cellules photovoltaïques. Alors, l’ensemble encapsulant peut être au contact direct des première et deuxième couches ou l’empilement formant le module photovoltaïque peut comporter une couche d’encapsulant dite «avant» au contact direct de la première couche et une couche d’encapsulant dite «arrière» au contact direct de la deuxième couche.According to a second variant, a fiber-based front reinforcement layer and a fiber-based rear reinforcement layer can be in direct contact with the plurality of photovoltaic cells. Then, the encapsulant assembly can be in direct contact with the first and second layers or the stack forming the photovoltaic module can comprise a so-called “front” encapsulant layer in direct contact with the first layer and a so-called “front” encapsulant layer back” in direct contact with the second layer.
Par ailleurs, l’empilement formant le module photovoltaïque peut comporter, entre la première couche et la pluralité de cellules photovoltaïques, une pluralité de couches de renforts avant à base de fibres en alternance avec une pluralité de couches d’encapsulant avant, et peut comporter, entre la deuxième couche et la pluralité de cellules photovoltaïques, une pluralité de couches de renforts arrière à base de fibres en alternance avec une pluralité de couches d’encapsulant arrière.Furthermore, the stack forming the photovoltaic module may comprise, between the first layer and the plurality of photovoltaic cells, a plurality of fiber-based front reinforcement layers alternating with a plurality of front encapsulant layers, and may comprise , between the second layer and the plurality of photovoltaic cells, a plurality of fiber-based rear reinforcement layers alternating with a plurality of rear encapsulant layers.
En outre, l’épaisseur de la première couche et/ou l’épaisseur de la deuxième couche peut être comprise entre 15 et 300 µm, et de préférence entre 200 et 300 µm.Furthermore, the thickness of the first layer and/or the thickness of the second layer can be between 15 and 300 μm, and preferably between 200 and 300 μm.
Avantageusement, ladite au moins une couche de renfortsavant à base de fibres et ladite au moins une couche de renforts arrière à base de fibres peuvent être identiques.Advantageously, said at least one fiber-based front reinforcement layer and said at least one fiber-based rear reinforcement layer may be identical.
Par ailleurs, le matériau polymère de la première couche et/ou de la deuxième couche peut être choisi parmi : le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyamide (PA), un polymère fluoré, notamment le polyfluorure de vinyle (PVF) ou le polyfluorure de vinylidène (PVDF), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), l’éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE), l’éthylène propylène fluoré (FEP) et/ou un film multicouche comprenant un ou plusieurs des polymères précités, entre autres.Furthermore, the polymer material of the first layer and/or of the second layer can be chosen from: polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA) , a fluorinated polymer, in particular polyvinyl fluoride (PVF) or polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), fluorinated ethylene propylene (FEP) and/or a multilayer film comprising one or more of the aforementioned polymers, among others.
En outre, la première couche formant la face avant peut présenter un filtre de coupure UV («UV cutoff» en anglais) compris entre 320 et 450 nm, ce qui correspond à la longueur d’onde pour laquelle le taux de transmission est égale à 50%. De cette façon, la ou les couches de renforts à base de fibres peuvent être protégées du vieillissement aux rayonnements ultraviolets (UV) et éventuellement de l’hydrolyse, ce qui procure au module photovoltaïque une durée de vie allongée.In addition, the first layer forming the front face may have a UV cutoff filter between 320 and 450 nm, which corresponds to the wavelength for which the transmission rate is equal to 50%. In this way, the layer or layers of fiber-based reinforcements can be protected from aging by ultraviolet (UV) radiation and possibly from hydrolysis, which gives the photovoltaic module an extended lifespan.
En outre, l’ensemble encapsulant, et la ou les éventuelles couches d’encapsulant avant ou arrière peuvent être formés par au moins une couche comportant au moins un matériau d’encapsulation de type polymère choisi parmi: les copolymères d’acides, les ionomères, le poly(éthylène-acétate de vinyle) (EVA), les acétals de vinyle, tels que les polyvinylbutyrals (PVB), les polyuréthanes, les chlorures de polyvinyle, les polyéthylènes, tels que les polyéthylènes linéaires basse densité, les polyoléfines élastomères de copolymères, les copolymères d’α-oléfines et des α-, β- esters d’acide carboxylique à éthylénique, tels que les copolymères éthylène-acrylate de méthyle et les copolymères éthylène-acrylate de butyle, les élastomères de silicone et/ou les élastomères à base de polyoléfine thermoplastique réticulée, entre autres.In addition, the encapsulant assembly, and the optional front or rear encapsulant layer(s) may be formed by at least one layer comprising at least one polymer type encapsulation material chosen from: acid copolymers, ionomers , poly(ethylene-vinyl acetate) (EVA), vinyl acetals, such as polyvinyl butyrals (PVB), polyurethanes, polyvinyl chlorides, polyethylenes, such as linear low density polyethylenes, polyolefin elastomers of copolymers, copolymers of α-olefins and α-, β- carboxylic to ethylenic acid esters, such as ethylene-methyl acrylate copolymers and ethylene-butyl acrylate copolymers, silicone elastomers and/or elastomers based on cross-linked thermoplastic polyolefin, among others.
L’ensemble encapsulant peut présenter une épaisseur comprise entre 20 µm et 400 µm. De plus, l’ensemble encapsulant peut présenter un module de Young compris entre 2 et 400 MPa à 25°C, voire entre 2 et 300 MPa à 25°C.The encapsulating assembly may have a thickness of between 20 μm and 400 μm. In addition, the encapsulating assembly may have a Young's modulus of between 2 and 400 MPa at 25°C, or even between 2 and 300 MPa at 25°C.
De plus, les cellules photovoltaïques peuvent être choisies parmi: des cellules photovoltaïques homojonction ou hétérojonction à base de silicium monocristallin (c-Si) et/ou multi-cristallin (mc-Si), et/ou des cellules photovoltaïques de type IBC, et/ou des cellules photovoltaïques comprenant au moins un matériau parmi le silicium amorphe (a-Si), le silicium microcristallin (µC-Si), le tellurure de cadmium (CdTe), le cuivre-indium séléniure (CIS), le cuivre-indium/gallium diséléniure (CIGS), et les perovskites, entre autres.In addition, the photovoltaic cells can be chosen from: homojunction or heterojunction photovoltaic cells based on monocrystalline silicon (c-Si) and/or multi-crystalline (mc-Si), and/or photovoltaic cells of the IBC type, and /or photovoltaic cells comprising at least one material from among amorphous silicon (a-Si), microcrystalline silicon (µC-Si), cadmium telluride (CdTe), copper-indium selenide (CIS), copper-indium /gallium diselenide (CIGS), and perovskites, among others.
Par ailleurs, les cellules photovoltaïques peuvent présenter une épaisseur comprise entre 1 et 300 µm, notamment entre 1 et 200 µm, et avantageusement entre 70 µm et 160 µm.Furthermore, the photovoltaic cells can have a thickness comprised between 1 and 300 μm, in particular between 1 and 200 μm, and advantageously between 70 μm and 160 μm.
Le module photovoltaïque peut en outre comporter une boîte de jonction, destinée à recevoir le câblage nécessaire à l’exploitation du module photovoltaïque, pouvant être positionnée en face avant ou en face arrière du module, préférentiellement en face avant.The photovoltaic module may also comprise a junction box, intended to receive the wiring necessary for the operation of the photovoltaic module, which can be positioned on the front face or on the rear face of the module, preferably on the front face.
En outre, l’espacement entre deux cellules photovoltaïques voisines, ou encore consécutives ou adjacentes, peut être supérieur ou égal à 1 mm, notamment compris entre 1 et 30 mm, et de préférence égal à 2 mm.In addition, the spacing between two neighboring photovoltaic cells, or even consecutive or adjacent, can be greater than or equal to 1 mm, in particular between 1 and 30 mm, and preferably equal to 2 mm.
De plus, l’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de réalisation d’un module photovoltaïque, notamment tel que défini précédemment, à partir d’un empilement comportant :
- une première couche transparente formant la face avant du module photovoltaïque, destinée à recevoir un flux lumineux,
- une pluralité de cellules photovoltaïques disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles,
- un ensemble encapsulant la pluralité de cellules photovoltaïques,
- une deuxième couche, l’ensemble encapsulant et la pluralité de cellules photovoltaïques étant situés entre les première et deuxième couches,
caractérisé en ce que la première couche comporte au moinsun matériau polymère,In addition, another subject of the invention, according to another of its aspects, is a method for producing a photovoltaic module, in particular as defined above, from a stack comprising:
- a first transparent layer forming the front face of the photovoltaic module, intended to receive a luminous flux,
- a plurality of photovoltaic cells arranged side by side and electrically connected to each other,
- an assembly encapsulating the plurality of photovoltaic cells,
- a second layer, the encapsulating assembly and the plurality of photovoltaic cells being located between the first and second layers,
characterized in that the first layer comprises at least one polymer material,
en ce que la deuxième couche comporte au moins un matériau polymère,
en ce que l’ensemble encapsulant est constitué par un matériau polymère présentant un module de Young compris entre 2 et 400 MPa à 25°C,
en ce que l’empilement comporte au moins une couche de renforts dite «avant» à base de fibres, située entre la première couche et la pluralité de cellules photovoltaïques, et au moins une couche de renforts dite «arrière» à base de fibres, située entre la deuxième couche et la pluralité de cellules photovoltaïques,
et en ce que le procédé comporte l’étape de lamination à chaud et sous vide des couches constitutives de l’empilement pour obtenir le module photovoltaïque.in that the second layer comprises at least one polymer material,
in that the encapsulating assembly consists of a polymer material having a Young's modulus of between 2 and 400 MPa at 25°C,
in that the stack comprises at least one layer of so-called "front" reinforcements based on fibres, located between the first layer and the plurality of photovoltaic cells, and at least one layer of so-called "rear" reinforcements based on fibres, located between the second layer and the plurality of photovoltaic cells,
and in that the method comprises the step of hot and vacuum lamination of the layers constituting the stack to obtain the photovoltaic module.
L’étape de lamination à chaud et sous vide peut en particulier être réalisée à une température comprise entre 130°C et 180°C, notamment de l’ordre de 150°C, et pendant une durée du cycle de lamination d’au moins 5 minutes, notamment comprise entre 5 et 20 minutes, notamment de l’ordre de 10 minutes.The hot and vacuum lamination step can in particular be carried out at a temperature of between 130° C. and 180° C., in particular of the order of 150° C., and for a duration of the lamination cycle of at least 5 minutes, in particular between 5 and 20 minutes, in particular of the order of 10 minutes.
Le module photovoltaïque et le procédé de réalisation selon l’invention peuvent comporter l’une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d’autres caractéristiques.The photovoltaic module and the production method according to the invention may include any of the characteristics listed above, taken in isolation or according to any technically possible combination with other characteristics.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu’à l’examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel:The invention can be better understood on reading the detailed description which follows, of non-limiting examples of implementation thereof, as well as on examining the figures, schematic and partial, of the appended drawing, on which:
Dans l’ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.In all of these figures, identical references may designate identical or similar elements.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.In addition, the various parts shown in the figures are not necessarily shown on a uniform scale, to make the figures more readable.
Les figures 1, 1A et 2 ont déjà été décrites dans la partie relative à l’état de la technique antérieure.Figures 1, 1A and 2 have already been described in the part relating to the state of the prior art.
Les figures 3, 4 et 5 illustrent, en coupe et en vue éclatée, trois modes de réalisation distincts de modules photovoltaïques 1 conformes à l’invention.Figures 3, 4 and 5 illustrate, in section and in exploded view, three distinct embodiments of photovoltaic modules 1 in accordance with the invention.
On considère ici que les cellules photovoltaïques 4, interconnectées par des rubans en cuivre étamé soudés, semblables à ceux représentés aux figures 1, 1A et 2, sont des cellules «cristallines», c’est-à-dire qu’elles comportent du silicium mono ou multicristallin, et qu’elles présentent une épaisseur comprise entre 1 et 250 µm.It is considered here that the photovoltaic cells 4, interconnected by soldered tinned copper strips, similar to those represented in FIGS. 1, 1A and 2, are “crystalline” cells, that is to say that they comprise silicon mono or multicrystalline, and that they have a thickness of between 1 and 250 μm.
Bien entendu, ces choix ne sont nullement limitatifs.Of course, these choices are in no way limiting.
On se réfère tout d’abord à la figure 3 qui illustre, en coupe et en vue éclatée, un premier exemple de réalisation d’un module photovoltaïque 1 conforme à l’invention.We first refer to Figure 3 which illustrates, in section and in exploded view, a first embodiment of a photovoltaic module 1 according to the invention.
Il est à noter que la figure 3 correspond à une vue éclatée du module photovoltaïque 1 avant l’étape de lamination du procédé selon l’invention. Une fois l’étape de lamination réalisée, assurant un pressage à chaud et sous vide, les différentes couches sont en réalité au contact les unes aux autres, et notamment interpénétrées les unes dans les autres. En particulier, l’encapsulant est interpénétré au travers des couches de renforts.It should be noted that FIG. 3 corresponds to an exploded view of the photovoltaic module 1 before the lamination step of the method according to the invention. Once the lamination step has been carried out, ensuring hot and vacuum pressing, the different layers are actually in contact with each other, and in particular interpenetrated with each other. In particular, the encapsulant is interpenetrated through the reinforcing layers.
Le module photovoltaïque 1, ou plus précisément l’empilement destiné à former le module photovoltaïque 1, comporte ainsi une première couche 2 formant la face avant du module photovoltaïque 1 et destinée à recevoir un flux lumineux, une pluralité de cellules photovoltaïques 4 disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles, un ensemble encapsulant 3 la pluralité de cellules photovoltaïques 4, et une deuxième couche 5 formant la face arrière du module photovoltaïque 1.The photovoltaic module 1, or more precisely the stack intended to form the photovoltaic module 1, thus comprises a first layer 2 forming the front face of the photovoltaic module 1 and intended to receive a luminous flux, a plurality of photovoltaic cells 4 arranged side by side and electrically connected to each other, an assembly 3 encapsulating the plurality of photovoltaic cells 4, and a second layer 5 forming the rear face of the photovoltaic module 1.
Il est en outre à noter qu’une boîte de jonction 7 peut être disposée sur la face avant, comme représenté sur la figure 3, ou encore sur la face arrière, du module photovoltaïque 1.It should also be noted that a junction box 7 can be arranged on the front face, as shown in Figure 3, or even on the rear face, of the photovoltaic module 1.
Conformément à l’invention, et de manière commune aux exemples des figures 3, 4 et 5, la première couche 2 comporte un matériau polymère et la deuxième couche 5 comporte un matériau polymère. Dans ces trois exemples des figures 3, 4 et 5, les première 2 et deuxième 5 couches sont chacune à base d’un ou plusieurs films polymère de type polyester, tels que ceux développés par la société Coveme dans la gamme dyMat Pye, avec une épaisseur e2, e5de l’ordre de 280 µm.In accordance with the invention, and in a manner common to the examples of FIGS. 3, 4 and 5, the first layer 2 comprises a polymer material and the second layer 5 comprises a polymer material. In these three examples of Figures 3, 4 and 5, the first 2 and second 5 layers are each based on one or more polymer films of the polyester type, such as those developed by the company Coveme in the dyMat Pye range, with a thickness e 2 , e 5 of the order of 280 μm.
Par ailleurs, l’exemple de la figure 3, tout comme celui de la figure 4, correspond à une première variante dans laquelle l’ensemble encapsulant 3 est au contact direct de la pluralité de cellules photovoltaïques 4.Furthermore, the example of Figure 3, like that of Figure 4, corresponds to a first variant in which the encapsulating assembly 3 is in direct contact with the plurality of photovoltaic cells 4.
Ainsi, le module photovoltaïque 1 comporte une couche d’encapsulant avant8a au contact direct de la première couche 2 et une couche d’encapsulant arrière 8b au contact direct de la deuxième couche 5.Thus, the photovoltaic module 1 comprises a front encapsulant layer 8a in direct contact with the first layer 2 and a rear encapsulant layer 8b in direct contact with the second layer 5.
De préférence, la couche d’encapsulant avant 8a et/ou la couche d’encapsulant arrière 8b comportent le même matériau encapsulant que celui utilisé pour l’ensemble encapsulant 3. Ceci permet d’obtenir une meilleure compatibilité de procédé de fabrication. Toutefois, la couche d’encapsulant avant 8a et/ou la couche d’encapsulant arrière 8b peuvent comporter un matériau différent de celui de l’ensemble encapsulant 3, même si le procédé de fabrication devient plus complexe.Preferably, the front encapsulant layer 8a and/or the rear encapsulant layer 8b comprise the same encapsulant material as that used for the encapsulant assembly 3. This makes it possible to obtain better manufacturing process compatibility. However, the front encapsulant layer 8a and/or the rear encapsulant layer 8b may comprise a different material from that of the encapsulant assembly 3, even if the manufacturing process becomes more complex.
Une couche de renfortsavant à base de fibres 9a est alors située entre l’ensemble encapsulant 3 et la couche d’encapsulant avant 8a. De même, une couche de renforts arrière à base de fibres 9b est située entre l’ensemble encapsulant 3 et la couche d’encapsulant arrière 8b.A fiber-based front reinforcement layer 9a is then located between the encapsulant assembly 3 and the front encapsulant layer 8a. Similarly, a fiber-based rear reinforcement layer 9b is located between the encapsulant assembly 3 and the rear encapsulant layer 8b.
Les couches d’encapsulant avant 8a et arrière 8b, ainsi que celles 3a, 3b constitutives de l’ensemble encapsulant 3, sont par exemple formées par un film de ionomère, par exemple un film de ionomère obtenu à partir de la gamme Jurasol commercialisée par la société Juraplast, d’épaisseur d’environ 200 µm.The front 8a and rear 8b encapsulant layers, as well as those 3a, 3b constituting the encapsulant assembly 3, are for example formed by an ionomer film, for example an ionomer film obtained from the Jurasol range marketed by the Juraplast company, with a thickness of approximately 200 μm.
Par ailleurs, les couches de renforts avant 9a et arrière 9b correspondent par exemple à une couche de fibres de verre non tissées avec par exemple un grammage d’environ 100 g/m².Furthermore, the front 9a and rear 9b reinforcing layers correspond, for example, to a layer of nonwoven glass fibers with, for example, a basis weight of approximately 100 g/m².
Le module photovoltaïque 1 est obtenu par le biais d’une seule étape de lamination à chaud sous vide, par exemple à une température d’environ 150°C pendant environ 15 minutes.The photovoltaic module 1 is obtained by means of a single step of hot lamination under vacuum, for example at a temperature of approximately 150° C. for approximately 15 minutes.
Bien entendu, ce premier exemple de réalisation peut être décliné selon diverses variantes en utilisant un ou plusieurs des matériaux mentionnés précédemment pour former la première couche 2 et la deuxième couche 5, lesquelles peuvent présenter des épaisseurs e2, e5comprises entre 15 et 300 µm, et de préférence entre 200 et 300 µm. Les couches d’encapsulant avant 8a et arrière 8b, ainsi que celles 3a, 3b constitutives de l’ensemble encapsulant 3, peuvent présenter une épaisseur comprise entre 20 et 400 µm, et de préférence entre 300 et 400 µm. Les couches de renforts avant 9a et arrière 9b peuvent chacune présenter un poids surfacique compris entre 20 et 200 g/m², et de préférence entre 80 et 150 g/m².Of course, this first embodiment can be declined according to various variants by using one or more of the materials mentioned above to form the first layer 2 and the second layer 5, which can have thicknesses e 2 , e 5 of between 15 and 300 μm, and preferably between 200 and 300 μm. The front 8a and rear 8b encapsulant layers, as well as those 3a, 3b constituting the encapsulant assembly 3, may have a thickness of between 20 and 400 μm, and preferably between 300 and 400 μm. The front 9a and rear 9b reinforcement layers can each have a surface weight of between 20 and 200 g/m², and preferably between 80 and 150 g/m².
Par ailleurs, la figure 4 illustre un deuxième exemple de réalisation conforme à l’invention, toujours selon le principe de la première variante avec l’ensemble encapsulant 3 au contact direct des cellules photovoltaïques 4.Furthermore, FIG. 4 illustrates a second embodiment in accordance with the invention, still according to the principle of the first variant with the encapsulating assembly 3 in direct contact with the photovoltaic cells 4.
Dans cet exemple, à la différence du premier exemple décrit précédemment en référence à la figure 3, il existe, entre la première couche 2 et la pluralité de cellules photovoltaïques 4, une pluralité de couches de renforts avant à base de fibres 9a, 11a, 13a en alternance avec une pluralité de couches d’encapsulant avant 8a, 10a, 12a, et, entre la deuxième couche 5 et la pluralité de cellules photovoltaïques 4, une pluralité de couches de renforts arrière à base de fibres 9b, 11b, 13b en alternance avec une pluralité de couches d’encapsulant arrière 8b, 10b, 12b.In this example, unlike the first example described previously with reference to FIG. 3, there is, between the first layer 2 and the plurality of photovoltaic cells 4, a plurality of layers of front reinforcements based on fibers 9a, 11a, 13a alternately with a plurality of front encapsulant layers 8a, 10a, 12a, and, between the second layer 5 and the plurality of photovoltaic cells 4, a plurality of fiber-based rear reinforcement layers 9b, 11b, 13b made of alternating with a plurality of back encapsulant layers 8b, 10b, 12b.
Alors, les couches d’encapsulant avant 8a, 10a, 12a et arrière 8b, 10b, 12b, ainsi que celles 3a, 3b constitutives de l’ensemble encapsulant 3, sont par exemple formées par un film de ionomère, par exemple un film de ionomère obtenu à partir de la gamme Jurasol commercialisée par la société Juraplast, d’épaisseur d’environ 100 µm.Then, the front 8a, 10a, 12a and rear 8b, 10b, 12b encapsulant layers, as well as those 3a, 3b constituting the encapsulant assembly 3, are for example formed by a film of ionomer, for example a film of ionomer obtained from the Jurasol range sold by the company Juraplast, with a thickness of approximately 100 μm.
Par ailleurs, les couches de renforts avant 9a, 11a, 13a et arrière 9b, 11b, 13b correspondent par exemple à une couche de fibres de verre non tissées avec par exemple un grammage d’environ 30 g/m².Furthermore, the front 9a, 11a, 13a and rear 9b, 11b, 13b reinforcing layers correspond, for example, to a layer of nonwoven glass fibers with, for example, a basis weight of approximately 30 g/m².
Le module photovoltaïque 1 est obtenu par le biais d’une seule étape de lamination à chaud sous vide à une température d’environ 150°C pendant environ 15 minutes. Le poids surfacique obtenu, sans la présence de la boîte de jonction 7, est de l’ordre de 1,9 kg/m².Photovoltaic module 1 is obtained through a single hot lamination step under vacuum at a temperature of approximately 150°C for approximately 15 minutes. The surface weight obtained, without the presence of the junction box 7, is of the order of 1.9 kg/m².
Bien entendu, ce deuxième exemple de réalisation peut être décliné selon diverses variantes comme décrit précédemment.Of course, this second exemplary embodiment can be declined according to various variants as described previously.
En outre, la figure 5 illustre un troisième exemple de réalisation conforme à l’invention, selon une deuxième variante avec cette fois-ci, le fait d’avoir une couche de renforts avant à base de fibres 9a et une couche de renforts arrière à base de fibres 9b au contact direct de la pluralité de cellules photovoltaïques 4. Alors, l’ensemble encapsulant 3 est au contact direct des première 2 et deuxième 5 couches.In addition, FIG. 5 illustrates a third example of embodiment in accordance with the invention, according to a second variant, this time with the fact of having a layer of front reinforcements based on fibers 9a and a layer of rear reinforcements based on base of fibers 9b in direct contact with the plurality of photovoltaic cells 4. Then, the encapsulating assembly 3 is in direct contact with the first 2 and second 5 layers.
Les couches 3a, 3b constitutives de l’ensemble encapsulant 3 sont par exemple formées par un film de ionomère, par exemple un film de ionomère obtenu à partir de la gamme Jurasol commercialisée par la société Juraplast, d’épaisseur d’environ 200 µm. Par ailleurs, les couches de renforts avant 9a et arrière 9b correspondent par exemple à une couche de fibres de verre non tissées avec par exemple un grammage d’environ 30 g/m².The layers 3a, 3b constituting the encapsulating assembly 3 are for example formed by an ionomer film, for example an ionomer film obtained from the Jurasol range marketed by the Juraplast company, with a thickness of approximately 200 μm. Furthermore, the front 9a and rear 9b reinforcing layers correspond, for example, to a layer of nonwoven glass fibers with, for example, a basis weight of approximately 30 g/m².
Le module photovoltaïque 1 est obtenu par le biais d’une seule étape de lamination à chaud sous vide à une température d’environ 150°C pendant environ 15 minutes.Photovoltaic module 1 is obtained through a single hot lamination step under vacuum at a temperature of approximately 150°C for approximately 15 minutes.
Ce troisième exemple de réalisation peut également être décliné selon diverses variantes comme décrit précédemment.This third exemplary embodiment can also be declined according to various variants as described above.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l’homme du métier.Of course, the invention is not limited to the embodiments which have just been described. Various modifications can be made thereto by those skilled in the art.
Claims (13)
- une première couche (2) transparente formant la face avant du module photovoltaïque (1), destinée à recevoir un flux lumineux,
- une pluralité de cellules photovoltaïques (4) disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles,
- un ensemble encapsulant (3) la pluralité de cellules photovoltaïques (4),
- une deuxième couche (5), l’ensemble encapsulant (3) et la pluralité de cellules photovoltaïques (4) étant situés entre les première (2) et deuxième (5) couches,
caractérisé en ce que la première couche (2) comporte au moinsun matériau polymère,
en ce que la deuxième couche (5) comporte au moins un matériau polymère,
en ce que l’ensemble encapsulant (3) est constitué par un matériau polymère présentant un module de Young compris entre 2 et 400 MPa à 25°C,
et en ce que l’empilement comporte au moins une couche de renforts dite «avant» à base de fibres (9a, 11a, 13a), située entre la première couche (2) et la pluralité de cellules photovoltaïques (4), et au moins une couche de renforts dite «arrière» à base de fibres (9b, 11b, 13b), située entre la deuxième couche (5) et la pluralité de cellules photovoltaïques (4).Photovoltaic module (1) obtained from a stack comprising:
- a first transparent layer (2) forming the front face of the photovoltaic module (1), intended to receive a luminous flux,
- a plurality of photovoltaic cells (4) arranged side by side and electrically connected to each other,
- an assembly encapsulating (3) the plurality of photovoltaic cells (4),
- a second layer (5), the encapsulating assembly (3) and the plurality of photovoltaic cells (4) being located between the first (2) and second (5) layers,
characterized in that the first layer (2) comprises at least one polymer material,
in that the second layer (5) comprises at least one polymer material,
in that the encapsulating assembly (3) consists of a polymer material having a Young's modulus of between 2 and 400 MPa at 25°C,
and in that the stack comprises at least one layer of so-called "front" reinforcements based on fibers (9a, 11a, 13a), located between the first layer (2) and the plurality of photovoltaic cells (4), and at the at least one layer of so-called "rear" reinforcements based on fibers (9b, 11b, 13b), located between the second layer (5) and the plurality of photovoltaic cells (4).
- une première couche (2) transparente formant la face avant du module photovoltaïque (1), destinée à recevoir un flux lumineux,
- une pluralité de cellules photovoltaïques (4) disposées côte à côte et reliées électriquement entre elles,
- un ensemble encapsulant (3) la pluralité de cellules photovoltaïques (4),
- une deuxième couche (5), l’ensemble encapsulant (3) et la pluralité de cellules photovoltaïques (4) étant situés entre les première (2) et deuxième (5) couches,
caractérisé en ce que la première couche (2) comporte au moinsun matériau polymère,
en ce que la deuxième couche (5) comporte au moins un matériau polymère,
en ce que l’ensemble encapsulant (3) est constitué par un matériau polymère présentant un module de Young compris entre 2 et 400 MPa à 25°C,
en ce que l’empilement comporte au moins une couche de renforts dite «avant» à base de fibres (9a, 11a, 13a), située entre la première couche (2) et la pluralité de cellules photovoltaïques (4), et au moins une couche de renforts dite «arrière» à base de fibres (9b, 11b, 13b), située entre la deuxième couche (5) et la pluralité de cellules photovoltaïques (4),
et en ce que le procédé comporte l’étape de lamination à chaud et sous vide des couches constitutives (2, 3, 4, 5, 9a, 11a, 13a, 9b, 11b, 13b) de l’empilement pour obtenir le module photovoltaïque (1).Method for producing a photovoltaic module (1) from a stack comprising:
- a first transparent layer (2) forming the front face of the photovoltaic module (1), intended to receive a luminous flux,
- a plurality of photovoltaic cells (4) arranged side by side and electrically connected to each other,
- an assembly encapsulating (3) the plurality of photovoltaic cells (4),
- a second layer (5), the encapsulating assembly (3) and the plurality of photovoltaic cells (4) being located between the first (2) and second (5) layers,
characterized in that the first layer (2) comprises at least one polymer material,
in that the second layer (5) comprises at least one polymer material,
in that the encapsulating assembly (3) consists of a polymer material having a Young's modulus of between 2 and 400 MPa at 25°C,
in that the stack comprises at least one layer of so-called "front" reinforcements based on fibers (9a, 11a, 13a), located between the first layer (2) and the plurality of photovoltaic cells (4), and at least a layer of so-called "rear" reinforcements based on fibers (9b, 11b, 13b), located between the second layer (5) and the plurality of photovoltaic cells (4),
and in that the method includes the step of hot and vacuum laminating the constituent layers (2, 3, 4, 5, 9a, 11a, 13a, 9b, 11b, 13b) of the stack to obtain the photovoltaic module (1).
Process according to Claim 12, characterized in that the hot and vacuum rolling step is carried out at a temperature of between 130°C and 180°C, in particular of the order of 150°C, and for a duration of lamination cycle of at least 5 minutes, in particular between 5 and 20 minutes, in particular of the order of 10 minutes.
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