WO2015097365A1 - Module electrique autonome comprenant des cellules photovoltaïques et une source de stockage d'energie alimentant une charge integree - Google Patents

Module electrique autonome comprenant des cellules photovoltaïques et une source de stockage d'energie alimentant une charge integree Download PDF

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Thomas Samuel
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    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to the field of autonomous electrical modules comprising one or more photovoltaic cells and one or more batteries recharged by said photovoltaic cells and supplying a load integrated module.
  • EPI patent 959502 describing a light or energy production module comprising at least one light or energy generator including at least one photovoltaic cell and disposed in a sealed enclosure under reduced pressure.
  • the enclosure comprising a glass front face, a rear face of metal or metal alloy optionally coated on one or the other of its faces, a peripheral sealing joint, as well as electrical connectors, the rear face being isolated electrically generators, and the backside having a thickness of metal or metal alloy less than 1 mm, LED or OLED lighting modules.
  • patent WO2009062106 which generally relates to photovoltaic devices and, more particularly, photovoltaic roof products in which a photovoltaic element is associated with a roofing substrate.
  • 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.
  • the patent application US2007095384 describes a solar cell battery comprising a series of photovoltaic cells having a front face and a rear face. Each photovoltaic cell also comprises front contacts and rear contacts disposed respectively 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 battery of cells solar cells also comprises a plurality of tabs electrically connected to the front contacts and configured to establish electrical paths between the front contacts and the rear face of each photovoltaic cell.
  • Photo voltaic 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.
  • 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.
  • Some solutions relate to modules comprising one or more rigid faces associated with an encapsulated structure. These solutions pose interface problems, especially optical. The differences in index between the encapsulating material and the constituent material of the front face creates diffractions that are detrimental to the optical efficiency.
  • the present invention relates, in its most general sense, to an autonomous electrical module consisting of components encapsulated in a transparent material, said components comprising at least one photovoltaic cell and at least one encapsulated battery element 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 encapsulating material, said module being devoid of housing surrounding the encapsulation material .
  • said encapsulated components further comprise at least one load, said module being devoid of electrical contacts accessible from outside the encapsulated material.
  • said encapsulated components further comprise at least one light emitting diode.
  • At least one of the surfaces has protruding stiffeners made by molding or by thermo-compression.
  • said encapsulated components comprise at least one stiffening element.
  • said transparent encapsulation material comprises a diffusing charge.
  • said control circuit comprises wireless communication means with an external equipment.
  • 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.
  • said photovoltaic cells are cut into adjacent photovoltaic elements.
  • the illumination surface of the encapsulation material has a three-dimensional configuration to form the optics associated with said LEDs.
  • FIG. 1 represents a sectional view of a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a sectional view of a second embodiment.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a third embodiment.
  • FIG. 1 represents a schematic sectional view of an autonomous electrical module according to the invention.
  • 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.
  • Another variant consists in incorporating into the module a radio frequency 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.
  • the module has no electrical connection to the outside, so as to ensure a perfect seal.
  • the module is devoid of reflector.
  • the transparent encapsulation material has, at each light-emitting diode or group of light-emitting diodes, a configuration (12) forming a lens formed by molding the encapsulating material.
  • the surface of the transparent material has hemispherical protuberances forming the output optics of the lighting unit.
  • the peripheral zones of these protuberances may have a surface treatment by matting the surface, to reduce the risk of side glare.
  • This frosted peripheral zone is produced by treatment with a low-power laser, for example a laser with a femto-laser pulse.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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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.

Description

MODULE ELECTRIQUE AUTONOME COMPRENANT DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES ET UNE SOURCE DE STOCKAGE D'ENERGIE ALIMENTANT
UNE CHARGE INTEGREE 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 EPI 959502 décrivant un module de production de lumière ou d'énergie comprenant au moins un générateur de lumière 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 d'alliage métallique inférieure à 1 mm, les modules d'éclairage LED ou OLED.
On connaît aussi le brevet WO2009062106 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 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 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 et configurées pour établir des chemins électriques entre les contacts avant et la face arrière de chaque cellule photo voltaïque. Les cellules photo voltaïques 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 WO2013143589 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.
On connaît aussi le brevet US2005/244225 décrivant un module constitué par un boîtier à l'intérieur duquel est coulé une résine d'encapsulation. 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 crée 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 ledit module étant dépourvu de boîtier entourant le matériau d'encapsulation. 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 ou par thermo-compression. 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.
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 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.
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 3 représente une vue en coupe d'un troisième 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 méthacrylate de méthyle) ou PDMS (Poly Méthyle Phényle Siloxane).
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.
Dans l'exemple représenté par la figure 2, on a en outre incorporé dans la résine un cadre de rigidifîcation (10) en aluminium, améliorant la résistance mécanique du module.
Une autre variante consiste à incorporer dans le module un composant radio fréquence, 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.
De préférence, le module est dépourvu de réflecteur.
Selon une variante avantageuse illustrée par la figure 3, le matériau transparent d'encapsulation présente, au niveau de chaque diode électroluminescente ou chaque groupe de diodes électroluminescentes, une configuration (12) formant une lentille formée par moulage du matériau d'encapsulation.
Dans l'exemple décrit, la surface du matériau transparent présente des protubérances hémisphériques formant l'optique de sortie du bloc d'éclairage. Les zones périphériques de ces protubérances peuvent présenter un traitement de surface par matage de la surface, pour réduire les risques d'éblouissement latéral. Cette zone périphérique dépolie est réalisée par un traitement par un laser de faible puissance, par exemple un laser à impulsion femto-laser.

Claims

Revendications
1 - 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, ledit module étant dépourvu de boîtier entourant le matériau d'encapsulation.
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. 3 - Module électrique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits composants encapsulés comprennent en outre au moins une diode électroluminescente.
4 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que l'une au moins des surfaces présente des raidisseurs protubérants.
5 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que lesdits composants encapsulés comprennent au moins un élément de rigidification.
6 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que ledit matériau transparent d'encapsulation comprend une charge diffusante.
7 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que ledit circuit de pilotage comprend des moyens de communication sans fil avec un équipement extérieur.
8 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que lesdites cellules photovoltaïques sont 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. 9 - Module électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que lesdites cellules photovoltaïques sont découpées en éléments photovoltaïques adjacents. 10 - Module électrique selon la revendication 3 caractérisé en ce que la surface d'éclairage du matériau d'encapsulation présente une configuration tridimensionnelle pour former l'optique associée auxdites LED.
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