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WO2025068563A1 - Module photovoltaïque à structure flexible d'interconnexion - Google Patents

Module photovoltaïque à structure flexible d'interconnexion Download PDF

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Publication number
WO2025068563A1
WO2025068563A1 PCT/EP2024/077359 EP2024077359W WO2025068563A1 WO 2025068563 A1 WO2025068563 A1 WO 2025068563A1 EP 2024077359 W EP2024077359 W EP 2024077359W WO 2025068563 A1 WO2025068563 A1 WO 2025068563A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connection
conductive
conductive routing
photovoltaic cells
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/077359
Other languages
English (en)
Inventor
Vincent BARTH
Bertrand Chambion
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO2025068563A1 publication Critical patent/WO2025068563A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/80—Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
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    • H10F19/902—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers for series or parallel connection of photovoltaic cells
    • H10F19/904—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers for series or parallel connection of photovoltaic cells characterised by the shapes of the structures
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    • H10F19/908—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers for series or parallel connection of photovoltaic cells for back-contact photovoltaic cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to the field of photovoltaic energy. More specifically, the invention relates to the fields of research on the electrical architecture of photovoltaic modules, such as solar panels, on the arrangement of cells within these photovoltaic modules, and on the associated manufacturing processes.
  • Photovoltaic modules such as currently available solar panels, are generally produced by implementing encapsulation of an array of photovoltaic cells through front-side layer and back-side layer placement operations.
  • a photovoltaic module comprises a skeleton of cells in which the cells are connected to each other according to a predetermined electrical architecture, and this skeleton of cells is associated with:
  • front face layers which generally comprise various layers of encapsulating materials as well as, for example, tempered glass forming the external surface of the photovoltaic module on its front face;
  • rear face layers which also include layers of encapsulating materials, in particular to electrically and mechanically insulate the photovoltaic cells from the exterior and protect the rear face of the photovoltaic module.
  • photovoltaic modules Another major area of research in the field of photovoltaic modules is the integration of these modules into multiple applications, particularly embedded applications.
  • the design of photovoltaic modules intended for applications such as automobiles faces significant integration constraints, given the shapes and spaces available on bodywork.
  • the invention aims to improve the photovoltaic modules of the prior art by improving both the integration capabilities and the performances under shading.
  • the invention relates to a method for producing a photovoltaic module, implementing an encapsulation of a network of photovoltaic cells by operations of placing front face layers and rear face layers.
  • the operations of placing rear face layers comprise the production of a flexible interconnection structure according to the following steps:
  • a routing film comprising: a structural film which is electrically insulating and has a predetermined area covering a predetermined interconnection pattern of the photovoltaic cells; at least one conductive routing track formed from a layer of conductive material on one of the faces of the structural film; and at least one conductive routing track formed from a layer of conductive material on the other face of the structural film;
  • connection zones for each conductive routing track, by making through-cuts in the routing film, each through-cut delimiting a connection zone on a portion of a conductive routing track;
  • connection area make a fold adjacent to the connection area so that the connection area is facing in the same direction as the corresponding conductive routing track, and in an opposite direction.
  • the operations of placing back face layers also include the following steps:
  • connection areas of the flexible interconnection structure to the photovoltaic cells, following the predetermined photovoltaic cell interconnection pattern.
  • the invention relates to a photovoltaic module comprising an array of photovoltaic cells encapsulated between front face layers and rear face layers.
  • This photovoltaic module comprises a flexible interconnection structure arranged on the rear face of the photovoltaic cells, and comprising:
  • connection areas for each conductive routing track delimited by through-cuts of the routing film and a fold adjacent to the connection area so that the connection area faces in the same direction as the corresponding conductive routing track, and in an opposite direction.
  • connection areas of the flexible interconnection structure are electrically connected to the photovoltaic cells, following the predetermined interconnection pattern of the photovoltaic cells.
  • the front face of the photovoltaic module here refers to the face which is intended to be turned towards the light, while the rear face refers to the opposite face of the photovoltaic module.
  • the invention allows the production of a photovoltaic module even with strong integration constraints influencing the arrangement of the photovoltaic cells, while offering great freedom of electrical architecture for the cells.
  • Complex electrical architectures, efficient in terms of shadow management, can thus be implemented even for integrations requiring an unfavorable physical arrangement of the cells, without requiring the implementation of non-standardizable solutions such as those requiring the use of half-cells, or complex physical arrangements of the cells.
  • the invention allows, for example, in the automotive field, the production of solar roofs respecting all the integration constraints specific to this type of application (need to distribute the cells over different zones, inhomogeneous surfaces, presence of spaces devoid of cells, etc.), without negative influence on the possibilities of cell interconnections, and therefore on the performance of the electrical architecture.
  • the invention provides a solution for interconnecting photovoltaic cells, as a single interconnection mode, or as a complement to another interconnection mode, at lower cost and with a level of reliability compatible with large-scale industrial applications.
  • the method according to the invention may include the following additional characteristics, alone or in combination:
  • the structural film is coated with a layer of conductive material, and the conductive routing track is formed by selectively removing portions of conductive material, without passing through the structural film, following the predetermined pattern of interconnection of the photovoltaic cells;
  • the selective removal of portions of conductive material is carried out by etching the layer of conductive material
  • the conductive routing track is directly deposited on the structural film, following the predetermined interconnection pattern of the photovoltaic cells;
  • the fold adjacent to the connection zone comprises a first substantially orthogonal fold between the conductive routing track and a through portion in the thickness of the structural film, and a second substantially orthogonal fold between this through portion and the connection zone;
  • the through cuts are made on end portions of the conductive routing track
  • the step of electrically connecting the connection areas of the flexible interconnection structure to the photovoltaic cells is carried out by a step of laminating all of the rear face layers;
  • said back face layers comprise layers of encapsulating materials, the structural film and the layers of encapsulating materials being made of the same material;
  • connection zones are formed on two conductive routing tracks which are on two opposite faces of the structural film, these two connection zones being opposite each other;
  • said folding is adjacent to the two connection zones, and further comprises a bridging zone, beyond the connection zone, by which the two conductive routing tracks are electrically connected to each other;
  • the fold adjacent to the connection zone comprises: a first substantially orthogonal fold between the conductive routing track and a through portion in the thickness of the structural film; a second substantially orthogonal fold between this through portion and the connection zone; a third substantially orthogonal fold between the connection zone and a transverse portion; a fourth fold substantially orthogonal between this transverse portion and the bridging zone.
  • the bridging area comprises a bridging conductor connecting the connection area and one of the conductive routing tracks;
  • the photovoltaic cells are connected by junction conductors, and at least one connection area is connected to a junction conductor.
  • FIG. 1 is a schematic top view of a solar roof for a motor vehicle
  • FIG. 2 illustrates a network of photovoltaic cells suitable for implementation in the solar roof of Figure 1;
  • figure 3 illustrates a step of the method according to the invention, in which a flexible interconnection structure is arranged on the network of photovoltaic cells of figure 2;
  • FIG. 4 illustrates an example of a predetermined diagram for interconnecting photovoltaic cells which can be implemented with the method according to the invention
  • FIG. 5 illustrates a routing film suitable for producing the flexible interconnection structure implemented in the method according to the invention
  • figure 6, figure 7, figure 8 and figure 9 illustrate a first embodiment of the method according to the invention
  • figure 10, figure 11, figure 12 and figure 13 are additional illustrations of the first embodiment of the method according to the invention.
  • figure 14 figure 15 and figure 16 illustrate a second embodiment of the method according to the invention
  • - Figure 17, Figure 18, Figure 19 and Figure 20 are additional illustrations of the second embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 1 illustrates an example of integration for a photovoltaic module produced according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic top view of a solar roof 1 intended for an automotive application. This solar roof 1 here represents an example of restrictive integration for a photovoltaic module.
  • the solar roof 1 has a window 2 in which a transparent wall or an opening roof is installed, which makes it a space necessarily devoid of photovoltaic cells.
  • a photovoltaic module designed like this solar roof 1 has a photovoltaic cell integration area which is located between the perimeter 3 of the solar roof 1 and the window 2. Areas of heterogeneous surface and restrictive passages (narrow areas, offsets, etc.) are present on this photovoltaic cell integration area.
  • the surface of the solar roof 1 is also not necessarily flat over its entire extent.
  • Figure 2 is an example of arrangement of a photovoltaic cell array 4, in the area of the solar roof 1 which is available, according to the illustrated example.
  • the arrangement of the cells 4 within the available area in the photovoltaic module in view of the integration constraints relating to this example of a solar roof, can be completely decoupled from the cell interconnection issues.
  • the cells 4 can thus be physically arranged in the most efficient manner, essentially taking into account the geometric positioning constraints.
  • Figure 2 illustrates a simplified example in which cells 4 are arranged in the available area, all around window 2.
  • the cells 4 are first interconnected in a conventional manner, each cell 4 being connected to the neighboring cell by any known means, such as glued or soldered conductive strips running along the rear face or the front face of the photovoltaic module.
  • the photovoltaic module uses two strings of 4 cells, connected in parallel. In each string, the 4 cells are in series.
  • the photovoltaic module comprises a first connection conductor 5, which forms a first polarity of the module, and which connects to two adjacent cells 4A and 4B.
  • the first chain of cells includes cell 4A then all adjacent cells up to cell 4D, connected closely together using junction conductors 6.
  • the second chain of cells includes cell 4B then all adjacent cells up to cell 4C, connected closely together using junction conductors 6.
  • the 4D and 4C cells are both connected to a second connection conductor 7 which forms the other polarity of the photovoltaic module.
  • the method for producing a photovoltaic module of this example implements the encapsulation of the cell network 4 by operations of placing front face layers and back face layers.
  • the front-face layering operations consist of installing various encapsulating materials, as well as a tempered glass that will form the front face of the module.
  • the front-face layering operations are carried out in a known manner and will not be described in further detail here.
  • the placement of rear face layers comprises a step of placing a flexible interconnection structure on the rear face of the photovoltaic cells 4.
  • the expression “on the rear face of the photovoltaic cells” encompasses both the placement of the flexible interconnection structure directly against the rear face of the cells 4, and the placement of the flexible interconnection structure with one or more layers intermediate between the cells 4 and the flexible interconnection structure, for example an electrically insulating layer.
  • FIG. 3 illustrates the installation of this flexible interconnection structure 8 directly on the rear face of the cells 4.
  • the flexible interconnection structure 8 has a contour adapted to cover a predetermined area, so as to cover a predetermined interconnection pattern of the photovoltaic cells 4.
  • the flexible interconnection structure 8 can have any type of contour depending on the application.
  • the flexible interconnection structure 8 can cover the entire surface of the solar roof 1, with a contour corresponding for example to the perimeter 3 of the solar roof 1.
  • the flexible interconnection structure can also, as in the example illustrated, cover only a portion of the surface occupied by the cell skeleton 4, if the predetermined interconnection pattern only concerns a part of the cells 4.
  • the flexible interconnection structure can also cover a larger area than the area occupied by all of the cells 4, and can therefore, for example, comprise connection conductors running around the cell skeleton 4.
  • the flexible interconnection structure 8 comprises conductive routing tracks 9 making it possible to complete the interconnection of the network of photovoltaic cells 4.
  • the flexible interconnection structure 8 is suitable, for example, for forming pairs of cells 4 placed at the same potential, regardless of the distance separating these cells 4. Independently of the physical integration constraints, any electrical architecture can thus be implemented for the photovoltaic module, and in particular architectures with high resilience in the face of partial shading problems.
  • Figure 4 is an example of a high-performance electrical architecture that is difficult to implement in a module with high integration constraints, and which can be easily implemented using the method according to the invention.
  • the example of Figure 4 is independent of the examples illustrated in the other figures and illustrates a type of electrical architecture that can be implemented using the invention.
  • six chains 10 comprising cells 4 implemented in series, are connected in parallel by junction conductors 6.
  • conductive routing tracks 9 allow isopotential connections.
  • each end of the conductive routing track 9 is electrically connected to the cell 4 opposite it.
  • Each conductive routing track 9 runs from one of its ends to the other of its ends, being electrically insulated from the cells 4, apart from the two cells that it connects.
  • Each conductive routing track 9 thus makes it possible to put two cells 4, even distant ones, at the same potential.
  • This step is followed by other standard steps relating to the operations of placing back-face layers. These include, for example, the placement of electrically insulating encapsulants, a back-face structural plate, etc. These other operations of placing back-face layers are standard and will not be described in further detail here.
  • FIGS 5 to 20 illustrate process steps for producing the flexible interconnect structure 8.
  • the flexible interconnection structure 8 comprises a single layer of conductive routing tracks 9.
  • Figure 5 illustrates a first step in producing this flexible single-layer interconnection structure 8. This first step consists of associating a structural film 11 with a conductive layer 12.
  • the structural film 11 is formed from a sheet of electrically insulating material.
  • the structural film 11 is made from a material conventionally used as an encapsulant in photovoltaic technologies, such as EVA, POE, or even kapton (registered trademark), etc.
  • the conductive layer 12 can advantageously be produced by metallization of the structural film 11, or by any other means such as lamination, bonding, etc.
  • the conductive layer 12 is intended to form the conductive routing tracks 9, independently of the structural film 11. According to the illustrative example of FIG. 5, the structural film 11 is first metallized over its entire surface, then etching operations make it possible to form the conductive routing tracks 9.
  • Figure 6 illustrates a step subsequent to the step of Figure 5, leading to the production of a routing film comprising the structural film 11 and one or more conductive routing tracks 9.
  • one of the conductive routing tracks 9 is delimited by selective removal of the metallization, sparing the structural film 11, for example by etching (chemical, laser, etc.).
  • hatchings of different orientation illustrate the surfaces on which the metallization is present, and the surfaces on which it has been removed, revealing the structural film 11 located underneath.
  • the etching delimits a conductive routing track 9 by removing a contour of the conductive layer 12.
  • the structural film 11 retains its integrity.
  • the conductive routing tracks 9 can also be produced directly by selective metallization of the structural film 11.
  • Figure 7 illustrates the subsequent operation: a through cut 15 is made along a contour delimiting a connection zone 14 on a portion of the conductive layer 12. This through cut can be made by through etching of the structural film 11.
  • the through-cut 15 can be made after the etching delimiting a conductive routing track 9.
  • the etching delimiting the conductive routing track 9 and the through-cut 15 can advantageously be made together by the same method.
  • the etching delimiting the conductive routing track 9 and the through-cut 15 can be made by the same laser engraving process, by adapting the laser power, and/or by making several passes of the laser.
  • the through-cut 15 thus delimits a connection zone on a portion of the conductive routing track 9.
  • This portion of the conductive routing track 9 can be located at any point at which an electrical connection is desired, in accordance with the predetermined interconnection diagram.
  • the portion of the conductive routing track 9 on which the through-cut 15 is made, delimiting the connection zone 14, is an end portion.
  • At least one conductive routing track 9 is necessary with, on two of its portions (for example at each of its ends), a connection zone 14 delimited by the corresponding through-cut 15.
  • Figures 6 to 9 are figures, simplified for educational purposes, representing a single conductive routing track 9 with a single connection area 14 at one of its ends.
  • the flexible interconnection structure 8 may comprise a large number of conductive routing tracks 9 produced in the same way, each of which may comprise several connection areas 14.
  • Figure 8 illustrates the next step in which a bend adjacent to the connection area 14 is made.
  • Figure 9 is a sectional view of Figure 8 and illustrates the result of the bending.
  • the through-cut 15 is made along a contour surrounding the connection area 14, this contour being interrupted by a folding section for carrying out the folding adjacent to the connection area 14, this folding section being illustrated in dotted lines in Figure 7.
  • the folding is carried out so that the connection area 14 is turned in the same direction D as the conductive routing track 9, but in an opposite direction.
  • This means that the normal to the connection area 14 is oriented substantially in the same direction as the normal to the plane in which the conductive routing track 9 extends, and that the surface of the connection area 14, after carrying out the folding, is turned in a first direction 17 (downwards in the figure) while the surface of the conductive routing track 9 is facing in an opposite direction 16 (upwards in the figure).
  • the fold adjacent to the connection zone comprises: - a first fold 23A substantially orthogonal (i.e. a fold approximately at a right angle), between the conductive routing track and a through portion 24 in the thickness of the structural film 11;
  • the steps described allow the production of a flexible interconnection structure 8 with conductive routing tracks 9 provided with connection areas 14 for each of the cells 4 to be interconnected according to the predetermined interconnection scheme.
  • connection area 14 of the flexible interconnection structure 8 is then electrically connected to the corresponding connection area on the cell 4, by any known means such as soldering, gluing, or even pressure contact.
  • Each cell 4 therefore has for this purpose a complementary connection zone, on its rear face or a junction conductor 6, against which the connection zone 14 of the flexible interconnection structure 8 is arranged, by virtue of the predetermined interconnection diagram.
  • Figures 10 to 13 are another illustration of this first embodiment in which the flexible interconnection structure 8 comprises a single layer of conductive routing tracks 9.
  • Figure 10 is a view of the rear face of three cells 4 connected in series.
  • Figure 11 illustrates the next step of the method according to the invention, in which a flexible interconnection structure 8 is placed on the rear face of the cells 4.
  • the flexible interconnection structure 8 of this example also illustrates the possibility of directly depositing the conductive routing tracks 9 on the structural film 11, during the production of the routing film (rather than etching conductive tracks from a metallized surface).
  • the flexible interconnection structure 8 comprises conductive routing tracks 9 provided with different connection zones 14, as well as the through-cutouts 15 mentioned above, and the corresponding folds.
  • Figure 12 is a sectional view along section XII-XII of Figure 11 illustrating the composition of the module in thicknesses, with the front face layers 21, the cells 4, and the rear face layers which include the flexible interconnection structure 8.
  • the conductive routing tracks 9 appear above the structural film 11 (in Figure 12) and thus route, in accordance with the predetermined interconnection diagram, while being electrically insulated from the cells 4 by the structural film 11.
  • Figure 13 is a view along section XIII-XIII of figure 11 and illustrates an interconnection of two of the cells 4 using a conductive routing track 9 and its two connection zones 14.
  • the conductive routing track 9 is facing upwards (i.e. away from the rear face of the cells 4), while the two connection areas 14 are facing downwards, i.e. facing the rear face of the cells 4.
  • the flexible interconnection structure 8 allows contact to be reestablished at two points where the junction conductors 6 are connected: points 18A and 18B.
  • the two points 18A, 18B are thus brought to the same electrical potential thanks to the flexible interconnection structure 8.
  • Figures 14 to 20 illustrate a second embodiment of the method according to the invention in which the flexible interconnection structure 8 comprises a double layer of conductive routing tracks 9.
  • Figure 14 is a sectional view similar to Figure 9, for this second embodiment.
  • the flexible interconnection structure 8 is produced from a structural film 11 comprising a conductive layer on each of its faces.
  • the double conductive layer can be produced either by metallization of the entire two faces of the structural film 11 then etching the tracks, or by direct deposition of the conductive routing tracks 9 on each of the faces of the structural film 11.
  • the flexible interconnection structure 8 thus comprises conductive routing tracks 9A on one of its faces and conductive routing tracks 9B on the other of its faces.
  • the conductive routing tracks 9A and 9B each run independently on its respective face of the structural film 11, thus increasing the possibilities of interconnection trajectories, with possibilities of crossing tracks within the flexible interconnection structure 8.
  • This second embodiment thus makes it possible to implement more complex predetermined interconnection schemes, by exploiting the two faces of the structural film 11.
  • Figure 14 illustrates a variant of the second embodiment, which is particularly advantageous.
  • conductive routing tracks 9A, 9B each located on one face of the structural film 11 are both set to the same potential and connected to the connection zone 14 by means of a double fold so that these conductive routing tracks 9A, 9B come into contact at a bridging zone 19.
  • the folding adjacent to the connection zone 14 comprises:
  • connection zone 14 (electrically connected to a cell 4) is the starting point of two conductive routing tracks 9A, 9B, which are therefore connected to the same point on the cell 4.
  • These two conductive routing tracks 9 can both be connected, moreover, by their other end, to another single cell 4, by another double fold identical to that described, located at the other end of the conductive routing tracks 9A, 9B.
  • the two conductive routing tracks 9A, 9B can interconnect two cells by a parallel or different path. This makes it possible, for example, to double the cross-section of the conductor for certain interconnections between cells 4.
  • These two conductive routing tracks 9 can also route differently and connect, by their other end, to two different cells 4.
  • a double fold such as that illustrated in figure 14 allows in this case two conductive routing tracks 9A, 9B to be connected to the same cell 4 by one of their ends, and to two different cells 4 by their other respective end.
  • Figure 15 illustrates another variant of this second embodiment, in which a simple bend and a bridging conductor 20 electrically connect the conductive routing tracks 9A and 9B.
  • Any electrical interconnection technology can be envisaged for the bridging conductor 20 (soldering, welding, gluing, etc.).
  • connection zones 14 are formed on two conductive routing tracks 9 which are on two opposite faces of the structural film 11, these two connection zones 14 being opposite each other.
  • the same through cutout 15 delimits the two connection zones 14 opposite each other.
  • Figure 16 illustrates another variant of this second embodiment, particularly advantageous, in which, after the structure has been put in place flexible interconnection 8 and the installation of the other rear face layers in a conventional manner, the assembly is laminated so that this laminating operation results in:
  • connection zones 14 of the flexible interconnection structure 8 to the corresponding cells 4;
  • the leveling (flattening) of the flexible interconnection structure 8 will be facilitated by a thermal input making it possible to soften the structural film 11.
  • the flexible interconnection structure 8 thus obtained then has a single thickness, with connection operations which are carried out jointly with the rolling operations planned for the other rear face layers, thus reducing the number of steps required for the process. All of the rear face layers are thus arranged and electrically connected in a single rolling operation.
  • the structural film 11 is made of the same material as the other encapsulant layers implemented in the other rear face layers.
  • the lamination thus results in a homogeneous behavior of the different encapsulant layers, both for the structural film 11 of the flexible interconnection structure 8 and for the other layers, notably promoting the quality of the connections.
  • This variant with homogeneous rolling operation can also be applied to the first embodiment.
  • Figures 17 to 20 are another illustration of this second embodiment in which the flexible interconnection structure 8 comprises a double layer of conductive routing tracks 9A, 9B.
  • Figure 17 is a view of the rear face of three cells 4 connected in series.
  • Figure 18 illustrates the next step of the method according to the invention, in which a flexible interconnection structure 8 is placed on the rear face of the cells 4.
  • the flexible interconnection structure 8 comprises conductive routing tracks 9A, 9B provided with different connection zones 14, as well as the through-cutouts 15 mentioned previously, and the corresponding folds.
  • Figure 19 is a sectional view along section XIX-XIX of Figure 18.
  • the conductive routing tracks 9A, 9B appear above and below the structural film 11 (in Figure 19) and thus run, in accordance with the predetermined interconnection pattern, while being electrically insulated from each other by the structural film 11.
  • Figure 20 is a view along section XX-XX of Figure 18 and illustrates an interconnection of two of the cells 4 by means of a conductive routing track 9A, located on the upper face of the structural film 11, and its two connection areas 14.
  • Another conductive routing track 9B, located below the structural film 11, runs independently to connect other cells 4.
  • the upper conductive routing track 9A is facing upwards (i.e. opposite the rear face of the cells 4), while its two connection areas 14 are facing downwards, i.e. facing the rear face of the cells 4.
  • the contact area 14 of the upper conductive routing track 9A is connected to the cells 4 via tracks 9C which extend against the rear face of the cells 4 and which are each electrically connected at several points on the rear face of a cell 4.
  • the conductive routing track 9B connects different connection points of a cell to an upper connection zone 22 adapted to be connected to any other interconnection device.
  • connection zones may be located at any point on a conductive routing track 9: at the end of a routing track 9, as in the examples described, but also at any other more central point.
  • a flexible interconnection structure 8 can be provided with several thicknesses, and would then comprise several structural films 11 provided with conductive routing tracks 9.
  • the flexible interconnection structure 8 can be implemented regardless of the technology of the cells 4 with respect to their connection mode, both with front-face contact cells and rear-face contact cells.
  • the connections between the cells 4 and the connection areas 14 can be made both on the junction conductors 6 and directly on the rear-face contact cells.
  • the flexible interconnection structure(s) 8 may be provided in one or more parts. They may act as a complement to another interconnection mode, as in the examples described where the flexible interconnection structure comes in addition to the connections made by the junction conductors 6. They may also act as the sole interconnection mode, ensuring all the interconnections required in the chosen electrical architecture, up to the external connections of the module.

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Abstract

Module photovoltaïque, et son procédé de production, comportant la réalisation d'une structure flexible d'interconnexion (8) selon les étapes suivantes : – produire un film de routage comportant un film structurel (11), au moins une piste conductrice de routage (9A) sur une face du film structurel (11), et au moins une autre piste conductrice de routage (9B) sur l'autre face du film structurel (11); – former au moins deux zones de connexion (14) sur une portion d'une piste conductrice de routage (9A, 9B); – pour chaque zone de connexion (14), réaliser un pliage adjacent à la zone de connexion (14) Les opérations de mise en place de couches de face arrière comportent de plus les étapes suivantes : – mettre en place ladite structure flexible d'interconnexion (8) sur la face arrière des cellules photovoltaïques (4); – connecter électriquement les zones de connexion (14).

Description

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

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de production d’un module photovoltaïque, mettant en œuvre une encapsulation d’un réseau de cellules photovoltaïques (4) par des opérations de mise en place de couches de face avant et de couches de face arrière, ce procédé étant caractérisé en ce que les opérations de mise en place de couches de face arrière comportent la réalisation d’une structure flexible d’interconnexion (8) selon les étapes suivantes :
- produire un film de routage comportant : un film structurel (11) qui est électriquement isolant et présente une aire prédéterminée couvrant un schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques ; au moins une piste conductrice de routage (9A) formée d’une couche de matériau conducteur sur l’une des faces du film structurel (11 ) ; et au moins une piste conductrice de routage (9B) formée d’une couche de matériau conducteur sur l’autre face du film structurel (11) ;
- former au moins deux zones de connexion (14) pour chaque piste conductrice de routage (9A, 9B), par la réalisation de découpes traversantes (15) du film de routage, chaque découpe traversante (15) délimitant une zone de connexion (14) sur une portion d’une piste conductrice de routage (9A, 9B) ;
- pour chaque zone de connexion (14), réaliser un pliage adjacent à la zone de connexion (14) de sorte que la zone de connexion (14) soit tournée suivant la même direction que la piste conductrice de routage (9) correspondante, et dans un sens opposé ; et en ce que les opérations de mise en place de couches de face arrière comportent de plus les étapes suivantes :
- mettre en place ladite structure flexible d’interconnexion (8) sur la face arrière des cellules photovoltaïques (4) ;
- connecter électriquement les zones de connexion (14) de la structure flexible d’interconnexion (8) aux cellules photovoltaïques (4), suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans l’étape de produire un film de routage, le film structurel (11) est revêtu d’une couche de matériau conducteur (12), et la piste conductrice de routage (9) est formée par retrait sélectif de portions de matériau conducteur, sans traverser le film structurel (11 ), suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le retrait sélectif de portions de matériau conducteur est réalisé par gravure de la couche de matériau conducteur (12).
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que, le retrait sélectif de portions de matériau conducteur, pour former les pistes conductrices de routage (9), et les découpes traversantes (15) du film de routage sont réalisés ensemble par le même procédé.
5. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans l’étape de produire un film de routage, la piste conductrice de routage (9) est directement déposée sur le film structurel (11 ), suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pliage adjacent à la zone de connexion (14) comporte un premier pli (23A) sensiblement orthogonal entre la piste conductrice de routage (9) et une portion traversante (24) dans l’épaisseur du film structurel (11), et un deuxième pli (23B) sensiblement orthogonal entre cette portion traversante (24) et la zone de connexion (14).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les découpes traversantes (15) sont réalisées suivant un contour entourant la zone de connexion (14), ce contour étant interrompu par un tronçon de pliage pour la réalisation dudit pliage adjacent à la zone de connexion (14).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, durant l’étape de former au moins deux zones de connexion (14), les découpes traversantes (15) sont réalisées sur des portions d’extrémité de la piste conductrice de routage (9).
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de connecter électriquement les zones de connexion (14) de la structure flexible d’interconnexion (8) aux cellules photovoltaïques (4), est réalisée par une étape de laminage de l’ensemble des couches de face arrière.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites couches de face arrière comportent des couches de matériaux encapsulants, et en ce que le film structurel (11 ) et les couches de matériaux encapsulants sont faits du même matériau.
11. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins deux desdites zones de connexion (14) sont formées sur deux pistes conductrices de routage (9) qui sont sur deux faces opposées du film structurel (11), ces deux zones de connexion (14) étant en vis-à-vis.
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que la même découpe traversante (15) délimite lesdites zones de connexion (14) en vis-à-vis.
13. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit pliage est adjacent aux deux zone de connexion (14), et comporte de plus une zone de pontage (19), au-delà de la zone de connexion (14), par laquelle les deux pistes conductrices de routage (9A,9B) sont électriquement connectées l’une à l’autre.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le pliage adjacent à la zone de connexion (14) comporte :
- un premier pli (23A) sensiblement orthogonal entre la piste conductrice de routage (9) et une portion traversante (24) dans l’épaisseur du film structurel (11 ) ;
- un deuxième pli (23B) sensiblement orthogonal entre cette portion traversante (24) et la zone de connexion (14) ;
- un troisième pli (23C) sensiblement orthogonal entre la zone de connexion (14) et une portion transversale (25) ; - un quatrième pli sensiblement orthogonal entre cette portion transversale (25) et la zone de pontage (19).
15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la zone de pontage (19) comporte un conducteur de pontage (20) reliant la zone de connexion (14) et l’une des pistes conductrices de routage (9).
16. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules photovoltaïques (4) sont connectées par des conducteurs de jonction (6), et en ce qu’au moins une zone de connexion (14) est connectée à un conducteur de jonction (6).
17. Module photovoltaïque comportant un réseau de cellules photovoltaïques (4) encapsulées entre des couches de face avant et des couches de face arrière, caractérisé en ce qu’il comporte une structure flexible d’interconnexion (8) disposée sur la face arrière des cellules photovoltaïques (4), et comportant :
- un film structurel (11 ) qui est électriquement isolant et présente une aire prédéterminée couvrant un schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques ;
- au moins une piste conductrice de routage (9A) formée d’une couche de matériau conducteur sur l’une des faces du film structurel (11) ;
- au moins une piste conductrice de routage (9B) formée d’une couche de matériau conducteur sur l’autre face du film structurel (11 ) ;
- au moins deux zones de connexion (14) pour chaque piste conductrice de routage (9A, 9B), délimitées par des découpes traversantes (15) du film de routage et un pliage adjacent à la zone de connexion (14) de sorte que la zone de connexion (14) soit tournée suivant la même direction que la piste conductrice de routage (9A, 9B) correspondante, et dans un sens opposé ; les zones de connexion (14) de la structure flexible d’interconnexion (8) étant électriquement connectées aux cellules photovoltaïques (4), suivant le schéma prédéterminé d’interconnexion des cellules photovoltaïques.
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