Brevet FR2450748A1 — publié le 19801003

L'invention concerne un procédé d'orientation d'un générateur à cellules solaires pour un satellite g#ostationnai- re, la surface réceptrice du générateur se déplaçant autour d'un axe Nord-Sud à raison d'un tour en 24 heures et des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. les satellites géostationnaires "stabilisés trois axes", c'est-à-dire fixes par rapport à la Terre, sont en rai alimentés en énergie électrique par un générateur solaire tournant autour de l'axe Nord-Sud à raison d'un tour par 24 heures de façon à suivre le Soleil dans sa course journalière et à maintenir ltéclairement maximum de la face munie de cellules solaires. En géndral, le générateur solaire est plan et ce plan ést parallèle à l'axe Nord-Sud. Le mouvement annuel du Soleil entraine une variation de 11 angle d'incidence du rayonnement solaire sur les panneaux et par conséquent une variation d'éclairement. L'orbite de la Terre autour du Soleil notant pas circulaire, il s'ensuit une légère variation de la distance Terre-Soleil donc également de la distance satellite-Soleil qui entraîne une variation de l'éclairement solaire. Les courbes représentant l'éclairement en fonction des saisons, montrent un minimum important pour le solstice d'été. Cet éclairement minimum doit etre pris en considération pour le dimensionnement des panneaux solaires et la puissance électrique nécessaire au fonctionnement du satellite sera celle que lton pourra obtenir pour le minimum d'éclairement correspondant au solstice d'eté. Il faudra donc prévoir des panneaux solaires surdimensionnés dont lténergie totale qu'ils sont susceptibles de fournir ne sera utilisée que pendant une très courte période de l'année. Le procédé d'orientation du générateur solaire selon l'invention se propose d'obtenir une meilleure efficacité du générateur solaire pour l'éclairement le plus faible de ltan- née, en inclinantla surface réceptrice de façon que la normale à cette surface fasse un angle avec le plan de itéquateur. Cet angle est de préférence entre 2 et 60. Selon différents modes de réalisation des dispositifs mettant en oeuvre le procédé selon l'invention - Le dispositif reliant le panneau solaire aux moyens d'entralllement en rotation comporte un organe de liaison con-sti- tué de deux ensembles, un des ensembles etant solidaire du panneau solaire et l'autre des moyens d'entralnemerst, dont les axes concourants forment entre eux un angle égal à l'angle d'in clinaison choisi. - La surface réceptrice du générateur détermine une forme au moins partiellement conique ou pyramidale dont l'axe est dirigé dans la direction Nord-Sud et dont l'angle au sommet est le double de l'angle d'inclinaison. Le générateur est constitué de panneaux dont le plan est parallèle à l'axe Nord-Sud comportant des cellules dont la surface réceptrice fait avec le plan du panneau un angle égal à l'angle d'inclinaison. La description qui va suivre, en regard des figures annexées, données à titre d'exemple, fera comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente l'éclairement d'un générateur solaire pour un angle d'inclinaison nul et un angle de 40. les figures 2 et 3 représentent schématiquement des satellites dont les panneaux sont respectivement parallèles et inclinés par rapport à la direction Nord-Sud. Les figures 4 et 5 représentent des surfaces réceptrices coniques et pyramidales. Les figures 6 et 7 montrent deux modes de montage de cellules solaires. La figure 1 et en particulier la courbe I représente l'éclairement d'un générateur solaire orienté selon un axe soit parallèle à l'axe Nord-Sud, soit tournant autour de l'axe Nord Sud. Le mouvement annuel apparent du Soleil entrasse une variation de l'angle d'incidence du rayonnement solaire sur les panneaux donc de l'éclairement. L'orbite de la Terre autour du Soleil n'étant pas circulaire la distance Terre-Soleil varie en entratnant une variation de l'éclairement du générateur solaire du satellite géostationnaire. Cette variation relativement importante est donnée en fonction -du quantième de l'année, les points P, As , H, correspondant sensiblement aux maxima et minima des équinoxes de printemps et d'automne et des solstices d'été et d'hiver.La surface du panneau solaire devra être calculée en fonction du minimum absolu correspondant au solstice d'été. le procédé d'orientation d'un générateur selon l'invention consiste à incliner la surface réceptrice du panneau de manière que l'on obtienne une courbe d'éclairement plus régulière. La courbe Il, obtenue en appliquant ledit procédé, montre une augmentation de l'éclairement du solstice d'été B (minimum absolu) au détriment de l'éclairement des autres pics. les minima des solstices d'été et d'hiver étant maintenant sensiblement égaux, la surface du générateur calculée en fonction du minimum absolu sera, à puissance égale reçue, plus petite. La surface réceptrice du panneau dont l'éclaire- ment est représenté par la courbe Il, détermine entre la normale à sa surface et le plan de l'équateur un angle de 40 Dans la suite de la description cet angle sera défini comme l'angle d'inclinaison de la surface réceptrice avec la direction Nord Sud. On obtient un gain encore appréciable pour des angles inférieurs ou supérieurs a cette valeur et compris entre 20 et 60. les figures 2 et 3 montrent deux satellites mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Le satellite, représenté figure 2, comporte un corps 1 auquel sont fixés deux panneaux solaires 2 et 3 par des organes de liaison 4 et 5 en soi connus. L'axe longitudinal des panneaux est confondu avec l'axe Nord Sud. Les cellules 6 disposées à la surface des panneaux 2 et 3-sont montées de manière que leurs faces réceptrices 7 soient disposées comme montré par l'exemple de la figure 7, c'est-àdire faisant avec le plan du panneau un angle compris entre 2 et 60. le montage indiqué des cellules est obtenu par tout moyen convenable tel que calage individuel, usinage en dents de scie de la surface du panneau, etc., les rangées de cellules étant de préférence perpendiculaires-à l'axe Nord-Sud ou dans des plans équatoriaux. La figure 3 présente une autre réalisation dans laquelle les panneaux sont inclinés sur l'axe Nord-Sud d'un angle compris entre 2 et 60. l'organe de liaison 5 est constitué de deux ensembles. les ensembles 41 et 51 sont respectivement solidaires des panneaux 2 et 3 et les autres ensembles 42 et 52, des moyens d'entraînement disposés dans le satellite. Dan cette realisation, les surfaces réceptrices 7 des cellules 6 sont dispose se parallèlement aux plans des panneaux 2 et 3 et sont montées normalement à plat. Selon des modes de réalisation plan simples les panneaux solaires et plus particulièrement les surfaces réceptrices des cellules formant le genérateur déter- minent une forme au moins partiellement conique (figure 4 4) dont l'axe est dirigé dans la direction Nord-Sud et dont l'angle au sommet s est le double de l'angle d'inclinaison i choisi, pour un montage des cellules selon 1' oxemple de la figure 6. les panneaux solaires déterminent une forme pyramida- le (figure 5) d'axe Nord-Sud sur laquelle sont fluées les cellules dont les surfaces réceptrices présentent an angle dain- clinaison i par rapport à l'axe Nord-Sud. Comme dans la reali- sation précédente, l'angle au sommet s de la pyramide est le double de l'angle d'inclinaison i pour des cellules montées selon l'exemple de la figure 6. tes panneaux solaires déterminent une forme cylindrique ou polygonale d'axe Nord-Sud sur laquelle sont disposées les cellules de manière que leur surface réceptrice fasse l'angle voulu avec la direction Nord-Sud ou avec la surface des panneaux qui, dans ces formes de réalisation est parallèle à l'axe. Comme dans le montage représenté figure 7, les cellules sont fixées sur des cales en coin ou sur la partie inclinée de rainures en dents de scie, d'axe sensiblement perpendiculaire a la direction Nord-Sud. REVEEDICATI.ONS 1. Procédé d'orientation d'un générateur à cellules solaires pour un satellite géostationnaire, la surface récep trics du générateur se déplaçant autour d'un axe Nord-Sud à raison d'un tour par 24 heures, caractérisé en ce que l'on incline la surface réceptrice de façon que la normale à la surface fasse un angle avec le plan de l'équateur. 2. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de la normale à la surface réceptrice du générateur par rapport au plan de l'équateur est compris entre 2 et 60. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I ou 2 reliant au moins un panneau solaire aux moyens d'entralnement en rotation, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de liaison constitué de deux ensembles, un des ensembles étant solidaire du panneau solaire et l'autre, des moyens d'entraînement et dont les axes concourants forment entre eux un angle égal à 1 angle d'inclinaison choisi. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface réceptrice du générateur détermine une forme au moins partiellement conique dont l'axe est dirigé dans la direction Nord-Sud, et dont l'angle au sommet est le double de l'angle d'inclinaison. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface réceptrice du générateur détermine une forme au moins partiellement pyramidale dont l'axe est dirigé dans la direction Nord Sud et dont l'angle au sommet est égal au double de l'angle d'inclinaison. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur est constitué de panneaux dont le plan est parallèle à l'axe Ncrd-Sud colmportant des cellules dont la surface réceptrice fait avec le vlan du panneau un angle égal à l'angle d'in-clinaison. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les panneaux solaires déterminent une forme cylindrique d'axe Nord-Sud sur laquelle les cellules sont disposées de manière que leur surface réceptrice fasse l'angle d'inclinaison choisi par rapport à l'axe Nord-Sud de la surface cylindrique. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les panneaux solaires déterminent une forme polygonale d'axe Nord-Sud sur laquelle les cellules sont disposées de manière que leur surface réceptrice fasse 11 angle d'inclinaison choisi par rapport à l'axe Nord-Sud de la surface cylindrique.