Brevet FR2471669A1 — publié le 19810619

SYSTEMES D'AMPLIFICATIONS DE CAPTEURS SOLAIRES PHOTOVOLTAIQUES Les capteurs solaires photovoltaiques représentent l'une des méthodes d'obtention d'énergie émanant des rayons solaires. Les premières applications de ces types de capteurs ont été faites sur des satellites hors atmosphère afin d'obtenir des renseignements scientifiques sur la météorologie, la radio, le téléphone, la photo entre outres. A cet effet, des panneaux recouverts de cellules pho- tovoltalques recevaient bien au dessus de la terre l'énergie lumineuse solaire directement donc totalement et en permanence. Le courant emmagasine' dans les accumulateurs suffisait aux fonctions demandees. Ces mêmes types de capteurs employés au sol ont un rendement bien inférieur pour bien des raisons : citons, entre autres, l'ensoe leillement variable en temps et en puissance selon les régions, selon les systèmes nuageux, selon les émissions de rayons infra-rouge# les rayons ultra-violet , les rayons cosmiques qui traversent les couches atmosphériques. De plus l'air n#est pas pur et peut etre chargé de pollutions par des fumées, vapeurs par exemple. Tous ces facteurs réunis contribuent a' un rendement bien inférieur au sol qu'en haute atmosphère et ce pour des capteurs de surfaces identiques. Il est cependant de plus en plus nécessaire d'employer l'e'nergie solaire au sol. Actuellement il est fait emploi des panneaux du meme type que ceux équipant les satellites. Il en résulte un rendement bien inférieur surtout dans les régions défavorisées géographiquement par un ensoleillement bien faible. Il est donc nécessaire de trouver des systèmes d'amplification de rendement des capteurs solaires pho tovoltaiques. Pour obtenir un rendement maximum au sol, la présente invention fait état de plusieurs dispositions nouvelles, à savoir 10) une orientation permanente des capteurs par rapport au soleil pour un lieu déterminé. 20) des systèmes optiques associés aux cellules photovaltaigues augmentant leur rendement en fonction de la hauteur du soleil pour une longitude et une latitude donnée. 30) Un système de refroidissement des capteurs ce qui augmente leur débit. L'invention ci-décrite permettant d'additionner les 3 systèmes précités, on est en droit d'attendre un rendement de cinq à dix fois supérieur aux capteurs photovoltalques actuellement utilisés au sol. Système d'orientation Pour obtenir un résultat optimum pour un lieu donné, l'invention prévoit une hémisphère comme support des cellules photovoltalques. Cette disposition est possible depuis l'existence de cellules souples en bandes pliables. Dans ce cas l'hémisphère se trouve être le support idéal pour les raisons suivantes a) pour tous lieux géographiques la disposition sur 1800 soit d'est en ouest est positionnée une fois pour toutes selon la longitude et la latitude du lieu. b) la hauteur du soleil par rapport au sol variant de l'horizontale au zénith deux fois par jour, les panneaux du pale à l'équateur de l'hémisphère seront excités à tour de rôle le matin de l'ho- rizontale jusqu'au zénith au midi solaire et du zéntih à l'horizontale jusqu'au coucher du soleil. Systèmes optiques La disposition de plusieurs bandes de cellules semi-circulaires autour de l'hémisphère facilitant la superposition de filtres optiques appropriés en fonction du cycle d'éclairement par le soleil. Ce cycle est renouvelé chaque jour et la température de couleur du soleil variant au sol depuis l'heure de lever de ce dernier jusqu'au midi en passant de l'infra-rouge à l'ultra-violet et vice-versa de midi au coucher du soleil. On conçoit aisément que les bandes de cellules proches de l'équateur de l'hémisphère seront recouvertes de filtres interférentiels de longueur d'onde appropriée dans les infra-rouges. Progressivement les bandes de cellules se rapprochant du pale de l'hémisphère seront recouvertes de filtres interférentiels ultra-violet Il y a donc dans ce cas harmonie de réception maximum d'une partie du spectre en température de couleur tant du soleil que des capteurs photovoltaïques selon leur position sur l'hémisphère. Refroidissement des capteurs photovolta#ques Pour améliorer encore le rendement des capteurs photovoltaiques, l'hémisphère qui supporte les capteurs est prévue creuse pour la raison suivante : la partie intérieure peut être refroidie gracie à une éolienne à pales horizontales mais à axe vertical dont les pales sont à la partie inférieure de l'hémisphère. Il est, en effet, reconnu que le rendement des capteurs solaires photovoltaiques diminue en fonction de la température ambiante. Comme il s'agit d'une exposition permanente au soleil, il est facile de penser qu'à midi les capteurs photovoltaiques se trouvent très chaud et donc ont un rendement très inférieurs à celui correspondant à 9 ou à I5 heures. L'éolienne adaptée à la base de l'hémisphère, éolienne dont les pales ont une forme spéciale,du type vortex par exemple, renvoyant l'air rafraîchi au sommet de l'hémisphère et brassé en permanence. Ce type d'éolienne a besoin de peu de vent pour fonctionner. Une simple brise suffit. On conçoit que plus le vent sera fort ce qui existe dans les pays tropicaux par forte température, plus le re froidissement sera efficace. En tenant compte des 3 systèmesampl wateurs des capteurs photo voltaïques selon les dispositions décrites dans cette invention, il est certain que le rendement de ceux-ci sera bien supérieur, à surface égale aux panneaux solaires rigides employés actuellement et qui doivent être déplacés continuellement soit manuellement, soit par un système de type équatorial très onéreux. Lorsque l'énergie demandée est faible une installation sur pylone d'une hémisphère d'un mètre de diamètre soit plus de 3 mètres carrés de surface utile peut suffire dans de nombreux cas. Relais de téléphone, télévision scolaire en Afrique par exemple. Pour des énergies plus importantes, il suffit d'augmenter le-diamètre de l'hémisphère, ce qui est bien moins encombrant que des panneaux qui ne sont jamais excites sur un angle idéal en fonction de l'heure. Le sommet des châteaux d'eau peut être un support idéal de ces capteurs ce qui ne nécessite pas une tour support de l'hémisphère. Il y y a des milliers de châteaux d'eau en France, ce ne sera pas la calotte supplémentaire qui endommagera la qualité de l'environnement pour des choteaux d'eau dont la forme et la position ont été agréées par avance. REVENDICATIONS I ) ORIENTATION PERMANENTE DES CAPTEURS PHOTOVOLTAIQUES grace au support hémisphère des capteurs photovoltaiques ces derniers se trouvent en position permanente idéale selon la hauteur du soleil et ce pour toute l'année. Il suffit de diriger l'hémisphère une fois pour toutes de telle façon qu'a midi il y ait 900 d'utile à droite comme à gauche d'une position médiane. Les bandes de cellules photovoltaiques. recou- vrant l'hémisphère n'étant éclairés que sur 180 O du matin au soir. 2.#) SYSTEMESOPTIQUES Des bandes souples de capteurs photovoltaiques étant fixées sur la surface de l'hémisphère, ces capteurs ne répondent qu'a des longueurs d'ondes déterminées avec un maximum de courbe de réponse donc d'énergie débitée. Gracie aux bandes de filtres interférentiels recouvrant chaque bande, on obtient des capteurs un rendement supérieur selon la hauteur du soleil Les bandes sensibles à l'ultra-violst étant au sommet correspondant au zénith, les bandes sensibles aux infra-rouges se trouvant à l'équateur de l'hémisphère correspondant au lever et au coucher du soleil. Des bandes intercalairessensibiliseront les capteurs à des longueurs d'onde allant progressivementde l'infra-rouge à l'ultra-violet 30) REFROIDISSEMENT DES CAPTEURS PHOTOVOLTAIQUES Une éolienne horizontale à axe vertical fixée à la base de l'hémisphère creuse, envoie à la moindre brise un courant d'air plus frais que la température ambiante et ce selon le sens as- centionnel pour refroidir l'ensemble des capteurs photovoltai ques.