Brevet FR2505093A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne des panneaux so- laires de production d'énergie pour des engins spatiaux tels que des satellites de télécommunications Les objets se trouvant dans l'espace sont bombardés en permanence par des électrons de haute énergie Il en résulte que les surfaces diélectriques d'un engin spatial peuvent se trouver char- gées à un potentiel élevé par rapport aux parties conduc- trices de l'engin Cela peut se traduire finalement par des décharges entre les surfaces diélectriques et les parties conductrices, ce qui peut éventuellement endommager et/ou perturber l'équipement électrique situé à bord de l'engin. Un domaine particulier o le problème précédent peut se trouver soulevé est relatif à la couverture thermi- que servant à maîtriser les caractéristiques de perte/ gain de chaleur d'un engin spatial La demande de brevet n O 2 062 189 A au nom de la demanderesse décrit un matériau permettant de maîtriser la chaleur, qui peut être utilisé pour constituer la couverture thermique d'un engin spa- tial; le problème de la charge par bombardement d'élec- trons concerne ce matériau. Les panneaux solaires produisant de l'énergie dans un engin spatial peuvent se trouver également chargés à la suite du bombardement des électrons Un panneau de cette nature comprend un grand nombre de cellules solaires 2. qui sont normalement protégées par des bandes de couvertu- re en verre ou en quartz Pendant l'éclairement par le soleil des cellules,et par conséquent des bandes de cou- verture, l'effet photoélectrique provoqué évite l'établis- sement de charges sur les surfaces des bandes de couvertu- re Cependant,pendant les éclipses, l'effet photoélectri- que disparatt alors que le bombardement des électrons se poursuit Pour réduire les problèmes dus à l'établisse- ment de charges lors des éclipses, on a proposé de réaliser les bandes de couverture en verre conducteur de l'électri- cité ou d'appliquer à leur surface extérieure un revêtement conducteur transparent Malheureusement, aucune des deux solutions n'est entièrement satisfaisante. Le côté arrière, ou côté sombre, d'un panneau solaire est toujours destiné à être en regard du côté sombre de l'espace, et il est souhaitable que cette surfa- ce agisse, globalement, en radiateur de chaleur de façon à abaisser la température du panneau et par conséquent maxima- liser le rendement des cellules solaires Par conséquent, la surface arrière du panneau est généralement revêtue d'une peinture noire conductrice de l'électricité. Une peinture de ce type est assez lourde et fa- cilement endommageable, par exemple, dans le cas, qui n'est pas rare, ou le côté arrière du panneau est tempo- rairement exposé aux rayons du soleil alors qu'il n'en devrait pas être ainsi. Un objet de la présente invention est une feuil- le protectrice de couverture pour la surface en face du soleil d'un panneau solaire, feuille sur laquelle est em- pêché l'établissement de charges électriques créant des potentiels élevés dangereux Un autre objet de la présente invention est un couvercle pour la surface arrière du pan- neau, couvercle qui permet d'éloigner toutes les charges en surface induites par le bombardement des électrons dans la mesure o il est conçu de manière appropriée, mais qui peut s'avérer davantage satisfaisant qu'une couche de pein- ture conductrice noire, tout au moins sur le plan de ses propriétés thermo-optiques et de ses risques d'endommage- 3. ment, ainsi qu'éventuellement sur celui de sa masse. Selon la présente invention, on prévoit un pan- neau solaire de production d'énergie pour engin spatial qui comporte une feuille protectrice de couverture sur une partie de sa surface, ce couvercle comprenant une couche extérieure en matériau plastique transparent élastique et une couche, plus proche de ladite partie de surface du panneau que la couche extérieure, en matériau transparent, conducteur de l'électricité. La présente invention est basée en partie sur le fait que les électrons bombardant un engin spatial situé dans l'espace ont une énergie telle qu'ils pénètrent la surface des matériaux diélectriques qu'ils rencontrent et par conséquent provoquent l'établissement de charges non seulement sur la surface exposée mais encore à l'intérieur du matériau diélectrique sur une profondeur variable Une couche conductrice située à la surface extérieure du maté- riau diélectrique sera également pénétrée par au moins une partie des électrons et par conséquent peut s'avérer inap- te à inhiber l'établissement de charges à l'intérieur du matériau En conséquence, dans les modes de réalisation de la présente invention qui seront décrits, une feuille protectrice de couverture pour panneau solaire est dispo- sée de façon qu'une couche conductrice qu'elle comporte soit placée à la surface intérieure d'une couche extérieu- re en matériau plastique contiguë soit au panneau solaire, doit aux bandes de couverture constituant une partie du panneau, soit entre la couche extérieure en plastique et une ou plusieurs autres couches en matériau plastique. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe de côté, d'une partie d'un panneau solaire pour engin spatial, la figure n'étant pas tracée à l'échelle, mais au contraire l'épais- seur de certaines couches de matériau étant exagérée de façon à rendre leur présence plus claire, et Les figures 2 et 3 sont des vues semblables 4. d'une partie du substrat d'un autre panneau, représentant différentes façons respectives de mettre à la masse une feuille en plastique revêtue d'un matériau conducteur. Le panneau solaire de la figure 1 comprend un substrat souple 1 de faible épaisseur réalisé en matériau dit Kapton d'une épaisseur d'environ 0,08 mm Une plura- lité de cellules solaires sont liées à une surface du substrat par un moyen approprié (non représenté), par exem- ple par une colle 2 a ou par soudage de parties de contacts électriques des cellules à des parties de conducteurs mé- talliques montés sur le substrat Une bande de couverture 3 en verre ou en quartz est fixée sur la surface avant de chaque cellule 2 par une colle transparente 4 d'un type qui, tout en permettant de fixer en place la bande 3, constitue une couche d'adaptation optique entre les cellu- les et les bandes de manière à maximaliser la transmis- sion de-l'énergie solaire aux cellules La colle peut être, par exemple, la colle au silicone N O 93500 de la société dite Dow Corning Sur la surface arrière du substrat 1 on a prévu un agencement 5 de conducteurs de circuits imprimés comprenant un conducteur de masse 5 a L'interconnexion entre les cellules 2 ou groupes de cellules et l'agence- ment de circuits 5 est réalisée par un moyen approprié quelconque (non représenté), par exemple en faisant pas- ser des fils conducteurs (non représentés) dans des ou- vertures pratiquées dans le substrat. Une feuille 6 en matériau Kapton d'environ 0,05 mm d'épaisseur est fixée par une couche de colle polyes- ter 7 à la surface arrière du substrat 1 sur l'agencement 5 de circuits imprimés. Pour éviter l'établissement d'une charge sur la surface avant du panneau solaire, c'est-à-dire sur les ban- des de couverture 3, une mince feuille 8 de Kapton d'une épaisseur d'environ 0,008 mm sur la surface intérieure de laquelle a été déposé un revêtement en matériau transpa- rent conducteur de l'élasticité 9, par exemple en oxyde- indium-étain, est placée sur les bandes de couverture et 5. fixée à celles-ci par la colle au silicone citée ci- dessus, colle qui peut également agir en couche d'adapta- tion optique entre les bandes 3 et la feuille 8 Le bord de la feuille 8 est enroulé autour du bord du panneau et fixé au conducteur de masse 5 a au-dessus du bord de la feuille 6 par une colle 10 conductrice de l'électricité. Cette colle réalise une liaison électrique entre le revê- tement 9 et le conducteur 5 a et par conséquent forme un trajet vers la masse pour les charges électriques recueil- lies par le revêtement. La feuille 8 avec son revêtement 9 pourrait être appliquée au panneau en une seule pièce ou en plusieurs pièces ou bandes qui seraient appliquées aux différentes parties respectives du panneau. Au lieu d'être revêtue d'une peinture conductri- ce noire comme dans l'art antérieur, la surface arrière du panneau, c'està-dire la surface extérieure de la feuille 6, est recouverte d'une autre feuille 11 de faible épais- seur en matériau Kapton d'une épaisseur d'environ 0,008 mm sur laquelle a été pré-déposé un revêtement 12 en oxyde-indium-étain, ce-revêtement 12 étant placé vers l'intérieur, c'est-à-dire vers la feuille 6, et étant fi- xé à celle-ci par une couche de colle claire 13 au polyes- ter. La combinaison des deux feuilles en Kapton 6 et 11, et de la couche intermédiaire en oxyde-indium-étain 12 et de la couche de colle claire 13 peut être préfa- briquée sous forme de feuille composite, la feuille étant alors appliquée au panneau solaire au cours de sa fabri- cation Une feuille composite de cette nature pourrait avoir un facteur d'absorption d'environ 0,46 et un coefficient d'émissivité des rayonnements d'environ 0,83. Pour une peinture conductrice noire typique, utilisée dans l'art,les chiffres correspondants pourraient être d'envi- ron 0,96 pour le facteur d'absorption et de 0,86 pour le coefficient d'émissivité Par ailleurs,la masse de la feuille 11 peut être inférieure à celle d'un revêtement en 6 2505093 peinture et être mieux à même de résister sans endommage- ment aux hautes températures. Le revêtement 12 de la feuille 11, est, comme le revêtement 9 de la feuille 8, relié à la masse de sorte qu'il ne peut y avoir établissement de charges électriques à un potentiel trop élevé La mise à la masse peut être exécutée en collant le revêtement à une partie exposée du conducteur de masse 5 a, c'est-à-dire de la même manière que pour le revêtement 9 de la figure 1, ou par tout autre moyen approprié,par exemple par l'un des moyens représen- tés dans les figures 2 et 3 Chacune de ces figures repré- sente une variante de panneau o, étant donné que la face arrière du substrat 1 ne comporte aucun conducteur de cir- cuits imprimés (au contraire, toutes les interconnexions sont réalisées du côté cellule solaire du panneau), la feuille protectrice 6 de la figure 1 n'est pas nécessaire et n'est par conséquent pas utilisée Ainsi, la feuille re- vêtue 11 est maintenant fixée par une couche de colle clai- re 13 directement au substrat 1 Dans la figure 2, on a appliqué au bord du substrat et au bord de la feuille 11 une peinture conductrice 14, cette peinture réalisant le contact avec le revêtement 12 de la feuille 11 et avec une connexion de mise à la masse 15, qui est fixée au substrat par un écrou et un boulon 16,17, et à une partie métallique ou à la masse de l'engin spatial ou à une structure de monta- ge du panneau (non représentée) En figure 3, le bord de la feuille 11 est rabattu de manière à mettre à nu une par- tie du revêtement 12,et une connexion de mise à la masse est reliée au substrat de façon à réaliser un contact avec la partie mise à nu du revêtement, là encore par un écrou et un boulon 16,17. Comme on le comprendra, l'un ou l'autre procédé de mise à la masse des figures 2 et 3, ou tout autre moyen approprié de mise à la masse pourrait être utilise aussi en variante, pour le revêtement 9 de la feuille 8 de la surface avant de la figure 1. Au lieu de comprendre une feuille sur laquelle 7 2505093 a été pré-déposé un revêtement d'oxyde-indium-étain et qui est mise en position par collage, les faces avant et/ou arrière du panneau peuvent être recouvertes de feuilles non revêtues,fixées en place par une colle claire conduc- trice de l'électricité, par exemple par une colle claire comprenant une charge conductrice de l'électricité. Au lieu du matériau dit Kapton, tout autre ma- tériau plastique en feuille utilisable dans l'espace peut être employé, par exemple,le matériau dit "Tedlar" qui, comme le Kapton, est fabriqué par la société dite Du Pont Company. Dans d'autres modes de réalisation (non repré- sentés), les bandes de couverture 3 ne sont pas utilisées et la feuille 6 avec son revêtement conducteur est alors appliquée directement aux cellules solaires (éventuelle- ment, il peut être avantageux de réaliser la feuille 6 avec une épaisseur quelque peu supérieure à ce qui a été suggéré précédemment) ou une feuille à couches multiples comme celle qui est appliquée au côté sombre du substrat de la figure 1, c'est-à-dire avec des couches intérieure et extérieure en Kapton et une couche intermédiaire con- ductrice, est appliquée directement aux surfaces des cel- lules solaires Naturellement pour ces autres modes de réalisation,il peut s'avérer nécessaire de développer d'autres procédures appropriées de montage. Dans un mode de réalisation encore différent (non représenté), le panneau est tel que représenté en figure l,mais entre les bandes de couverture 3 et le revê- tement conducteur de la feuille 6,sont interposées une ou plusieurs couches de matériau transparent sur le plan op- tique, et/ou de matériau conducteur, de manière à amélio- rer l'adhérence de la combinaison d'ensemble au panneau et/ou à maîtriser les propriétés thermo-optiques, en te- nant compte naturellement de la nécessité de ne pas par trop altérer le rendement des cellules solaires. Comme cela a déjà été indiqué, on peut se procu- rer le matériau Kapton et des renseignements le concernant 8. à la société dite Du Pont Company, dont le nom complet et l'adresse sont les suivants: E I du Pont de Nemours and Company (Inc), Wilmington Del 19898 Le matériau Kapton concerne un film polyimide revêtu de copolymère de propy- lène-éthylène fluoré de cette société De plus, comme ce- la a été également indiqué précédemment, on peut utiliser dans la présente invention un matériau autre que le Kap- ton pour constituer les feuilles en matériau plastique. L'appréciation de certaines des valeurs de mesu- res indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. C 5093 9. REVENDICATIONS 1 Panneau solaire de production d'énergie pour engin spatial comportant une feuille protectrice de couverture sur une partie de sa surface, caractérisé en ce que cette couverture comprend une couche extérieure en matériau plastique transparent souple et une couche, plus proche de cette partie de la surface du panneau que la couche extérieure, en matériau transparent conducteur de l'électricité. 2 Panneau selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la couche intérieure conductrice est mise à la masse de la structure de l'engin spatial en enroulant la feuille autour d'un bord du panneau et en la fixant à sa surface arrière par une colle conductrice. 3 Panneau selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la feuille de couverture est obtenue en pre- nant une feuille de matériau transparent souple sur laquel- le a été pré-déposé un revêtement constitué dudit matériau transparent conducteur de l'électricité et en fixant par collage la feuille à la surface faisant face au soleil du panneau avec le revêtement conducteur près du panneau. 4 Panneau selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la feuille de couverture est liée par une cou- che de colle claire à la surface arrière du panneau. 5 Panneau selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la feuille de couverture comprend, entre la couche conductrice et le panneau, au moins une autre couche transparente en matériau plastique. 6 Panneau selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comprend une pluralité de cellules solaires montées sur une surface d'un substrat en matériau plasti- que souple et, fixée par une couche de colle claire à la surface opposée du substrat, une feuille de couverture comprenant une couche intérieure de matériau transparent conducteur de l'électricité et une couche extérieure de ma- tériau plastique souple et transparent.