Brevet FR2542464A1 — publié le 19840914

DESCRIPTION DISPOSITIF CONCENTRATEUR DE LUMIERE La présente invention s'applique notamment aux générateurs électriques à cellules photo-voltaiques. Il existe de nombreux moyens de concentrer un rayonnement lumineux depuis les lentilles et les miroirs, classiques ou de Fresnel, jusqu'aux dispositifs les plus complexes. Tous, sauf les dispositifs à piégeage de lumière dans des lames à faces parallèles ont en commun la caractéristique d'occuper un volume important, ce qui présente certains inconvénients lorsqu'il s'agit de concentrer de la lumière solaire sur des cellules photo-voltaiues ; c'est pourquoi les concentrateurs sont d'un emploi limité dans ce cas, surtout pour les petites puissances. Quant aux dispositifs comportant une lame à faces parallèles, ils sont couramment utilisés pour encapsuler les cellules photo-voltaques. Dans de tels dispositifs, la lumière éclairant le module tombe soit directement sur une cellule, soit, entre les cellules, sur un fond qui la réfléchit dans une direction aléatoire ; une partie de la lumière est rejetée hors du module, une autre partie arrive à la face avant de la lame avec un angle d'incidence suffisant pour qu'elle y subisse une réflexion totale après laquelle elle arrive soit sur la cellule, soit de nouveau sur le fond réfléchissant; De tels dispositifs perdent la majeure partie de la lumière qui n'est pas arrivée d'emblée sur les cellules. Le Procédé objet de l'invention présente l'avantage de permettre la réalisation de dispositifs globalement plans et peu épais, donc exigeant peu de mattière, facile à construire et de bon rendement. Ce procédé permettant de concentrer un faisceau de lumière parallèle sur une cible de surface limitée est caractérisé par le fait qu'il met en oeu- vre une plaque composée de matériaux translucides dont l:une des deux faces dite face avant est exposée à la lumière tandis que l'autre, dite face arrière, convenablement formée et traitée , réfléchit la lumière dans des directions précises, de telle manière qu'elle parvienne à la cible après un parcours prédéterminé comportant au moins la dite réflexion sur un miroir en face arrière et une réflexion totale sur la face avant Les figures 1 et 2 de la planche unique représentent une coupe caractéristique de deux variante possibles d'application du procédé. Ces applications du procédé consistent essentiellement dans un aménagement particulier de la technique classique d'encapsulation des cellules photovoltaïques comportant une couche avant translucide (verre, PMMA, époxy, ou autre). L'aménagement selon le procédé est tel que les cellules photo-voltalques (7) n'interceptent directement qu'une faible partie du rayonnement solaire, le reste du rayonnement arrivant à des miroirs (4) plans ou courbes, selon les variantes, qui le réfléchissent soit directement, soit en passant par le miroir latéral (8) sur le dioptre air/couche (5) avec un angle tel qu'au y subit une réflexion totale qui le rabat sur la cellule cible (7). Un perfectionnement du procédé est caractérisé par le fait que la plaque de matériau translucide est constituée de deu ou plusieurs couches de matériau solide ou liquide d'indice de réfraction différent de manière principalement à infléchir la direction des rayons lumineux entre deux réflexions. Un troisième mode de réalisation, particulièrement avantageux, est figuré en coupe sur la figure 3. Cette variante consiste à doubler la face avant translucide, la couche (3) au contact de l'atmosphère ayant par exemple un in dice -de réfraction de 1,33 et la seconde couche (6) un indice de 1,49 ; ou bien encore la première couche ayant un indice de 1,49 et la seconde un indice de 2,35 .Dans cette variante, les rayons (1) après réflexion sur le miroir arrière (4) traversent le dioptre (6)-(3) et sont rabattus avant d'être totalement réfléchis sur le dioptre avant (5), puis ils traversent à nouveau le dioptre (3)-(6) avant d'éclairer la cellule (7) Cette disposition a sur les deux précédentes les avantages - de permettre de garnir utilement de miroirs toute la partie de la face arrière non occupée par la cellule - de permettre une meilleure adaptation optique de la cellule - de transporter à plus longue distance dans la lame (3) les rayons réfléchis. Les trois modes de réalisation sont trois modes parmi d'autres et donnés à titre d'exemple. Une variante des dispositifs précédents est caractérisé par le fait que les surfaces (5) et les miroirs (4) précités peuvent être constitués de plusieurs parties. Une autre variante est caractérisée par le fait que les surfaces (5) et les miroirs (4) et (8) précités peuvent être plans ou courbes. Une autre variante des dispositifs est caractérisée par le fait que, sur les tranches de la plaque ou de l'une des couches de la plaque est placé un moyen (8) pour réfléchir dans la lame, selon une direction convenable tout rayon lumineux qui pourrait s'en échapper. Selon une autre variante, la cible(7) est en contact optique avec l'une au moins des couches de la plaque, soit collée contre, soit baignée dedans. Une autre variante est caractérisée par le fait que la couche avec laquelle la cible est en contact optique est un matériau liquide ayant pour effet secondaire de refroidir la dite cible. Entre autres applications, le procédé de concentration peut être utilisé chaque fois que lton désire augmenter à bon compte le courant électrique fourni par les cellules photo-voltalques. Convenablement adapté, il se prête également à la réalisation de feux arrières non éblouissants pour véhicules automobiles. REVENDICATIONS 1 Procédé permettant de concentrer un faisceau de lumière parallèle (1) sur une cible de surface iimitée (7), caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre une plaque (2) composée de matériaux translucides dont l'une des deux faces dite face avant (5) est exposée à la lumière, tandis que l'autre, dite face arrière, convenablement formée et traitée (4), réfléchit la lumière dans des directions précises, de telle manière qu'elle parvienne à la cible (7) après un parcours prédéterminé comportant au moins la dite réflexion sur un miroir en face arriere (4) et une réflexion totale sur la face avant (5). 2 Procédé selon la revendacation 1, caractérisé par le fait que la plaque de matériau translucide est constituée de deux ou plusieurs couches de matériau solide ou liquide d'indice de réfraction différent (3) (6) de manière principalement à infléchir la direction des rayons lumineux entre deux réflexions. 3 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que, sur les tranches de la plaque ou de l'une des couches de la plaque est placé un moyen (8) pour réfléchir dans la lame, selon une direction convenable, tout rayon lumineux qui pourrait s'en échapper. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du proçédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les-surfaces (5) et miroirs (4) (8) précités peuvent être constitués de plusieurs parties. 5 Di 5 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une ou plusieurs des revendications I à 4, caractérisé par le fait que les surfaces (5) et miroirs (4)(8) (8) précités peuvent être pa s ou courbes. 6 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la cible (7) est en contact optique avec l'une au moines des couches de la plaque, soit collée contre, soit baignée dedans. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la couche avec laquelle la cible est en contact optique est un matériau liquide ayant pour effet secondaire de refroidir la dite cible.