Brevet FR2932549A1 — publié le 20091218

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'éclairage indirect sélectif en intensité de cellules solaires. Etat de la technique Selon l'état de la technique, il est connu d'exposer directement des cellules solaires à des sources lumineuses. Cette solution a l'inconvénient d'arriver facilement à une surexposition et une surchauffe (et par voie de conséquence, à une réduction du rendement et à des dommages) des cellules solaires par le rayonnement primaire d'intensité élevée. Les générateurs solaires classiques ne peuvent être utilisés en général à cause du problème de surchauffe, par exemple sur des satellites en orbite à proximité du soleil. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif permettant d'éclairer des cellules solaires de manière ciblée (c'est-à-dire de manière optimale) pour éviter le risque de surchauffe lié au rayonnement primaire d'intensité élevée. L'invention doit également permettre de réaliser des générateurs solaires utilisables dans de telles conditions. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un dispositif pour éclairer des cellules solaires, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins un miroir ayant au moins une géométrie de surface prédéfinie, et - au moins une cellule solaire, le rayonnement primaire arrive sur au moins un miroir en étant réparti de façon ciblée ou homogène vers les cellules solaires par la géométrie de la surface du miroir. L'invention concerne également une utilisation du dispositif pour des orbites solaires avec éclairage indirect ou direct pour un générateur solaire mobile. L'exposition commandée de cellules solaires a l'avantage de réduire la température des cellules et d'augmenter ainsi le rendement. 2 En outre, l'exposition commandée des cellules solaires permet une adaptation statique ou variable de l'intensité du rayonnement arrivant sur les cellules solaires en fonction de l'intensité de la source primaire (par exemple le soleil). Il en résulte notamment la faisabilité de générateurs solaires destinés à être utilisés sur des satellites en orbite à proximité du soleil ou éloignés du soleil. L'invention décrit un dispositif d'éclairage de cellules solaires comprenant au moins un miroir ayant une géométrie de surface, prédéfinie et au moins une cellule solaire, le rayonnement primaire arrivant sur le miroir étant réparti par la géométrie de surface du miroir de façon ciblée sur les cellules solaires. Le dispositif selon l'invention peut en outre comporter au moins une sorte de réflecteur de protection et les cellules solaires sont positionnées essentiellement de façon parallèle au rayonnement primaire pour que l'énergie en excédent passe sur les réflecteurs ou les cellules solaires ou soit réfléchie par les réflecteurs de protection en retour vers la source ou vers l'espace. Il existe également le cas selon lequel au moins deux types de réflecteurs solaires sont prévus pour protéger les cellules solaires contre le rayonnement direct en cas de défaut d'alignement. Un développement avantageux de l'invention est celui de l'intensité du rayonnement appliqué à au moins une cellule solaire qui est commandé par l'utilisation d'un ou plusieurs miroirs ayant une géométrie de surface plane ou qui est mise en forme. Selon l'invention, les géométries de surface mises en forme doivent être conçues selon le cas (le cas échéant avec une forme plane ou cylindrique ou parabolique ou autres, le cas échéant une surface qui se décrit par un polynôme d'ordre supérieur) pour que l'intensité du rayonnement soit répartie de façon homogène sur les cellules. Il existe en outre le cas de géométries de surface qui sont choisies à la fois avec une forme cylindrique ou parabolique ou autres forme appropriée. Le dispositif selon l'invention peut être conçu pour que les rayons réfléchis par les miroirs par réflexion totale ou partielle soient renvoyés dans l'espace froid (espace libre) et/ou dans des milieux absorbant. 3 Selon l'invention, on peut également utiliser des miroirs mobiles à géométrie variable. Un autre développement avantageux de l'invention prévoit un rapport entre l'intensité du rayonnement primaire et l'intensité du rayonnement secondaire que l'on commande de manière statique ou dynamique par la rotation ou le changement de position des miroirs. En outre, le dispositif décrit ci-dessus, peut être utilisé dans toutes ses formes de réalisation pour les orbites solaires avec éclairage indirect ou direct dans le cas de générateur solaire mobile. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure lA montre un dispositif de panneau solaire selon l'invention, - la figure 1B montre une variante de panneau solaire protégé par un réflecteur de protection, - la figure 2 montre un dispositif de panneau solaire (garnissage sur une face) selon l'invention, - la figure 3A montre un dispositif de panneau solaire destiné à des générateurs solaires pour des satellites, - la figure 3B est une vue schématique analogue à celle de la figure 3A montrant un satellite avec deux générateur solaires de part et d'autre, - la figure 3BB est une vue de côté du dispositif de la figure 3B, - la figure 3C montre le dispositif de la figure 3B avec les générateurs solaires disposés perpendiculairement à la direction du rayonnement solaire pour un éclairage direct, et - la figure 3CC est une vue de côté de la figure 3C. Description de modes de réalisation de l'invention La figure lA montre un mode de réalisation de principe de l'invention. Le dispositif comprend un miroir principal 1 et des cellules solaires 2. Il peut s'agir d'une ou plusieurs cellules solaires 2 (par exemple des cordons ou de la totalité d'un panneau solaire 3). Dans un but de simplification, l'invention représentée est décrite pour 4 seulement un miroir principal 1 mais elle n'est pas limitée à un tel cas et peut s'appliquer également à plusieurs miroirs. Ainsi, dans l'exemple présenté, l'installation est symétrique ou sensiblement symétrique par rapport au panneau 3 et de chaque côté, il y a des cellules solaires 2 et un miroir 1. Le rayonnement primaire RP (par exemple le rayonnement solaire) tombe sur le miroir 1 qui le répartit de manière ciblée par la géométrie de sa surface, sur les cellules solaires 2. Selon l'invention, l'intensité du rayonnement appliquée io aux cellules solaires 2 est commandée par un ou plusieurs miroirs 1 à géométrie de surface plane et/ ou mise en forme (une forme cylindrique, parabolique ou autres suivant le cas). Les géométries de la surface des miroirs 1 peuvent être différentes les unes des autres. De plus, la densité du flux d'énergie du rayonnement 15 arrivant sur les cellules solaires 2 est réduite par la dissipation de l'énergie ou par des procédés optiques. Pour cela, le dispositif forme des cellules solaires 2 et des miroirs 1, doit être conçu pour que les rayons réfléchis totalement ou partiellement par les miroirs soient renvoyés vers l'espace (libre) froid et/ou vers des milieux absorbants comme par 20 exemple le miroir lui-même. De manière particulièrement avantageuse, les cellules solaires 2 sont positionnées pratiquement parallèlement au rayonnement solaire de sorte que l'énergie en excédent traverse les réflecteurs ou les cellules solaires ; selon un autre mode de réalisation, 25 l'énergie est réfléchie par des réflecteurs de protection (SR) pour être renvoyée vers la source ou dans l'espace libre. En outre, des modes de réalisation particulièrement avantageux utilisent des réflecteurs mobiles à géométrie variable. Dans ce cas, le rapport entre l'intensité du rayonnement primaire et 30 l'intensité du rayonnement secondaire peut être commandée de manière statique ou dynamique par la rotation ou le changement de position des réflecteurs. L'adaptation de la température de fonctionnement des cellules solaires permet d'augmenter le rendement et notamment 35 d'envisager 2 des générateurs solaires pour des applications dans des conditions d'environnement extrêmes telles que par exemple sur des satellites en orbite à proximité du soleil ou éloignés du soleil. Pour les surfaces réfléchissantes des réflecteurs, selon l'invention, on peut utiliser des matériaux classiques tels que des 5 alliages d'aluminium avec adaptation ciblée à la réflexion (alpha/epsilon) ou des matériaux partiellement transparents. La figure 1B montre le mode de réalisation de la figure 1A, complété par un réflecteur de protection SR disposé perpendiculairement à la direction du rayonnement solaire RP alors que les cellules solaires sont parallèles à la direction du rayonnement. La dimension de ce réflecteur de protection SR est choisie pour cacher un angle d'incidence A protégeant les cellules 2 contre un rayonnement incident qui serait incliné par rapport à la direction des cellules, c'est-à-dire en fait dans le cas de cellules 2 inclinées par rapport à la direction du rayonnement solaire RP. Cette figure montre également que le réflecteur de protection SR renvoie le rayonnement vers la source ou vers l'espace. Un autre mode de réalisation de l'invention est présenté à la figure 2. Le dispositif présenté comprend chaque fois en plus des cellules solaires 2 et du miroir principal 1 du premier mode de réalisation, au moins deux types de réflecteurs de protection (SR1, SR2). Dans un but de simplification, la figure 2 ne présente que deux types de réflecteurs de protection SR1, SR2, le miroir principal 1 et les cellules solaires 2. Les réflecteurs de protection SR1 protègent les cellules 2 contre le rayonnement direct RS en cas de défaut d'alignement ; les tolérances vis-à-vis des erreurs sont définies par l'angle A. L'invention n'est toutefois pas limitée à cela et peut s'appliquer à un nombre quelconque de tels éléments. Le dispositif de la figure 2 montre un garnissage sur une face présentant des cellules solaires 2 ayant un alignement imprécis ou défectueux par rapport à la direction du rayonnement primaire RP (par exemple le rayonnement solaire) ; les cellules solaires 2 sont présentées avec un angle d'environ 45° par rapport à la direction du rayonnement primaire ou rayonnement solaire RP. Les parties du rayonnement de la 6 source (rayonnement primaire) utilisées pour la conversion d'énergie arrivent sur le miroir 1 à travers une fente 4 et sont réparties sur les cellules 2 de sorte que la densité de puissance du rayonnement est réduite de façon ciblée et homogène à la surface de chaque cellule 2. Le reste du rayonnement primaire est renvoyé par les réflecteurs de protection SR1 vers la source ou vers l'espace libre ou absorbant. Le second réflecteur de protection SR2 à double face protège les cellules solaires 2 contre le rayonnement latéral. Cette énergie qui arrive également à partir du côté gauche, est dissipée par la courbure du réflecteur de protection SR2 vers les cellules, directement ou est répartie sur la surface réfléchissante. Cette solution a l'avantage que le générateur solaire (composé de plusieurs cellules solaires 2) est moins sensible aux défauts d'alignement ou à la panne de la commande ; ainsi, l'énergie est convertie ou fournie par la source du rayonnement même en cas d'alignement imprécis. L'énergie résiduelle est renvoyée par les cellules et par le dos du générateur solaire. La figure 3A montre un mode de réalisation de l'invention selon lequel, on éclaire des ensembles de panneaux 3 selon l'invention. Il peut s'agir d'un générateur solaire 10 d'un satellite 11 (mobile suivant un axe) à proximité du soleil, positionné parallèlement et éclairé de façon indirecte par le miroir Comme le montrent la figure 3B et la vue de côté associée 3BB, le satellite 11 comporte deux générateurs solaires 10 éclairés en éclairage indirect par deux miroirs 1. La figure 3BB montre les panneaux 3 des générateurs 10 parallèles à la direction du rayonnement principal ou rayonnement solaire RP. Une partie du rayonnement est envoyée par le ou les miroirs 1 vers les panneaux 3 du générateur solaire 10. Selon la figure 3C et sa vue de côté de la figure 3CC, en cas de grand éloignement par rapport au soleil, les générateurs solaires 10 sont perpendiculaires à la direction du rayonnement solaire RP éclairant directement les panneaux et non par l'intermédiaire des miroirs 1 qui n'éclairent que la face arrière (figure 3CC). REVENDICATIONS1 °) Dispositif pour éclairer des cellules solaires, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins un miroir (1) ayant au moins une géométrie de surface s prédéfinie, et - au moins une cellule solaire (2), le rayonnement primaire (RP) arrive sur au moins un miroir (1) en étant réparti de façon ciblée ou homogène vers les cellules solaires (2) par la géométrie de la surface du miroir (1, 1'). 10 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend en outre au moins réflecteur de protection (SR), les cellules solaires (2) étant placées essentiellement parallèlement au rayonnement 15 primaire (RP). 3°) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comprend au moins deux types de réflecteurs de protection (SRI, 20 SR2) installés pour que les cellules solaires 2 soient protégées contre le rayonnement direct incident en cas d'erreur d'alignement. 4°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 l'intensité du rayonnement d'au moins une cellule solaire (2) est commandée par l'utilisation d'un ou plusieurs miroirs (1) comportant une géométrie de surface, plane et/ou mise en forme. 5°) Dispositif selon la revendication 4, 30 caractérisé en ce que les géométries de surface des miroirs (1) , mises en forme sont planes, cylindriques et/ou parallèles ou suivant le cas ces formes sont différentes. 35 9 6°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules solaires (2) et les miroirs (1) sont conçus pour que les rayons réfléchis totalement ou partiellement par les miroirs (1), soient dirigés vers l'espace (libre) froid et/vers des milieux absorbants. 7°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte des miroirs mobiles à géométrie variable. 8°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on commande de façon statique ou dynamique un rapport entre l'intensité du rayonnement primaire et secondaire par la rotation ou le changement de position des miroirs (1). 9°) Utilisation du dispositif selon les revendications 1 à 8, pour des orbites solaires, selon laquelle on commande indirectement ou directement l'éclairage en cas de générateur solaire mobile.25