Brevet FR2932001A1 — publié le 20091204

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'éclairage de cellules solaires par éclairage indirect, sélectif en fréquence. Etat de la technique Selon l'état de la technique, il est connu d'exposer directement les cellules solaires avec la source lumineuse. Cette solution a l'inconvénient d'entraîner facilement la surchauffe des cellules solaires, en particulier dans les régions à forte densité de flux spectral d'énergie, comme par exemple sur les orbites de satellites à proximité du soleil. Selon la technique classique, les cellules solaires doivent être alignées par rapport au soleil suivant un angle nettement inférieur à 90° ce qui conduit à une réduction du rendement par une utilisation non optimale du spectre solaire. Néanmoins, dans le cas de pannes temporaires de commande du satellite, les cellules solaires risquent la surchauffe. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif permettant de réduire le risque de surchauffe de cellules solaires par une exposition à une trop forte densité de puissance spectrale. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif composé de plusieurs générateurs solaires pour transformer le rayonnement solaire en énergie électrique, caractérisé en ce qu' il comporte des moyens d'éclairage pour assurer l'éclairage indirect sélectif en fréquence des générateurs solaires, ces moyens d'éclairage comprenant des installations optiques réfléchissant vers les générateurs solaires, les composantes spectrales utilisées pour la conversion en énergie électrique et écartant des générateurs solaires, les composants spectrales non utiles pour la conversion d'énergie. Selon une caractéristique de l'invention, les installations optiques sont notamment des filtres optiques. Suivant un autre développement, les installations optiques sont notamment des miroirs semi-transparents et en 2 particulier les miroirs semi-transparents sont revêtus de films ou sont constitués par des verres munis de substances réfléchissantes. Selon un autre développement, les composantes spectrales intéressantes sont celles d'une longueur d'onde inférieure à environ 700 nm. Selon un autre développement, les composantes spectrales non intéressantes sont des composantes de lumière infrarouge qui sont renvoyées dans l'espace ou sur d'autres milieux absorbants. Selon un développement, le ou les miroirs sélectifs en fréquence sont installés suivant un angle d'environ 45° par rapport à la direction du rayonnement solaire ou par rapport aux cellules solaires. Selon un autre développement, le ou les miroirs sélectifs en fréquence sont basculés en retour en direction de la surface des cellules solaires en cas de perte de commande pour éviter la surchauffe. L'invention a l'avantage de réduire la température des cellules solaires et d'augmenter l'efficacité par l'augmentation du rendement des cellules solaires et réciproquement l'économie de surface de générateur solaire. L'invention a l'avantage de réduire la température des cellules solaires et d'augmenter l'efficacité par une augmentation du rendement des cellules solaires; réciproquement cela permet d'économiser de la surface de générateur solaire. Le fonctionnement des générateurs solaires sur des orbites proches du soleil est rendu possible grâce à la présente invention. Pour augmenter le rendement des cellules solaires et réduire leur température, en particulier lorsqu'elles sont exposées à des densités de flux d'énergie élevées comme par exemple sur les orbites de satellites proches du soleil, grâce à l'invention, seules les composantes spectrales nécessaires à la conversion d'énergie de la lumière arriveront sur les cellules solaires. Selon l'invention, cet avantage s'obtient par l'utilisation d'un ou plusieurs miroirs sélectifs en fréquence. Ces miroirs sont réfléchissants pour les composantes spectrales souhaitées et utilisées (composantes spectrales intéressantes pour la conversion d'énergie), 3 alors que le miroir reste transparent pour les autres composantes spectrales (composantes spectrales non intéressantes) comme par exemple les composantes infrarouges. Le ou les miroirs sélectifs en fréquence sont installés suivant un angle d'environ 45° par rapport à la direction du rayonnement solaire ou la direction des cellules solaires. Les composantes spectrales converties par le générateur solaire en rayonnement thermique, sont également évacuées par rayonnement par les miroirs. L'invention permet un gain par une augmentation du rendement et diminution de la température de fonctionnement. Comme miroirs on peut utiliser des films revêtus de substances réfléchissantes comme par exemple de minces films de MYLAR/Kapton ou des films analogues, résistant à la chaleur ou les verres pour réfléchir les composantes spectrales intéressantes pour la conversion d'énergie (pour des longueurs d'ondes inférieures à 700 nm) vers la cellule solaire et d'évacuer par réflexion, les composantes infrarouges (dont la longueur d'onde est supérieure à 700 nm) vers l'espace libre (espace froid) ou diriger ces composantes vers d'autres milieux absorbants. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un dispositif selon l'invention à deux générateurs solaires, et - la figure 2 montre un dispositif selon l'invention à un générateur solaire. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un dispositif 1 selon l'invention pour une configuration maximale comprenant deux générateurs solaires 2, 3 installés dos à dos. Mais l'invention n'est pas limitée à deux générateurs solaires et peut concerner un nombre quelconque de paires de générateurs solaires. L'invention est uniquement décrite ci-après dans un but de simplification dans le cas d'une paire de générateurs solaires 2, 3. 4 Les générateurs solaires 2, 3 sont alignés parallèlement à la direction DS du soleil S. En amont de chaque générateur solaire 2, 3, un miroir 4, 5 forme un filtre semi-transparent. Les miroirs 4, 5 sont basculés d'un angle de l'ordre de 45° par rapport à la direction DS du soleil. Les miroirs 4, 5 sont transparents au rayonnement infrarouge contenu dans le spectre solaire de sorte que ce rayonnement traverse les miroirs 2, 3 comme l'indiquent les flèches ISS. Le rayonnement solaire est représenté par les flèches SP. Les miroirs 4,5 réfléchissent le spectre utile SU qui se situe principalement dans le domaine visible. Le spectre utile SU est réfléchi dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface des générateurs solaires 2, 3 pour tomber sur ceux-ci. L'énergie électrique fournie par les générateurs solaires 2, 3 est transmise à un circuit 6 représenté de façon globale et non détaillée. La chaleur dégagée par les générateurs solaires 2, 3 est rayonnée sous la forme d'un rayonnement infrarouge renvoyé à travers les miroirs 4, 5 dans la direction DR perpendiculaire à la direction DS du soleil. La figure 2 montre un dispositif la, simplifié, composé d'un seul panneau formant un générateur solaire 4a. Un miroir 4a filtrant les composantes spectrales du rayonnement solaire SP envoyé par le soleil S est installé en amont du générateur solaire 2a. Comme précédemment, le générateur solaire 2a est parallèle à la direction DS du soleil S et le miroir 4a est incliné sensiblement d'un angle de 45° par rapport à la direction DS du soleil de façon à renvoyer le spectre utile SU du rayonnement solaire SP tombant sur le miroir 4a vers le générateur solaire 2a. Le rayonnement infrarouge contenu dans le spectre solaire SP traverse le miroir 4a sans être réfléchi vers le générateur solaire 2a pour être dispersé dans l'espace. Le générateur solaire 2a est relié à un circuit 6a non détaillé, recueillant l'énergie électrique fournie par le générateur 2a. Le rayonnement infrarouge émis par le générateur solaire 2a en direction du miroir 4a traverse le miroir 4a et se disperse dans l'espace comme l'indique la flèche DR. Le rayonnement infrarouge émis par le dos du générateur solaire 2a est émis directement dans l'espace comme l'indique la flèche DE. Pour des applications encore plus critiques en température que celles décrites ci-dessus, on peut ne prévoir qu'un 5 dispositif avec chaque fois un générateur solaire et un miroir filtre. Dans ce cas, on utilise le dos du générateur solaire pour rayonner la chaleur perdue. Dans les deux formes de réalisation décrites ci-dessus, cas de panne de commande on peut de nouveau rabattre le ou les miroirs sélectifs en fréquence 4, 4a, 5, en direction de la surface des générateurs solaires 2, 2a, 3 pour les protéger contre la surchauffe. De façon générale, le dispositif selon l'invention comporte un ou plusieurs générateurs solaires transformant le rayonnement solaire en énergie électrique avec des moyens d'éclairage indirect, sélectifs en fréquence pour les générateurs solaires 2, 2a, 3. Ces moyens d'éclairage 4, 4a, 5 sont, de façon générale, des installations ou moyens optiques réfléchissant vers les générateurs solaires 2, 2a, 3, les composantes spectrales utilisées pour la conversion en énergie électrique. Ces installations optiques écartent des générateurs solaires 2, 2a, 3, les composantes spectrales non utiles à la conversion d'énergie et qui chauffent ou risquent de surchauffer les générateurs solaires. Les générateurs solaires sont pris au sens général. Il s'agit de cellules solaires ou cellules photovoltaïques. Les installations optiques constituant les moyens d'éclairage sont des filtres optiques. Ces installations optiques sont également selon une variante, des miroir semi-transparents 4, 4a, 5 qui sont transparents aux composantes spectrales non utiles et réfléchissants pour les composantes spectrales utiles. Ces miroirs semitransparents peuvent également être des verres munis de substance réfléchissante à réflexion sélective. Selon l'invention, les composantes spectrales utilisées pour la conversion d'énergie correspondent à des longueurs d'ondes inférieures à 700 nm. 6 Les composantes spectrales non utilisées pour la conversion en énergie électrique sont des composantes infrarouges que l'on évacue en les déviant vers l'espace ou vers des milieux absorbants. Selon une variante, les miroirs constituant les moyens d'éclairage assurant l'éclairage indirect sélectif des générateurs solaires, sont de préférence montés basculants de façon qu'en cas de panne des moyens de commande, pour éviter l'éclairage direct des générateurs solaires, les miroirs soient basculés pour venir contre les générateurs solaires et les protéger contre la surchauffe par le rayonnement solaire. lo 20 25 REVENDICATIONS1 °) Dispositif composé de plusieurs générateurs solaires pour transformer le rayonnement solaire en énergie électrique, caractérisé en ce qu' il comporte des moyens d'éclairage (4, 4a, 5) pour assurer l'éclairage indirect sélectif en fréquence des générateurs solaires (2, 2a, 3), ces moyens d'éclairage comprenant des installations optiques réfléchissant vers les générateurs solaires (2, 2a, 3), les composantes spectrales utilisées pour la conversion en énergie électrique et écartant des générateurs solaires (2, 2a, 3), les composants spectrales non utiles pour la conversion d'énergie. 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les installations optiques sont des filtres optiques. 3°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les installations optiques sont des miroirs semi-transparents (4, 4a, 5). 4°) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les miroirs semi-transparents (4, 4a, 5) sont revêtus de films ou sont des verres munis de substances réfléchissantes. 5°) Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les composantes spectrales utilisées pour la conversion d'énergie ont des longueurs d'ondes inférieures à 700 nm. 30 6°) Dispositif selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les composantes spectrales non intéressantes sont les composantes infrarouges qui sont déviées vers l'espace (ISS)ou vers d'autres milieux 35 absorbants.8 7°) Dispositif selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'un des miroirs ou plusieurs des miroirs sélectifs en fréquence (4, 4a, 5) 5 sont positionnés suivant un angle d'environ 45° par rapport à la direction DS du rayonnement solaire ou vers les générateurs solaires. 8°) Dispositif selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que 10 le ou les miroirs sélectifs en fréquence (4, 4a, 5) sont basculés en retour en direction de la surface des générateurs solaires (2, 2a, 3) en cas de panne de commande pour protéger les générateurs solaires contre la surchauffe. 15 20