[EN] Des cellules solaires à haut rendement issues du spatial

[EN] L’expert : Vincent Lambert est expert technique auprès du CNES et de l’ESA, formé aux Arts & Métiers et à Supélec. Responsable du département Générateur solaire chez Thales Alenia Space France.Quel type de cellules solaires utilise-t-on dans l’espace ?Yannick Combet : Il y a plusieurs contraintes spécifiques au milieu spatial. Le rendement doit être élevé pour avoir, à puissance fournie égale, la masse minimale. Les cellules solaires doivent résister aux radiations (protons et électrons) qui dégradent les semi-conducteurs. Elles doivent aussi supporter des plages de températures très larges, de – 180° C (quand le satellite est dans l’ombre de la Terre) à + 140° C (quand les panneaux sont face au Soleil). Enfin, la fiabilité est primordiale. La seule réparation effectuée dans l’espace est celle du télescope Hubble…A lire : De la musique pour améliorer l’efficacité des panneaux solaires
Le satellite de télécommunications Eutelsat 36B, lancé en 2009, utilise des panneaux solaires en silicium. Actuellement, pour un satellite de ce genre, une aile de 4 panneaux mesure un peu plus de 8 m2, pour 70 kg. © Thales Alenia Space
Comment évoluent ces techniques ?Leur rendement augmente. Il y a une vingtaine d’années, les cellules au silicium permettaient 12 ou 13 %. Avec l’arséniure de gallium à simple jonction, apparu il y a une décennie, nous sommes montés à 20 %. Les cellules du spatial sont maintenant multijonctions, plusieurs couches absorbant des gammes de longueurs d’onde différentes (UV, visible et infrarouge). Les cellules actuelles à deux ou trois jonctions atteignent 30 % et la prochaine génération, qui n’est aujourd’hui au point qu’au laboratoire, apportera 35 % dans 5 ans pour plafonner à 40 %.Aujourd’hui, l’atterrisseur Philae aurait une puissance plus grandeLe petit atterrisseur qui s’est posé sur une comète le 12 novembre 2014 a manqué de lumière. Mais ses panneaux dataient un peu. La mission Rosetta, lancée début 2004, utilise des cellules à silicium. On choisit bien sûr les meilleures techniques disponibles au moment de la conception d’un engin spatial, mais il faut aussi qu’elles soient suffisamment fiabilisées. Les missions en cours de préparation en Europe, ExoMars et Juice, utilisent les cellules à arséniure de gallium triple jonctions. Près de Jupiter, à environ 780 millions de kilomètres du Soleil, Juice recevra un flux solaire 25 fois moins important que celui que reçoit la Terre. Mais ses cellules seront deux fois plus efficaces…

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Ces technologies spatiales nous serviront-elles un jour sur Terre ?Oui ! Les technologies terrestres et spatiales ont longtemps utilisé des technologies différentes. Sur Terre, on cherche à réduire le prix de revient et l’on se contente de rendements moyens. Les cellules photovoltaïques classiques sont au silicium et offrent environ 15 %.A lire : Quand la route devient productrice d’électricitéMais il y a convergence pour le CPV (Concentrated PhotoVoltaic), ou énergie solaire photovoltaïque à concentration. Dans ces fermes solaires, un système optique mobile (pour suivre le Soleil), constitué de miroirs ou de lentilles de Fresnel, focalise la lumière, en la concentrant des centaines de fois (voire plus de mille fois) sur des cellules à haut rendement multi-jonctions. Leur structure et même le procédé de fabrication sont les mêmes que pour le spatial. On part d’un wafer similaire (une galette) sur lequel on a réalisé les différentes couches.
Des panneaux solaires en cours de montage. Ils devront résister aux vibrations du lancement puis, dans l’espace, supporter des écarts de températures énormes ainsi que des radiations dévastatrices pour les semi-conducteurs. © Thales Alenia SpaceLa seule différence est le découpage des cellules : 30 à 60 cm2 chacune pour le panneau d’un satellite et un grand nombre de petits éléments (typiquement 4 mm2) pour le CPV. Avec la concentration de la lumière et des cellules qui atteignent 30 % de rendement grâce à l’absorption d’une plus large gamme de longueurs d’onde, on produit des puissances très élevées. Ces fermes CPV commencent à apparaître et de très grands projets sont actuellement en préparation.Pour aller plus loin
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Source:: [EN] Des cellules solaires à haut rendement issues du spatial

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