Cellules photovoltaïques dans l’espace
Générer de l'énergie pour les missions se déroulant dans les conditions les plus difficiles
L’espace est l’un des environnements les plus exigeants que l’homme ait explorés. Ses températures extrêmes et ses niveaux élevés de rayonnement électromagnétique et de particules constituent un défi fondamental pour tout engin spatial. Ce défi est encore plus grand pour les cellules photovoltaïques, qui doivent produire de l’énergie pendant toute la durée de la mission. Ces cellules et leurs composants ont besoin d’un verre de protection robuste pour les protéger, et pour augmenter leur efficacité en assurant une transmission lumineuse élevée.
Fournir une protection dans l’espace
Le 4 octobre 1957, un grand chapitre de l'ère des voyages dans l’espace s'ouvre avec le lancement du satellite soviétique Spoutnik 1. Cependant, la mission du premier satellite artificiel de la Terre fut de courte durée. À cette époque-là, le satellite était alimenté par des batteries. Celles-ci n’ont duré que 21 jours et, au bout de 92 jours en orbite, Spoutnik 1 s’est désintégré dans l’atmosphère.
C’est alors que la course à la supériorité technique dans l’espace a commencé. Peu de temps après, les satellites furent dotés de cellules solaires en plus des batteries. L’objectif de la cellule solaire intégrée était d’alimenter les satellites en électricité pendant toute la durée de leur mission à partir de l’énergie générée par le rayonnement solaire en orbite. Cet ajout a considérablement réduit la masse de la batterie et sensiblement prolongé la durée de la mission. Sur les quelque 4 900 satellites actifs en orbite autour de la Terre à la fin de l'année 2021, presque tous dépendent de cellules solaires pour fournir une alimentation électrique fiable.
Un autre défi pour les satellites dans l’espace est l’usure. L’espace est un environnement hostile, avec des températures extrêmement basses et élevées et d’énormes variations de température. En outre, les missions sont soumises aux pressions provenant de l’atmosphère de vide et à de fortes doses de rayonnement électromagnétique et de particules chargées provenant du Soleil et d’autres étoiles extérieures à notre système solaire. Ces facteurs sont très contraignants pour les matériaux.
Afin de résister aux conditions environnementales difficiles de l’espace, les matériaux nécessitent une protection appropriée. Pour fonctionner, les cellules solaires qui équipent les satellites reposent sur la protection à long terme qu’assure le recouvrement des cellules photovoltaïques avec du verre.
Verre – le matériau idéal pour le photovoltaïque spatial
Les cellules solaires sont constituées d’un semi-conducteur tel que le germanium ou le silicium dans lequel d’autres composants, comme l’arsenic, le bore, le gallium ou le phosphore, sont introduits en petite quantité, couche par couche. Cette contamination du semi-conducteur est appelée dopage et, en termes simples, elle crée des couches superposées avec un excès ou un déficit d’électrons. L’irradiation par un rayonnement électromagnétique, en particulier dans la lumière visible ou le spectre proche infrarouge, stimule le transfert d’électrons entre les couches et donc le passage du courant. Tant que la cellule solaire est irradiée, ce processus se poursuit.En tant que source quasi inépuisable de rayonnement, le Soleil est non seulement le centre de notre système solaire, mais aussi, grâce aux cellules solaires, l’élément central de la production d’électricité. Cependant, le Soleil, ainsi que d’autres étoiles en dehors de notre système solaire, émettent des types de rayonnement qui sont à la fois utiles et nocifs. En particulier, le rayonnement à haute énergie des particules chargées et le rayonnement UV à ondes courtes provoquent de gros dégâts dans la cellule solaire et détruisent les couches dopées du semi-conducteur. Sans protection suffisante, une cellule solaire perd rapidement sa fonction.
Afin de réduire, voire d’éviter ces dégâts, le verre « Solar Cell Cover » présente deux caractéristiques clés : il assure une transmission élevée et une protection contre les rayonnements. Ce verre de protection agit comme un filtre et est hautement transparent pour le rayonnement utile dans le spectre visible et proche infrarouge tout en réduisant l’intensité du rayonnement nocif ou même en l’absorbant complètement sans qu'il soit lui-même endommagé. Ce sont les propriétés de transmission et de protection fournies par les verres « Solar Cell Cover » SCHOTT.
Avantages du verre dans l’espace
Dans l’espace, les satellites sont constamment exposés à différents types de rayonnements. Les rayonnements électromagnétiques sous forme de rayons UV et de particules à haute énergie peuvent entraîner une dégradation des matériaux en raison de la solarisation et de la charge électrostatique. En bloquant ce rayonnement, le verre solaire SCHOTT® protège la cellule et ses composants fragiles.
Protège contre les rayons UV et les particules nocives
Cellule solaire avec verre de protection
Cellule solaire sans verre de protection
Augmente l’efficacité de la cellule solaire
Grâce à sa transmission lumineuse élevée, le verre solaire SCHOTT® permet à davantage de lumière d’atteindre la cellule solaire pour produire plus d’énergie pour l’engin spatial. Avec une transmission de plus de 90 % dans la gamme UV-A à NIR, le verre solaire SCHOTT® est parfaitement adapté au spectre solaire et la quantité de lumière qui atteint la cellule solaire est maximisée, avec une faible déperdition d’énergie.
Ultra fin et économique
L’exploration de l’espace est une activité coûteuse et tout ce qui peut réduire les coûts de carburant est apprécié par les exploitants de satellites. Disponible dans des épaisseurs aussi fines que 30 micromètres, la sphère en verre solaire SCHOTT® offre une résistance et une protection élevées à un poids réduit.
Matériaux utilisés
Découvrez notre gamme de verres « Solar Cell Cover » SCHOTT et choisissez celui qui saura relever votre défi.
