Cet article illustre le lien qui existe entre l’énergie solaire photovoltaïque et le domaine du spatial à travers plusieurs exemples, notamment celui de notre startup O’Sol.

Si vous nous suivez au quotidien (si ce n’est pas encore le cas, abonnez vous à notre newsletter en cliquant ici), vous connaissez le lien étroit entre la naissance de O’Sol et le domaine du spatial. Si l’activité de O’Sol s’est tournée vers une application terrestre, le lien avec le spatial existe encore aujourd’hui. Dans le cadre d’une étude avec le CNES – Centre National d’Etudes Spatiales, l’agence spatiale française – nous développons notre expertise dans le spatial en valorisant notre brevet de déploiement de panneaux solaires terrestres. L’objectif ? Transposer notre savoir dans l’espace et notamment sur les satellites afin d’augmenter la puissance électrique dont ils disposent.

L’énergie solaire photovoltaïque dans l’espace

Bref historique: développement des panneaux solaires pour le spatial

La technologie des panneaux solaires est très vite adoptée dans le domaine du spatial pour alimenter les satellites ou autres engins envoyés dans l’espace et profiter d’une source d’énergie inépuisable. A partir du début des années 60, les satellites ont ainsi commencé à être équipés de panneaux solaires [1]. Les contraintes liées au spatial (masse, volume, résistance) et les besoins en énergie ont stimulé la recherche pour le développement de panneaux plus performants.
A partir des années 70, les progrès apportés aux panneaux solaires ont permis le début de leur utilisation pour des application terrestres.

Ordres de grandeur et exemples

Le premier satellite équipé de panneaux photovoltaïques s’appelle Vanguard 1, il a été lancé en 1958 par la NASA [2]. Il est équipé de six cellules solaires d’environ 5cm de côté qui délivrent une puissance de quelques milliwatts (1 milliwatt = 0.001 watt), juste de quoi alimenter un petit émetteur.
Un autre exemple d’utilisation de panneaux solaires dans l’espace, à une autre  échelle cependant, est celui de la station spatiale internationale ISS (International Space Station). Cette base scientifique en orbite autour de la Terre est alimentée par de  nombreux panneaux solaires, capable de générer entre 84 et 120 kiloWatt (1 kilowatt = 1000 Watt) de puissance – de quoi alimenter une quarantaine de maisons. Les quelques 262 400 cellules solaires de l’ISS couvrent une surface totale d’environ 2500 m² – environ un tiers de la surface d’un terrain de football. L’énergie produite par les panneaux solaires alimente les instruments scientifiques à bord de l’ISS et tous les équipements nécessaires à la survie des astronautes qui l’habitent. [3]

Des panneaux déployables

Les panneaux utilisés dans l’espace sont généralement déployables, dans l’objectif de réduire leur volume lors du lancement depuis la Terre vers l’espace. Une fois que les satellites – ou autres engins spatiaux – sont sur orbite, les panneaux sont déployés et commencent à produire de l’énergie. Les ingénieurs doivent faire preuve d’inventivité pour mettre au point des systèmes de déploiement qui réduisent au maximum le volume des panneaux solaires.

L’exemple du vaisseau Orion

Un exemple de système de panneaux solaires déployables est celui du vaisseau spatial Orion développé conjointement par l’agence spatiale européenne ESA (European Space Agency) et la NASA. Ce vaisseau prévu pour un vol habité vers la Lune puis Mars est équipé de 4 panneaux solaires, disposés en forme de X, capables de générer environ 10 kiloWatt de puissance. Les 4 panneaux, repliés sur les côtés du vaisseau lors du lancement, s’ouvrent ensuite pour atteindre une longueur de 7m.

Illustration du déploiement

Des panneaux déployables pour nanosatellites

Dans le cadre d’un contrat avec le CNES, O’Sol étudie un concept innovant de panneaux solaires déployables pour nanosatellites. Les nanosatellites, ou cubesats, sont des satellites de taille réduite – de celle d’une boîte à chaussures environ . Ils sont en pleine expansion depuis quelques années en raison de la miniaturisation des composants embarqués et de la réduction des coûts de lancement (proportionnels à la masse des satellites envoyés dans l’espace).

Un exemple de panneaux solaires déployables pour nanosatellites (source: https://www.clyde.space/)

Le seul obstacle qui ralentit la progression des cubesats est lié à l’énergie. Les contraintes de masse et de volume restreignent en effet les possibilités de production et de stockage. Généralement la puissance disponible sur un cubesat est d’environ 10W, juste de quoi alimenter l’équivalent d’un téléphone. Le problème c’est que les instruments de plus en plus sophistiqués embarqués à bord des nanosatellites sont aussi plus gourmands en énergie. L’une des solutions consiste à augmenter la surface des panneaux photovoltaïques, donc la production d’énergie, en utilisant des systèmes déployables. C’est dans ce cadre que s’inscrit l’étude technique menée conjointement avec le CNES.


La solution étudiée par O’Sol est basée sur un système de déploiement en forme de pétales, similaire à celui de notre générateur terrestre Kino. Grâce à cette solution innovante, la surface des panneaux solaires est doublée voir triplée et de même pour la puissance générée. C’est pour cette raison que ce système a retenu l’attention du CNES, commanditaire de l’étude que nous menons actuellement, en vue d’un nouveau transfert de technologies: cette fois du terrestre vers le spatial.

 

Sources
[1] http://www2.cnrs.fr/presse/communique/371.html
[2] https://www.nasa.gov/content/vanguard-satellite-1958
[3] https://www.nasa.gov/mission_pages/station/structure/elements/solar_arrays-about.html
[4] http://blogs.esa.int/orion/2016/03/01/testing-solar-array/