FR3129045A1 - Générateur Photovoltaique tubulaire - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de générateur photovoltaïque comprenant - une structure tubulaire (T) comportant intérieurement des cellules photoélectriques (P) périphériques associées à un système électronique (E) ;- des moyens de transmission (L1, L2, R1, R2) pour transmettre de la lumière d’une source (S1, S2) vers l’intérieur de la structure tubulaire (T) ;- des moyens de diffusion de ladite lumière à l’intérieur de la structure tubulaire (T) ; et- des moyens de diffraction de lumière (D) vers les cellules photoélectriques (P). L’invention concerne en outre un système de plusieurs dispositifs et un procédé sur la base d’un tel dispositif. Figure de l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne un dispositif de générateur électrique par ''effet photovoltaïque'' qui permet une production renouvelable d'énergie électrique.
La source d’énergie est la lumière solaire ou éventuellement une lumière artificielle en particulier en complément de la lumière solaire.
Le générateur permet la conversion d’énergie lumineuse en énergie électrique à moindre coût. Le système peut se coupler à tout type de système de génération lumineuse ou source lumineuse, par exemple solaire. L’invention est également envisagée pour de la récupération d’énergie de lumière artificielle, en particulier en complément de la lumière solaire.
L'objectif de l’invention est de ne dégager aucun gaz à effet de serre, contrairement aux autres systèmes, cette invention ne dégage aucune radioactivité donc ne produit aucun déchet nucléaire.
Dans le domaine de l’invention, des systèmes de génération d’énergie photovoltaique ont été proposés sur la base de panneaux plans disposés au niveau d’une exposition solaire.
En outre, des technologies ont été proposées pour récupérer des rayons solaires et les véhiculer par exemple vers l’intérieur d’une maison dans une pièce sans fenêtre notamment.
Un premier objectif de l’invention est de proposer un nouvel agencement alternatif de dispositif de générateur photovoltaïque. Un deuxième objectif est de proposer un moyen d’amélioration de la récupération de l’énergie lumineuse, de sorte à limiter les pertes liées notamment à des rayons réfléchis par les cellules photoélectriques.
Pour atteindre ces objectifs, l’invention propose un dispositif de générateur photovoltaïque comprenant
- une structure tubulaire comportant intérieurement des cellules photoélectriques périphériques associées à un système électronique ;
- des moyens de transmission pour transmettre de la lumière d’une source vers l’intérieur de la structure tubulaire ;
- des moyens de diffusion de ladite lumière à l’intérieur de la structure tubulaire ; et
- des moyens de diffraction de lumière vers les cellules photoélectriques.
- une structure tubulaire comportant intérieurement des cellules photoélectriques périphériques associées à un système électronique ;
- des moyens de transmission pour transmettre de la lumière d’une source vers l’intérieur de la structure tubulaire ;
- des moyens de diffusion de ladite lumière à l’intérieur de la structure tubulaire ; et
- des moyens de diffraction de lumière vers les cellules photoélectriques.
Selon d’autres aspects pris isolément ou combinés suivant toutes les combinaisons techniquement réalisables :
- les moyens de diffraction de lumière sont sensiblement alignés dans la structure tubulaire ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque comprend en outre au moins deux moyens de réflexion, de préférence courbes, de part et d’autre du moyen de diffraction de lumière dans l’axe de la structure tubulaire, les moyens de réflexion, permettant un passage partiel de lumière, de préférence au moins dans l’axe de la structure tubulaire ; et/ou
- les moyens de réflexion comprennent des miroirs, de préférence courbes, chacun percé d’au moins un trou ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque comprend en outre au moins un moyen de refocalisation de lumière en aval d’un moyen de diffraction de lumière ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque comprend en outre un filtre en amont de la structure tubulaire, pour filtrer les rayons infra-rouges, et de préférence pour laisser passer les rayons ultra-violet uniquement ; et/ou
- les moyens de transmission comprennent au moins une fibre optique ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque est configuré pour être associé à de la lumière solaire comme source de lumière ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque est configuré pour être associé à de la lumière artificielle comme source de lumière ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque est configuré pour être associé à du laser UV comme source de lumière.
- les moyens de diffraction de lumière sont sensiblement alignés dans la structure tubulaire ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque comprend en outre au moins deux moyens de réflexion, de préférence courbes, de part et d’autre du moyen de diffraction de lumière dans l’axe de la structure tubulaire, les moyens de réflexion, permettant un passage partiel de lumière, de préférence au moins dans l’axe de la structure tubulaire ; et/ou
- les moyens de réflexion comprennent des miroirs, de préférence courbes, chacun percé d’au moins un trou ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque comprend en outre au moins un moyen de refocalisation de lumière en aval d’un moyen de diffraction de lumière ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque comprend en outre un filtre en amont de la structure tubulaire, pour filtrer les rayons infra-rouges, et de préférence pour laisser passer les rayons ultra-violet uniquement ; et/ou
- les moyens de transmission comprennent au moins une fibre optique ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque est configuré pour être associé à de la lumière solaire comme source de lumière ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque est configuré pour être associé à de la lumière artificielle comme source de lumière ; et/ou
- le dispositif de générateur photovoltaïque est configuré pour être associé à du laser UV comme source de lumière.
L’invention porte en outre sur un système de générateur photovoltaïque comprenant plusieurs dispositifs de générateur photovoltaïque selon l’invention.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de génération photovoltaïque comprenant des étapes pour
- transmettre de la lumière vers au moins une structure tubulaire comportant intérieurement des cellules photoélectriques périphériques associées à un système électronique ;
- diffuser la lumière intérieurement dans ladite structure tubulaire, et
- diffracter la lumière vers les cellules photoélectriques.
- transmettre de la lumière vers au moins une structure tubulaire comportant intérieurement des cellules photoélectriques périphériques associées à un système électronique ;
- diffuser la lumière intérieurement dans ladite structure tubulaire, et
- diffracter la lumière vers les cellules photoélectriques.
L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non-limitatifs, et sur la base des figures annexées, parmi lesquelles :
- la illustre schématiquement un système de générateur photovoltaïque à deux dispositifs selon une variante préférée de l’invention, avec comme source, de l’énergie solaire ;
- la illustre schématiquement un système de générateur photovoltaïque à deux sources de lumière selon une autre variante préférée de l’invention ;
- la illustre schématiquement un système de générateur photovoltaïque à deux dispositifs selon une autre variante préférée de l’invention, avec comme source, un laser UV ;
- la illustre schématiquement une partie d’un dispositif de générateur photovoltaïque selon une variante préférée de l’invention ;
- la illustre schématiquement une partie d’un dispositif de générateur photovoltaïque selon une autre variante préférée de l’invention ;
- la illustre schématiquement une vue de face d’un dispositif de générateur photovoltaïque selon une autre variante préférée de l’invention ; et
- la illustre schématiquement un système de générateur photovoltaïque à plusieurs dispositifs selon une autre variante préférée de l’invention.
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L’invention concerne un dispositif de générateur photovoltaïque. Le dispositif comprend une structure tubulaire T. La structure tubulaire T comporte intérieurement des cellules photoélectriques P périphériques associées à un système électronique E. Le système électronique E permet de collecter l’énergie des cellules photoélectriques selon une méthodologie connue.
La structure tubulaire T peut avoir une couche extérieure en graphite. En effet, le graphite peut être utilisé en raison de ses propriétés chimiques et physiques : neutralité chimique, résistant à la chaleur, conductivité thermique et électrique, faible coefficient d’expansion thermique, faible coefficient de friction et faible coefficient d’absorption des rayons X et des électrons.
De préférence, ces cellules sont de type "organiques mixtes" à savoir avec de la pérovskites en couches minces. L’avantage de ces cellules est qu'elles peuvent se répartir sur de très petites surfaces sur le support qu'il soit courbé ou cylindrique. Un autre avantage est qu'elles présentent une épaisseur faible, permettant ainsi une faciliter de mise en œuvre de leur industrialisation et par leur épaisseur, un gain de place dans sa disposition d'emplacement.
La structure tubulaire T peut avoir une longueur de 1m. Le diamètre est de préférence le plus petit possible par exemple dans les technologies connues. Plus le diamètre est petit plus de l’énergie au mètre carré sera pertinente, en particulier mieux récupérée sur plusieurs structures tubulaires T pour un volume donné. De même, les cellules photoélectriques P sont d’une taille et une épaisseur les plus petites possibles, par exemple en utilisant des nanomatériaux. Des méthodes de miniaturisation, telles que celles connues, peuvent être utilisées de sorte à diminuer le diamètre de la structure tubulaire T et les taille et épaisseur des cellules photoélectriques P.
Dans le cadre de l’invention, on peut envisager une structure en volume de forme quelconque, formant support de cellules P, avec une lumière interne à la structure. Cependant, la structure tubulaire T est préférée car elle permet de faire propager la lumière sur toute sa longueur, possiblement en plusieurs structures T juxtaposées.
Le dispositif comprend en outre des moyens de transmission pour transmettre de la lumière d’une source vers l’intérieur de la structure tubulaire T.
La source peut être le soleil S1 ou une lumière artificielle S2 transmise vers l’intérieur de la structure tubulaire T, en particulier en complément de la lumière solaire. L’agencement préféré, détaillé plus bas, peut être adapté à une source de laser UV dont l’énergie sera récupérée. Dans ce cas, le moyen de transmission peut être un embout associé à l’émission du laser UV à l’entrée de la structure tubulaire T.
Dans le cas de la lumière solaire, un système de fibres opiques 2, de lentilles L1, L2, et de miroirs R1, R2 est prévu en tant que moyen de transmission. Un système de ce type a été développé par la societé ECHY pour transmettre de la lumière du soleil dans des pièces sombres.
La illustre une variante hybride avec les deux sources de lumière S1, S2. Le laser UV peut être un laser utilisé dont la fin du rayon est orentée vers la structure tubulaire T ; ou un laser UV généré pour récupérer de l’énergie. Dans cette variante, le dispositif comporte un panneau récepteur d’ondes solaires 1, équipé de lentilles de focalisation L1. Les lentilles L1 sont connectées à des fibres optiques 2 ainsi que, de préférence, à un ou plusieurs filtres infrarouge 3. Le dispositif comporte en outre un système de pompage 7 pour orienter les ondes lumineuses vers l’entrée de la struture tubulaire T. En outre, le dispositif comprend une alimentation électrique 5 et un moyen de génération de lumière 6, de préférence une lampe à UV, connectée directement ou indirectement au système de pompage 7.
Le dispositif comprend en outre des moyens de diffusion de ladite lumière à l’intérieur de la structure tubulaire T. Ces moyens peuvent comprendre un gaz, un mélange de gaz, de l’air et/ou une structure support comprenant par exemple un verre. Alternativement, il est envisagé de mettre la diffusion de la lumière interne au tube, sous vide, par exemple dans une encinte interne spécifique (non-représentée).
Le dispositif comprend en outre des moyens de diffraction de lumière D pour transmettre une partie de la lumière vers les cellules photoélectriques P.
Le moyen de diffraction D peut être un prisme configuré pour réaliser des diffractions de la lumière vers les cellules photoélectriques P. Dans une variante, le moyen de diffraction D est configué pour laisser passer une partie des rayons lumineux au moins dans l’axe central de la structure tubulaire T. Cette variante peut être illustrée schématiquement par la . Dans une autre variante, le moyen de diffraction D est percé d’au moins un trou dans l’axe central de sorte à laisser passer une partie des rayons lumineux. Cette variante peut être illustrée schématiquement par la .
Dans une autre variante, le moyen de diffraction D est conformé en diamant conçu de sorte à avoir des diffractions spécifiques vers les cellules P. Cette variante peut être illustrée schématiquement par la .
De préférence, plusieurs moyens de diffraction D sont prévus ; et sont davantage préférentiellement sensiblement alignés dans la structure tubulaire T.
L’énergie issue des rayons divergents r peut être récupérée par les cellules photoélectriques P. Une partie de ces rayons peut ne pas être récupérée, et les rayons, réfléchis par la cellule P. L’invention vise en outre à limiter davantage les pertes d’énergie en réutilisant ces rayons.
A cet effet, la variante préférée propose une succession de moyens de réflexion R de part et d’autre du moyen de diffraction de lumière D dans l’axe de la structure tubulaire T. La réflexion est totale mais une réflexion partielle peut être envisagée en aval du moyen de diffraction D. Dans le cas de la réflexion totale, les moyens de réflexion R permettent un passage partiel de lumière, de préférence au moins dans l’axe central de la structure tubulaire T.
Les moyens de réflexions R définissent une succession de chambres de réflexion autour du moyen de diffraction D. Ainsi, les rayons issus des cellules photoélectriques P peuvent être réfléchis sur les moyens de réflexion R et repartir sur des cellules photoélectrique P. Une partie de ces rayons peuvent passer vers le moyen de diffraction D de la chambre de diffraction suivante.
Avantageusement, des rayons qui auraient été perdus dans le cas de cellules photovoltaiques planes peuvent être récupérés par les moyens de réflexion R.
Dans la , D représente le moyen de diffraction en diamant, R représente des miroirs de fresnel faces à face ; i représente l’onde lumineuse incidente centrale, et r représente l’onde en diffraction vers les cellules photoélectriques P.
Dans une variante, on peut envisager un moyen de réflextion à la sortie de la structure tubulaire T, de sorte à ne pas laisser sortir ce qui reste du rayon lumineux central.
Avantageusement, les chambres de réflexion forment un agencement similaire à celui d’un générateur laser UV, permettant de faire retransiter les rayons vers les cellules P.
Les moyens de réflexion R comprennent de préférence des structures courbes convexes du côté du moyen de diffracttion D.
En particulier, les moyens de réflexion R comprennent des miroirs, de préférence courbes, chacun percé d’au moins un trou dans l’axe central de la structure tubulaire T. Une structure courbe permet de mieux orienter les rayons lumineux.
En particulier, il s’agit de miroirs de fresnel R. Ils permettent de créer des sources virtuelles orientées vers les cellules photoélectriques P, et vers le moyen de diffraction D.
Alternativement, une variante non-illustrée propose une succession de moyens de refocalisation de lumière en aval de chaque en moyen de diffraction. Dans cette variante, les rayons lumineux sont refocalisés vers l’intérieur de la structure tubulaire et retransmis vers le moyens de diffraction suivant et les cellules photoélectriques suivantes.
Selon une variante, le dispositif de générateur photovoltaïque comprend en outre un filtre 3 en amont de la structure tubulaire T, pour filtrer les rayons infra-rouges, et de préférence pour laisser passer les rayons ultra-violet uniquement, en particulier des UV-C uniquement.
Cela permet de limiter l’échauffement du système, causé par les rayons infra-rouges.
L’invention porte en outre sur un système de générateur photovoltaïque comprenant plusieurs dispositifs de générateur photovoltaïque tels que décrit précédemment. Dans une variante, le système comporte plusieurs structures tubulaires T, assemblées dans un tube sous forme de canule C. Le tube C et/ou les structures tubulaires T peuvent avoir une section circulaire, hexagonale, triangulaire, carrée. Les formes angulaires sont préférées pour mieux occuper l’espace dan le tube C.
L’invention vise à utiliser plusieurs canules C en tandem pour mieux récupérer l’énergie de la lumière et limiter les pertes.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de génération photovoltaïque. Le procédé peut être mis en œuvre au moyen d’un dispositif de générateur photovoltaïque ou d’un système de générateur photovoltaïque tel que décrit précédemment.
Le procédé comprend une étape pour transmettre de la lumière vers au moins une structure tubulaire T comportant intérieurement des cellules photoélectriques P périphériques associées à un système électronique C.
Le procédé comprend en outre une étape pour diffuser la lumière intérieurement dans ladite structure tubulaire T.
Le procédé comprend en outre une étape pour diffracter la lumière vers les cellules photoélectriques P. Cela se fait en particulier au moyen d’au moins un moyen de diffraction D tel que décrit précédemment.
Plus généralement, le procédé comporte des étapes de mise en oeuvre des différents éléments décrits précédemment.
Les avantages exposés ci-dessus s’appliquent mutatis mutandis.
Claims (10)
- Dispositif de générateur photovoltaïque comprenant
- une structure tubulaire (T) comportant intérieurement des cellules photoélectriques (P) périphériques associées à un système électronique (E) ;
- des moyens de transmission (2, L1, L2, R1, R2) pour transmettre de la lumière d’une source (S1, S2) vers l’intérieur de la structure tubulaire (T) ;
- des moyens de diffusion de ladite lumière à l’intérieur de la structure tubulaire (T) ; et
- des moyens de diffraction de lumière (D) vers les cellules photoélectriques (P). - Dispositif de générateur photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de diffraction de lumière (D) sont sensiblement alignés dans la structure tubulaire (M).
- Dispositif de générateur photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins deux moyens de réflexion (R), de préférence courbes, de part et d’autre du moyen de diffraction de lumière (D) dans l’axe de la structure tubulaire (T), les moyens de réflexion (R), permettant un passage partiel de lumière, de préférence au moins dans l’axe de la structure tubulaire (T).
- Dispositif de générateur photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un filtre (3) en amont de la structure tubulaire (T), pour filtrer les rayons infra-rouges, et de préférence pour laisser passer les rayons ultra-violet uniquement.
- Dispositif de générateur photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de transmission comprennent au moins une fibre optique (2).
- Dispositif de générateur photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est configuré pour être associé à de la lumière solaire (S1) comme source de lumière.
- Dispositif de générateur photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est configuré pour être associé à de la lumière artificielle (S2) comme source de lumière.
- Dispositif de générateur photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il est configuré pour être associé à un laser UV comme source de lumière (S).
- Système de générateur photovoltaïque comprenant plusieurs dispositifs de générateur photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes.
- Procédé de génération photovoltaïque comprenant des étapes pour
- transmettre de la lumière vers au moins une structure tubulaire (T) comportant intérieurement des cellules photoélectriques (P) périphériques associées à un système électronique (E) ;
- diffuser la lumière intérieurement dans ladite structure tubulaire (T), et
- diffracter la lumière vers les cellules photoélectriques (P).
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2021
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