OA11391A - Réflecteur-capteur à cellules photovoltaïques et système de communication comportant un tel réflecteur-capteur. - Google Patents
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Description
011591
REFLECTEUR-CAPTEUR A CELLULES PHOTOVOLTAÏQUESET SYSTEME DE COMMUNICATION COMPORTANT UN TEL
REFLECTEUR- CAPTEUR 5 La présente invention concerne un réflecteur- capteur apte à émettre/recevoir des ondesélectromagnétiques (E.M) vers/de une source et à capteret convertir une quantité de rayonnements solaites enénergie électrique. 10 Le réflecteur-capteur, objet de l’invention, réalise ainsi les fonctions d'antenne d'émission/réception et de capteur solaire et comporte àcet effet une surface de réflexion munie d’une pluralitéde cellules photovoltaïoues, transparentes aux ondes 15 électromagnétiques, fixées sur la majeure partie deladite surface et au moins une tête électroniquedestinée à 1’émission/réception des ondes électromagnétiques vers/de un satellite, et à laconversion de fréquence des signaux reçus ou émis. 20 L’invention concerne également un système de communication avec un satellite comportant un telréflecteur-capteur.
La réception et l'émission des informations sefont de plus en plus par l'intermédiaire des satellites25 aussi bien dans le domaine des télécommunications quedans le domaine de la télévision. Ces transmissionsnécessitent l'utilisation d'antennes, généralementparaboliques, associées à·- des convertisseurs defréquence et à des modulateurs/démodulateurs. 30 Ces antennes nécessitent pour leur fonctionnement une alimentation électrique qui estgénéralement fournie par le réseau électrique, ce quirend leur utilisation impossible dans des endroits pourlesquels le raccordement au réseau électrique n'est pasenvisageable pour des raisons économiques ou pour des 35 2 Οι 159 ’ difficultés de mise en œuvre, par exemple, dans desendroits isolés tels que des montagnes .
Une antenne comportant des capteurs solaires estdécrite dans le brevet japonais 61-070804A. Ces capteurs 5 sont disposés sur la périphérie de l'antenne et nepermettent de capter qu'une quantité limitée derayonnement solaire utilisée exclüsivement pouralimenter le convertisseur de fréquence de l'antenrte.
Le but de l'invention est de réaliser un 10 réflecteur-capteur apte à fournir une puissance électrique suffisante pour alimenter aussi bien leconvertisseur de fréquence que des équipements électroniques de traitements des données échangées avecle satellite associés au réflecteur-capteur tout en 15 assurant une émission et/ou une réception efficace desondes électromagnétiques.
Un autre but de l'invention est de réaliser unsystème complet de communication, totalement autonome,susceptible d'être utilisé dans des endroits isolés non 20 reliés à un réseau électrique.
Ces buts sont atteints au moyen d'un réflecteur-capteur dont la surface de réflexion est munie d'unepluralité de cellules photovoltaïques transparentes auxondes électromagnétiques, et fixées sur la majeure 25 partie de ladite surface de réflexion caractérisé par lefait que les cellules photovoltaïques sont incorporéesdans la surface de réflexion entre une couche deprotection transparente aux ondes électromagnétiques etaux rayonnements solaires et une couche métallique 30 réfléchissant les ondes E.M.
Grâce à cette structure, le réflecteur-capteur selon 1'invention est capable de convertir une quantitéde rayonnement solaire suffisante pour assurerl'alimentation d'un système complet de communication. En 35 outre, les cellules photovoltaïques sont efficacementprotégées contre la corrosion. 3 011L9Î
Avantageusement, les cellules photovoltaïquessont en silicium polycristallin ou monocristallin ouamorphe. Elles peuvent également être en Arseniure deGallium ou tout autre matériau présentant le phénomène 5 de photopile.
Le système de communication selon l'inventioncomporte un tel réflecteur-capteur et peut être utiliséaussi bien dans des endroits non reliés à un réseauélectrique que dans des endroits où l'utilisation d'un 10 appareil autonome électriquement s'avère plus économiqueque le raccordement à un réseau électrique disponible D'autres caractéristiques et avantages del'invention ressortiront de la description qui vasuivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en 15 référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente une vue en perspectived'un réflecteur-capteur selon l'invention; la figure 2 représente une vue en coupepartielle de la surface de réflexion du réflecteur- 20 capteur de la figure 1; la figure 3 représente une surface de réflexion d'un réflecteur-capteur conforme à1' invention; - les figures 4 et 5 illustrent schématiquement25 deux modes particuliers d’agencement des cellules photovoltaïques sur un réflecteur-capteur selon l'invention; la figure 6 illustre partiellement et schématiquement un réflecteur-capteur, selon un mode 30 particulier de réalisation, en position d'émission/réception; la figure 7 représente schématiquement unpremier exemple de système de communication comportantun réflecteur-capteur selon l'invention; 4 011591 “ la figure' 8 représente un deuxième exemple desystème de communication comportant un réflecteur-capteur selon l’invention; - la figure 9 représente un troisième exemple de5 système de communication... comportant un réflecteur- capteur selon l'invention; - la figure 10 représente un quatrième exemplede système de communication comportant un réfleqteur-capteur selon l'invention; 10 la figure 1 représente un réflecteur-capteur 1apte à émettre/recevoir des ondes électromagnétiquesvers/de un satellite géostaticnnaire et à capter etconvertir une quantité de rayonnements solaires en 15 énergie électrique.
Le réflecteur-capteur i comporte une surface deréflexion 2 munie d'une pluralité de cellulesphotovoltaïques 4, une tête électronique 6d'émission/réception des ondes électromagnétiques. 20 Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les cellules photovoltaïques 4 sonttransparentes aux ondes E.M. et, comme on peut le voirsur la figure 1, sont fixées sur la majeure partie de lasurface de réflexion 2. 25 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention illustré à la figure 2, les cellulesphotovoltaïques 4 sont incorporées à la surface deréflexion entre une couche 10 transparente aux., ondesélectromagnétiques et au rayonnement solaire et destinée 30 à protéger lesdites cellules photovoltaïques 4 et unecouche métallique 12 destinée à réfléchir les ondesE.M. .
Préférentiellement, la couche de protection 10est en Polycarbonate ou en Polyester , cependant elle 35 peut être réalisée à partir d'autres matériaux (verrepar exemple )' présentant les qualités nécessaires pour 5 011391 les tenues mécaniques (contraintes, chocs,...) etthermiques, ainsi qu'une grande transparence auxrayonnements solaires et aux ondes E.M..
Les cellules-photovoltaïques 4, comme on peut le5 voir sur la figure 2, sont reliées par des fils de connexion 13. L'ossature 14 du réflecteur-capteur 1 présentela forme d'une paraboloïde décentrée et » estpréférentiellement réalisée en polyester armé de fibres 10 de verre. Elle peut également être métallique.
La tête électronique 6 est reliée mécaniquementà la surface de réflexion 2 par un bras 16.
Un module 1S de stockage et de gestion del'énergie électrique fournie par les cellules 15 photovoltaïques 4 est relié, d'une part, auxditescellules par un premier câble coaxial 19a et, d'autrepart, à la tête électronique 6 par un deuxième câble,coaxial 19b. Le module 18 de stockage et de gestion del'énergie électrique peut être relié par un troisième 20 câble 19c et par un quatrième câble 19d à tout appareilassocié au réflecteur-capteur 1 et nécessitant unealimentation électrique.
Comme on peut le voir sur la figure 2, lescellules photovoltaïques 4 sont enrobées dans un 25 matériau de fixation 20, également transparent aux ondesE.M. et aux rayonnements solaires, assurant ainsi leurfixation entre la couche de protection 10 et la couchemétallique 12. Ce matériau est préférentiellement enEthyle-vinyle-acétyle. 30 Les figures 3 et 4 illustrent deux modes de réalisation de l'invention, dans lesquels le réflecteur-capteur 1 a une forme parabolique et les cellulesphotovoltaïques 4 sont réparties entre une pluralité dezones adjacentes A, B, C et D pour la figure 3 et A, B, 35 C, D et E pour la figure 4. Ces zones recouvrent lamajeure partie de la surface de réflexion 2, et sont 6 011391 reliées entre elles en parallèle, tandis que lescellules photovoltaïques 4 de chaque zone sont reliéesen série. Des mesures ont montré que cette dispositionpermet d'optimiser la puissance électrique convertie par 5 les cellules 4.
Dans un mode particulier de réalisation del’invention, le nombre de zones est 4 et le nombre decellules par zone est 18. «
La figure 5 représente un réflecteur-capteur10 selon l’invention ayant une forme parabolique et dont lasurface..:, de réflexion 2 possède un diamètre de 80 cm.Comme son peut le voir sur la figure 5, soixante-douzecellules photovoltaïques 4 en silicium polycristallinsont fixées sur -cetre surface. La puissance électrique Λ··. . / 15 délivrée . par' ie module 18 associé à ce réflecteur-capteur est d’environ 45 W sous une tension de 6 V ou 12 V.
Notons que, pour une zone géographique donnée,les satellites géostationnaires sont positionnés au 20 dessus de l'équateur dans un plan sensiblementperpendiculaire à la surface moyenne de cette zone.Cette orientation en azimut correspond à un rayonnementsolaire optimal. Il en résulte qu'un réglage de lasurface du réflecteur-capteur 1 en élévation et en 25 azimut a pour conséquence d'orienter systématiquementladite surface vers la direction où le rayonnementsolaire proche de l'optimal. La disposition ci-après estdestinée à optimiser l'angle d_'élévation de la surfacedu réflecteur-capteur 1. 30 En position de fonctionnement, comme cela est illustré schématiquement par la figure 6, l’axe Δ de laparabole doit être orienté précisément vers unsatellite. La qualité des transmissions dépend de laprécision avec laquelle l’antenne pointe le satellite et 35 donc de l’angle a d’élévation de l’axe Δ. Cet angle adépend du site de transmission. La quantité de 7 011391 rayonnement solaire' captée par le réflecteur-capteurdépend de l’angle Θ d’inclinaison, par rapport àl’horizontale, de la surface de réflexion exposée aurayonnement. Une variation de l’angle « entraîne une 5 variation de l’angle Θ et inversement. Cela signifie que s le positionnement de la parabole doit permettre uneoptimisation de la quantité de rayonnement capté et unetransmission efficace. <
Pour chaque lieu, il existe un angle optimal 0opt 10 pour lequel la captation du rayonnement solaire durantune année est optimal.
En considérant la plus grande portion a-b de lasurface de réflexion qui, dans une position defonctionnement, est exposée au rayonnement solaire, 15 l’angle moyen d’inclinaison de cette portion est Θ.Comme on peut le voir sur la figure 6, cet angle Θ estrelié à l’angle d’élévation oc par la relation . δ = 180 - (α + Θ)où 20 δ représente l’angle moyen de construction du réflecteur-capteur formé entre l'axe Δ de la parabole etl'axe passant respectivement par les limites supérieurea et inférieure b de la portion exposée au rayonnementsolaire. 25 Cet angle δ dépend du choix de cette portion de la parabole qui reçoit le rayonnement solaire etconstitue donc une caractéristique de construction duréflecteur-capteur 1.
Afin d'optimiser la quantité de rayonnement 30 captée dans un lieu donné pendant une année, l'angle δde construction du réflecteur-capteur selon l'inventionest calculé de telle sorte que l'angle d'inclinaison Θsoit approximativement égal à l'angle optimal 6opt decaptation du rayonnement solaire quel que soit le lieu 35 d'utilisation du réflecteur-capteur 1. 8 011391 A titre d’exemple, lorsque le réflecteur-capteur 1 est pointé sur le satellite Astra situé à 19,2° Est: - A STOCKHOLM - A LILLE : <x=24°,: a=*30°, 6=8 6° 0=80° et 0opt=85oet 0opt=80° environ environ 5 - A NICE : a=38°, e=72° et 0Opt=7O° environ Le réflecteur \ -capteur 1 selon l'invention peut être utilisé dans plusieurs applications différentes quiseront décrites dans la suite de cette description *
Dans un premier exemple d'application, illustré 10 schématiquement par la figure 7, un système decommunication avec un satellite comprend un réflecteur-capteur 1 conforme à l’invention relié à un module 18 destockage et de gestion de l’énergie électrique. Lemodule 18 est relié, d’une part, à la tête d’émission 15 /réception 6, et d’autre part, à un ensembleélectronique 32 de traitement des informations émisesvers le satellite et des informations reçues duditsatellite. L’ensemble électronique 32 comporte, de façon 20 connue en soi, un modulateur pour l’émission, undémodulateur pour la réception ainsi que des équipementsd’amplification et de correction d’erreurs dans le casde transmissions numériques.
Le modulateur et le démodulateur peuvent être 25 avantageusement regroupés dans un même appareil.
Le système de communication comporte en outre un ou plusieurs organes de saisie 34 de l’information àtransmettre, reliés au modulateur/démodulateur ainsiqu’un ou plusieurs organes de visualisation 36 des 30 informations reçues.
Les organes de saisie peuvent comporter une caméra pour l’image, un micro pour le son, un clavierpour les données, tandis que les organes devisualisation peuvent comporter un écran classique de 35 télévision, un écran d’ordinateur servant en même tempsd’organe de saisie. 9 011391
Dans un deuxième exemple d'application illustrépar la figure 8, le système de communication remplit lafonction d'un relais et comporte à cet effet une antenne40, qui peut être une antenne terrestre ou une antenne 5 parabolique, destinée à retransmettre, dans une bande defréquence adaptée à l'application envisagée, lesinformations reçues par satellite. Un tel dispositiftrouve son application dans la distribution sans fil desinformations reçues, vers plusieurs terminaux ou 10 stations de réception. Ceci peut intéresser l’habitatindividuel dans lequel se trouvent plusieurs récepteurstels que des télévisions, des ordinateurs, ou l’habitatcollectif. Le système de communication représenté à lafigure 8 peut également être utilisé dans les 15 télécommunications cellulaires soit dans le cadre de réseaux gérés par des opérateurs de télécommunication soit dans le cadre d’installations privées ou collectives. Ce système peut être installé à n’importe quel 20 point du territoire sans aucun équipement en infrastructure et dispose d’une totale autonomieénergétique grâce au module de stockage d’énergie 18.
Dans un troisième exemple d'applicationillustrée par la figure S, le système de communication 25 ' remplit uniquement la fonction d'émetteur d'informationset comprend à cet effet un réflecteur-capteur 1 conformeà l’invention relié à un module 18 de stockage et degestion de l’énergie électrique.. Le module 18 est ..relié,d’une part, à la tête d’émission /réception 6, et 30 d’autre part, ensemble électronique 32 de traitement desinformations à émettre vers le satellite. Dans cetexemple d'application, l'ensemble électronique 32comporte, de façon connue en soi, un modulateur relié àla tête d'émission/réception 6 via le câble 19c. Un ou 35 plusieurs systèmes de saisie d'informations (sonores,visuelles, données techniques, ...) peuvent être reliés 10 011391 à l'ensemble électronique 32 via des points de connexion44 prévues à cet effet.
Notons que les deux systèmes de communicationillustrés par les figures 8 et 9 peuvent être regroupés 5 dans un même ensemble afin de constituer un systèmeunique remplissant la fonction de relais et celled’émission/réception d’informations vers/de unsatellite. ,
Dans un quatrième exemple d'application 10 illustré par la figure 10, le système de communicationest une borne d’informations visuelles et sonores quipeut être consultée, par exemple, pour fournir lesconditions météorologiques en montagne et au bord de merou des informations touristiques avec banques de données 15 mises à jour en permanence.
Les systèmes de communication décrits ci-dessus peuvent en outre être dotés d’un dispositifd’orientation du réflecteur-capteur 1, alimentéégalement par le module de stockage 18. 20 Le dispositif d’orientation comporte, de façon connue en soi, un moteur télécommandé permettant depointer la surface de réflexion 2 vers un ou plusieurssatellites en cas des transmissions multisatellitaires.L’orientation peut également être asservie pour 25 ' effectuer des repointages automatiques sur un satellitedans le cas de système embarqué sur voilier, parexemple, ou dans le cas de transmissions peu fréquentes,la surface de réflexion 2 suivant alors la trajectoiredu_soleil puis repointe sur un satellite. 30 Dans une autre disposition constructive du réflecteur-capteur selon l'invention, la surface deréflexion 2 peut être conçue pour recevoir simultanémentplusieurs satellites.
Notons que le réflecteur-capteur 1 peut être 35 remplacé par une antenne en réseau comportant ungroupement d'éléments rayonnants répartis sur sa surface 11 k * 011391 10 15 de réflexion, et une pluralité de cellulesphotovoltaïques transparentes aux ondes électromagnétiques également réparties sur laditesurface de réflexion.
En fonctionnement, -.163 cellules photovoltaïquestransforment le rayonnement solaire capté en énergieélectrique qui est stockée dans le module 18. Ce dernieralimente en courant la tête d'émission/réception 6 ainsique l'ensemble électronique 32 conférant ainsi ausystème de communication une totale autonomie. Le module18 de stockage et de gestion de l'énergie électriquepeut sélectionner séparément ou simultanément une ouplusieurs zones A, B, C, D, ou E de la surface deréflexion 2. D'autres applications du systèmecommunication selon l'invention peuvent concernersécurité contre l'incendie, le dela etc... vol, tempête,
Claims (11)
12 011391 REVENDICATIONS
1. Réflecteur-capteur (1) apte à recevoir/émettre des ondes électromagnétiques 5 respectivement de et vers... un satellite et à capter etconvertir une quantité de rayonnement solaire en énergieélectrique, ledit réflecteur-capteur (1) comportant unesurface de réflexion (2) munie d'une pluralité decellules photovoltaïques (4) transparentes aux ondes 10 E.M., fixées sur la majeure partie de ladite surface de réflexion (2), et au moins une tête électronique (6)d'émission/réception des ondes E.M., caractérisé en ceque lesdites cellules photovoltaïques (4) sontincorporées dans la surface de réflexion (2) entre une 15 première couche de protection (10) transparente auxondes électromagnétiques et au rayonnement solaire etune deuxième couche métallique (12) destinée à réfléchirles ondes électromagnétiques. 20 25 30
2. Réflecteur-capteur (1) selon la revendication1, caractérisé en ce que les cellules photovoltaïquessont enrobées dans un matériau de fixation (20)également transparent au rayonnement solaire et auxondes E.M. émises par le satellite.
3. Réflecteur-capteur (1) selon l'une desrevendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'anglemoyen Ô formé entre l'axe ....passant par la limiteinférieure a et la limite supérieure b de la portion dela surface (2) qui est exposée au rayonnement solaire etl'axe Δ passant par le centre de ladite surface (2) esttel qu'en position d1 émission/réception, l'angled'inclinaison Θ de ladite portion est approximativementégal à l'angle pour lequel la quantité de rayonnementsolaire captée èst optimale quel que soit l'angled'élévation de l'axe Δ. 35 13 011391
4. Réflecteur-capteur (1) selon la revendication2 caractérisé en ce que les cellules photovoltaïques (4)sont réparties sur une pluralité de zones A, B, C, D et 5 E groupées en parallèles et recouvrant la majeure partiede la surface de réflexion' (2), les cellules de chaquezone A, B, C, D et E étant reliées en série.
5. Réflecteur-capteur selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la surface de réflexion (2) présente une forme de paraboloïde.
6. Réflecteur-capteur (1) selon la revendication5, caractérisé en ce que la surface de réflexion 15 présente une forme apte à recevoir et/ou émettresimultanément des informations vers plusieurssatellites.
7. Réflecteur-capteur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cellules photovoltaïques (4) sont en silicium polvcristallin.
8. Réflecteur-capteur (1) selon la revendication2, caractérisé en ce que le matériau de fixation des 25 cellules photovoltaïques et la couche de protection (10)sont en Ethyle-vinyle-acétyle et la couche de protection(10) est en Polycarbonate.
9. Système de communication, caractérisé en ce 30 qu'il comporte un réflecteur-capteur (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8. 10 Système de communication selon larevendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en 35 outre un module (18) de stockage et de gestion d'énergieélectrique relié au réflecteur-capteur (1) . 14 011391 Il Système de communication selon larevendication 10, caractérisé en ce que le module (18)de stockage et gestion d’énergie électrique alimente, 5 d’une part, la tête électronique d'émission/réception(6) et, d'autre part, un ensemble électronique (32) detraitement des informations émises/reçues par laditetête électronique d'émission/réception (6). ' 10 12 Système de communication revendication 11, caractérisé en ce queélectronique (32) comporte une unité de modulation/démodulation reliée, d'une part, à la tête d'émission /réception (6), et, d'autre part, à un organe de saisie 15 (34) de l'information à émettre. selon la1'ensemble 13 Système de communication selon larevendication 12 caractérisé en ce qu'il comporte enoutre un organe (36) de visualisation des informations 20 émises et reçues par la tête d'émission/réception reliéau modulateur/démodulateur. 14 Système de communication selon larevendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une 25 antenne (40) destinée à retransmettre les informationsreçues par la tête d'émission/réception (6) vers une ouplusieurs stations de réception terrestre.
15. Borne électronique d’information, 30 caractérisée en ce qu'elle comporte un système de communication selon l'une des revendications 10 à 14.
16. Réflecteur-capteur (1) apte à recevoir/émettre des ondes électromagnétiques 35 respectivement de et vers un satellite et à capter etconvertir une quantité de rayonnement solaire en énergie 15 011 39.1 électrique comportant une surface (2) de captation derayonnement solaire et d'émission/réception d'ondes E.M,caractérisé en ce que ladite surface (2) comporte ungroupement d'éléments rayonnants et une pluralité de 5 . cellules photovoltaïques u (4) transparentes aux ondes électromagnétiques répartis sur la majeure partie deladite surface (2).
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