Airbus Defence and Space

Comment les satellites transforment-ils l’énergie du soleil en électricité

L’énergie du soleil est directement transformée en électricité par les cellules du générateur solaire

Tout satellite en orbite dans l’espace fonctionne grâce à l’énergie électrique que lui fournit le soleil. Les cellules photovoltaïques utilisées à cet effet sont robustes et atteignent désormais une efficacité de 29 %. Au cours des 40 dernières années, le CoC a développé et fabriqué plus de 450 modules photovoltaïques (généralement composés de deux panneaux solaires) dont la gamme de puissance s’étend de moins de 100 W à 26k W. Jusqu’à présent, les modules en service n’ont eu à déplorer aucune panne.

Une énergie précieuse

Pour assurer sa mission, le satellite a besoin d’énergie électrique. L’une des missions de la plate-forme est donc de fabriquer, de stocker et de distribuer cette énergie.

Le générateur solaire

Dans leur grande majorité, les satellites utilisent l’énergie solaire. Ils sont équipés d’un générateur solaire constitué d’un assemblage de cellules qui transforment directement l’énergie lumineuse du soleil en électricité. C’est en 1954 que les chercheurs américains de Bell Telephone (AT&T) ont mis au point la première cellule photovoltaïque (solaire) avec un rendement suffisant : elle transformait en électricité 6 % de l’énergie solaire reçue. Aujourd’hui très largement répandue, cette technologie assure des rendements de 12 à 17 % avec des cellules en silicium et de jusqu’à 29 % avec des cellules en arséniure de gallium. On obtient ainsi jusqu’à 220 W/m2 de panneaux solaires en début de vie d’un satellite, le rendement diminuant avec le temps. Les recherches menées sur l’arséniure de gallium devraient permettre d’atteindre des rendements de plus de 30 %. Mais le coût de ces matériaux est plus élevé.

Le déploiement des panneaux du générateur solaire constitue toujours une phase critique : s’ils ne parvenaient pas à s’ouvrir, le satellite, privé d’énergie, ne pourrait pas fonctionner – et la mission sera perdue.

Les batteries

Que faire lorsque le satellite passe dans l’ombre de la Terre, c’est-à-dire en cas d’éclipse ?

Pas de rayonnement solaire : pas de d’énergie ? Doit-on arrêter la transmission des programmes TV ? Pour pallier le manque de rayonnement et faire face aux pointes de consommation des équipements (observation), les satellites sont équipés de batteries qui stockent de l’énergie électrique. Les batteries d’un satellite de télécommunications sont rechargeables en 12 heures environ. Pour les satellites de orbite basse, les cycles de charge et de décharge sont plus fréquents (un par orbite), ce qui limite la durée de vie des batteries, et donc celle du satellite.

Pour un satellite géostationnaire, les éclipses apparaissent uniquement lors des périodes proches de l’équinoxe (mars et septembre), avec une durée maximale de 72 minutes par jour, soit 5 % du temps. S’agissant d’un satellite en orbite basse (révolution de 100 minutes environ), ces éclipses représentent jusqu'à 40 % du temps. Les batteries sont donc plus fréquemment sollicitées.

L’orientation des panneaux solaires

Pour capter un maximum d’énergie, les panneaux doivent être orientés vers le soleil. Mais cela ne coïncide pas nécessairement avec les besoins d’orientation de la charge utile. Deux solutions sont alors possibles :

recouvrir la quasi-totalité du satellite avec des cellules solaires dont seul un petit nombre sera efficace en fonction de l’orientation ;

équiper les panneaux de mécanismes permettant leur opération continue vers le soleil.

La distribution de l’énergie

Un ensemble de convertisseurs et de régulateurs gèrent à la fois le stockage et la distribution de l’énergie électrique vers la charge utile et les équipements de la plate-forme.

Cycles jour/nuit

Télécommunications : 920 cycles sur 10 ans

Observation : 27 000 cycles sur 5 ans

Technologie