Protéger l’énergie de l’espace : verre de protection avancé pour les cellules solaires de nouvelle génération
Alimenter la prochaine génération de satellites
Alors que les satellites deviennent l’épine dorsale des communications, de la navigation et de l’observation de la Terre à l’échelle mondiale, la demande d’énergie solaire durable et à haut rendement en orbite ne cesse de croître. Les conditions difficiles, notamment le rayonnement ultraviolet, l’oxygène atomique, les particules chargées et les cycles de température extrêmes, menacent les performances des cellules photovoltaïques les plus avancées.
Pour relever ces défis, SCHOTT, en étroite coopération avec AZUR SPACE Solar Power GmbH et avec un financement de l’Agence spatiale européenne (ESA), a développé SCHOTT ® Solar Glass exos, une nouvelle génération de verre de protection spécialement conçue pour les cellules solaires multijonctions III-V utilisées dans les missions en orbite terrestre basse, moyenne et géostationnaire.
Cette collaboration réunit l’expertise de SCHOTT dans le domaine des verres spéciaux et des matériaux optiques avec l’expérience d’AZUR SPACE, une société 5N Plus, leader européen et acteur mondial de la technologie des cellules solaires multi-jonctions. Avec plus de 60 ans d’expérience dans les cellules solaires à haut rendement pour les applications spatiales, AZUR SPACE a soutenu le développement et contribué aux tests et à la validation pour s’assurer que le verre solaire SCHOTT ® exos répond aux exigences strictes des systèmes d’alimentation par satellite de nouvelle génération.
® Le verre solaire SCHOTT exos combine stabilité optique, compatibilité thermique et production hautement évolutive pour répondre aux exigences des missions spatiales de nouvelle génération. Spécialement conçu avec un CTE correspondant pour les cellules solaires à base de GaAs, qui dominent les systèmes d’alimentation des satellites modernes, exos garantit une efficacité et une fiabilité à long terme sur divers profils de mission - des constellations LEO plus courtes aux satellites de communication GEO de longue durée.
Faits saillants
Garder les lumières allumées en orbite
Presque toutes les missions spatiales reposent sur des cellules solaires pour alimenter les satellites et les engins spatiaux. Mais l’espace est impitoyable : les rayonnements intenses, les fluctuations rapides de température en orbite basse et l’exigence de performances ininterrompues poussent les cellules solaires conventionnelles et leurs verres de protection à leurs limites. Pour garantir l’efficacité des cellules solaires dans des conditions extrêmes et sur des missions de longue durée, il faut une solution de protection innovante, capable de maintenir à la fois les performances et la stabilité dans les environnements les plus hostiles imaginables.Pour atteindre les objectifs de leur mission, les satellites de nouvelle génération opérant en orbite terrestre moyenne (MEO) ou en orbite terrestre géostationnaire (GEO) doivent générer une puissance électrique constante pendant 10 à 15 ans ou plus, malgré une exposition constante à des niveaux élevés de rayonnement, à une lumière ultraviolette intense et à des cycles thermiques extrêmes.
Au cœur de ces systèmes d’alimentation se trouvent des cellules solaires multijonctions III-V, choisies pour leur rendement supérieur et leur conception compacte. Pourtant, bien que ces cellules avancées excellent dans la conversion d’énergie, leurs couches superficielles restent très sensibles au stress environnemental. Au fil du temps, les rayons UV, les impacts de particules chargées et les décalages de dilatation thermique peuvent dégrader les adhésifs, affaiblir les interfaces et diminuer la puissance de sortie, menaçant ainsi la stabilité à long terme de l’ensemble du panneau solaire.
Le défi consistait à créer un verre de protection qui protège les cellules solaires des rayonnements, des rayons UV et des contraintes mécaniques, tout en permettant une transmission maximale de la lumière et en maintenant la compatibilité thermique avec les matériaux sous-jacents. La plupart des solutions existantes obligent à un compromis entre durabilité et efficacité. SCHOTT a développé un nouveau matériau qui offre à la fois une clarté optique durable et une stabilité mécanique pour des performances à long terme dans l’espace.
Le verre qui rend l’énergie de l’espace possible
Avec le soutien de l’Agence spatiale européenne (ESA), SCHOTT et AZUR SPACE ont uni leurs forces pour développer SCHOTT® Solar Glass exos, un verre de protection avancé et qualifié pour l’espace, spécialement conçu pour les cellules solaires multijonctions III-V à base de GaAs d’AZUR SPACE utilisées dans des environnements orbitaux exigeants.Au cœur de cette innovation se trouve une composition réglée avec précision pour les performances optiques et la stabilité thermique. L’absorption des UV et la stabilité optique ont été optimisées pour une exposition à long terme, garantissant la protection des adhésifs et des jonctions supérieures tout au long des missions prolongées. Une coupure UV soigneusement définie d’environ 308 nanomètres filtre les longueurs d’onde nocives, tout en maintenant une transmission lumineuse de plus de 91 % pour maximiser l’efficacité photovoltaïque.
Son coefficient de dilatation thermique, conçu à 6,9 × 10⁻⁶ K⁻¹, est adapté aux cellules solaires GaAs, réduisant considérablement les contraintes mécaniques lors des variations de température intenses subies en orbite. Le verre est dopé au cérium pour améliorer la stabilité aux UV et résister à la solarisation sous des doses de rayonnement élevées.
Un autre avantage clé de SCHOTT® Solar Glass exos est sa grande évolutivité : il est disponible dans une large gamme d’épaisseurs et de formats, prenant en charge diverses conceptions de satellites et besoins d’intégration. Cette flexibilité garantit la compatibilité entre les profils de mission LEO, MEO et GEO, des réseaux légers et optimisés pour la masse aux configurations à haut blindage pour les orbites à forte intensité de rayonnement.
Exos subit des tests rigoureux selon les normes ECSS-E-ST-20-08C, afin d’évaluer sa durabilité dans des conditions orbitales simulées. Fabriqué à l’aide du procédé exclusif d’étirage vers le bas de SCHOTT, il présente une surface naturellement polie au feu qui garantit une qualité optique irréprochable et un collage fiable.
Ensemble, ces caractéristiques déterminantes - stabilité UV, compatibilité thermique et évolutivité - font de SCHOTT Solar Glass exos une solution prête à l’emploi qui allie efficacité, endurance et précision. Il permet aux programmes de satellites soutenus par l’ESA et aux programmes de satellites commerciaux d’assurer une production d’énergie fiable sur une durée de vie prolongée des missions, tout en renforçant la chaîne d’approvisionnement européenne pour les composants critiques de l’énergie spatiale.
Oliver Theussl
Responsable du développement des ventes