Projet Stratobus : les modules PV de Thales Alenia Space validés

Développés en partenariat avec le CEA-Liten* sur le campus de l’Ines**, les premiers modules photovoltaïques échelle 1 destinés au projet Stratobus de Thales Alenia Space viennent de passer les essais de validation mécanique. Réalisés avec des procédés habituellement utilisés pour des applications terrestres, ces modules affichent une surface hors norme (supérieure à 4 m²). Ils sont flexibles, ultra légers (moins de 800 g/m²), d’une puissance supérieure à 200 W/m² et composés de cellules solaires ayant un rendement de conversion de 24%.

Pour ces modules PV, les tests ont démontré une haute stabilité des matériaux d’encapsulation sous ultraviolet et ozone, et de faibles pertes de puissance relatives après les cycles thermiques. Les premiers essais en vol du Stratobus sont prévus pour 2022. Photo : Stratobus/E.Briot

Lancé en 2016, le projet Stratobus porte sur le développement d’un ballon dirigeable de la famille des HAPS (High Altitude Platform System), gonflé à l’hélium. Conçu pour évoluer dans la stratosphère à 20 kilomètres d’altitude au-dessus du trafic aérien, il aura une fonction à mi-chemin entre drone et satellite pour effectuer des missions multiples : observation, surveillance ou encore télécommunication, le tout pour une durée de 5 ans. Afin de pouvoir assurer en toute continuité ses missions, il devra être en mesure de maintenir sa position et de résister à des vents allant jusqu’à 90 km/h. Il est donc équipé de 1000 m2 de cellules photovoltaïques qui, placées sur un quart de la surface de l’enveloppe, devraient fournir l’électricité nécessaire aux quatre moteurs électriques, au système de stockage d’énergie et à la charge utile.

Les panneaux photovoltaïques classiques avec une surface unitaire de 1,6 m² pèsent environ 12 kg/m². Le verre et le cadre aluminium représentent à eux seuls 80% du poids total. Pour les besoins du Stratobus, le CEA-Liten a réussi à atteindre les spécifications du projet tout en réduisant ce poids au m². Le cadre du module a été supprimé, et les chercheurs ont sélectionné des matériaux à la fois minces, légers et robustes pour diminuer la masse sans dégrader les performances électriques, intégrer des composants électroniques pour assurer une protection électrique et thermique, et enfin associer à l’ensemble des éléments de fixation pour l’accroche du module sur l’enveloppe du ballon stratosphérique.

Compte tenu des matériaux utilisés, très éloignés de la technologie standard, le procédé de mise en œuvre a dû être adapté pour répondre aux contraintes liées à la réduction significative d’épaisseur du dispositif (moins de 0,5 mm au lieu de 4,5 mm pour un module standard).

Depuis le démarrage de l’implication du CEA dans le projet Stratobus en 2016, plusieurs prototypes de modules ultralégers ont été réalisés et testés en enceintes climatiques afin de fiabiliser le design pour l’application visée. Leur taille n’excédait jamais 0,6 m².

*Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux

**Institut national de l’énergie solaire