-=o=-   MEDAille d'Or au CONCOURS international Lépine 2024  -=o=-

Courant mai 2024, un prototype révolutionnaire de générateur photovoltaïque alternatif breveté, « L’Héliosienne », a été présenté publiquement lors du 23ème Concours International Lépine. Après 12 jours de démonstration à la Foire de Paris, Porte de Versailles, l’inventeur, Monsieur Ludovic BOUCHONNEAU, a obtenu une médaille d’or décernée par le jury de ce prestigieux événement.

Cette présentation a également permis d’échanger avec de nombreux experts, professeurs d’universités et spécialistes en électronique, électricité, mécanique et sciences en général. Tous ont été convaincus que cette nouvelle approche de la problématique énergétique représente une avancée significative dans le domaine de la production d’énergie photovoltaïque.

À ce jour, le projet n'est plus au stade de la preuve de concept, mais à la réalisation d’un quatrième prototype. Ce site, bien que non exhaustif, a pour but de répondre au mieux à vos interrogations concernant ce nouvel appareil qui permet de produire, sans onduleur de puissance, un courant périodique sinusoïdal directement à partir de simples panneaux solaires.

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UN PEU D'HISTOIRE...

Techniquement, on distingue deux types de courants électriques :
le courant continu, qui a une polarité fixe, et le courant alternatif,
dont la polarité s’inverse plusieurs fois par seconde.

Depuis les travaux de Nikola Tesla au début des années 1900, la majorité du courant électrique utilisé à travers le monde est de type alternatif. Il est produit par des 'machines tournantes' appelées alternateurs, qui génèrent l'énergie électrique nécessaire pour alimenter principalement d'autres
'machines tournantes', telles que nos moteurs électriques.

En opposition, un panneau solaire moderne produit du courant continu.
Ce courant est généralement stocké dans des batteries
pour être réutilisé ultérieurement à loisir.

La conversion entre les deux types de courant est possible, mais passer du courant alternatif au courant continu est généralement plus simple. Un transformateur pour abaisser la tension, un pont de diodes pour un redressement en double alternance, et un condensateur de filtrage
sont suffisants pour une conversion basique.

De nos jours, les semi-conducteurs de puissance permettent la régulation bien plus précise du courant converti. Grâce à la technologie moderne de l’électronique, les alimentations à découpage permettent le hachage direct du courant alternatif en continu. De même, un convertisseur électronique complexe appelé 'onduleur' transforme maintenant le courant continu en courant alternatif.

L'idée

Une cellule photovoltaïque produit du courant continu dès qu'elle est exposée à la lumière, et cesse de produire de l'électricité instantanément lorsque la lumière disparaît ou est obstruée. Il est important de noter que la production d'électricité varie également en fonction de l'intensité de l'ensoleillement reçu ou du pourcentage de la surface de la cellule exposée à la lumière ou à l'ombre. Lorsque l'éclairage est modulé à une certaine fréquence entre ombre et lumière, les panneaux photovoltaïques génèrent un courant variable en phase avec cette modulation lumineuse. Cependant, étant donné que le rendement des cellules photovoltaïques est naturellement faible, moduler entre pleine lumière et ombre peut sembler contre-intuitif,
car cela entraîne une perte de production par rapport à une exposition continue en pleine lumière.

Pourtant, c’est bien cette idée, ce principe de "modulation photonique", plutôt qu’une modulation électronique,
qui est à la base de notre innovation brevetée de générateur photovoltaïque périodique.


Cette variation peut être amplifiée simplement en augmentant la 'quantité de soleil' reçue par concentration optique. Grâce à un ensemble de miroirs paraboliques ou de lentilles convexes, il est possible de diriger davantage de lumière vers les cellules de notre système, les saturant ainsi de soleil. Normalement, une telle intensité lumineuse endommagerait rapidement les cellules en raison d'une température dépassant leurs limites maximales. Toutefois, dans notre cas de lumière modulée, il est possible d'augmenter le nombre de 'soleils' par cellule par un facteur multiplicateur sans risque de dégradation,
surtout si le système de refroidissement est efficace.

Alors que l'application individuelle de chacune de ces deux techniques semble mener à un échec lors d'une exposition continue,
leur utilisation conjointe permet avec succès la production d'un courant électrique périodique.


De nombreuses approches pour moduler la lumière ont été envisagées, et notre désir de simplicité nous a dirigés vers un système de rotation mécanique. Face à un problème technique, l'esprit humain trouve ses solutions en utilisant les moyens et connaissances disponibles à cet instant. Ce principe explique pourquoi certaines idées et inventions émergent simultanément à différentes époques de l'histoire. Notre recherche, visant à produire un signal similaire à celui des machines tournantes électromagnétiques, nous a naturellement orientés vers des design proches, aboutissant à nos 'machines tournantes photoniques'."

En combinant la géométrie classique de dispositifs électromagnétiques multipôles, composés d'un rotor et d'un stator, avec des dispositifs optiques destinés à la concentration de lumière — lentilles convexes pour la lumière directe et miroirs paraboliques pour la lumière indirecte —
nous obtenons plusieurs pôles lumineux énergétiques répartis angulairement.

Cette mise en œuvre particulière permet de “décentrer" les limites théoriques de la production des cellules photovoltaïques.

En effet, alors que l'argument habituellement limitant pour les performances des cellules est leur rendement sous un éclairage constant de 1 soleil, les utiliser sous une lumière pulsée et concentrée de plusieurs 'soleils' repousse leurs limites d'utilisation à leur température maximale de fonctionnement.
(Notons que ce paramètre peut encore être amélioré par l'ajout d'un système de refroidissement.)

L'électricité produite par cette variation par masquage de la quantité de photons concentrés, plutôt que par modulation d'électrons via des semi-conducteurs, est de forme sinusoïdale. Ce remplacement d'un onduleur électronique par un système mécanique délibérément 'low tech' est innovant, simple et efficace. Sur ce principe, nous avons exploré, étudié et redécouvert les brevets fondamentaux de génération et d'utilisation du courant électrique alternatif.
Nous avons rapidement opté pour les versions modernes de moteurs et de générateurs multiphasés sans balais, dits 'brushless'."

Nos prototypes de preuve de concept, qu'il s'agisse de moteurs, de turbines, ou de générateurs monophasés ou triphasés solaires, sont en réalité des machines tournantes classiques qui ont été modernisées. À ces technologies anciennes éprouvées, nous avons ajouté une composante photovoltaïque interne,
fusionnant ainsi l'ancien avec le nouveau pour ouvrir de nouvelles voies dans la production d'énergie renouvelable.

Notre approche novatrice dans le domaine du solaire pulsé ouvre un nouveau champ de recherche en photovoltaïque, que nous appelons le "photovoltaïque ondulatoire". Ce nouveau domaine couvre également les machines tournantes basées sur ces principes.

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MODULATION PHOTONIQUE

Aucune fatigue de composants électroniques...

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CONCENTRATION OPTIQUE

Mixte, à base de lentilles et de miroirs paraboliques...

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PHOTOVOLTAÏQUE TOURNANT

Basés sur les brevets de l’électrotechnique moderne...

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BRUSHLESS MULTIPHASE

Machines tournantes modernes, sans balais ni charbons...

AVANTAGES ECONOMIQUES

Les fabricants actuels d’onduleurs s’efforcent d'améliorer le rendement en intégrant les dernières technologies électroniques disponibles, afin de réduire les pertes d’ondulation qui affectent le rendement global des installations solaires. Notre approche, quant à elle, consiste à éliminer directement cet élément de la chaîne de production d'une installation photovoltaïque. Ce faisant, nous supprimons les coûts associés à l'onduleur, les pertes d’ondulation,
et les risques de panne liés à cet élément, qui contient des milliers de composants électroniques."

Supprimer l’onduleur d’une installation photovoltaïque représente un véritable bouleversement des principes établis,
remettant en question les normes traditionnelles du secteur de l'énergie solaire.


Outre l’absence d’onduleur, d’autres avantages de notre concept sont remarquables. L’utilisation de lentilles de concentration à l’avant et de miroirs paraboliques à l’arrière de nos machines réduisent la quantité de cellules photovoltaïques nécessaire par rapport à un panneau à plat classique. Nous réalisons ainsi une économie significative de cellules actives pour une surface d’exposition solaire équivalente,
remplacées par les surfaces des systèmes optiques de concentration.

Hors utilisation de cellules à concentration, l'économie réalisée grâce aux technologies que nous employons est estimée à un minimum de 60%

Produire directement du courant alternatif à la sortie des cellules photovoltaïques permet l’utilisation d’un simple transformateur classique pour élever la tension et diminuer le courant, réduisant ainsi les pertes par effet Joule dans les fils de câblage. Cette méthode économise significativement le cuivre de câblage,
un avantage particulièrement important si le courant produit est utilisé à une bonne distance de son lieu de production.

Comparez simplement les sections de câbles d'une sortie de panneau solaire classique ou les câbles de batterie de voiture aux fils électriques utilisés dans nos logements pour saisir l'ampleur de l'économie de cuivre réalisée.

Outre les économies sur l'électronique d'ondulation et les matières premières sensibles, le moteur d'entraînement du rotor de notre machine tournante peut être directement alimenté par le courant alternatif issu des panneaux solaires du rotor. Ce système permet au d'entraînement 'brushless' sans entretien, d'être auto-alimenté et auto-commuté. Cette méthode de rotation de l'axe d'ondulation offre une grande durabilité, grâce à l'absence d’électronique,
de frottements, de balais et de nécessité d'entretien.

Correctement calculé et dimensionné, ce moteur brushless peut de plus être auto-régulé en vitesse maximum par conception, ce qui élimine également le besoin d’une régulation de vitesse externe, garantissant une fiabilité et une pérennité supplémentaires.

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ECONOMIE D'ONDULEUR

Suppression totale de ce composant coûteux et perfectible...

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ECONOMIE DE CELLULES

Moins de surface active à taille d’exposition solaire égale…

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ECONOMIE DE CUIVRE

Diamètre des fils de câblage sans commune mesure avec le continu...

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AUTO COMMUTATION

Électronique de contrôle et de régulation réduite au maximum...

ET TELLEMENT PLUS ENCORE...

Contrairement aux panneaux photovoltaïques traditionnels qui exploitent uniquement les photons lumineux, notre "turbine solaire" peut produire de l’énergie électrique en courant alternatif grâce à ses cellules solaires exposées à une lumière modulée, mais également un couple moteur mécanique via son axe de rotation interne,  et produire de l’énergie thermique facilement exploitable grâce à sa concentration solaire multidirectionnelle.

Équipé de cet unique appareil, il est donc possible de pomper de l'eau, de la chauffer
et de générer simultanément de l'électricité alternative directement utilisable.


Selon le but énergétique de l'appareil, les solutions technologiques choisies et le dimensionnement de ses sous-ensembles (optique de concentration, cellules photovoltaïques, bloc de mise en rotation ou système de refroidissement), 
il est possible de privilégier certaines énergies produites et d'en maximiser la production."

La puissance de l’appareil étant constante et la tension de sortie électrique étant alternative, il est très simple d’en augmenter ou d’en diminuer la valeur à l'aide d’un simple transformateur en bobinage de cuivre classique, bien sûr au détriment du courant produit.

La fréquence de l’électricité produite est directement liée à la période de modulation de la lumière sur les cellules solaires, et donc à la vitesse de rotation des dispositifs rotatifs d’obturation lumineuse. Selon ce principe de base, il est très simple de synchroniser cette fréquence avec un signal de référence, comme une tension de réseau ou un autre appareil 'maître', en utilisant un moteur synchrone pour contrôler la vitesse de rotation et ainsi produire à l’unisson.

Un autre point positif concerne la stabilité des limites hautes et basses du rayonnement solaire, qui permet de dimensionner l’appareil en se basant sur des constantes immuables, contrairement à des énergies parfois incontrôlables comme le vent. Une tempête solaire, aussi intense soit-elle, ne risque pas de brûler les panneaux solaires par excès d’énergie. Cette relative constance des conditions d'ensoleillement permet un dimensionnement précis du module de mise en rotation, aussi bien pour les conditions de plein soleil avec des cellules adaptées que pour les conditions nuageuses avec des cellules pour lumière diffuse.

Finalement, l’avantage prépondérant est sans nul doute le principe 'low tech' du système, garantissant fiabilité et durabilité.

Pouvant être dépourvu de la majorité des composants électroniques sensibles tels que les onduleurs, chargeurs, régulateurs et modules de pilotage de moteur qui pouvent être purement et simplement supprimés, le risque de pannes sur ces sous ensembles difficilement réparables est ainsi inexistant.

Nos choix de privilégier les solutions mécaniques ne sont qu’un moyen de prouver les possibilités de notre innovation, qui évidement peut être avantageusement amélioré par du numérique et de l’electronique embarquée.

A l’extrème opposé, les principales pièces d’usure peuvent consister en un simple jeu de roulements à billes, qui. choisis de qualité (en céramique), sont garantis 30 ans et facilement remplaçables avec un outillage courant, sans nécessiter de compétences particulières, autres que des connaissances mécaniques de base.

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PRODUCTION MULTI ENERGIES

Électrique, mécanique et thermique, ensembles ou séparément...

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CONSTANCES SOLAIRES

Valeurs maximum et minimum d’ensoleillement quantifiées...

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ADAPTABILITE
MAXIMUM

Synchronisation en fréquence et tension maîtrisées...

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 ELECTRONIQUE
MINIMALISTE

Sans semi-conducteurs,
basé sur de la mécanique...

et le stockage ?

Notre innovation produit directement de l’électricité alternative ou du couple moteur, ce qui la prédestine à une utilisation immédiate de sa production. Bien que l’électricité alternative soit facile à transporter sur une certaine distance, la question du stockage se pose rapidement.

Il est impossible de stocker directement l’électricité alternative ; il faut donc la convertir sous une autre forme accumulable.

Le stockage sous forme d’énergie cinétique est possible et simple avec notre appareil, qui est une véritable machine tournante. Depuis la nuit des temps, des moulins à vent sont utilisés pour remonter de l’eau dans des réservoirs afin d'emmagasiner de l’énergie, restituée ultérieurement par des génératrices électriques. En plus de permettre une stabilisation de la production, la mise en rotation d’un volant d’inertie massif
peut aussi être utilisée pour un stockage à court terme.

Le stockage d’électricité en courant continu à base de batteries est également possible, mais il serait incohérent de retransformer notre signal périodique en  continu pour charger nos accumulateurs. Travaillant nativement en alternatif, nous préférons intégrer le signal ondulatoire pour générer des pics de tension et effectuer une charge par impulsion. Les avantages de ce type de recharge sont multiples et bien connus, c’est d’ailleurs sur ce principe que fonctionnent les régénérateurs de batteries industriels. Les impulsions rechargent les batteries tout en brisant les cristaux responsables du sulfatage, qui finit par dégrader les électrodes. Cela permet aussi l’utilisation d’une électronique simple et basique pour l’intégration du signal,
plutôt que d’une régulation de charge électronique complexe.

Un dernier vecteur énergétique prometteur pour stocker notre énergie verte, bien que d’un rendement énergétique moyen à la production, est l'hydrogène. Par électrolyse pulsée strictement positive, il est possible de produire de l’hydrogène vert en continu ou à temps perdu, des premiers rayons du soleil jusqu'au coucher. Notre machine tournante, véritable mini centrale autonome, fiable et durable, peut même pomper l’eau d’alimentation du système en entrée et compresser le gaz produit en sortie simultanément, grâce à notre axe rotatif d’ondulation.

Le “minage" d’hydrogène à partir d’énergie verte, même en faible quantité, est sans nul doute une des meilleures pistes
pour sortir des carburants fossiles et une des solutions futures au problème énergétique mondial.


De nombreuses startups travaillent dans le domaine du stockage de l’énergie, et notre machine tournante solaire, capable de produire simultanément ou préférentiellement plusieurs types d’énergie (électrique, mécanique ou thermique), bénéficiera certainement des progrès et des découvertes réalisés dans les années à venir pour résoudre ce problème majeur.

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CONSOMMATION INSTANTANNEE

Domaine de prédilection dans le secteur du courant alternatif...

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STOCKAGE CINETIQUE

Très ancien avec l’hydraulique, et très novateur en gyroscopique...

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CHARGE PAR IMPLUSIONS

Assurément la meilleure façon de charger des batteries...

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HYDROGENE
VERT

Carburant universel de demain, Héliosienne rime avec hydrogène...

les applications

Depuis plus de 1000 ans, le moulin à vent a été l’un des moteurs de l’industrialisation aux quatre coins du monde. Sans cesse perfectionné, il est encore utilisé aujourd’hui dans plusieurs domaines, principalement pour le pompage d’eau ou le relevage intermittent. C’est l’intermittence de la source de son fonctionnement, le vent, qui a poussé l’homme à l’abandonner progressivement, supplanté par l’arrivée de l’électricité industrielle et des carburants fossiles.

La transition écologique et la montée des énergies renouvelables ont provoqué un récent retour à l’exploitation du vent avec les éoliennes modernes. Bien que ces versions épurées de leur lointain ancêtre soient plus avancées, elles restent toujours tributaires de l’intermittence du vent.

Le photovoltaïque tel que nous le connaissons s’est imposé malgré le fait que son courant continu soit fondamentalement incompatible avec la majorité de la production, la distribution et la consommation mondiales, basées sur le courant alternatif. Des trésors d’ingéniosité ont été déployés pour résoudre cette incompatibilité, en recourant à des composants électroniques et à des solutions technologiques toujours plus complexes.

Nous sommes convaincus que, dans l’euphorie pétrolière et la mondialisation industrielle, l’homme est tout simplement passé à côté du 'photovoltaïque alternatif', aveuglé par le miracle et la simplicité apparente des 'panneaux à plat', soutenus par un dumping pour l'électronique de puissance, orchestré par quelques pays producteurs dont on connaît les motivations.

L'Héliosienne (du dieu du soleil 'Hélios'), notre 'moulin à soleil' en version moteur, est destinée en priorité aux applications classiques des moulins à vent du siècle dernier : pompage et relevage d’eau, irrigation, et pourquoi pas le broyage de grains, le pressage d'huiles
ou la coupe de bois dans des pays en voie de développement ou des régions reculées.

Pourquoi cependant se limiter à la seule force mécanique produite, alors que la génération de courant alternatif est intrinsèquement induite par son principe de fonctionnement ? Dans le domaine agricole, l’implantation de notre système peut être idéale pour des serres, une ferme aquaponique ou une exploitation bovine, produisant à la fois de l’électricité et assurant la circulation d’eau potable. Du secteur industriel au grand public, les premières applications seront sans nul doute liées à la gestion des températures, que ce soit pour la ventilation, la climatisation, ou même la filtration d’eau pour une piscine, par exemple.

Un puits d’eau en Afrique pourrait être équipé d’un système fiable et "low tech", capable de pomper chaque jour pendant des années tout en alimentant l’équipement électrique d’un poste de secours, avec radio et réserve réfrigérée de vaccins.

L’humanitaire de crise sera probablement aussi intéressé par notre solution en raison des contraintes d’encombrement, du déploiement rapide et de la simplicité logistique et technique indispensables aux interventions d’urgence. Pouvoir équiper un camp de réfugiés de systèmes de générateurs multi-énergie câblés en 'micro grid' serait une solution très utile et avantageuse, car facilement assimilable par les populations même bien aprés la catastrophe.

Champion des conditions extrêmes et des besoins de légèreté, le domaine de l’espace, avec l’arrivée des pionniers de la conquête de la lune, pourrait enfin gagner le titre de “colons" en disposant là-haut d’une source d’énergie stable, imperturbable, performante et pérenne. Sur Terre, depuis plus d’un siècle, les avantages du courant alternatif en termes de simplicité, de fiabilité et d’économie de câblage sont évidents. il ne saurait en être autrement à 400 000 km de distance, sur un satellite désertique. À l'instar des moulins à vent lors de la conquête de l'ouest américain, un moulin à soleil, sous un ciel dépourvu d'atmosphère et dans des conditions extrêmes de température, de radiation et de maintenance critique, offrirait aux astronautes une prise de courant permanente directement au pied du cratère, assurément plus sécuritaire qu’un pack de batteries et son panneau solaire de camping spatial.

En ajoutant les fonctions de concentrateurs thermiques, de pompage de liquides ou de compression de gaz mécanique,
il est évident que le potentiel est immense.

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TRANSITION ENERGETIQUE

Un bilan carbone sans compromis en cette période d’incertitude...

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GESTION CLIMATIQUE

Source adaptée au milieu agricole, industriel ou résidentiel...

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SITUATION D'URGENCE

Des avantages certains et une polyvalence sans équivalent...

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CONQUETE SPATIALE

Ultra léger, fiable et pérenne même en milieu extrême loin de la terre...

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