Źródło: solar.com
Wszyscy znamy mieszkaniowe i komercyjne panele słoneczne. Można je znaleźć w różnych stanach, takich jak Kalifornia, Nowy Jork, Massachusetts i wiele innych. Niebieskie i czarne panele są bardzo rozpoznawalne i wystają z domów lub budynków z tradycyjnymi dachami.
Z drugiej strony energia słoneczna w kosmosie jest tematem, z którym nawet osoby znające się na domowych i komercyjnych systemach solarnych nie są do końca zaznajomione. Czym więc jest energia słoneczna dla kosmosu i czym różni się od konwencjonalnej technologii słonecznej?
Wykorzystanie energii słonecznej w statku kosmicznym
Ogniwa fotowoltaiczne zostały po raz pierwszy zastosowane na satelicie Vanguard 1 , który został wystrzelony przez USA w 1958 roku. Od tego czasu technologia słoneczna została znacznie dostosowana i zoptymalizowana do warunków kosmicznych.
Satelita Vanguard 1 i jego małe ogniwa PV
Konwencjonalne monokrystaliczne lub polikrystaliczne panele słoneczne, które są używane w warunkach mieszkaniowych i komercyjnych, nie są wystarczająco trwałe, aby wytrzymać ekstremalne warunki w przestrzeni, takie jak nadmierne ciepło i zimno oraz ciągły deszcz promieniowania słonecznego. Ze względu na te unikalne czynniki środowiskowe technologia paneli słonecznych stosowana w kosmosie różni się od konwencjonalnych paneli.
Dlaczego energia słoneczna jest potrzebna na satelitach?
Statki kosmiczne i satelity w kosmosie potrzebują ogromnej ilości energii do działania. Zanim energia słoneczna była realnym rozwiązaniem zapewniającym tę moc, stosowano baterie. Jedynym problemem jest to, że akumulatory mają ustawioną pojemność i bez żadnych środków do ich ładowania stają się bezużyteczne, gdy zabraknie im energii.
Panele słoneczne w połączeniu z bateriami są znacznie lepszą opcją, ponieważ zapewniają stały strumień energii odnawialnej. Obecnie energia słoneczna jest wykorzystywana do dostarczania energii elektrycznej do systemów komputerowych i innych systemów służących do monitorowania i kontrolowania różnych części statku kosmicznego.
Ostatecznym celem jest jednak wykorzystanie energii słonecznej do napędzania statku kosmicznego i minimalizacji lub całkowitego wyeliminowania zapotrzebowania na inne źródła paliwa. Miałoby to poważne konsekwencje dla podróży kosmicznych w bardzo pozytywny sposób.
Jakiej technologii słonecznej używają statki kosmiczne?
Istnieją dwa rodzaje ogniw słonecznych, które są powszechne w statkach kosmicznych:
Ogniwa krzemowe pokryte cienkim szkłem i
Komórki wielofunkcyjne wykonane z arsenu galu i innych podobnych materiałów.
Ogniwa krzemowe pokryte szkłem są bardzo podobne do konwencjonalnych paneli słonecznych , ale zostały dodatkowo ulepszone pod kątem promieniowania i ekstremalnych temperatur. Tego typu panel można znaleźć na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej , która obecnie przechowuje większość paneli słonecznych znajdujących się w kosmosie.
Ogniwa słoneczne zbudowane z arsenu galu są znacznie bardziej wydajne, w związku z czym czasami są lepszą opcją, gdy problemem jest przestrzeń fizyczna. Panele te mogą osiągnąć do około 34% wydajności w porównaniu do 15-20%, które może osiągnąć większość komercyjnych paneli słonecznych.
Wysokowydajne panele arsenku galu z satelity Dawn
Satelity w kosmosie są również wyposażone w panele słoneczne, które mogą podążać w kierunku słońca, aby zmaksymalizować ich pochłanianie światła słonecznego. Promienie słoneczne w kosmosie są jeszcze bardziej obfite niż na Ziemi z powodu braku atmosfery. Około 55–60% energii słonecznej jest odbijane lub absorbowane w drodze na powierzchnię Ziemi przez chmury, gazy i pyły.
Panele słoneczne znajdujące się w wielu satelitach w kosmosie zawierają również składaną strukturę, która umożliwia panelom rozszerzanie się, gdy statek kosmiczny znajduje się na orbicie. Ten format jest także używany w Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Wreszcie, panele słoneczne w kosmosie nie muszą przetwarzać prądu stałego na prąd przemienny. Na Ziemi cała twoja energia elektryczna działa na zasilaniu prądu przemiennego. Dlatego konieczne jest posiadanie falownika słonecznego do konwersji podstawowej energii elektrycznej prądu stałego z paneli na prąd przemienny. Zasilanie prądem przemiennym jest również przydatne do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości.
Ponieważ energia elektryczna, którą satelita w kosmosie lub inny statek kosmiczny nie musi pokonywać na tych odległościach, może pozostać w formacie DC. Pomaga to również zmniejszyć ilość sprzętu potrzebnego do tych systemów.
Space Solar Tech jest bardziej trwały i wydajny
Ogólnie istnieje wiele podobieństw między kosmicznymi panelami słonecznymi a konwencjonalnymi panelami słonecznymi. Oba zawierają ogniwa wykonane z materiału przewodzącego (zwykle krzemu) i pasują do układów. Największa różnica dotyczy ogólnej jakości i trwałości modułów.
W kosmosie panuje ekstremalne ciepło, zimno i promieniowanie. Jest to uwzględniane w panelach słonecznych w przestrzeni kosmicznej i w naturalny sposób wpływa na stan sprzętu. Ponadto NASA nieustannie eksperymentuje z różnymi materiałami półprzewodnikowymi w celu wytwarzania lepszych ogniw słonecznych do kosmosu. Arsenek galu jest tego przykładem, a po drodze powinno być wiele nowych innowacji!
